第二讲:超高层建筑的基础与结构(三)

(续上期)4.2超高层建筑应用的几种主要的结构体系超高层建筑承受的主要荷载是水平荷载和自重荷载,按照结构抵抗外部作用的构件组成方式,超高层建筑结构体系主要有:框架结构体系、剪力墙结构体系、筒体结构体系、框架-剪力墙(筒体)结构体系和巨型结构体系等[5]。     

多高层建筑钢结构中几种抗侧力体系的性能特点

自20世纪80年代以来,随着改革开放的深入和综合国力的提高．我国钢产量不断飙升。钢材以其重量轻、结构性能好、工业化程度高及施工速度快等优点,符合我国可持续发展的要求。因此．钢结构在工业与民用建筑中得到了越来越多的应用,特别是多高层建筑钢结构在民用建筑应用中异军突起,使我国高层建筑高度和规模都上了新的台阶。高层建筑钢结构,最显的特点就是高。它竖向荷载的作用是次要的,水平荷载（如风载、地震荷载）的作用则成为主导地位。在多高层建筑钢结构设计中．作为主要抵抗水平荷载作用的抗侧力体系是最为关键的环节,本主要对抗侧力体系中的钢框架结构体系和钢框架一支撑结构体系（钢框架一支撑结构体系包括中心支撑体系、偏心支撑体系和内藏钢板支撑剪力墙体系）进行分析。     

异形柱框架-墙体组合结构水平低周反复荷载试验研究

通过模型试验,研究了异形柱框架墙体组合结构抵抗水平荷载作用的能力。共进行了11个平面结构模型的水平低周反复荷载试验,分别研究纯异形柱框架、约束墙体、异形柱框架约束墙体组合等结构类型在水平低周反复荷载作用下的受力性能和破坏形态,提出了该种结构的有关设计建议。     

高层建筑结构体系方案选择探讨

简要论述了高层建筑钢筋混凝土、钢—混凝土组合结构的性能,对高层建筑按抗侧力体系划分的框架、剪力墙、框架—剪力墙和筒体结构的优缺点做了介绍,并探讨了高层建筑结构选型设计的思路,以有效提高结构抵抗水平力的能力和侧向刚度。     

不同抗侧移构件对框筒结构抗震性能影响

为研究抗侧移构件对框架核心筒结构内力的影响,分别通过改变抗侧移构件的尺寸、形状建立有限元模型,进行模态分析和弹塑性分析找出各模型性能点,在结构性能点下对结构的层间内力与层间位移进行对比分析。结果表明增大核心筒厚度比增大外框架柱截面面积、改变外框架柱截面形式更能提高结构的抗震性能;对于框架核心筒结构,在中低层核心筒是抵抗水平荷载的主要构件,而在高层外框架柱同样是抵抗水平荷载的主要构件。     

框剪结构中剪力墙的设计

在框剪结构中,剪力墙主要承担了水平地震作用下的剪力,框架承担了很小一部分的水平地震作用(主要承担重力荷载)。在框架和剪力墙的共同作用下,增加了结构的整体刚度和强度,广泛应用于各类建筑中。本文通过对这种结构体系中在进行剪力墙设计时经常遇见的一些问题进行了分析。     

框架剪力墙的抗震设计

框架剪力墙结构兼具框架结构与剪力墙结构的优点,抗震能力和抵抗水平荷载作用的能力较强,可以共同承受建筑结构受到的竖向和水平荷载。由于建筑结构在地震作用下的结构侧移远大于风荷载作用下的侧移,因而抗震设计是框剪结构的设计重点,而框剪结构中的剪力墙结构是主要的抗侧力构件,可以承担相当于%的总水平地震作用且刚度较大。本文主要针对框架剪力墙的抗震设计展开浅要论述。     

高压输电塔-线体系抗灾研究的现状与发展趋势

以输电塔-线体系的环境荷载特性和结构动力响应特性为出发点,分析目前高压输电塔-线体系的发展现状及人们对环境荷载缺乏认识而经常造成灾害事故的原因,论述了输电塔-线体系在现有设计水准下抵抗地震和环境荷载作用的能力和现阶段输电塔-线体系设计的可靠性。全面系统地总结了高压输电塔-线体系抗震抗风研究的动力分析建模方法、模型种类与适用性,以及试验研究所采用的方法、达到的水平和解决的问题,抗震抗风研究的理论成果和发展动向,结构振动控制理论体系和控制手段,结构设计理论的发展趋势等。指出了现阶段输电塔动力响应研究与设计中存在的缺陷和不足,从环境荷载建模、结构动力响应分析方法、试验测试手段和结构控制理论与措施等方面提出了当前迫切需要进行研究的内容与方向。根本目的旨在提高输电塔-线体系结构设计理论和设计水准,增强抵抗地震和环境荷载灾害性破坏的能力。     

水平荷载作用下钢框架预制混凝土抗侧力墙体装配式结构的简化计算方法

为研究水平荷载作用下钢框架 预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系（SPW体系）内力和位移的简化计算方法,提出了结构体系的简化计算模型,根据弹性理论建立结构体系的平衡微分方程,提出反映结构侧向刚度的参数λ,结合边界条件求解了在均布侧向荷载、倒三角侧向荷载和顶部集中侧向荷载作用下结构体系的内力与侧向位移计算公式,采用有限元法对简化计算方法的可靠性进行了验证,并进行了误差分析。研究结果表明:有限元分析值与简化计算值较为接近,简化计算方法能够较为准确地计算SPW体系在水平荷载作用下的内力和位移,可靠性较好。     

剪力墙对框架-剪力墙结构抗震性能影响分析

利用建筑物钢筋混凝土墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构,称为剪力墙结构体系.剪力墙结构的优点可概括为:刚度大,空间整体性好,结构顶点水平位移和层间位移通常较小,能够满足抗震变形要求.因此,剪力墙的抗震性能在剪力墙结构及框架-剪力墙结构中发挥着重要的作用,剪力墙的数量会影响框架-剪力墙结构的刚度.本文通过位移模式得到了刚度特征值-反弯点相对高度曲线.     

带耗能器-限位斜撑RC框架震损修复后抗震性能研究

对两榀带钢筋混凝土耗能器-限位斜撑框架的低周反复加载试验,及其复位加固后再进行的二次加载试验,以考察其残余抗震能力,得到了各种情况下构件的破坏过程、破坏特征及框架的滞回特性等。结果表明,加固后框架的水平承载能力较原型试件有所降低,但很大程度提高了框架整体的延性;复位后框架结构的残余承载力降低,但仍具有一定的抗震能力。     

大连国际会议中心支撑筒设计与试验研究

大连国际会议中心工程以平面分布不规则的14个筒体为整个工程结构水平和竖向主要支承构件。由于结构形式的特殊性,筒体受力形式有别于传统高层建筑结构中的核心筒。为满足抗震设计及结构连接构造的需要,工程采用内藏带斜支撑型钢桁架混凝土组合筒体,并针对受力特点采取必要的构造措施。为深入研究该筒体性能,结合工程实际进行了缩尺筒体模型抗震试验研究,包括刚度及其退化过程、承载力、延性、抗震耗能能力及破坏特征、构造措施有效性等。根据试验结果,针对试验中薄弱部位采取进一步加强措施,提高筒体抗震能力。研究表明,内藏带斜支撑型钢桁架混凝土组合筒体具有很高的承载能力;内藏钢框架可明显提高筒体承载力、延性,阻止刚度退化;筒体不规则洞口形成薄弱部位,虽然采取若干措施,支撑筒整体承载力仍然有较明显的降低,因此应尽量减少短墙开洞,同一截面处不应开多个洞口。     

轻钢龙骨复合墙体抗侧性能试验研究

通过对四片轻钢龙骨复合墙体在低周往复水平荷载作用下的试验，对轻钢龙骨复合墙体的抗侧性能进行了研究，分析了洞＇口，斜支撑、蒙皮对墙体抗侧力的影响，推荐了开洞复合墙体抗侧力影响系数的计算公式。研究表明，在考虑蒙皮作用下，轻钢龙骨复合墙体具有良好的抗侧性能，这种结构形式可以完全应用于多层住宅。     

底部两层框架-抗震墙砖房的抗震计算

根据底部两层框架 -抗震墙砖房的受力和变形特点 ,并基于已有研究成果 ,对这种结构的抗震计算 ,包括楼层的水平地震作用、倾覆力矩、层间剪力、框架与抗震墙内力、剪力和倾覆力矩的分配、构件受剪承载力、第二层楼板厚度及竖向荷载作用下底部两层框架内力等进行了探讨 ,提出了计算公式     

关于框架结构的适用层数与高宽比的讨论

通过框架结构受竖向荷载和水平荷载作用所产生变形与内力的分析,得出影响框架结构的适用层数和高宽比的因素,提出解决高层建筑抗侧移的有效措施。     

板柱-支撑结构抗震设计关键问题分析

板柱结构具有可利用空间大、布局灵活、显著降低层高等优势,但是存在结构水平刚度较弱、位移大、抗震承载力较差等问题。为解决上述问题,在板柱结构中设置屈曲约束支撑,以提高结构的抗侧刚度,增强其抗震承载力。通过对3个高度不同和2个大面积的板柱-支撑结构的计算表明,板柱结构抗侧刚度和承载力较弱的问题可通过设置适当数量的屈曲约束支撑解决。为研究板柱-支撑结构的变形、层间剪力、倾覆弯矩、支撑布置等问题,通过PKPM建模分析,结果表明：多遇地震作用下,板柱-支撑结构可采用框架结构的弹性层间位移角(1/550)来控制结构变形;板柱-支撑结构中支撑承担的楼层剪力建议不低于楼层剪力的40%;通过对比GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和力学概念计算得到楼层倾覆力矩的结果,认为采用规范建议的方法较为合理;支撑的竖向居中布置会减小支撑倾覆力矩占比,而对支撑剪力占比影响较小。     

人民日报社报刊综合业务楼动力弹塑性时程分析

屈曲约束支撑(BRBs)框架因具有良好的耗能能力而被越来越多的多、高层结构所采用,但其结合整体结构在不同设防烈度水准下全过程的受力和变形特征并未被引起重视。人民日报社报刊综合业务楼是在高烈度区全面采用屈曲约束支撑的高层钢结构建筑,对该结构进行了设防烈度和罕遇烈度地震作用下的弹塑性时程分析。重点揭示了屈曲约束支撑的耗能能力、实际的变形情况、结构的残余变形,以及屈曲约束支撑对其他主体结构构件的影响等。对于采用BRBs作为主要抗侧力构件的高层钢结构,在遭遇设防烈度以上地震时,抗力由支撑向框架转移的现象是明显的,框架部分特别是框架梁的耗能和损伤不容忽视。     

钢结构住宅建筑结构体系分析

钢结构住宅以其自重轻、抗震性能好、施工进度快、易于产业化等特点，近年来发展迅速，该文在钢框架抗侧力体系试验研究的基础上，对钢结构住宅建筑体系予以分析，重点介绍了应用于多层及小高层的偏心支撑钢框架，复合填充墙体钢框架及狗骨式刚性连接钢框架，可供设计参考应用。     

几何参数变化对钢筋混凝土深梁滞回性能的影响

钢框架内填钢筋混凝土深梁是一种新型的高层结构抗侧力体系。应用ANSYS程序分析了高跨比、厚度变化对钢筋混凝土深梁滞回性能的影响。研究结果表明,钢框架内填钢筋混凝土深梁随着几何参数变化,可以实现宽范围的刚度渐变调幅,其极限承载力、延性及耗能能力均发生变化。通过对比分析不同几何参数的钢筋混凝土深梁在反复荷载下的滞回性能,建议采用高跨比为1.5的钢筋混凝土深梁。研究成果可以应用于新建框架结构、建筑结构改造、加固与修复。     

鉴定过程中对框架与砖混结构的区分

鉴定过程中遇到没有图纸或遗失图纸的建筑,需重新绘制图纸,对建筑的结构体系,受力特点进行分析。对于某些多层住宅、办公楼等建筑,内部墙体较多,初步判断不易区分属于框架还是砖混结构,可从传力路径,施工特点,裂缝形态等方面进行区分。框架和砖混结构的传力特点,决定框架柱梁构件截面与配筋要大于构造柱圈梁;两种结构的传力特点与施工顺序相对应,决定了两者的钢筋混凝土构件与砖墙交界处具有不同形态;两种结构传力构件的不同,使得两者的裂缝分布也具有不同特点,可以通过出现的两种常见典型裂缝,作为判断承重构件的辅助依据。鉴定中除了应该正确判断结构的整体型式,对结构局部传力方式的改变也应正确辨别。