典型框架-核心筒单重与双重抗侧力体系的抗震性能与剪力分担研究

在中国规范体系下,框架-核心筒结构应设计为双重抗侧力体系,其对二道防线的设计有明确的规定,即框架-核心筒体系的框架部分必须具有足够的抗侧刚度和承载力。国外的一些规范（如美国规范ASCE7等）则允许单重抗侧力体系,即水平荷载由剪力墙承担,框架部分只承担竖向荷载。因此,为了比较单重与双重抗侧力体系的抗震性能,该文首先根据中国规范设计一典型框架-核心筒双重抗侧力体系模型,然后在保持结构重力荷载代表值相等（混凝土用量基本不变）的前提下,基于以下调整原则设计了框架-核心筒单重抗侧力体系模型：1）在双重结构体系的基础上取消结构二道防线,即取消结构框架部分的楼层剪力调整;2）为了减小框架构件截面尺寸,该研究取消了框架构件抗震等级的要求,使筒体承受大部分的水平地震作用,而框架只承担结构的竖向荷载。该文对比分析了两种结构体系在多遇和罕遇地震作用下的响应特征和构件损伤情况,进而讨论两种体系的倒塌机理以及抗倒塌性能。最后讨论单重与双重体系在不同地震水准下,框架所承担剪力和剪力分担比的变化情况以及对应关键构件的破坏情况。研究表明：在地震作用下,双重抗侧力体系结构的响应略大于单重抗侧力体系,两者的抗倒塌能力相当。然而,单重体系的用钢量比双重体系少。     

180m超高层建筑结构体系的优化研究

在土建成本中,结构成本占据相当重要的比例,对复杂的高层以及超高层建筑,通过经济合理的结构优化设计,可以达到降低结构成本的目的。结构优化设计的关键核心在于方案阶段的结构体系选择。该文结合实际工程,提出180m超高层框架-核心筒结构体系的优化思路及步骤,并进行了技术经济性对比分析,对今后的工程设计和建设方判断方案的经济合理性具有参考价值,从而推动超高层建筑行业的进步和发展。     

建筑结构设计安全度分析

从结构设计角度而言,平面形状是三角形的结构迎风面较大,在水平风力作用下,它抗弯曲变形和抗侧移的能力比圆形、椭圆形、正方形、正多边形、十字形、工字形、口字形等平面形式的高层建筑要弱很多,而使得建筑物安全性较差。因此,要保证建筑物的安全,首先要保证建筑结构的安全性。结构设计的首要任务就是选用经济合理的结构方案,其次是结构分析与构件和连接的设计,并取用规范规定的安全系数或可靠指标以保证结构的安全性。本文提出了建筑结构设计中的安全度问题,并重点总结了提高建筑结构设计安全度的措施。     

高层结构设计中确定结构体系应注意的问题

相对于多层建筑,高层建筑的受力特点:一是柱子、墙体的轴向变形及截面剪切变形对结构内力变形的影响;二是因风力或地震的水平荷载作用所产生的内力和位移变形常为结构设计的控制因素,抗侧力结构的设计成为关键。本文针对高层结构的受力特点,提出在设计中确定结构体系应该注意的几点问题。     

改变框架-核心筒结构剪力调整策略对其抗震性能影响的研究

框架-核心筒体系是超高层结构的常用结构体系之一。我国规范对框架-核心筒结构设计时的框架剪力做了相关的调整规定,但其在超高层结构中的适用性有待进一步研究。该文对比了中美规范的相关规定,并以一实际超高层建筑为例,改变其剪力调整策略得到新设计方案。并建立新、旧两方案的精细有限元模型,进行了大震弹塑性分析和特大震抗倒塌能力分析。分析结果表明：改变剪力调整策略的新模型设计难度降低,抗大震性能与满足中国规范的原模型相当,且其抗特大震倒塌能力更优。研究结果可以为超高层框架-核心筒结构的设计提供参考。     

上海环球金融中心结构模态测试

上海环球金融中心作为巨型柱、巨型斜撑、带状桁架以及核心筒构成的三维巨型框架-筒形式的钢与混凝土混合结构,系目前我国大陆最高的超高层建筑,结构材料和形式有大胆创新。结构模态系衡量结构分析结果可靠性的重要参数,通过合理选择传感器和数据采集器,克服了长周期、信号弱的困难,经现场测试得到了结构双向平动和扭转振动频率和振型。这些信息可以作为结构设计人员确认或改进设计阶段结构分析结果的依据,也可作为设计类似超高层建筑时估计地震和风荷载的参考。     

多层轻钢结构楼盖的设计与经济性研究

近年来轻钢结构在我国的发展很快,在这些结构当中楼盖的合理选择对整个结构的安全性、经济性显得至关重要,它不仅起到将竖向荷载传给梁柱,保证抗侧力结构的空间协同作用,而且还影响到建筑的使用功能和造价以及施工的进度,因此在确定多层轻钢结构楼盖的方案时,将进行探讨.     

内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究

对3个内嵌竖向连接竖向加劲钢板墙(VV-SPSW)平面钢框架结构进行了缩尺拟静力试验和有限元分析,通过对多项力学性能指标的数据比较,系统研究了这种平面结构的抗震性能和破坏规律。研究表明:该结构体系在水平荷载作用下具备良好的耗能能力、变形能力以及必要的抗震承载力,抗震性能优良;内嵌的VV-SPSW可作为该结构体系的第1道抗震防线,经合理设计的该平面钢框架体系的破坏规律符合多道抗震防线的设计思想以及"强框架,弱墙板"、"强柱弱梁"的抗震概念设计要求,是一种适合于高烈度地震区的新型抗侧力系统。     

谈大跨拱桁架结构优化技术

大跨度空间的结构设计技术已是当今发展最快的建筑结构类型。大跨度的建筑物设计代表着一个国家建筑科技的水平。就建筑结构的造价而言，在建筑工程中占具着很大的比例，通过大跨度的结构设计优化技术的应用可以产生很可观的经济效益。在建筑结构的设计中相关部门与设计人员应该严格去遵守以：经济，适用和合理为原则进行设计。通过理代化的建筑科学技术手段，选择合理的设计方案来实现并降低其建筑工程的造价，取得更好的经济效益。本文将对大跨拱桁架结构的优化技术进行深入探讨。     

联肢剪力墙的刚度、稳定性以及二阶效应

该文采用连续化模型,对双肢剪力墙结构平面内稳定性进行了研究,求得了顶部作用集中压力时临界荷载的精确显式表达式和显式屈曲波形。这个临界荷载公式表明,联肢剪力墙是一种双重抗侧力结构,并且可以采用串并联电路模型来表示两者之间的相互作用。串并联模型推广到线性分析的情况,得到顶部抗侧刚度的显式表达式,与精确解进行了比较。推导了顶部作用竖向集中荷载时,在不同水平荷载作用下结构的侧移、墙肢弯矩、墙肢轴力和连梁弯矩放大系数,并提供了近似计算公式。     

牺牲-耗能型伸臂桁架的设计和试验研究

伸臂桁架是超高层建筑中的重要抗侧力构件。该文以一个超高层框架-核心筒-伸臂桁架结构为研究对象,分别采用普通伸臂桁架和防屈曲支撑（BRB）伸臂桁架进行独立设计,得到两个结构模型—普通伸臂桁架结构（CO）和BRB伸臂桁架结构（BO）。罕遇地震弹塑性分析结果表明,由于BO模型中的BRB伸臂桁架始终保持较高强度,反而导致结构中其他构件的塑性耗能比例增加,最终其塑性耗能效果不如CO模型中的普通伸臂桁架。因此,该文提出了一种新型牺牲-耗能型伸臂桁架,通过试验研究和有限元模拟分析了牺牲-耗能型伸臂桁架的主要设计参数及抗震性能。结果表明：牺牲-耗能型伸臂桁架的牺牲段和耗能段强度最优比为6∶4左右;将CO及BO模型中的伸臂桁架分别按照等刚等强原则替换成对应的牺牲-耗能型伸臂桁架后,结构中伸臂桁架的塑性耗能明显增加,剪力墙的塑性耗能明显减少,其他构件如连梁、梁的塑性耗能基本呈减少趋势,牺牲-耗能型伸臂桁架起到了保护结构中其他构件的作用。     

内嵌钢板及边缘框架相互作用对带连梁低屈服点钢板剪力墙结构受力性能的影响

为满足快速发展的高层建筑结构对抗震性能及空间灵活性的要求,将高耗能能力、高延性的低屈服点钢材与带连梁钢板剪力墙组合成新型带连梁低屈服点钢板剪力墙结构体系。采用有限元软件ABAQUS建立带连梁钢板剪力墙结构模型,结合国内外已有的典型试验结果验证数值方法的有效性。在此基础上,设计5个不同耦合度的低屈服点钢板剪力墙结构模型进行单调和循环加载,对比分析其损伤机制、承载性能及滞回耗能能力,探讨内嵌钢板与边缘框架的相互作用对结构及构件受力性能的影响,给出设计建议。结果表明:带连梁低屈服点钢板剪力墙结构内嵌钢板与边缘框架相互作用能够有效提高整体结构承载力、承载效率以及耗能能力。综合考虑材料利用率、承载能力及耗能能力,建议连梁耦合度控制在0.45以内。随着连梁耦合度的提高,边缘框架分担剪力多至60%,内部框架柱的轴力显著减小,连梁转角不断减小。因此,在带连梁低屈服点钢板剪力墙结构设计过程中应充分考虑内嵌钢板与边缘框架的相互作用,适当减小内嵌钢板设计厚度及边缘框架截面尺寸,提高材料利用率及设计经济性。同时,与纯框架抗侧性能相比,内嵌钢板与边缘框架的相互作用有效提高了边缘框架的初始抗侧刚度及承载力。     

弱横梁人字撑结构的弹塑性抗侧性能

人字撑结构是多高层钢结构建筑常用的抗侧力结构,然而在强烈地震作用下,这种支撑结构的拉压支撑会在两者交汇的横梁处形成一竖向不平衡力,可能导致支撑架横梁形成塑性铰、结构的抗侧能力快速下降。许多现行规范要求支撑架的横梁应具备承受这一竖向不平衡力作用的能力,但是实际人字撑结构可能不能满足这一要求,因此有必要对弱横梁人字撑结构的抗侧性能进行研究。该文对不同支撑长细比下(20~150),不同横梁的强度(0.3倍,0.5倍,0.8倍,1.0倍横梁强度)人字撑结构的弹塑性抗侧性能进行了分析。对弱横梁人字撑结构的整体抗侧性能、拉压支撑分别的抗侧性能、超强系数和极限承载力等主要性能指标进行了分析,同时提出了弱横梁人字撑结构塑性抗侧曲线的近似计算方法和超强系数的计算方法。该文的研究有助于充分了解弱横梁人字撑结构的弹塑性抗侧性能,为它的实际应用提供参考。     

开洞钢板剪力墙的抗侧刚度分析

钢板剪力墙作为一种新型抗侧力结构体系,墙板开洞对钢板剪力墙结构体系的抗侧力行为具有重要影响。抗侧刚度和抗侧承载力是设计中最为关心的两项基本性能,该文重点研究墙板开洞对抗侧刚度的影响。首先介绍了3个钢板剪力墙试件的低周往复荷载试验,试验表明钢板剪力墙试件抗震性能优越,开洞会影响试件的抗侧刚度和抗侧承载力。随后,建立了钢板剪力墙结构的壳-实体精细有限元单层模型,研究了影响抗侧刚度的关键因素。在此基础上,通过大量数值计算和参数分析,提出了用于计算开洞墙板厚度折减率的简化计算公式,建议结构体系建模时以折减厚度的不开洞墙板代替实际厚度的开洞墙板,计算公式和精细有限元计算结果进行充分对比,具有良好的精度。最后,采用考虑剪切变形的悬臂梁理论和该文建议的厚度折减率简化计算公式对国内外一些不开洞与开洞钢板剪力墙试验进行验证,理论结果与试验结果吻合良好,该文建议的开洞墙板厚度折减率公式与抗侧刚度理论计算模型具有较高的精度,可供工程设计参考。     

OPTIMAL ASEISMIC STRUCTURAL STANDARDS FOR THE REPLACEMENT OF EXISTING BUILDINGS

The problem of defining optimal structural standards for the resistance of buildings to lateral earthquake-induced loads is examined. Reference is made to a minimum global cost criterion, taking into account both building cost of the new buildings and expected future damage to the entire settlement. The variables of the optimum problem are: the seismic coefficient to be assumed for the design of new or strengthened buildings (that will replace the old ones) and the time in which the replacement process is completed. The minimum cost criterion permits the derivation of an optimality relationship between the duration of the replacement process and the standards of seismic resistance for new or strengthened buildings.     

一种改进的广义遗传算法及其在结构动力优化问题中的应用

该文提出了一种改进的广义遗传算法。算法中引入了异种机制以提高种群的多样性,在保证收敛速度的同时防止早熟收敛。该方法应用于随机风载荷作用下有应力约束的多参数结构动力响应优化问题,数值算例表明:异种机制能够有效地提高广义遗传算法收敛于全局最优解的概率并加快收敛速度;带有异种机制的广义遗传算法能够有效地求解复杂的结构动力优化问题。     

防屈曲钢板剪力墙弹塑性抗剪极限承载力与滞回性能研究

防屈曲钢板剪力墙是一种新型的高层建筑钢结构抗侧力构件。采用数值方法对防屈曲钢板剪力墙在水平荷载作用下的弹性侧移刚度、抗剪极限承载力以及在低周往复荷载下的滞回性能进行了研究,提出了防屈曲钢板墙抗剪极限承载力以及弹性抗侧刚度的计算公式,供设计参考。对防屈曲钢板墙与普通钢板墙的滞回性能分析表明,防屈曲钢板墙可以显著改善普通钢板墙滞回曲线的捏拢现象,表现出更强的延性和稳定的耗能能力,是一种非常适合于高烈度抗震设防区的抗侧力体系。     

巨型结构自振特性的影响因素分析

巨型结构体系是适应超高层建筑发展趋势和特点的新型结构体系,该文选取上海环球金融中心大厦为研究对象,该结构采用巨型框架结构、钢筋混凝土筒结构和伸臂钢桁架组成的三重结构体系抵抗水平荷载,进行了整体结构模型的振动台试验,并利用有限元软件ANSYS进行了自振特性分析,理论分析与试验结果进行了验证,探明了该巨型结构体系的动力特性和主要影响因素,可供工程设计人员在结构选型和方案设计时参考。     

侧移曲线对基于位移设计的多层自复位摩擦耗能支撑钢框架抗震性能影响研究

采用直接基于位移的抗震设计方法时需预先确定结构的侧移曲线,但侧移曲线对设计结果和结构抗震性能的影响有待研究,为此该文以自复位摩擦耗能支撑钢框架为例,考虑结构非线性程度和层数,分析了3种典型侧移曲线对结构抗震性能的影响,为该类支撑钢框架结构的侧移曲线选择提供依据。结果表明：侧移曲线对3层支撑框架的基底剪力设计值影响不大,但对6层支撑框架的基底剪力有明显影响;楼层设计位移角随设计侧移曲线变化而变化,最终导致楼层设计刚度差别较大;3层以下低层自复位摩擦耗能支撑钢框架结构的实际侧移表现为线型,设计时建议采用线型侧移曲线,6层左右的多层结构的实际侧移表现为弯曲型,建议采用弯曲型侧移曲线进行设计。     

基于Pushover分析的钢筋混凝土框架结构抗侧向倒塌能力评定

建筑物在地震作用下的倒塌是造成地震灾害的主要原因,如何合理评定建筑物的抗倒塌能力是结构抗倒塌设计的前提条件,也是对现有结构进行抗震性能鉴定与加固的基础。该文提出采用结构整体抗震性能系数作为结构整体抗侧向倒塌能力的定量评定指标,以一榀严格按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构为例,采用Pushover分析方法对其进行侧向增量倒塌分析,通过结构的失效模式来识别结构的破坏过程,得到了结构超强系数、延性系数、延性折减系数、反应修正系数以及位移放大系数,分析中考虑了不同侧向力分布形式、梁柱线刚度比、柱端弯矩增大系数(COF)对结构抗倒塌能力的影响。研究结果表明:通过结构整体抗震性能系数可以对结构整体抗倒塌能力进行定量评估,可以实现结构延性与承载力的双重控制。