上海中心大厦巨型框架关键节点设计研究

上海中心大厦主体结构采用巨型框架-伸臂-核心筒结构体系，节点设计是巨型框架设计中的关键环节。介绍了基于性能的节点设计原则，研究了伸臂桁架与巨型柱连接节点、环带桁架螺栓拼接节点两类典型节点。伸臂桁架与巨型柱连接节点，节点区受力复杂，同时承受较大的轴力与弯矩，运用有限元方法对该类节点简化设计公式的适用性进行了验证。研究表明：简化设计公式能够满足工程精度要求，可作为该类节点初步估算的验算公式；环带桁架螺栓节点具有螺栓拼接长度超长、螺栓数量多、构件截面大及拼接板材厚度大的特点，运用有限元方法研究了该类节点的传力机理，并对螺栓拼接节点的安全性进行了考察。研究表明：该类节点满足指定性能需求下的承载力设计要求，螺栓传力呈现两端大，中间小的受力性态，但随荷载的增加螺栓传力不均匀性呈降低趋势；同时研究还表明，螺栓拼接长度较长会改变构件的力学特性。图15表2参7     

长沙世茂广场塔楼结构设计

长沙世茂广场塔楼地上75层,地下4层,建筑总高度为348.30m,结构高度为335.30m,采用钢管混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架+环带桁架的混合双重抗侧力结构体系。首先介绍了结构的超限情况及抗震性能目标,结构为超限高层建筑,且存在6项一般不规则项,采用C级抗震性能目标。其次介绍了结构在小震、中震及大震下的分析情况,结构构件在多遇地震下均处于弹性工作状态,可保证小震不坏;通过对结构进行中震弹性和中震不屈服计算,表明结构可实现预设的中震性能目标;结构在罕遇地震作用下整体受力性能良好,最大层间位移角为1/207;结构主要竖向构件均未出现塑性铰,一般处于弹性状态,结构满足罕遇地震下的抗震性能目标。最后对结构中存在的几个关键技术问题进行了专门介绍,包括结构竖向非荷载作用变形分析及设计和施工对策;结构楼面舒适度分析及伸臂桁架与混凝土核心筒连接节点的分析。     

伸臂桁架体系和梯式连梁体系的高层建筑抗震性能评估（英文）

卓越的抗震性能一直是高层建筑结构设计不断追求的目标,而抗侧力体系则是实现该性能目标的关键因素。伸臂桁架体系作为目前最常见的抗侧力结构体系之一,广泛应用于各地标高层建筑中。然而,伸臂桁架体系的力学性能受桁架布设位置、拓扑形式、施工工序等因素影响,同时还存在整体结构竖向刚度不规则问题,因此,其实际抗震性能和优化途径值得关注。梯式连梁体系是一种较为新颖的抗侧力结构体系,每一层均设置水平连梁连接核心筒与巨柱,与伸臂桁架体系在某些楼层处形成集中刚度相比,其抗侧刚度分布更加均匀。为了对比上述两种抗侧力结构体系的抗震性能,以一栋80层的建筑模型作为研究对象,利用ETABS有限元程序建立其数值模型,并采用基于性能的抗震设计方法开展计算分析。按沿高度方向共设置4榀伸臂桁架进行设计,综合考虑结构自重、基底弯矩、基底剪力、层间侧移、筒体弯矩等多种因素,明确了伸臂桁架布设位置,分别是17～18层、32～33层、46～47层和62～63层。此外,建立了4种用钢量相同但几何拓扑形式不同的伸臂桁架模型,通过对比整体结构的自振周期以及在多遇地震和设防烈度地震作用下的基底剪力、弯矩和层间位移等地震响应,选取了最优的拓扑形式。在此基础上,利用等效刚度原则建立了梯式连梁体系数值模型,明确了连梁的截面形式和设计参数,确保其与伸臂桁架体系模型具有相同的整体抗侧刚度。采用FEMA 365指南中的构件性能曲线特征值以及性能水准判别准则,选取7组天然地震动和2组人工地震动记录作为输入参数,考虑三向地震作用,分别对伸臂桁架体系模型、梯式连梁体系模型和纯筒体体系模型开展了不同地震烈度下的非线性动力时程分析。计算结果显示:1)在位移响应方面,与纯筒体体系相比,伸臂桁架体系和梯式桁架体系在多遇地震作用下的最大层间位移分别减小了60%和47%,此时两种体系的修正系数R均为1,表明结构处于弹性阶段时伸臂桁架体系更加有效;在设防烈度地震作用下的最大层间位移分别减小了55%和69%,而在罕遇地震作用下则分别减小了56%和70%,此时两种体系的修正系数R分别为3和6,表明梯式连梁体系在结构处于弹塑性阶段时具有更好的延性和地震耗能特性,同时二者的顶点位移响应亦反映出同样的结构变形性能规律。2)在结构内力响应方面,伸臂桁架体系在多遇地震作用下能更加地有效降低核心筒的弯矩,而在设防烈度地震和罕遇地震作用下,梯式连梁体系对核心筒弯矩的降低作用则更为显著,表明在高烈度地震作用下梯式连梁体系能够更为有效地实现整体结构共同受力。3)在结构损伤状态方面,伸臂桁架体系和梯式连梁体系在多遇地震作用下各构件均处于立即使用(IO)性能水准,整体结构处于弹性状态;而在罕遇地震作用下,伸臂桁架体系中部分连梁构件达到生命安全(LS)和防止倒塌(CP)性能水准,相比而言,梯式连梁体系中达到防止倒塌(CP)性能水准的连梁数量显著增加,同时,两种体系中剪力墙构件的损伤状态均以防止倒塌(CP)性能水准为主,且梯式连梁体系中随高度增加,损伤程度稍加严重,但整体塑性损伤分布模式差别不大。由此可见,刚度等效原则更适用于结构在多遇地震作用下的计算分析,而在高烈度地震作用下该方法会导致耗能计算及损伤分布出现偏差,其适用范围具有一定局限性。     

银川绿地中心超高层双塔结构设计

银川绿地中心301m双塔地处高烈度区,且风荷载较大,采用框架-核心筒+2道伸臂桁架/环带桁架结构体系,准确取用结构计算参数,并采取多种抗震加强措施.计算结果表明,在地震与风荷载作用下,塔楼可以达到预期的性能目标;通过厚板多次微弯工艺并结合焊接工艺实现了伸臂桁架与核心筒角部复杂节点的加工制作,避免了采用大型铸钢节点;塔楼下部楼层采用钢板组合剪力墙,通过配置长短栓钉,避免了钢筋孔造成的钢板削弱,提高了厚剪力墙的整体性;在中震作用下,控制钢板组合剪力墙轴拉比不大于0.6,在满足构件拉剪承载力的同时,可以有效减少钢材用量;对受力集中的建筑门洞与结构洞口,采用多连梁技术可以有效地解决普通连梁在地震作用下剪压比不足的问题.     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的静力性能试验研究

超高层框架-核心筒结构体系中,伸臂桁架连接着外围巨柱框架与内部核心筒,需传递巨大内力,其连接构造、传力机制等非常复杂。以上海中心大厦工程为背景,选取钢骨混凝土巨柱-伸臂桁架-环带桁架连接区域和伸臂桁架-核心筒连接区域进行了单调静力加载试验,并进行了有限元分析和简化模型计算分析。结果表明：伸臂桁架能够有效连接相邻构件并可靠传力,其破坏模式表现为伸臂桁架斜腹杆的受压屈曲以及上、下弦杆的弯曲变形,具有较好的延性;伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板虽然部分区域进入塑性,但塑性变形不明显,表明连接区域的承载力远高于杆件的承载力;有限元分析及简化模型分析结果与试验结果吻合良好;简化模型反映了伸臂桁架的非线性受力机理,可对其失效荷载进行准确预测,并可根据结构性能设计要求进行伸臂桁架分析和构件截面选择。     

双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁,并且在此基础上提出了基于小震消能的双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的抗震设计方法。该新型钢连梁由两部分并联而成,分别是发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。在合理考虑第1阶屈服力和第2刚度与第1刚度比的基础上,提出了针对双阶屈服钢连梁联肢剪力墙体系的小震消能减震设计方法.根据该方法设计了一个20层的双阶屈服消能钢连梁联肢墙结构,最后通过弹塑性时程分析验证了该方法的合理性。     

双阶屈服钢连梁联肢墙的参数设计和布置研究

提出了一种应用于联肢剪力墙体系的新型钢连梁,称之为双阶屈服消能钢连梁。该新型钢连梁包含两部分;发生剪切屈服的核心板梁和发生弯曲屈服的外套箱形梁。在小震作用下,剪切屈服板梁进入塑性,发挥消能减震作用,弯曲屈服梁保持弹性从而保证结构的整体刚度。在中震及大震作用下,剪切屈服梁和弯曲屈服梁同时进入塑性,发挥更大的消能作用,使主体结构免遭过大的地震损伤。双阶屈服钢连梁联肢墙体系作为一种高性能减震结构体系,与传统的混凝土连梁联肢墙体系相比,其刚度和承载力贡献都有较大的提高,并且双阶连梁的附加阻尼比贡献率在小震、中震和大震下可以分别达到28%、44%和72%。联肢墙的耦联比体现了连梁对墙肢约束作用,不同耦联比的联肢墙结构的连梁剪力沿层高分布形式不同。针对3种不同耦联比的联肢墙分析了双阶屈服钢连梁的参数设计方法和建议的布置形式,并在这些建议布置模式下,对比了普通钢连梁结构和双阶连梁结构在小震下的附加阻尼比,大震下各连梁的延性系数等指标,体现了双阶屈服钢连梁对结构的消能贡献和损伤控制。     

钢网格式框架侧向变形性能研究

钢网格式框架结构是一种新型钢结构抗侧力体系,它是由小截面钢柱、小截面横梁以及楼层圈梁形成的网格式框架墙板,现场浇筑工业石膏废料作为墙体填充材料。由于其框架作用要强于普通钢框架,所以其侧向变形性能更加优异,分别采用柔度法和D值法推导了钢网格式框架的剪切变形计算式和整体弯曲变形计算式。通过算例,对比分析算式计算结果与有限元分析结果可知:剪切变形柔度法计算公式精度较高。分析表明:钢网格式框架侧向变形必须充分考虑杆件弯矩、剪力及轴力引起的剪切变形和倾覆弯矩引起的整体弯曲变形;钢网格式框架的剪切变形计算不能采用普通钢框架的D值法,应当采用柔度法。     

截面轴力与弯矩屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的应用

为了在现行规范下考虑轴力与弯矩的相互作用,并兼顾计算精度与计算效率,研究了截面屈服面在钢框架动力弹塑性分析中的新应用。首先选用截面组合思想构建轴力与弯矩的屈服面。接着,基于经典塑性理论建立截面恢复力模型,并给出了截面状态确定方法。然后阐述了基于力的梁柱单元状态确定过程及其对截面恢复力模型的调用。最后采用alpha-OS积分算法,对一个四层两跨钢框架开展了动力弹塑性分析。结果表明：截面轴力弯矩屈服面能很好地考虑轴力存在及变化对截面弯矩承载力的影响,基于屈服面的恢复力模型在计算精度上远高于塑性铰模型并逼近纤维模型,在效率上远高于纤维模型,可以用于钢框架的动力结构弹塑性分析。     

高层磷石膏墙体网格式框架结构受力性能分析

高层磷石膏墙体网格式框架结构在水平荷载下,内力不以剪力为主,整体弯矩起主要控制作用。采用有限元软件PKPM,以层数为变化参数,研究水平及竖向荷载作用下整体弯矩对结构受力性能的影响。计算结果表明:整体弯曲对底层柱底倾覆弯矩影响较大,轴力基本呈线性关系增加,而对倾覆剪力的影响较小。其底部变形呈弯曲型,上部变形呈剪切型。边框架柱截面面积相等时,矩形框架柱承担轴力和剪力分别比L形大2%和15%;边框架柱截面惯性矩相等时,矩形框架柱承担轴力和剪力分别比L形大9%和18%。     

宽连梁剪力墙及其抗震性能研究

提出一种通过加大连梁两侧或单侧宽度的方式,用以解决连梁受剪承载力不足的问题。基于连梁抗弯刚度等效的原则,可以有效避免连梁刚度增大,地震作用随之增大的现象。对宽连梁剪力墙结构在多遇地震作用下的层间位移角、动力特性、侧向刚度、连梁内力等进行分析,验证了宽连梁对改善连梁剪压比的作用。对普通连梁与宽连梁构件进行了弹塑性有限元分析,将其滞回性能、骨架曲线等进行比较,证明了宽连梁的变形能力和延性明显优于普通连梁。最后,通过对剪力墙结构的弹塑性时程分析,对宽连梁在高层结构中的抗震性能进行研究。分析结果表明：通过增加连梁宽度的方式能够有效提高连梁的受剪承载能力;与相同抗弯刚度的普通连梁相比,宽连梁的跨高比增大,其转动能力、延性与耗能能力明显增强;罕遇地震作用下宽连梁剪力墙结构在最大层间位移角、塑性铰分布、连梁剪力、受剪承载力等方面均显著优于普通连梁剪力墙结构。     

框架-核心筒结构连梁抗弯刚度折减系数取值方法研究

对于框架-核心筒结构,连梁抗弯刚度折减系数取值的大小会影响结构的抗侧刚度与地震响应,从而影响到地震作用在核心筒与框架之间的分配比例,最终将影响连梁的设计内力和配筋。首先改进了预设屈服模式设计方法,在一次设计后,通过设防烈度作用下的弹塑性分析,计算各连梁的实际抗弯刚度折减系数,并利用该系数对结构进行二次设计。通过对比罕遇地震下结构弹塑性性能,发现二次设计后,结构的最大基底剪力和最大层间位移角均有所减小,且剪力墙的损伤程度得到改善,而二次设计对结构的配筋量无显著影响。其次,探究连梁抗弯刚度折减系数初始值对设计结果的影响。计算表明,当连梁抗弯刚度折减系数初始值分别为0.7、0.6和0.5时,经过设防烈度地震作用下的弹塑性分析,各连梁抗弯刚度折减系数的计算值相差较小,二次设计后的配筋量亦较为接近,说明该设计方法受连梁抗弯刚度折减系数初始值的影响较小。最后,研究了改进的预设屈服模式设计方法的迭代收敛性,结果表明,连梁抗弯刚度折减系数的计算值随着迭代设计次数的增加而逐渐收敛于一系列稳定的值,并且该值与连梁抗弯刚度折减系数的初始值无关。通过计算发现,迭代设计的收敛性较快,一般进行两次迭代即可使连梁抗弯刚度折减系数的取值趋于稳定。     

多连梁剪力墙抗震性能研究

针对剪力墙结构设计中容易出现连梁剪压比不足的问题,提出多连梁的设计理念,通过设置多个连梁代替传统单连梁的方式,可以有效增大连梁的抗剪面积与跨高比,明显改善结构的抗震性能。确定多连梁截面尺寸的基本原则是结构的侧向刚度与单连梁保持不变。对剪力墙结构在多遇地震作用下进行了详细分析,全面比较了多连梁与单连梁对结构动力特性、层间位移角、侧向刚度和构件内力的影响以及对改善连梁剪压比的作用。对剪力墙结构进行了在罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,研究了多连梁剪力墙结构对最大层间位移角、塑性铰分布、抗剪承载力及结构非线性耗能能力的改善效果;采用非线性有限元法对连梁在往复地震作用下的抗震性能进行了研究。结果表明:由于多连梁跨高比大,其破坏形态从剪切破坏转化为弯曲破坏,构件的延性显著增大。     

预应力型钢混凝土受弯梁的变形性能指标量化研究

为获得预应力型钢混凝土（PSRC）受弯梁的变形性能指标限值,收集涵盖45根受弯破坏PSRC试验梁的样本数据,归纳PSRC受弯梁的全过程破坏特点,将其性能水准划分为6个等级,包含5个性能点,且进行相应的宏观损伤描述。5个性能点分别为开裂点、钢材首次屈服点、名义屈服点、峰值点以及失效点等;以挠跨比为变形性能量化指标,研究了综合配筋指标、换算配筋率、预应力强度比、体积配箍率、配箍特征值以及剪跨比等参数对各性能点挠跨比的影响。结果表明：随着综合配筋指标的增大和预应力强度比的降低,开裂点挠跨比减小;随着换算配筋率、剪跨比的增加或配箍特征值的减小,名义屈服点挠跨比增大;峰值点及失效点挠跨比随各参数的变化,离散程度大。基于试验梁的样本数据库,对不同影响参数多种组合方式的挠跨比进行回归分析,得到了各性能点挠跨比限值的回归表达式。基于回归公式得到的预测值与试验值吻合良好,各性能点预测结果与试验结果比值的均值皆为1.0,标准差在0.14~0.30之间。研究结果可用于PSRC受弯构件的性能化设计和抗震性能评估。     

钢筋砼连系梁静力受剪承载力

通过１０根普通配筋和６根组合配筋剪力墙连系梁的静力试验，研究了两种配筋形式连系梁的静力性能。得出连系梁正截面受弯承载能力在跨高比小于２时应乘以降低系数，而其斜截面受剪承载能力不必考虑跨高比的影响，可采用统一计算公式的结论。     

装配式空心板剪力墙结构叠合连梁抗震性能试验研究

装配式空心板剪力墙结构的叠合连梁由预制U形混凝土模壳、模壳内后浇混凝土及水平后浇带组成。为研究其抗震性能,完成了3种跨高比、底部纵筋在墙肢内2种锚固方式并按“强剪弱弯”设计的5个连梁试件的拟静力试验,其中,跨高比为1.5和3.0的连梁试件各2个,跨高比为2.4的连梁试件1个,3个试件连梁底部纵筋锚固板锚固,2个试件连梁底部纵筋直线锚固。试验结果表明：预制U形模壳与后浇混凝土整体共同工作;达到峰值弯矩前,连梁纵筋屈服,箍筋未屈服,连梁与墙肢结合面开裂和滑移;加载结束时,连梁角部混凝土压坏、剥落;连梁为弯曲滑移破坏,但跨高比为1.5和2.4的连梁表面布满斜裂缝,跨高比为3.0的连梁的斜裂缝分布在两端约500mm高度范围内;连梁梁端弯矩-转角滞回曲线捏拢,耗能能力较差;连梁极限转角为1/40~1/28,具有很好的弹塑性变形能力;底部纵筋在墙肢内的锚固方式对连梁的抗震性能基本没有影响;连梁顶部纵筋受拉与底部纵筋受拉时的受弯承载力分别为按GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的正截面受弯承载力公式计算值的1.10~1.34倍和1.13~1.37倍,可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的公式计算叠合连梁的受弯承载力。     

高强钢筋高强混凝土双连梁剪力墙抗震性能试验研究

高强钢筋、高强混凝土剪力墙结构中使用双连梁可以有效改善结构受力性能,解决设计中经常遇到的诸如连梁超筋、截面受剪承载力不足等问题。基于此,设计并制作了2个3层1/4缩尺的高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙试件,其中一个试件的连梁采用单连梁形式,另一个试件的连梁采用双连梁形式。在相同的试验条件下,对比研究二者在低周反复荷载作用下的承载力、滞回特性、延性、耗能能力,分析双连梁结构形式在高强钢筋高强混凝土双肢剪力墙中的性能及作用。试验结果表明：具有相同配筋率的分缝双连梁双肢剪力墙结构与小跨高比单连梁双肢剪力墙结构相比,承载力降低了20%～30%,延性增加了约30%,耗能能力增加了约20%,在弹性阶段刚度降低约30%。从最终的破坏形态来看,单连梁剪力墙试件连梁出现了明显的剪切斜裂缝,箍筋全部屈服,最终发生剪切破坏;双连梁剪力墙试件只在连梁端部出现了弯曲裂缝未出现斜裂缝,箍筋自始至终未屈服,最终发生弯曲破坏。双连梁剪力墙结构能有效降低连梁内力,提高其延性。     

剪压比影响下配置HRB500E钢筋梁柱节点试验研究

由于高性能钢筋(HRB500E)具有良好的延性性能和抗震性能,本文拟对配置HRB500E钢筋混凝土梁柱中间节点的抗震性能进行相关研究。通过对3个梁柱中间节点足尺试件进行拟静力加载试验,研究剪压比对梁柱中间节点破坏模式、滞回特征和延性性能的影响。试验结果表明,配置HRB500E钢筋混凝土梁柱中间节点具有良好的抗震性能。随着剪压比的增加,试件的破坏模式发生转变,即由梁端弯曲破坏变为节点核心区剪切破坏;试件的滞回曲线所包围的面积明显增加,并且在加载后期时,试件滞回环的峰值荷载退化变快。同时,随着剪压比的增大,试件的梁屈服荷载和最大荷载显著增大;试件的梁屈服位移也逐渐增大,而屈服位移的增大引起了梁柱中间节点延性系数的减小。     

Behaviors of semi‐precast beam made of recycled aggregate concrete

This paper presents behaviors of semi‐precast beams made of recycled aggregate concrete (RAC) including flexural and shear performance. Specially, cracking patterns, deflections and bearing capacities of U‐typed and C‐typed beams are intensively examined, analyzed and discussed. In the study of flexural behavior, a main parameter is reinforcement ratio, whereas the shear span‐to‐depth ratio and types of precast section are parameters in the investigation of shear behavior. First, the flexural tests show that the bearing capacity and stiffness of RAC beams are increased with the increase of reinforcement ratio, whereas the ductility is decreased with the reinforcement ratio; the plane section assumption that applies to semi‐precast beam with RAC is possible. Second, the shear tests show that the shear capacity of RAC semi‐precast beam increases with the decrease of the shear span‐to‐depth ratio. The types of semi‐precast section have no significant influence on performances of semi‐precast beam. However, the testing phenomenon of the interface between the precast and cast‐in situ parts is presented in this study and needs further study. Finally, both flexural and shear test results reveal that the formulas in the current Chinese technical code for RAC are feasible for design. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

混杂纤维自密实混凝土梁受弯性能的试验研究

在纤维自密实混凝土工作性试验的基础上,对7组无筋混杂纤维自密实混凝土梁和5组混杂纤维增强低配筋率的钢筋自密实混凝土梁受弯性能进行试验研究,并分析纤维类型和纤维长径比对梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载以及弯曲韧性的影响。结果表明:梁的弯曲韧性随着纤维长径比的增加而增加,混杂纤维混凝土梁的弯曲韧性优于钢纤维,两种纤维协同作用时具有很好的正混杂效应;与最小配筋率的钢筋混凝土梁相比,纤维的掺入明显地改善了梁的屈服荷载和极限荷载,掺有(40+4)kg/m3混杂纤维并按最小配筋率配筋的梁的极限荷载与仅按1.5倍最小配筋率配筋的梁相当。