Study on structural damage and falling of glass curtain wall of super high-rise building under coupling action of wind and earthquake

超高层建筑服役周期长，在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用，需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构，依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型，根据场地条件选取3组三向地震动记录，并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法，研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小，而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大，其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下，主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大；在地震作用下，主体结构进入非线性状态后，结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅，但低于峰值加速度的增幅；在风荷载作用下，主体结构处于弹性工作状态，基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长，但因变形响应特性不同，变形产生非线性增长，结构扭转效应增大；在风荷载与地震耦合作用下，主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加，结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层，侧风面负风压较大，玻璃幕墙容易破坏而坠落，设计时需注意加强。     

风与地震作用下幕墙结构动力分析

文章采用谐波叠加法,使用MATLAB软件模拟空间脉动风压时程序列,并转换为脉动风荷载;对幕墙主体结构建模,采用完整的系统矩阵计算瞬态响应方法,将风荷载与地震作用下幕墙结构的顺风向变形特性及内力情况进行了详细分析与研究。由结构的变形及内力分布规律,指出幕墙各边框中部为控制性截面,在具体设计时应考虑提高刚度及减小变形的措施。     

风雨荷载耦合作用下索桁架体系点支式玻璃幕墙的动力响应研究

应用谐波叠加法模拟了脉动风速时程曲线,进而得到了脉动风荷载;通过马歇尔-帕尔默指数分布的雨滴谱及脉动风速得到了脉动雨荷载;利用ANSYS对索桁架体系点支式玻璃幕墙进行动力风荷载和雨荷载耦合作用下的时程分析,研究在风雨荷载共同作用下雨荷载对幕墙的影响。结果表明:雨荷载占总荷载最大比重随风速级别和降雨量的增加而增加;且雨荷载占总荷载最大比重为5.8%,极值雨情况下为12.4%。     

基于风洞试验的双塔楼超高层建筑风荷载与风致响应

当超高层建筑的高度和间距都比较接近的时候,相互的干扰效应对结构的表面风荷载与结构的风致响应都会产生较大影响。基于刚性模型表面测压风洞试验,得到了双塔楼超高层建筑表面各测点的风压时程。在此基础上,通过数据处理,得到结构的三维动力风荷载模型,进而分别采用频域法进行结构动力响应分析。最后,通过分析结构表面风荷载与风致响应,研究了塔楼之间的干扰对结构风荷载的影响以及对结构风致响应的影响,结果表明:当双塔连线与来流方向平行时,三维风荷载和风致响应都会明显增大,干扰效应影响十分明显。     

高层隔震结构风振研究

为研究高层隔震结构的风振响应,采用线性回归滤波器法模拟脉动风速时程,并将其与平均风速转化为风压时程输入某25层高层隔震结构,对比结构在20年、30年和50年一遇风荷载下的抗风稳定性,并分析结构在地震中的减震性能.结果表明,为保证高层隔震结构在地震中有一定减震性能,要使隔震层满足遭遇50年一遇的风荷载不屈服较为困难,因此...     

单层索网玻璃幕墙与主体结构地震响应的整体分析

点式玻璃幕墙单层索网柔性支承体系将晶莹通透的建筑玻璃和简洁细小的单层索网有机结合,成为建筑与结构设计融合经典.而当前关于单层索网点式玻璃幕墙抗震性能研究甚少,尤其是主体结构对其地震响应的影响.本文针对不同的主体结构和单层索网的耦合模型,对单独索网地震响应研究进行整体分析.分析结果表明:耦合模型的自振特性具有一定的独立局部自振特性;主体结构对单层索网的地震二次输入影响受主体结构和单层索网自振特性的影响,主要表现为二次输入频谱特性和输入幅值的不同;主体结构对单层索网的地震响应较大,可不同程度的放大或者减弱地震作用;主体结构对索网高阶振型具有激发效应.因而对现有规范玻璃幕墙设计不考虑主体结构的做法提出了挑战,为进一步研究主体结构对幕墙的影响提供参考.     

珠海某超高层结构优化设计

珠海某超高层项目位于强风作用区,结构高度超过200m,风荷载作用下基底剪力约为小震和中震作用下基底剪力的平均值,塔楼结构抗侧刚度受风荷载控制。通过调整结构体系和布局,优化风荷载和地震作用下塔楼结构的各项性能指标,实现了强风荷载下200m以上高楼无伸臂桁架或腰桁架的设计,在满足结构设计规范的各项性能要求的同时提升了整个建筑的外观效果和使用品质。     

北京土城电话局单层索网点式玻璃幕墙抗震设计方法分析

单层索网作为点支式玻璃建筑中一种轻柔性支承结构体系,以其良好的通透性和灵活性,近年来赢得了广大建筑师的青睐,在国内外得以普遍应用.且应用前景广阔.而单层索网结构作为一种非线性张拉结构,其结构特性决定了其地震响应和抗震特性不同于一般结构.本文针对其抗震性能研究的空白,结合北京土城电话局单层索网玻璃幕墙抗震设计,对其地震响应及抗震设计分析方法进行了研究.分别利用等效静力法、反应谱法和非线性时程分析法,对其地震响应进行计算,并对这三种方法进行了分析比较,得出了单层索网玻璃幕墙地震响应及其抗震设计方法的相关结论:单层索网玻璃幕墙直接地震响应较小,但变形相对较大,其计算需要采用能考虑几何非线性的时程分析法来计算.本文研究成果可为今后抗震研究和设计提供参考.     

合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的设计分析

合肥新桥国际机场3区航站楼陆侧采用单层索网支承体系玻璃幕墙,其具有通透性好,轻盈美观等特点,但设计分析时需要考虑预应力和几何非线性大变形的影响。本文运用ANSYS建立了该3区整体结构的有限元模型,分析了在考虑风荷载和地震荷载的组合作用下玻璃幕墙的承载能力及变形性能,同时讨论了索网幕墙对主体结构的影响。结果表明,幕墙的变形及拉索的内力均满足要求,索网幕墙对主体钢结构的影响不大,通过有限元分析结果为实际工程设计提供依据。     

预估钢框筒截面尺寸的等效实膜筒法的改进

等效实膜筒法较适合预估低烈度区钢框筒结构的构件尺寸,但当设防烈度较高时,预估出的构件尺寸偏小,需多次调整方可满足规范要求。针对该问题,提出了基于多遇地震作用下最大层间位移角与风荷载下最大层间位移角相等时多遇地震作用的相当风压概念,建议求顶点侧移时取相当风压与基本风压的较大值,可用《建筑抗震设计规范》中底部剪力法计算基底剪力的公式来估计相当风压下的基底剪力,通过多种影响因素分析验证了其可行性;此外在对多个钢框筒算例分析的基础上建议用等效实膜筒法时风荷载下的顶点侧移角限值可保守取1/450;最后用一个30层钢框筒算例验证了改进方法的有效性。改进后的等效实膜筒法对处于不同抗震设防区的钢框筒结构的构件尺寸预估均有较好的适用性。     

合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的动力性能分析

索支承点支式玻璃幕墙作为柔性非线性张拉结构,有着刚度小、阻尼小、自振频率较低等特性,其在地震和风振作用下的响应不同于一般结构。采用ANSYS软件,计算分析了合肥新桥国际机场航站楼索支承点支式玻璃幕墙的自振特性、地震和风振作用下的响应及玻璃幕墙对主体结构地震响应的影响。分析考虑玻璃幕墙和主体结构的耦合作用,得出可独立分析玻璃幕墙的风振响应,而在地震作用下玻璃幕墙和主体结构之间有着一定的相互影响。本工程索支承点支式玻璃幕墙的设计,在地震和风振作用下是安全可靠的,采用的分析计算方法也可供同类工程参考。     

Analysis on properties of cooperative work and control of curtain wall support structure with main structureof the Shanghai Tower

将幕墙支撑结构与主体结构建立整体有限元分析模型,对幕墙支撑结构与主体结构的协同工作特性进行了详细分析,主要包括设备层吊点不均匀竖向变形特性及其对幕墙玻璃板块安全和支撑结构受力的影响分析,水平荷载作用下幕墙支撑结构与主体结构相对竖向变形特性及其对支撑结构受力的影响分析,竖向地震作用下支撑结构竖向不均匀变形、内力及加速度反应及其对主体结构幕墙的影响分析,由此提出相应的设计调整措施。分析结果表明,重力荷载作用下,幕墙支撑结构的不均匀变形超过幕墙玻璃板块变形的容许范围,可导致幕墙玻璃板块破坏,通过调整设备层楼面结构布置和休闲层楼板刚度,可减小吊点变形差异,保证幕墙玻璃板块的安全;重力荷载、水平荷载作用下,支撑结构环梁与主体结构的竖向相对变形将引起径向支撑的附加弯矩,通过设置滑动构造可减小弯矩保证支撑结构受力安全;竖向地震作用下,幕墙支撑结构将产生较大的不均匀变形对幕墙玻璃板块受力带来不利影响,吊杆产生较大附加轴力,环梁竖向加速度反应显著,设计时应对以上不利因素进行评估以保证幕墙支撑结构的安全。     

玻璃幕墙的结构设计

叙述了玻璃幕墙结构抗震和抗风设计方法．主要内容为：幕墙抗震与抗风设计的基本原则，幕墙上作用的荷载和地震、温度作用；玻璃、铝合金的力学性能和强度设计值；玻璃幕墙各构件的承载力计算方法以及幕墙与主体结构的连接构造设计．     

幕墙抗震性能检验方法探讨

建筑幕墙属于非结构构件，但其本身的安全问题却是结构问题。本文对幕墙抗震性能进行了探讨，认为幕墙单元应满足加速度和层间位移反应的检验标准；模拟地震振动台试验方法能够再现真实的地震作用，是检验幕墙安全性最准确直观的方法。本文采用该方法对某花岗石幕墙进行了试验研究，验证其抗震性能。     

点式建筑幕墙

点式结构建筑幕墙是我国近几年新的建筑结构形式,该结构形式匠幕墙所承受的各种荷载和作用,以点连接形式传到中间的结构,再由中间结构传到主体结构。介绍了玻璃幕墙,石材幕墙、铝板幕墙和不锈钢幕墙的分类,产柱横梁的正交杆系设计计算方法;根据点式幕墙在我国的应用情况,重点讨论了预应力悬索结构设计计算和不同风荷载下幕墙结构受力的特征。     

幕墙抗震性能试验方法研究

幕墙抗震性能是结构性问题，本文认为，较合适的方法是建立合理的动力或等效静力模型进行分析，并结合试验验证其抗震性能；认为幕墙经合理设计能够抵风荷载作用时，抗震的焦点将集中在变形能力；认为模拟地震振动台试验方法是检验幕墙安全性的最准确，直观的方法，并提出了相应的试验建议。     

高层建筑玻璃幕墙结构质量控制的探讨

本文阐述了玻璃幕墙框架的结构特性、幕墙构件的活动弹性支承和幕墙与主体结构的活动连接方法,对玻璃幕墙在重力荷载、风力、地震作用和温度作用下的效应与质量控制进行探讨,并对存在问题提出应对措施的建议。     

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明：外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。     

水平地震作用下框支剪力墙结构的变形研究

对工程结构中常用的底部为多层大空间的框支剪力墙结构采用分区混合法，进行水平地震作用下结构的变形研究。将框支剪力墙结构分成转换层上部剪力墙结构和转换层下部框架剪力墙结构两部分，采用子结构法进行分析。在水平地震作用下，转换层上、下部先分别按剪力墙结构和框架一剪力墙结构的变形曲线公式计算其变形，再充分考虑上下两种不同结构的变形协调性，推导了框支剪力墙结构在水平地震作用下的侧移曲线公式，并给出了方便结构侧移曲线计算的图表。方法简单实用，可用于地震区高层建筑结构的初步设计。