基于简化模型的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形计算

目前考虑收缩徐变影响的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形的研究,大多是通过建立较为复杂的有限元模型进行分析,而通过简化分析的研究则很少。着眼于工程实际应用,提出简化模型,通过简化分析来研究考虑收缩徐变影响的钢框架-混凝土核心筒混合结构竖向变形。首先建立钢框架-混凝土核心筒混合结构的简化模型,基于简化模型推导考虑收缩徐变影响的楼层竖向位移及钢框架柱与核心筒竖向位移差简化计算公式,然后依据大连远洋大厦结构模型,用简化分析方法分析了该结构的竖向变形特征,并以MIDAS/Gen分析所得的结构竖向变形为基准,考察了简化分析的准确性。结果表明:基于简化分析的竖向位移及竖向位移差随楼层的变化规律与有限元分析结果基本相同,误差在工程可接受的范围内。     

高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构的竖向变形差分析

为研究高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒混合结构施工过程和使用过程中的竖向变形差,采用结构分析软件SAP2000,调用非线性分析模块,结合典型混合结构工程实例进行了施工过程及使用过程的全过程模拟分析,分析模型中考虑了混凝土的收缩和徐变,研究结果表明,考虑混凝土收缩和徐变的施工全过程模拟接近于实际工程的受力情况,分析结果有助于施工全过程监测控制以及在施工过程中的竖向构件下料长度的预调整。     

超高层建筑结构竖向变形估算

本文利用国内外的研究成果,提出在考虑混凝土的弹性压缩、收缩、徐变及温度影响时,如何粗略估计超高层建筑结构各部分的竖向变形差异。     

超高层混合结构考虑施工过程的竖向变形差异计算和分析

分析了混合结构体系超高层建筑在施工期间和使用阶段的竖向变形问题。采用CEB-FIP(1990)规范中混凝土收缩/徐变模型,计算了钢管混凝土柱和钢筋混凝土核心筒间的竖向变形差异,并分析了竖向变形差对关键构件内力的影响。计算中考虑了筒体先于外框柱施工、混凝土材料的收缩徐变、施工过程找平调整等因素的影响。结果表明,结构封顶一年后外框柱和核心筒最大竖向变形分别为50 mm(51层)和55 mm(51层),最大竖向变形差为12.9 mm(68层),同时由于竖向变形差引起的伸臂桁架次内力增量较小,结构具有足够的安全度。     

超高层混合结构竖向变形差实测分析

通过对具体实际工程在施工期间竖向变形差的实测分析,可以清楚的了解结构在施工荷载作用下结构的受力及变形、变形差情况。文章以天津市泰安道五号院塔楼工程在施工期间现场实际监测获得的竖向变形差数据进行计算分析,分别从竖向变形差在竖向和平面内的变化情况进行研究,并与软件模拟分析进行比较。这种方法为后续的实际施工及分析结构的安全等提供一定帮助,也为类似工程今后的研究提供借鉴和参考依据。     

钢骨混凝土框架-核心筒超高层混合结构竖向变形研究

钢骨混凝土框架-核心筒超高层混合结构竖向变形对结构的长期安全稳定影响显著。基于混凝土弹性、徐变和收缩变形的理论分析,推导了超高层建筑考虑结构施工过程的徐变计算式,依此建立了考虑超高层混合结构体系分级循环施加变荷载的竖向变形计算方法,并分析了施工过程对内外结构竖向变形差异的影响,最后,以深圳平安金融中心为工程背景,研究了超高层混合结构竖向变形规律和内筒与外框架的变形差异。结果表明:所提方法对超高层混合结构竖向变形的预测结果与工程实际测量结果误差较小,可反映超高层建筑的长期竖向变形及变形差的发展规律;超高层建筑竖向变形呈中部大、两端小的鱼腹形,结构施工期间,竖向变形最大值发生在中部位置,并随着服役期的延长,竖向变形最大值所在楼层逐渐上移;在施工期间,弹性压缩变形最大,徐变次之,收缩最小,而竣工后,徐变和收缩占总变形的比例不断增加,深圳平安金融中心竣工50a后的徐变收缩变形将达到弹性压缩变形的2～3倍;内筒剪力墙竖向变形比外框架柱大,且单层结构施工周期越短,内外结构长期变形差越大,核心筒超前外框架施工层数越多,变形差越大。     

混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制

采用CEB-FIP(1990)规范中的混凝土收缩徐变模型,考虑含钢率、套箍效应对混凝土收缩徐变的影响,计算了某超高层巨型混合结构竖向构件的竖向变形,分析弹性模量发展对竖向构件变形的影响,并研究竖向变形差对关键构件的内力影响。为实现在设定阶段竖向构件达到设计标高,对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了研究。进一步提出减小竖向构件竖向变形差的措施,并通过算例验证了其有效性。研究表明,混凝土弹性模量发展对竖向构件变形影响不大;而混凝土的收缩徐变对超高层混合结构的变形及内力影响较大,应以考虑了混凝土收缩徐变的结构模型作为地震分析的初始态对关键构件进行校核;在带钢管混凝土柱的超高层巨型混合结构中,控制钢管混凝土柱压应力水平适当大于钢筋混凝土核心筒的压应力水平,可有效降低混凝土收缩徐变引起的竖向变形差及附加内力。     

天津泰安道五号院超高层混合结构竖向变形差值分析

由于采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒的混合结构体系,天津市泰安道五号院超高层结构竖向变形差问题需要进行精细化分析。通过采用施工精确模拟方法,分别建立施工正装分析法以及施工倒拆分析法的施工过程有限元模型,其中考虑施工过程中混凝土的收缩徐变特性。对此有限元模型进行分析,总结了施工各阶段结构不同竖向构件的变形规律以及变形差规律,为施工中竖向变形的控制提供依据。     

徐变对武汉环球贸易中心钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的影响

混合结构由于材料性能差异,在施工过程和使用过程中存在一定的非线性变形差,对结构受力有一定的影响。结合某实际工程项目,采用MIDAS Gen进行施工过程及使用过程的模拟分析,分析中考虑混凝土收缩和徐变,研究结果有助于指导结构施工中竖向构件的下料长度和安全储备控制,有利于施工全过程的监测控制。     

Theoretical calculation and prediction of temperature-induced deformation for super high-rise frame-core tube buildings

超高层建筑的温度变形具有明显的弯曲型特征，随着结构高度的增加，温度变形量会显著增大。考虑常见的超高层框架-核心筒结构，将其等效为多层变截面悬臂柱，推导了截面温度场和核心筒温度应变的理论公式，结合应变与变形的数学关系，建立了截面温度场和温度变形的理论模型，包括温度场-水平变形、温度场-竖向变形和温度场-倾角模型；然后利用偏最小二乘回归法求解未知的温度变形系数，实现了温度变形的计算与预测。以335 m高的武汉长江航运中心结构为数值算例，计算了结构为期一年的温度场和温度变形数据，以此数据为基础，对提出的温度变形理论模型进行了验证。计算结果表明：偏最小二乘回归法能稳定地求解温度变形系数，温度变形回归模型的回归值与基准值吻合较好，最大相对误差和最小相对误差分别为15.10%和3.87%；回归模型预测值与基准值的变化趋势基本一致，最大相对误差和最小相对误差分别为8.49%和4.39%，可以认为截面温度场和核心筒温度变形之间具有明显的线性关系。所提出的方法适用于计算由季节温差和日照温差引起的温度变形。     

超高层框架-核心筒结构温度变形理论计算与预测

超高层建筑的温度变形具有明显的弯曲型特征,随着结构高度的增加,温度变形量会显著增大。考虑常见的超高层框架-核心筒结构,将其等效为多层变截面悬臂柱,推导了截面温度场和核心筒温度应变的理论公式,结合应变与变形的数学关系,建立了截面温度场和温度变形的理论模型,包括温度场-水平变形、温度场-竖向变形和温度场-倾角模型;然后利用偏最小二乘回归法求解未知的温度变形系数,实现了温度变形的计算与预测。以335 m高的武汉长江航运中心结构为数值算例,计算了结构为期一年的温度场和温度变形数据,以此数据为基础,对提出的温度变形理论模型进行了验证。计算结果表明：偏最小二乘回归法能稳定地求解温度变形系数,温度变形回归模型的回归值与基准值吻合较好,最大相对误差和最小相对误差分别为15.10%和3.87%;回归模型预测值与基准值的变化趋势基本一致,最大相对误差和最小相对误差分别为8.49%和4.39%,可以认为截面温度场和核心筒温度变形之间具有明显的线性关系。所提出的方法适用于计算由季节温差和日照温差引起的温度变形。     

超高层混合建筑结构竖向变形差计算分析

超高层建筑塔楼施工中存在的较大技术难点是结构竖向变形差的调整。以上海汇丰银行大厦为背景,研究了在竖向重力荷载作用下,钢-混凝土混合结构的外围巨型柱与核心筒之间的竖向变形差。分析表明,整体结构模型与施工阶段模型的分析结果存在着较大的差异,在实际运用中应采用考虑混凝土时变特性的施工阶段模型;施工速率对结构竖向变形的影响不大,可以忽略不计;结构中刚度很大的桁架层对减小巨型柱与核心筒之间的竖向变形差作用显著。最后根据仿真分析的结果,并考虑了施工中的标高补偿之后,确定了符合实际施工情况的构件预抛高值。从而规避了施工质量风险,达到了设计预期要求。     

超限高层建筑框架—核心筒结构设计分析

基于理论知识的学习与实践经验的应用,通过超限高层建筑框架—核心筒结构设计理论的分析,以工程实例为依托,对比分析了型钢框架—核心筒与钢管混凝土框架—核心筒的结构性能,所得结论具有一定的参考性,以期为我国建筑结构的设计提供技术支撑。     

超高层建筑基于性能的组合消能减震结构设计及其应用

组合消能减震是在结构中组合应用速度型阻尼器和位移型阻尼器,地震作用下参与结构耗能,降低结构地震响应。基于性能的组合消能减震设计是从性能化设计理念出发,通过调整消能减震装置在结构中的布置位置和力学特性参数,在不同水准地震作用下分阶段发挥各阻尼器的作用,满足结构受力变形要求,提高结构抗震性能。以云南省昆明市一超高层建筑为工程背景,在结构中同时布置了速度型阻尼器和位移型阻尼器,研究了不同类型减震装置在结构中的较优布置位置,结果表明:本工程采用组合消能减震技术后,在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下,各类减震装置均能充分参与结构耗能,相比传统抗震结构,其地震响应和构件损伤可得到更好的控制,整体结构能够满足预期抗震性能目标要求。     

基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析

在增量动力分析的基础上,结合地震易损性分析,提出了基于增量动力分析的超高层混合结构地震易损性分析方法,该方法可以从概率角度定量评估该类工程结构的抗震性能。以设计的某50层超高层混合结构为算例,采用上述方法对该结构进行地震易损性分析,依据指定不同强度地震作用下各极限状态的结构地震易损性概率,评定该结构的抗震性能。结果表明：该超高层混合结构在7度多遇地震作用下,处于正常使用和基本可使用状态;在7度设防地震作用下,处于基本可使用和修复后使用状态;在7度罕遇地震作用下,处于修复后使用和生命安全状态。该结构基本满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求,具有良好的抗震性能。     

大偏心核心筒超高层结构受力性态与设计关键技术

偏置核心筒结构和传统的居中核心筒结构受力有所不同,主要表现在竖向荷载作用下结构的水平变形较大、扭转效应明显、墙肢拉应力较大等方面。以高度250 m大偏心核心筒结构为例,对比了钢结构体系与混合结构体系下结构的受力性能与经济效益。采用数值分析方法,从结构和构件两个层次研究了核心筒不同偏置程度、不同结构高度下的结构受力性能,在整体结构层面总结了竖向荷载下结构水平变形、结构扭转指标等随偏置程度及结构高度等因素的变化规律,在构件层面总结了偏置程度对剪力墙受力性能的影响。研究结果表明,采用预伸长框架柱的方式可控制竖向荷载作用下结构水平变形,通过调整剪力墙厚度或设置支撑等方式可控制结构扭转,通过增设型钢或预应力的方式可达到有效控制墙肢拉应力的目的。     

超高层钢结构建筑动力特性与抗震性能的有限元分析

武汉国际证券大厦共68层,总高度为331.3m,结构底部为钢筋混凝土筒中筒结构过渡到上部框架-支撑钢结构,并沿高度方向设置3道水平加强层,整体结构形式复杂,纵向刚度变化大,对抗震要求较高。抗震规范要求,对于此类复杂结构的抗震分析,应采用不少于两个的不同的力学模型,故利用大型有限元计算软件ANSYS,对其进行了抗震性能分析。包括结构动力特性分析,振型分解反应谱方法和时程分析方法分析常遇地震作用下的结构的变形和内力,并将计算结果和专业软件SATWE的计算结果进行对比。计算可见建筑物刚度突变的楼层为薄弱层,需特别重视;应注意多维地震作用下的结构整体性能分析。结构符合国家现行规范要求,计算方法和结论对于运用有限元软件计算超高层建筑有借鉴价值。     

极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌分析

911事件以来,意外荷载作用下超高层结构的连续倒塌问题日益受到关注。该文采用考虑高温作用的高性能有限单元、高温破坏准则及生死单元技术,对极端火灾作用下典型超高层混凝土框架-核心筒结构的连续倒塌进行了分析。研究发现,该结构系统中的多层结构共同承受火灾作用时,由于火灾热膨胀变形的影响,超高层框架-核心筒结构产生类似桁架拱的整体受力机制,使得结构体系内不仅在水平方向发生内力重分布,而且在竖向也发生内力重分布。楼盖系统的热膨胀和破坏失效对外围柱的破坏具有重要影响,最终造成外围柱由于较大的二阶效应而发生受弯破坏,触发了整体结构系统的连续倒塌。     

框架-核心筒高层混合结构抗震性能评价及破坏模式分析

以一个实际高层框架-多子筒核心筒混合结构为例,通过静力弹塑性计算和弹塑性动力时程计算,分析了在地震作用下框架-核心筒结构体系的受力特点,讨论了该结构体系的合理破坏模式,提出将控制概念引入结构设计中,有目的地引导作为主要抗侧力体系的核心筒的屈服机制和破坏模式,同时对外框架进行合理的设计使其具有足够的承载力和延性,可以使框架-核心筒结构具备多道抗震防线,提高其抗震性能。结果表明:经过合理设计,框架-核心筒结构可以具备三道抗震防线:连梁、子筒(或墙肢)、框架,并且结构同时具有足够的耗能能力,能形成合理的破坏模式,提高抗震性能。