北京电视中心主楼巨型钢框架结构设计

北京电视中心主楼为超高层建筑,采用巨型钢框架结构体系。针对原方案设计的不足和问题,结合工程的特点介绍了抗震专项审查情况。通过结构优化,解决了专项审查中遇到的问题,并改善了结构的抗震性能。巨型钢框架结构体系是国内尚不多见的结构形式,结合工程实例,着重介绍超高层巨型钢框架结构的设计原则、计算方法、构造措施。     

巨型框架结构的抗震分析

采用ANSYS有限元程序对巨型框架结构进行了抗震动力时程分析,讨论了巨型框架结构在多条地震波作用下的动力位移及内力等地震响应。计算结果表明,在几条不同的地震波作用下,巨型框架结构的主、次结构的地震反应是有差异的,就所讨论的巨型框架结构,El-centro地震波对结构的地震影响是最明显的;次框架的地震反应比主框架强烈,在结构抗震设计中不能忽略次框架的抗震问题。计算结果对巨型框架结构的抗震设计有较大的参考价值。     

次框架开洞的巨型钢框架结构性能分析

巨型钢框架结构相对其他结构体系而言,最显著的优点是可以满足大开洞的建筑功能要求。以结构的内力、变形为指标,进行了次框架开洞的巨型钢框架结构在风荷载作用下的静力性能和地震作用下的抗震性能分析,并对开洞结构的设计提出了一些建议。     

巨型框架结构设计

巨型框架结构由主框架与次框架组成,本文总结了巨型框架结构的抗震概念设计要点,并结合具体算例对-53层的建筑进行计算,结果表明巨型框架结构受力性能良好,可为类似工程提供参考。     

ANSYS在巨型钢框架结构模态分析中的应用

对有限元模态分析基本理论及ANSYS环境下模态分析的过程进行了论述,通过对复杂巨型钢框架结构模态计算分析,得到了此模型的固有频率和相应的振型,为巨型钢框架结构的进一步动力分析提供了依据。     

巨型框架结构中框架体系的优化设计研究

通过分析某一巨型框架结构计算实例，对巨型框架结构中的梁柱刚度比、巨型梁设置方案进行了优化设计，建立了最优框架体系模型。这将有助于巨型框架结构的概念设计，使用价值较为明显。     

实腹式与空腹式巨型框架柱抗震对比分析

巨型框架结构由于具有良好的建筑适用性与潜在的高效结构性能,已经在建筑工程中广泛应用。文章运用软件SAP2000有限元分析软件对实腹式巨型框架柱和空腹式巨型框架柱的抗震受力性能进行地震反应的弹性时程分析,比较实腹式巨型框架柱与空腹式巨型框架柱抗震受力性能的差别;计算结果表明,空腹式巨型框架柱比实腹式巨型框架柱性能好。     

巨型钢框架结构时程分析的影响因素

超高层钢结构宜采用时程分析法进行抗震性能分析,时程分析中一些参数的选择会对分析结果产生较大的影响。为了合理地考虑这些影响因素,本文以具有实际工程意义的192m高的巨型钢框架结构为研究对象,系统分析了地震波输入维数、二阶效应和阻尼比对巨型钢框架结构时程分析的影响,并根据分析结果提出了相应的建议。     

施工过程对主次框架半刚性连接巨型框架受力性能影响

由钢筋混凝土主框架与钢次框架组成的混合巨型框架有三种施工方案。为了探讨不同方案下巨型框架的受力性能,以4跨24层巨型框架结构为例,采用有限元软件MIDAS,考虑次框架梁柱与主框架梁柱为半刚性螺栓连接的影响,对比分析了其梁柱弯矩与主框架柱节点的位移。结果表明,三种施工方案下均需考虑施工过程带来的不利影响,且不同施工方案下相应的部位需加强配筋。     

巨型空间钢框架结构的二阶实用分析

为了探讨巨型空间钢框架结构二阶分析的实用方法,从简化结构的计算模型入手,采用连续化概念和刚度等效原则,将立体格构式巨型构件等效为三维实腹式构件,在对巨型梁柱的节点域进行等效后获得巨型钢框架结构的三维等效模型,据此建立结构的二阶分析刚度方程,并用数值算例检验了该方法的实用性与可靠性。方法可供结构方案设计或初步设计时参考。     

自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法

与传统剪力墙结构体系相比,自复位剪力墙结构体系在地震作用下,会将材料非线性问题转为体系非线性问题,具有整体变形能力强、残余位移小的特点,因此,亟需针对自复位剪力墙结构,提出具有更高抗震设防要求的抗震设防目标以及相应的设计方法。基于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标,与2015年颁布的第五代《中国地震动参数区划图》相适应,提出了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌”抗震设防四水准目标。采用了基于位移的抗震设计方法进行自复位剪力墙结构设计。以一幢自复位剪力墙结构为例,给出四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例,并对其进行弹塑性时程分析,验证了所提出的四水准抗震设防目标下基于位移抗震设计方法的有效性,该方法也适用于其他可恢复功能结构体系设计。     

自复位剪力墙的三水准抗震设防与四水准抗震设防对比研究

基于三水准抗震设防的传统结构虽已逐步控制了建筑倒塌和人员伤亡,但造成的经济损失和社会影响仍然巨大。可恢复功能结构体系震后修复成本较小,能够减少地震造成的经济损失。但三水准抗震设防由于其局限性无法充分体现可恢复功能结构的优越性,因此,前期提出了可恢复功能结构体系的四水准抗震设防目标：小震及中震不坏,大震可更换、可修复,巨震不倒塌。为了比较三水准抗震设防与前期提出的四水准抗震设防在抗震性能、经济性等方面的优劣,以一幢4层自复位剪力墙结构为例,采用基于位移抗震设计方法分别设计了三水准抗震设防大震下与四水准抗震设防巨震下的自复位剪力墙,并进行了低周反复分析与弹塑性时程分析,分析结果表明,四水准抗震设防能够充分发挥可恢复功能结构体系的优越性,且两种抗震设防下,单位长度的自复位剪力墙造价基本相同。     

巨型框架-核心筒结构地震剪力分布特征分析

目前,我国在巨型框架-核心筒结构体系的工程设计中主要参照现行规范对于普通框架-核心筒结构的相关规定执行。然而,巨型框架-核心筒结构与普通框架-核心筒结构的受力特点及规律有所不同,针对巨型框架-核心筒结构与普通框架-核心筒结构的框架剪力分布特征的对比研究有待完善,而且我国现行规范也缺乏对巨型框架-核心筒结构中框架剪力的调整规定。因此,通过典型普通框架-剪力墙与巨型框架-剪力墙平面模型算例的静力分析及典型巨型框架-核心筒结构算例的弹塑性动力时程分析,考察了地震作用下楼层剪力在结构各竖向构件之间的分布规律。结果表明：地震作用下巨型框架-核心筒结构中的框架楼层剪力分布规律与普通框架-核心筒结构有明显区别;巨型框架柱与次框架柱的楼层剪力分布规律存在明显差异;规范中规定的框架剪力调整方法不能直接应用于巨型框架-核心筒结构。结合分析得到的剪力分布规律及已有的工程经验,针对巨型框架-核心筒结构中框架剪力调整方案进行讨论并给出相关建议。     

巨型钢框架-拉索支撑体系的Pushover分析

为研究新型结构巨型钢框架-拉索支撑体系的破坏模式及其抗震性能,分别采用倒三角形和均布荷载两种水平荷载加载方式,进行Pushover推覆分析。研究表明:在达到水平极限状态时,倒三角形加载模式比均匀分布加载模式出现破坏层数相对高一些,两种水平荷载加载方式的破坏模式基本一致。构件破坏先后顺序为柱肢间支撑、巨型梁腹杆、楼层梁、巨型梁弦杆、柱肢。拉索退出工作的时间越早,则同一层中另一侧拉索拉力增加的速度越快。8度多遇地震作用下,结构处于弹性状态;8度罕遇地震下,结构部分构件进入塑性状态;层间位移均满足抗震规范要求。     

自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。     

基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计

通过大量复杂超限工程大震弹塑性时程分析的研究,提出了基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计理念。详细介绍了该设计方法的设计思路,并将其应用于各种复杂超限工程中。通过对具体案例的详细分析表明,基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计能够作为一种主动设计手段,指导设计人员有针对性地进行结构方案调整和局部构件调整,优化结构设计,在提高结构安全性的同时实现经济性。因此,基于大震弹塑性时程分析的结构抗震设计能够进一步完善我国现有的两阶段抗震设计方法,值得在结构抗震设计领域中推广。     

Mechanism and optimum design of shared tuned mass damper for twin‐tower structures connected at the top by an isolated corridor

The concept of shared tuned mass damper (STMD) for twin towers linked by a sky corridor using flexible joints is proposed in this paper. The analytical expressions of the transform functions and random earthquake responses of the flexibly connected structures are derived using a three‐degrees‐of‐freedom model system. The seismic reduction mechanism of the STMD is revealed using comparative analysis between the structures with STMD and those connected using a viscoelastic damper. The effect of the nondimensional parameters such as the frequency ratio of the two primary structures, mass ratio, tuning frequency ratio of the corridor, and damping ratio of the passive control devices on the structural seismic response is investigated. Optimum parametric analysis is performed using the principle of minimizing the displacements of both towers, and the optimal parameter formulas are established. Numerical analysis is conducted to verify the control effectiveness of the connected multi‐degree‐of‐freedom system subjected to the El Centro earthquake ground motion. The results show that the earthquake responses of the towers can be effectively reduced if the parameters of the flexible connecting elements are appropriately selected for a certain corridor mass. Moreover, a remarkable seismic reduction effect can be achieved if the towers have similar dynamic properties.     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

底部框剪砌体房屋抗震性能的试验研究

对底部两层框架—砖抗震墙、上部三层砖房 ,底层框架—砖抗震墙、上部四层砖房及底部两层框架—混凝土抗震墙、上部五层砖房 (三榀 ) 1 6比例模型进行了模拟地震振动台试验 ;分析了结构在水平地震作用下的力学性能 ,包括受力特点、变形特征、破坏形态等 ,以及结构在不同受力阶段的动力特性变化规律、地震反应分布规律 ,结构的抗震能力、薄弱层和薄弱部位 ;提出了结构弹塑性动力分析的力学模型和方法 ,尤其框剪层和砖砌体层的恢复力特性计算模型及其特征点的计算公式 ;最后对三种房屋的模型和原型结构进行了弹塑性地震反应分析 ,并在与试验结果对比的基础上 ,提出了抗震设计建议 ,为底部框剪上部砌体房屋的抗震设计与动力分析提供了依据与方法。     

地震波输入维数和阻尼比对巨型钢框架结构时程分析的影响

通过算例分析比较 ,研究了地震波输入维数和阻尼比对巨型钢框架结构时程分析的影响。结果表明 ,对于完全对称的结构 ,也应该考虑地震波的三维输入。阻尼比对巨型钢框架结构弹塑性时程分析的影响很大 ,最好进行试算以确定阻尼比的取值。