关于高层建筑结构侧向刚度计算方法的讨论

对高层建筑结构楼层侧向刚度的计算方法进行讨论,结合工程实例,采用几种现行不同计算方法进行楼层侧向刚度和楼层侧向刚度比对比分析。计算结果表明,对于复杂高层建筑结构,文献[3]的楼层侧向刚度计算方法能较好地反映层高突变、竖向构件截面变化、环桁架层和伸臂层对楼层侧向刚度的影响,因而计算的楼层侧向刚度比能较为准确判断结构的软弱层,可供工程项目设计参考。     

考虑层刚度变化的大底盘上塔楼层间隔震结构地震反应分析

为研究底盘刚度变化的大底盘上塔楼层间隔震结构地震反应,采用有限元软件Etabs建立三种底盘层刚度不同的大底盘RC框剪隔震结构模型,进行8度大震作用下的地震响应和构件性能状态分析。结果表明:与抗震结构相比,隔震后上部塔楼的地震响应减小69%以上,下部底盘的加速度相比抗震结构有一定的放大;当底盘抗侧移刚度减小,上部塔楼的减震效果有一定的降低,下部底盘的加速度放大较小;隔震后上部塔楼的梁、柱和剪力墙构件的变形性能状态得到了很大的改善,尤其是连梁构件。     

地震作用下大底盘双塔结构层剪力分布研究

针对地震作用下某多塔结构工程实例中出现的层剪力"内缩"现象,利用SATWE软件构造一个简化的多塔大底盘结构模型,并在模型中重现了该现象。对多塔模型进行了时程分析和反应谱分析,时域上各塔振动的不同步、频域上各塔底部剪力在某些振型下存在相位差是导致层剪力内缩的主要原因。研究了水平地震作用下带裙房楼层的剪力分布,结果表明裙房顶层竖向构件分担的剪力与其抗侧刚度不成比例,两塔之间的柱剪力显著偏大。分析了裙房对塔楼的嵌固作用对塔楼层剪力产生的影响,并解释了塔楼发生剪力突变的原因,提出设计建议。     

红星国际家具展示中心转换层刚度比的控制

红星国际家具展示中心由六栋塔楼及商业裙房组成,塔楼上部采用剪力墙结构,下部采用框支剪力墙结构;裙房采用框架结构。层5以下为裙房,层6为结构转换层,每三栋塔的转换层连成整体,形成多塔高位转换的复杂高层建筑。采用SATWE及ETABS进行转换层上下刚度比分析,采用层刚度比、等效侧向刚度比及层间位移角比进行评价。给出了转换层刚度比控制分析过程,通过对比多模型、多软件、多指标的计算结果,分析了多塔高位转换对刚度比的影响,并对落地抗震墙进行了加强,从而控制刚度比在合适范围内。     

天津湾D地块1号塔楼超限高层抗震设计

天津湾D地块1号塔楼为钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构,地上高度197.3m,附带4层裙房,属于超限高层建筑。在进行超限高层抗震设计中,重点阐述基础变刚度调平设计和楼层质量分布对超高层结构设计的影响。     

高层建筑结构的扭转反应控制

高层建筑结构扭转反应控制是设计中的关键问题,但在《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)中还没有这方面的具体规定。因此,有必要对《高层建筑混凝土结构技术规程》中控制结构地震扭转效应的主要方法进行解说和讨论:限制结构在考虑偶然偏心的水平地震作用下,每个楼层的最大位移和最大层间位移与该层平均位移和平均层间位移的比值(位移比)以及结构以扭转为主的第一振型周期Tt与以平动为主的第一振型周期Tl之比值(周期比);分析位移比、周期比和偏心率之间的关系,并说明计算偶然偏心影响和控制位移比、周期比的必要性和可行性,以及在单塔楼工程设计中的应用;对于多塔楼高层建筑结构,提出了控制扭转效应的设计建议:对上部无刚性连接的多塔楼结构,宜将各塔楼及裙房由裙房顶板处切开分别计算各自周期比;对上部有刚性连接的多塔楼结构,应采用整体结构模型计算并验算整体扭转和平动的周期比。     

深圳远洋中心大底盘双塔楼带转换层结构抗震分析

通过深圳远洋中心结构的弹性和弹塑性地震反应计算以及转换层及其上下楼层的局部结构的有限元分析,讨论了高位转换双塔结构抗震设计中的若干问题。计算结果表明,大底盘双塔结构塔楼之间存在平扭耦联空间振型;型钢混凝土转换箱梁能有效地传递上部结构传下来的力,但在转换箱梁与内筒连接部位、箱梁底板与顶板在筒体周围以及框架柱的位置存在应力集中;在转换层附近、塔楼与裙房连接附近以及设备层附近结构刚度有不同程度的突变。     

考虑SSI效应及支座转动的隔震体系性能研究

土-结构相互作用对结构的地震反应有着重要的影响。隔震支座竖向变形引起的隔震层转动会加剧上部结构的摇摆,进而放大结构的地震响应。提出基于Timoshenko理论的考虑SSI效应及隔震层转动影响的隔震结构通用计算模型,推导并求解结构运动方程,采用虚拟激励法进行随机响应分析,进一步研究隔震层转动刚度、土体参数等对隔震结构地震响应的影响规律。分析表明：SSI效应降低了隔震效果,其对隔震结构楼层转角位移放大的影响与土-结构刚度比有关。隔震层转动刚度变化对隔震结构顶层加速度、基底倾覆力矩等影响较小,但对结构楼层转角位移有较大影响,隔震层转动刚度取值较小时,上部结构楼层转角甚至会出现大于抗震结构的情况。     

新版结构规范和超限审查若干问题探讨

新修订的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)已陆续发布和实施。全国《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109号)也已于2010年修订和实施。在新版结构规范使用过程中,仍发现存在一些感到疑惑的问题或值得探讨的方面,如相邻楼层刚度比计算的问题、框-剪结构中剪力墙数量及设计方法的问题、混合结构框架-核心筒和筒中筒的界限问题、刚重比计算指标与重力二阶效应的问题、"地震安评"的问题、加强层斜撑和相邻楼层受剪承载力比计算的问题、结构扭转不规则和塔楼偏置的问题等,这里一并提出来,供大家讨论。     

高层建筑楼层侧向刚度变化控制准则的研究

从匀质构件在倒三角形荷载作用下的侧移曲线和位移角出发,提出只要控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构在地震作用下的侧移曲线、层间位移角比或楼层侧向刚度比与匀质构件的相应参数接近,结构楼层侧向刚度变化趋于均匀.通过算例论述了目前世界上主要国家的结构抗震设计规范对楼层侧向刚度变化控制的局限性,分别讨论了楼层层高突变、结构部分竖向构件截面突变以及上述两种突变同时出现的情况下,结构楼层侧向刚度以及结构受力特性的变化规律,提出了合理的控制楼层侧向刚度变化准则,该准则可以有效地应用于控制以弯曲型变形为主的高层建筑结构楼层侧向刚度的变化.     

某带大底盘超高层双塔设计

对某带大底盘超高层双塔进行小震弹性、静力弹塑性分析。结果表明,带大底盘超高层双塔的振动具有一定耦联性,双塔的周期、振型不能简单地与某单塔的周期、振型对比,且在结构设计时,需要同时计算单塔和双塔,并进行包络设计;需要相应地提高结构的抗震性能目标,适当增加底盘的刚度,提高双塔之间塔楼、裙房及地下室的抗震等级;控制塔楼竖向构件的轴压比,加大塔楼和裙房之间的楼板厚度和配筋以传递水平地震作用。     

框架结构楼层侧向刚度不规则判别方法的分析比较

介绍了关于楼层刚度比计算的三种方法,通过对四个方案在多遇地震作用下的抗震验算和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析、比较,对框架结构楼层侧向刚度不规则判别方法进行讨论,可供修订规范及设计时参考.     

软钢阻尼器对建筑楼层反应谱的影响

鉴于控制地震响应的软钢阻尼器可能显著改变结构系统的自振周期,结构抗震设计中有必要明确阻尼器对楼层非结构构件反应谱的影响。以已有的弹性结构楼层反应谱评估方法为基础,考虑主体结构与非结构构件周期比和主体结构黏滞阻尼比的影响,提出了黏滞阻尼减震结构的楼层反应谱预测公式。建立了非线性减震结构系统平均等价刚度和平均等价阻尼比的计算方法,基于等价线性系统提出了软钢阻尼器减震结构的楼层反应谱预测方法,并得到了楼层反应谱的性能曲线,用以描述阻尼器参数对非结构构件加速度响应的影响规律。研究结果表明:将等价线性化方法应用于软钢阻尼器减震结构能较好地进行非线性系统的楼层反应谱预测,修正的楼层反应谱预测公式可直接基于地震动弹性反应谱和减震结构等价参数估计楼层反应谱,可用于周期比为0.5～2、阻尼比为0.05～0.2的结构系统,该方法将为考虑非结构构件地震响应的减震结构优化设计提供有益参考。     

哈尔滨某框支转换超限工程结构设计与分析

哈尔滨某框支转换转换超限工程,地上裙房5层、塔楼35层,主体结构高度119.5m,裙房楼层采用框架-剪力墙结构体系,塔楼楼层采用剪力墙结构体系,裙房顶设置框支转换层。本文首先结合建筑方案需求介绍上部结构设计选型过程。随后,系统介绍了本工程各个区域构件的抗震等级确定方案。同时,对塔楼的不规则判别过程和框支转换不规则相关补充计算进行了具体陈述。最后,对项目的超限应对设计措施进行了重点介绍。研究及设计结果表明:通过选用合理的计算措施和设计措施,原结构的不规则性得到有效控制,结构各项计算指标可以较好的满足规范要求,结构安全、可靠,结构设计可行。     

综合体结构地震失效与影响因素分析

综合体结构集地上多塔、裙房、大空间地下结构于一体,结构规模大、连接部位多,地震作用下结构耦联效应和土-结构相互作用突出。为明确此类结构地震损伤及失效机理,以典型双塔综合体为例,分别选取近场脉冲型和远场型地震动为输入,进行增量动力分析与易损性分析,研究了结构薄弱部位、失效机制和损伤演化规律,并对比分析结构影响因素和地震动特性对结构失效影响。结果表明：裙房及大空间地下结构产生的嵌固作用对结构损伤、失效影响显著;受侧向刚度突变影响,地上与地下交界处、裙房与塔楼交界处是结构薄弱部位;塔楼耦联特性对减少整体结构地震响应有利,考虑土体影响后,塔楼耦联效应增强,结构位移和加速度响应的最大减小幅度超过30%;地上地下耦联特性对地上结构地震响应的影响随地震强度增加呈现先减小后增大的变化,综合体地上结构受地下结构影响,加速度响应增幅最高达90%以上;结构动力响应受地震动特性影响,同强度近场脉冲地震作用下的结构变形和损伤情况大于远场地震作用的,近场脉冲地震动易使结构发生裙房底部失效破坏,远场地震动易使结构发生塔楼底部失效破坏。     

某复杂高层多塔楼弱连体结构设计北大核心CSCD

万华化学研究中心上海基地建设项目为6塔连体复杂高层建筑。各单体存在体型复杂、竖向抗侧力构件不连续和侧向刚度不规则等多项超限内容,各塔楼之间在不同楼层由高空连廊搭接,连廊采用弱连接形式,塔楼裙房以上整体外挑尺寸最远端为13.5m,大悬挑部分采用钢拉杆悬挂结构方案。根据工程的特点及超限情况,确定结构的性能化抗震设计目标,对各塔楼进行小震弹性分析、弹性时程分析、静力弹塑性分析,并对钢拉杆悬挂结构及连廊结构进行了设计分析。分析结果表明,整体结构各项指标均满足规范要求,结构性能状况满足抗震性能化设计目标。     

某设置隔震支座的多塔连体结构抗震性能研究

某大型商业开发工程在塔楼间设置非对称且偏心的多层连体结构,使原本规则的单塔结构形成复杂多塔连体结构。为减轻地震作用时连体与塔楼共同振动导致塔楼地震力和扭转变形加大的不利影响,连体与塔楼间采用铅芯叠层橡胶隔震支座进行连接。采用两种程序进行小震弹性反应谱和地震波时程分析,通过比较单塔工况和多塔连体工况的楼层剪力和层间位移角来研究该结构的抗震性能。研究结果表明,由于铅芯叠层橡胶隔震支座的采用,多塔连体工况时各塔楼和连体结构的振动状态趋向于独立振动,相互影响程度小,且多塔连体工况时塔楼的地震响应比单塔工况时要小,减小幅度约为65%~95%,能较好地减轻塔楼在地震作用下的响应。     

对几种楼层侧向刚度计算方法的探讨

基于对我国现行规范给出的按剪切刚度、剪弯刚度和楼层剪力与楼层层间位移比等三种计算楼层侧向刚度方法的研究,指出剪切刚度是剪弯刚度的简化算法,当抗侧构件高宽比1≤h/b≤4时,采用剪切刚度计算误差较大;由于无害位移的存在,按层间剪力和层间位移比来计算楼层刚度,会使得结构中上部楼层的刚度计算值比实际刚度偏小;剪弯刚度可综合考虑楼层各抗侧构件的剪切、弯曲和轴向刚度的影响,按其计算的楼层侧向刚度结果比较合理。     

某带设备层的超限高层建筑结构分析设计

为探究带设备层超限高层建筑的抗震性能,以位于长沙的超高层公寓式办公楼实际工程为背景,研究了设备层对结构整体参数及抗震性能的影响,重点探讨了楼层侧向刚度比的计算方法和改善楼层受剪承载力比的措施.分析结果表明,设备层的存在会引起本层框架分担剪力比的大幅度增大,但框架柱剪应力仍处于较低水平;设备层对结构周期、基底剪力及框架分担倾覆力矩比的影响可忽略不计;设备层层高突变未引起楼层塑性变形集中及结构损伤集中,罕遇地震验算结果表明结构体系合理,表明按高规算法考虑层高修正计算楼层刚度比可行;提高墙身水平筋配筋率的措施对改善楼层受剪承载力比最有效.     

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。