上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的抗震性能试验研究

在上海中心大厦伸臂钢桁架与柱和核心筒连接单调静力试验的基础上,进行了该连接的抗震性能试验。试验设计了3种不同的反复加载路径,以考察普通循序渐增加载方式和不同损伤累积后再以普通循序渐增加载方式下试件滞回特性和耗能能力的差别。结果表明：在几种不同路径反复荷载作用下,试件最终破坏均发生在伸臂桁架斜腹杆和下弦杆端部,伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板塑性应力水平较低,滞回曲线形状饱满,延性较好,满足结构抗震设计要求;伸臂桁架在不同加载路径下的累积塑性耗能引起的塑性损伤对伸臂桁架的滞回性能退化有一定影响,但并不显著;单斜腹杆作为伸臂桁架耗能的主要构件,其累积轴力耗能占伸臂桁架总耗能的70%左右。     

防屈曲支撑在超高层建筑结构伸臂桁架中的应用

带加强层的超高层建筑结构多采用伸臂桁架结构形式。出于提高结构抗震性能的需要,工程中常采用拉压性能稳定的防屈曲支撑代替易失稳的普通钢支撑作为伸臂桁架的斜腹杆。采用有限元分析软件ABAQUS的动力弹塑性分析方法,比较了某超高层结构分别采用防屈曲支撑和普通钢支撑作为伸臂桁架斜腹杆,在设防烈度和超烈度罕遇地震作用下的结构变形特征、构件内力及剪力墙损伤等非线性动力响应。分析结果表明,与普通钢支撑相比,防屈曲支撑刚度和强度指标易控制,大变形下滞回性能稳定,罕遇地震作用下能率先屈服吸收地震能量,抗震性能良好。     

采用BRB伸臂桁架的某超高层钢结构抗震性能分析

位于8度区某高度为280m超高层钢结构采用内外筒方钢管混凝土框架-中心钢支撑(部分防屈曲支撑BRB)-伸臂桁架-环带桁架结构体系,共设置了863根普通钢支撑,并在结构底部加强区部分斜撑处和伸臂桁架腹杆处一共设置了104根防屈曲支撑.通过有限元法对普通钢支撑拉压不对称进行分析模拟.结果表明初始几何缺陷对普通钢支撑轴力的影响较大,长细比越大受压承载力下降越显著.采用ABAQUS对该结构进行了动力弹塑性时程分析,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行了论证分析.结果表明,该结构满足"大震不倒"的抗震设防目标.     

航天科技广场加强层伸臂桁架方案研究

结合实际工程探讨了采用屈曲约束支撑作为高层框架核心筒结构加强层伸臂桁架的可行性及优越性,对比分析了普通支撑与屈曲约束支撑加强层方案结构整体动力性能、层间位移角,以及大震下弹塑性基底剪力等。计算结果表明,在满足正常使用状态的情况下屈曲约束支撑可以选择相对较小的截面,在加强层采用屈曲约束支撑作为伸臂桁架能够有效降低结构刚度突变,通过屈服耗能以降低大震下的反应,减小地震作用对整体结构重要构件的破坏,屈曲约束支撑实现提高刚度、承载力同时减小刚度突变的和谐统一。     

乌鲁木齐宝能城超高层钢结构动力弹塑性分析

通过对乌鲁木齐宝能城282.4m超高层钢结构进行动力弹塑性时程分析,研究了结构在大震下的动力响应、结构耗能分布及关键构件的塑性发展。分析结果表明:在大震作用下,结构的最大层间位移角小于规范限值;结构底部6层及三个加强层伸臂布置的屈曲约束支撑(BRB)在大震下均进入屈服,导致结构所承受的地震作用大幅下降,减小了结构的地震反应;由于在关键部位布置了BRB,给结构提供了合理的刚度,地震下整体刚度下降较慢,主要抗侧构件极少进入屈服,框架柱基本未屈服;屈曲约束支撑和框架梁是结构主要的耗能构件,其中1~6层Y向BRB及10层伸臂桁架是BRB耗能的主要区域。     

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。     

某高烈度区超高层结构伸臂桁架设计

本文基于云南省昆明市某226m超高层建筑,针对结构整体刚度及核心筒底部拉力两项指标,设置6种不同的加强层设置方案。为使结构满足规范要求,且加强层刚度不至过大而导致刚度突变,而选择最优的伸臂桁架布置方案。本项目位于高烈度区,为防止大震下关键构件破坏,伸臂桁架腹杆采用防屈曲支撑。本文对减震结构和非减震结构进行了大震弹塑性分析,对比两者在大震下工作性能。发现采用防屈曲支撑腹杆可增加结构侧向刚度的,且在大震下耗散更多能量,更适合于本项目。     

伸臂桁架简化模型滞回曲线的模拟研究

伸臂桁架是超高层建筑当中的关键构件,对其滞回曲线研究具有重要的意义。论文主要研究伸臂桁架的简化模型,在往复荷载作用下,进行了普通伸臂桁架简化模型滞回曲线的模拟研究。研究结果表明,在考虑完全弹性和考虑屈曲阶段时,简化模型的峰值承载力和峰值位移有很大不同。通过简化模型滞回曲线的研究,可以为伸臂桁架结构抗震设计提供参考。     

黏滞阻尼伸臂桁架布置对超高层建筑抗震性能的影响

超高层建筑中利用伸臂桁架布置黏滞阻尼器,可避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响.为探讨伸臂桁架布置形式对超高层建筑结构中黏滞阻尼器的减震效果和对局部构件受力的影响,以一个8度区、407m高的巨型斜撑框架-核心筒结构为例,通过动力弹塑性时程分析,研究黏滞阻尼伸臂桁架分别按通过内柱或避开内柱直接由核心筒悬挑两种方案设计时结构的整体抗震性能和构件内力.结果表明:两种设计方案均可有效协同核心筒和外框架共同受力,但当伸臂桁架经过内柱且弦杆布置在楼面时,因桁架端部受楼面约束,黏滞阻尼器变形受到限制,不能充分发挥作用.当伸臂桁架改为避开内柱、直接由核心筒悬挑,且弦杆脱离楼板约束可自由变形时,黏滞阻尼器耗能能力大幅提升,即使主体结构因塑性损伤产生一定偏位,黏滞阻尼器仍可适应变形继续耗能;因黏滞阻尼器耗能作用明显,主体结构变形得到有效控制,与其相连的巨柱和核心筒负担减轻,结构抗震性能得到一定改善.     

摇摆桁架-BRB-钢框架体系耗能减震效果研究

在摇摆桁架-BRB-钢框架体系中设置BRB构件,以增强结构体系的耗能能力,控制并减轻结构的地震损伤。基于大震作用下的时程分析,对BRB构件的耗能量、能量时程曲线、累积位移系数以及结构层间位移集中系数进行了分析。结果表明:摇摆界面上的BRB构件滞回环饱满,在地震作用下能稳定地发挥耗能能力,各层BRB构件的屈服顺序以及耗能量的大小对该层的耗散地震能量的先后和大小影响较大,BRB构件累积位移系数随楼层数的增加而增大;摇摆桁架-BRB-钢框架体系侧向变形和结构损伤较原钢框架结构更加均匀,同时,BRB构件的耗能减震作用可提高结构体系抵抗地震损伤的可恢复性。     

结构弹塑性分析对我国高层建筑抗震设计的启示

结合多个实际高层建筑结构的弹塑性分析结果,初步总结并分析了强烈地震作用下结构弹塑性响应及构件破坏模式的规律与内在原因,得出如下一些结论:1)可以采用楼层屈服强度系数作为初步判断框架-核心筒结构抗震薄弱部位的指标;2)在框架-核心筒结构的伸臂桁架中采用防屈曲支撑作为其斜腹杆构件,有利于防止斜腹杆的受压屈曲破坏并保障核心筒与外框架的协同工作,是实现有限刚度加强层与延性破坏机制的一种有效途径;3)对于高宽比较大的剪力墙结构,宜设置构件配筋过渡楼层以避免因结构配筋指标突然变小而造成的抗震薄弱部位;4)强震作用下,核心筒内的电梯门厅楼板实际起到了类似连梁的作用,提高其与墙体连接部位的配筋构造、保证其在往复荷载下的耗能能力有利于结构抗震。     

消能减震技术在某大跨空间桁架结构中的应用研究

为研究屈曲约束支撑(BRB)与黏滞消能器(VFD)对大跨空间桁架结构的减震控制作用,在某会展中心大跨空间桁架结构部位设置BRB与VFD,利用有限元分析软件SAP2000对大跨空间桁架结构进行罕遇地震作用下的非线性时程分析。研究地震波输入时BRB与VFD对大跨空间桁架结构的减震控制机理,以空间桁架整体结构的位移、加速度及构件内力为减震控制指标,对比分析采用不同方案对结构抗震性能的影响。结果表明:在大跨空间桁架结构部分设置消能器可以有效地控制桁架在地震作用下的受力与变形,改善桁架部分的抗震性能;大震下消能器的滞回曲线均较饱满,消能器耗能能力良好;大跨空间桁架结构布置BRB较布置VFD减震效果更优。     

近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑结构抗震性能分析

屈曲约束支撑因其在地震作用下具有良好的耗能能力,被广泛应用于高层建筑结构减震中。而含有明显长周期速度脉冲特征的近断层地震引起高层建筑结构较大的变形以及损伤,其对BRB减震效果有何影响值得深入研究。针对某高层建筑结构进行BRB减震参数设计,选取近断层脉冲型地震动进行动力分析,基于结构层间位移角、楼层加速度、结构塑性耗能等指标评估近断层脉冲型地震对BRB减震高层建筑结构抗震性能的影响。结果表明:近断层脉冲型地震作用下BRB减震高层建筑层间位移反应较大,楼层加速度放大不明显,RBR耗能在结构总塑性耗能中占比减小,结构塑性损伤较大。     

某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析

以某220 m超高层框架-核心筒结构的消能减震效果为研究对象。采用NosaCAD结构分析程序对该结构进行弹塑性时程分析,对比分析了该结构在6度多遇和所选取的罕遇地震作用下普通伸臂桁架与耗能伸臂桁架对结构地震作用下的消能减震效果。分析结果表明:消能伸臂桁架能在一定程度上改善该结构的抗震性能,结构顶层峰值加速度响应平均降幅约为10%,层间位移角平均降幅约为15%;该结构在罕遇地震作用下的损坏情况有所减轻,伸臂桁架位置布置的黏滞阻尼器对降低结构在地震作用下的响应发挥了一定的作用。     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

东莞国贸中心T2塔楼伸臂桁架施工技术

伸臂桁架层结构作为高层建筑施工的重难点部位,具有构件尺寸大、节点复杂、穿插施工作业多等特点,因此,对钢结构深化设计、智能顶升钢平台优化及施工组织等方面提出较高的要求。东莞国贸中心T2塔楼建筑高度达428. 8m,是典型的高层钢-混组合结构体系,其加强层设置的伸臂桁架+腰桁架结构是核心筒与外框柱连接的重要构造。以T2塔楼为研究载体,介绍复杂环境下高层建筑伸臂桁架结构施工技术。     

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。     

超高层结构中伸臂桁架的设计和优化

框架-核心筒结构结合加强层可以形成更大的刚度并抵抗倾覆力矩,结合实际工程应用ETABS软件建立三维模型进行分析,通过对5种不同伸臂桁架的设计方案进行对比,综合建筑需要和结构性能确定了伸臂桁架布置方案。研究伸臂桁架与核心筒之间的传力机理,并设计伸臂桁架。考虑施工次序对伸臂桁架斜撑内力变化影响的同时对伸臂桁架斜撑截面进行优化。     

屈曲约束支撑在某住院楼框架结构减震中的应用研究

屈曲约束支撑(BRB)解决了普通钢支撑受压时失稳破坏的问题,在受拉和受压时的性能一致,因此能够大大提高结构的延性和耗能能力。以一住院楼框架结构在地震激励下的响应分析为例,根据对布置BRB的框架结构进行试算,然后对整体结构模型进行弹性以及弹塑性时程分析。共采用三组不同地震波分析了结构在X向单向和Y向单向地震输入时,结构的抗震性能。结果显示:多遇地震作用下,主体结构为弹性,BRB小震下均保持弹性,仅起到提供刚度作用;罕遇地震作用下,只有部分构件进入塑性,具有良好的抗震耗能机制,BRB保证了结构的安全,达到预期减震目标;罕遇地震作用下,各BRB均进入塑性滞回耗能,发挥了良好的耗能能力,为结构主体提供了良好的安全保证。     

黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究

在超高层结构中,传统伸臂桁架能显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但给结构带来刚度、内力突变等不利影响,形成结构薄弱层。黏滞阻尼器伸臂桁架因其在一定程度上减小结构刚度、提供附加阻尼比,成为近年高层建筑结构抗震与抗风的新型体系。针对一226 m超高层结构中某一榀平面框架-剪力墙,在伸臂桁架中布置黏滞阻尼器,对比分析5种不同黏滞阻尼器布置方案伸臂桁架结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的消能减震效果,将为黏滞阻尼器在超高层结构伸臂桁架中的进一步研究和应用提供借鉴。