搭接柱转换结构与帽和腰桁架在高层建筑中的力学性能研究

为适应功能要求,高层建筑中上下楼层结构形式通常需要改变。搭接柱转换结构是一种新型转换形式,利用ANSYS软件对一栋28层、98.4 m高的搭接柱转换结构以及分别设有帽桁架和腰桁架的情形下进行整体分析。结果表明:1)在搭接柱转换结构中,上部荷载作用会使得搭接体发生扭转,增大转换层附近梁挠度,在设计时要加强控制此部位梁挠度。2)转换层附近内筒体在水平荷载作用下,形成平面外受弯,使得其抗弯、抗剪能力下降和抗侧移刚度降低,应加强此处内筒体刚度。3)设置一道帽桁架可显著降低结构竖向位移差;帽、腰桁架同时设置时,效果更好。     

球幕影院超限结构的设计与分析

某球幕影院整体结构采用球壳竖向曲柱、普通框架柱及斜桁架作为竖向承重构件共同受力,球壳采用钢结构单层肋环形球面网壳,竖向曲柱与下部混凝土基座采用带关节的销轴铰接连接,在结构周边设置钢结构桁架以提高结构的抗扭刚度。基于结构布置、计算参数选取及主要构件的抗震性能目标,分析了结构周期及振型、竖向荷载下的球壳受力特征、结构稳定及楼板应力。结果表明:球壳结构受力由竖向荷载控制;竖向曲柱和水平环向拉杆协同受力,下部的水平环向拉杆竖向加密;球壳下部的竖向曲柱及外侧斜桁架易发生失稳破坏,根据欧拉公式反推计算长度系数;上部楼板有效宽度较小,应进行小震及中震下的楼板应力分析,并增设楼板钢筋满足中震设防目标。     

某带大悬挑的办公塔楼结构设计

某办公塔楼采用钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构体系,塔楼3层的外围框架柱缺失,导致4～13层核心筒外侧均为悬挑结构,最大悬挑尺寸为19.2m。采用钢筋混凝土核心筒作为竖向抗侧力体系,在4层和9层设置悬臂桁架与环带桁架组成的悬挑转换体系,将上部楼层荷载传递给核心筒。对结构进行了抗震性能化设计,对核心筒关键部位采取了设置钢板、型钢柱、型钢梁等加强措施,大震动力弹塑性时程分析结果表明核心筒具有优良的抗震性能。对悬挑转换体系进行了专项分析,具体包括:核心筒环通钢梁的设计;楼板刚度对悬臂桁架、环带桁架受力和变形的影响规律;对悬挑转换部位楼板进行应力分析,并采取后浇带和铺设钢板的措施;大悬挑关键节点分析等。结果表明,悬挑转换体系具有较高的安全储备。并针对悬挑转换结构的特点,给出了可行的施工方案。     

苏州吴江某总部大楼超限结构设计

该工程为带斜撑转换的复杂高层建筑,斜撑转换结构传力直接,构造简单合理,斜撑转换楼板及水平拉梁有较大水平推力,补充转换部位的楼板应力分析,对转换结构设置抗震性能目标,保证结构具有良好的抗震性能。屋面幕墙支撑桁架高达15 m,通过设置竖向平面桁架、平面外侧向桁架及下部水平支撑桁架形成空间桁架,保证水平荷载的有效传递。     

天津响螺湾超高层结构设计

首次将六边形网格结构应用于高度达358m的天津响螺湾超高层建筑作为其结构外网筒。深入研究这种新颖结构的工作性能与特点,扬长避短,是实现整体结构安全、合理、经济的关键。针对六边形网格结构抗竖向荷载性能较差,抗水平荷载性能较好的特点,采取如下重要结构设计关键技术:内外筒连接的楼盖钢梁两端铰接,不设伸臂加强层,以适应竖向荷载下内外筒的竖向变形差异,减小外筒承担的倾覆弯矩;网筒水平横梁截面小于斜柱;角部斜柱倾角减小;引入六边形网筒梁柱节点的有效刚度和钢梁连接楼板的栓钉的有效刚度;采用专门施工措施消除中部结构自重向角部转移。     

基于B3模型的竖向构件差异变形分析

为研究巨型框架伸臂核心筒结构中由收缩和徐变引起的巨柱和核心筒的竖向差异变形,基于B3收缩徐变模型,采用应变增量法进行MATLAB编程,模拟荷载逐层施加的实际施工过程。对某一巨型框架伸臂核心筒结构进行了研究,考虑施工过程、混凝土收缩和徐变影响,对高层混凝土结构构件在竖向荷载作用下的竖向变形进行了计算;计算构件在楼板施工前后巨柱和核心筒的弹性、非弹性缩短以及竖向差异变形;进行了差异缩短变形分析,采用逐层修正法进行补偿。结果表明：考虑重力荷载、混凝土收缩和徐变时,巨柱和钢筋混凝土筒由收缩和徐变产生的非弹性变形占总变形的509／6以上,且该比例随时问呈增大趋势;巨柱和核心筒的收缩变形远小于徐变变形,收缩和徐变变形最终趋于一定值;楼板施工结束时竖向变形近似相等的构件,在楼板施工后一定时期的竖向差异变形很大;若顸层楼板施工结束时荷载全部施加完毕,则楼板施工后的最大竖向变形值出现在中间某一层;对于有具体要求的特殊结构,采用逐层修正法可降低差异变形在伸臂桁架中引起的附加内力。     

湖北省图书馆新馆悬挑转换桁架结构设计

湖北省图书馆新馆为框架结构,局部设置少量支撑及剪力墙,属于平面、竖向均不规则的结构。结合概念设计和计算分析,对新馆工程上托7层悬挑转换桁架的结构布置进行了设计方案比选;分析比较了不同楼板假定对桁架弦杆的受力和配筋影响。结果表明:传力越直接,结构布置越合理;对于平面不规则或考虑温度荷载工况的结构,刚性楼板假定会产生较大误差。桁架节点复杂,设计中提出了有别于常规做法的适用节点构造。     

某带空腹桁架的科研楼结构设计

该结构采用框架-剪力墙结构体系,该项目存在竖向抗侧力构件不连续、楼板局部不连续、扭转不规则特点。针对项目扭转不规则,设置了屈曲约束支撑,取得了较好的抗扭转效果。针对竖向抗侧力构件不连续,同时为实现通高大堂,在4层设置了空腹桁架;基于“强化转换层及其下部,相对弱化转换层上部”的设计思想,定量给出了空腹桁架控制指标和内力调整措施。空腹桁架下弦杆采用了预应力型钢混凝土梁的设计,给出了该梁的抗弯、抗剪计算公式。     

大跨转换桁架结构分析与设计

哈尔滨富力江湾新城裙房公建区酒店宴会厅上方为跨度36m的转换桁架,其结构设计存在承担竖向荷载大、桁架高度受限、需要二次转换、转换层楼板应力大等难点。从受力和变形控制角度对转换桁架立面形式进行对比,选择了斜腹杆中部一拉一压、端部交叉布置的立面形式。支承桁架的型钢混凝土转换柱不同于常规转换柱,为大偏心压弯构件,通过分析对比,采取端部下弦杆后连接设计、分阶段加载、释放恒载作用下产生的下弦弯矩和对转换柱的剪力,解决了型钢混凝土转换柱受压区高度较大的问题。在对转换结构进行常规分析之外,补充了小震、大震时程分析,进行了转换结构整体和构件弹性屈曲分析,对型钢混凝土转换柱的承载力和抗震性能水准进行了评估,对上弦杆与楼板协同工作进行了分析,并进行了转换桁架抗连续倒塌分析。在全面分析的基础上,总结了转换桁架的结构设计要点和设计措施。     

镜湖梅山广场南区酒店双向高位连体框架-支撑结构设计

镜湖梅山广场南区酒店地上结构采用带双向高位连体的框架-支撑结构体系,结构体型复杂,存在凹凸不规则、楼板不连续、竖向刚度不规则、竖向构件间断、承载力突变5项一般不规则条目和扭转偏大、层刚度偏小2项中等不规则条目.分析了南区酒店结构设计过程中的关键技术问题及解决方案.基于抗震性能化设计原则提出了合理的性能目标.进行了小震弹性、罕遇地震弹塑性时程、防连续性倒塌、施工模拟和舒适度等整体分析;对结构转换桁架、支承转换桁架的框架柱、楼板应力和关键节点进行了分析.经过多项分析,南区酒店能够满足既定的抗震性能目标.     

高层建筑结构在竖向荷载作用下楼板面内应力分析和工程实例

对于带斜柱、斜撑、转换桁架等的高层建筑结构,在竖向荷载作用下由于倾斜构件在水平向的分力导致楼板产生较大的平面内拉力,而高层建筑结构楼板设计时,并没有考虑竖向荷载引起的楼板平面内拉力的影响。结合深圳某带斜撑巨柱框架-钢筋混凝土核心筒高层结构,分析了在自重作用下楼板产生较大拉应力的原因,给出了"放"和"抗"相结合的应对措施和设计建议。     

成都来福士广场T5塔楼结构设计

成都来福士广场T5塔楼存在扭转不规则、悬挑、斜柱、竖向构件不连续等多项超限。针对T5塔楼结构的复杂性,结构设计时采取了多项加强措施:钢桁架悬挑转换、承受拉力的梁内设置型钢、转换部位楼板加厚,对重要构件提高了中震和大震作用下的性能目标,剪力墙底部加强部位取1~20层,加强部位柱和剪力墙的抗震等级都提高为一级,悬挑部位在设计时考虑竖向地震作用,对结构在小震、中震、大震作用下的抗震性能进行了计算分析。分析结果表明,T5塔楼结构抗震性能能够满足要求,结构总体可达到预设的抗震设计性能目标。     

某交错桁架结构体系动力性能分析

采用数值模拟分析方法,对采用交错桁架结构体系的工程实例进行多遇地震和罕遇地震下的整体受力分析,探讨其抗连续倒塌性能特点。计算结果表明:结构平面布置规则、竖向刚度均匀时,在多遇地震作用下,层间变形较小,各项指标均满足规范要求;罕遇地震作用下,结构最大层间位移角小于规范限值,可实现"大震不倒"的抗震性能要求;交错桁架结构体系的水平及竖向关键构件失稳后,结构端部桁架杆件虽然屈服,但未发生整体稳定性破坏,结构不会发生跨塌;柱发生破坏时,柱端纵梁及桁架形成转换梁效应,将上部柱传递下来的荷载进行重分配,结构不会发生连续性倒塌。     

汉中某复杂高层大跨连体结构设计

某复杂高层建筑,位于陕西省汉中市(7度区),存在扭转不规则、楼板不连续、竖向构件收进、连体等不规则情况。大跨连体采用型钢混凝土转换桁架。对结构关键构件提出了抗震性能设计目标,并针对结构的不规则项,提出了相应的加强措施。对整体结构进行振型分解反应谱计算分析、弹性时程分析和静力弹塑性分析。并对转换桁架进行专项分析,包括转换桁架内力和变形分析、转换桁架上下弦楼板应力分析、支撑转换桁架的框架柱抗震性能分析和楼盖振动舒适度分析。分析结果表明,采取的加强措施能够确保结构安全可靠,并满足规范要求。     

高层钢结构交错桁架结构的试验研究

进行了1个14层交错桁架结构1:8缩尺模型静力弹性试验。试验研究包括交错桁架结构在弹性阶段的受力机理,柱子内力状态,桁架腹杆内力分布规律,楼板应力分布情况,结构层间位移和结构扭转角。试验按竖向荷载+水平3点加载和竖向荷载+水平单点加载两种工况加载,分别考察相邻框架的协同工作性能和结构扭转性能。由于受实验室净高的限制,竖向荷载采用楼面堆载和柱中加套拉杆的方式加载。测试结果表明,柱子的内力以轴力为主,柱子可以按轴心受力构件设计;桁架各种腹杆也完全可以认为是轴心受力构件。应变测点显示出,上下两层相邻的楼板中水平剪力的传递方向是相反的,相邻两框架间水平剪力的传递是通过楼板中的带状拉力场得以实现。位移测试结果说明,交错桁架是一种侧移刚度较大,但抗扭转刚度较小的结构体系。利用开发的有限元程序对试验过程进行对比计算。有限元分析结果与试验值接近,表明本文有限元理论分析方法是正确、可靠的。最后,对楼板的极限剪力问题作了探讨。     

日照海韵广场1#塔楼超高层结构抗震设计

日照海韵广场1#塔楼结构大屋面高度369m,建筑塔冠标高390m,地下4层,地上86层,属于高度超限的超高层建筑。结构采用圆钢管混凝土框架柱+钢梁-钢筋混凝土核心筒+带伸臂桁架加强层的结构体系。核心筒在77层开始局部收进,塔楼存在局部楼板不连续、刚度突变、承载力突变、跃层柱、高度超限、设置加强层等六项不规则项目。针对不规则项目并结合多次与全国超限审查委员会专家的沟通意见,确定了各构件的抗震性能目标,根据抗震性能目标分别进行了框架承担地震剪力的验算、核心筒收进处墙体的平面外验算、风荷载作用下舒适度验算。结果表明,结构能够满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标,抗震性能能够达到设定的性能目标。     

框支短肢剪力墙结构中斜柱转换结构抗震试验研究

通过对两榀框支短肢剪力墙斜柱转换结构在竖向荷载及水平低周反复荷载共同作用下的拟静力试验,分析了试件的应力分布状态、破坏形态、荷载传递规律以及转换梁的受力性能和试件的抗震性能。试验结果表明,斜柱式转换结构受力特点类似于一个简单桁架,转换层上层传力梁强度和刚度对转换梁性能有重要的影响,设计合理的框支短肢剪力墙-斜柱转换结构具有较好的延性,可以形成多道抗震防线,从而获得较好的抗震性能。     

竖向荷载下平面内受力楼板的分析与设计

楼板是结构抗侧力体系的重要组成部分,其平面内刚度改变对水平力分配影响较大。在一些结构中,楼板在竖向荷载下承受平面内拉力,可能开裂并对其平面内刚度产生显著影响。利用有限元软件,对斜柱、悬挑桁架与搭接柱等竖向荷载作用下平面内受力的楼板进行了分析。提出了竖向荷载下平面内受力楼板承载力设计原则,给出了考虑裂缝宽度的楼板开裂后刚度折减系数与刚度不足时的应对措施。     

北京CBD文化艺术中心超限结构抗震设计

北京CBD文化艺术中心建筑功能为剧场、大型宴会厅和展厅等,主体结构为大跨度钢框架-支撑结构体系。建筑东西立面呈平行四边形形状,在屋顶层南北两侧设置悬挑钢桁架悬挂2层及以上各层外挑部分。结构体系中还存在局部转换、局部拔柱、多塔连体、楼板开大洞等竖向和平面不规则抗震超限内容。为此进行了多软件比较分析,弹性和弹塑性时程分析;合理设置了屈曲约束支撑,分别对整体结构和局部构件采取了有效的加强措施,使结构具有良好的抗震性能。     

用扣件式钢管平行弦桁架施工现浇混凝土转换大梁

本文介绍一种全新的转换粱支撑系统的施工方法,避免了支撑系统采用垂直支撑系统设计,利用转换层以下楼地面结构承受施工荷载．而采用扣件式钢管将支撑系统设计成平行弦桁架支撑系统施工作业,施工荷载由转换层以下的柱等竖向构件承担,不利用转换层以下楼地面结构承受施工荷载．经济合理地完成了转换梁的施工作业。