框架-分布摇摆芯筒-核心筒结构体系力学模型及耗能减震性能分析

为了提高传统框架-核心筒(frame core tube, FCT)结构的经济性,提出框架-分布芯筒-核心筒(frame-distributed tube-core tube, FDCT)新型高层结构体系,用以减小传统筒体围合面积。进而提出框架-分布摇摆芯筒-核心筒(frame-distributed rocking tube-core tube, FDRCT)新型高层结构体系,改善FDCT因刚度削弱导致的抗震能力下降。根据FCT结构、FDCT结构和FDRCT结构的简化分析模型,基于Lagrange方程建立三种结构的动力方程。通过分析地震下结构的时程响应,针对分布摇摆芯筒的质量进行相关参数分析,证明附加摇摆体系的FDRCT结构具备优良的耗能减震性能。对三种结构分别进行了不同场地条件以及不同类型长周期地震波下动力时程分析,结果表明FDRCT结构在不同类型地震波下均有耗能减震效果,且在长周期地震波下更为优越。对三种结构的性能-利润总值进行评估,结果表明在不同类型地震波下FDRCT结构均可实现既能提升结构的经济性,也能保证结构在地震下的安全性能。     

带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究

提出带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型,将减震层等效为抗转刚度弹簧和抗转阻尼弹簧,构造减震层上部和下部的振型函数,采用假定振型法和虚功原理,推导带耗能减震层框架-核心筒结构在地震作用下的振动控制方程。以典型带耗能减震层框架-核心筒结构为例,采用MATLAB语言编制该简化模型的振动控制方程程序,并与ETABS软件建立的有限元模型进行相互验证,研究带耗能减震层框架-核心筒结构的地震反应和减震机理。研究结果表明:提出的带耗能减震层框架-核心筒结构简化模型有效、可行;利用振动方程的显示表达式揭示了带耗能减震层框架-核心筒结构的减震机理;由复模态分析方法进一步确定了不同减震层位置时结构阻尼的变化规律,优化设计的复模态阻尼比及阻尼器的优化阻尼系数可用于该类结构的初步设计。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构地震反应能量分析

通过对9个不同结构特性的钢筋混凝土框架-核心筒结构,选用一定数量的地震波进行时程分析,研究了此类结构在地震作用下的总输入能及其在滞回耗能和阻尼耗能之间的分配规律,以及滞回耗能在构件及层间的分布规律。研究表明,随着地震动幅值的增大,滞回耗能比也随之增加;不同频谱特性的地震波对滞回耗能影响较大;刚度特征值对结构总滞回耗能影响不大,但对构件的耗能分配具有较大影响;结构滞回耗能主要集中于底层剪力墙和中部连梁处。     

钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震性能研究

按照我国现行规范对钢筋混凝土框架-核心筒结构进行设计,经过多方案比较,研究了结构楼盖自重、内筒内墙以及使用轻质楼盖系统、型钢混凝土柱等新型构件形式对整体结构质量、抗侧刚度等的影响,提出减轻结构自重是改善结构抗震能力的一个有效途径。采用Perform 3D分析软件完成了该框架-核心筒结构的静力弹塑性推覆分析,研究了构件的塑性发展历程、构件变形和核心筒钢筋及混凝土纤维应变变化情况。结果表明:内筒连梁是框架-核心筒结构地震作用下的第一道抗震防线,内筒内墙的布置可增加结构的刚度并具有一定的耗能作用。     

带加强层的框架-核心筒结构体系的抗震性能探讨

本文通过介绍高层建筑加强层的结构类型、作用机理、发展概况及存在的问题,总结了带加强层高层建筑加强层的刚度选择和结构布置方案,并对带加强层框架-核心筒结构的抗震性能进行了探讨并提出需要注意的几个问题,以期为未来加强层在复杂高层建筑中得到更为广泛的应用。     

框架-核心筒结构在现代高层办公楼中的应用

21世纪我国的科学技术取得飞跃式的进步与发展,这是众所周知的,目前我国人民的生活水平已经有了很大程度的提高,这在很大程度上促进了我国建筑行业的迅猛发展,与此同时,随着人们生活品位的提升,对于办公楼空间的灵活性、舒适性以及景观视野的开阔性提出了更高的要求,框架-核心筒结构刚好满足了这样一种要求,在这里本文就某现代化的高层办公楼结构设计进行了具体分析,以便于对以后的建筑工程设计提供借鉴和参考。     

浅谈框架—核心筒结构在超限高层设计中的应用

框架-核心筒结构是现代高层建筑结构中较为常用的结构形式。该技术利用外围梁柱形成框架受力体系,中间使用筒体。框架-核心筒结构能够使超限高层具有较高的结构性能,提高建筑的稳定性、抗震性、安全性等使用性能。本文就框架-核心筒结构在超限高层设计中的应用进行了简要论述。     

中美高层钢筋混凝土框架-核心筒结构抗震设计对比

为综合对比中美抗震设计规范体系的总体效果,根据美国太平洋地震工程研究中心(PEER)给出的典型高层钢筋混凝土框架-核心筒结构案例的设计结果,采用中国规范对其进行了对比设计研究,详细分析了按照中、美规范设计得到的结构构件尺寸、动力特性、设计地震作用和材料用量。并建立了中美两个结构的弹塑性有限元模型,初步研究了二者的抗震性能。通过研究发现,中美抗震设计方法存在较大差异。该研究中,在相同地震危险性情况下,我国规范反应谱的设计地震作用较大,并且我国规范对结构层间位移角的限制比较严格,二者使得按照中国规范设计的结构其设计地震作用以及材料用量均显著高于美方设计结果。但中美设计方案在不同强度地震作用下的抗震性能基本相当。该文对比结果可供我国高层建筑抗震设计研究参考。     

框架-摇摆墙结构阻尼优化设计方法研究

摇摆墙体与主体框架之间存在较大的竖向变形,可于此变形集中部位增设耗能构件,实现保护主体结构的基本损伤机制。提出附加阻尼的框架-摇摆墙结构,并基于等效线性化理论初步计算结构仅附加单一类型阻尼器的阻尼置放量,而后通过定义目标函数,确定可使目标函数最小的同时附加粘滞阻尼与金属阻尼的阻尼器布置方式,得到结论如下:1于弯剪型结构,当仅考虑结构加速度控制时,可沿结构总高布置粘滞阻尼器,而需综合考虑结构楼层位移、加速度时及层间位移角时,可于结构2/3处下部安装金属阻尼器,与其上部1/3处安装粘滞阻尼器;2于剪切型结构,当仅考虑结构层间位移角时,可于结构楼层1/2处下部安装金属阻尼器,与其上部1/2处安装粘滞阻尼器,而需综合考虑结构楼层位移、加速度及层间位移角时,则可于结构1/3处下部安装金属阻尼器,与其上部2/3处安装粘滞阻尼器。     

复杂形体超高层钢框架-混凝土核心筒混合结构减震的研究

以拟建超高宁夏电视塔(NXTVT)工程为背景,利用SAP2000建立其三维有限元分析模型。超高宁夏电视塔呈现底部小、上部大、中部略呈细腰形的花瓶状复杂形体;而且,楼层的不连续分布导致结构质量和侧向刚度沿竖向分布的不均匀。因此,整体结构形式复杂,对抗震要求高。首先,对结构的动力特性进行分析研究。在此基础上,使用振型分解反应谱法和FNA动力时程法对该结构的地震反应进行多维分析。接着,对安装非线性液体粘滞阻尼器(NFVDs)结构进行动力时程分析,以评价NFVDs对该结构的多维减震性能。通过大量的计算分析与比较,综合出了许多有益的结论与建议,为该实际工程或类似工程的减震设计提供参考依据。     

超高层建筑巨型框架-核心筒结构体系的三维半解析分析模型及其应用

将超高层建筑空间巨型框架-核心筒结构体系与其基础等效连续化为一个支撑在半无限大弹性体上的加劲薄壁筒组合体,建立了集地基、基础、上部结构为一体的三维共同工作分析模型;并以此模型,利用半解析方法讨论了该结构体系的共同工作特性。分析计算结果表明:模型的简化是合理的、可行的。     

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。     

基于构件性能的RC框架-核心筒结构抗震性能研究

钢筋混凝土框架-核心筒结构是目前我国超高层建筑中广泛采用的一种结构体系。以18个满足我国现行规范的典型钢筋混凝土框架-核心筒结构为例,利用Perform-3D软件对模型进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并采用基于构件性能的结构抗震评估方法判断结构安全性。结果表明,对于不同设防烈度的地震,7度设防的结构安全度最高,7.5度与8度设防次之。将该评估结果与基于层间位移角的评估结果进行对比分析,进一步论证了基于层间位移角的评估方法尚存在不足之处。     

芯筒式双法兰刚性连接平面及减震框架试验对比分析

该文提出一种芯筒式双法兰刚性连接平面钢框架及其减震框架,设计并完成了两种框架的子结构拟动力试验,通过对比分析两榀框架的滞回性能、典型部位应变变化、抗侧刚度、耗能能力等指标,研究该类框架的抗震性能。结果表明:在8度多遇及设防地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器可以提供刚度,控制层间位移角,减轻甚至避免结构塑性损伤;在8度罕遇、8度(0.30 g)罕遇、9度罕遇地震作用下,中间柱型摩擦阻尼器进行滑移摩擦耗能,耗能能力稳定,有效延缓结构塑性损伤,减震框架结构刚度、耗能能力均优于平面框架,平面框架和减震框架芯筒式双法兰刚性连接节点抗震性能良好且减震框架节点抗震性能优于平面框架。     

超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的弹塑性时程分析

基于合理的材料弹塑性(损伤)本构关系模型,利用通用有限元软件ABAQUS建立了超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的精细有限元模型,考虑了结构的几何非线性和材料非线性性能,包括了钢材和混凝土材料的塑性损伤演化。进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,获得了核心筒和楼板的损伤演化过程、顶点位移时程曲线、基底剪力时程曲线、楼层位移角包络曲线以及地震作用下整体结构的能量反应规律。结果表明,罕遇地震作用下混凝土最大损失出现在这类结构体系中核心筒底部,为保证其在罕遇地震作用下更好的工作性能,建议在核心筒底部加强区域增设型钢和提高剪力墙配筋率等措施。采用非线性有限元分析方法,可较为清晰的揭示这类结构体系在罕遇地震作用下的工作特性,有关方法可为同类研究提供参考。     

框架-预应力摇摆墙结构抗震性能试验研究

该文提出了一种框架-预应力摇摆墙新型结构形式,其中摇摆墙脚部混凝土采用橡胶块替代,并通过墙内预埋的无粘结预应力筋与基础进行贯穿连接,摇摆墙与主体框架则采用耗能连接件相连。通过一榀框架试件和一榀框架-预应力摇摆墙试件的拟静力试验,研究了试件的破坏形态、承载能力、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明：框架-预应力摇摆墙结构的破坏有效地集中在耗能连接件上,梁端、柱端以及梁柱节点区的破坏相对较轻;极限承载能力提升显著,相较对比框架提高了112.4%;耗能能力较对比框架大幅提升,且各层层间变形趋于均匀;耗能连接件发挥出了良好的延性变形能力,且施工方便、造价低,实现了可更换构件与摇摆结构的有机结合。     

双段消能摇摆结构体系的地震反应特性研究

单段消能摇摆结构体系通过刚度较大的摇摆结构,能够控制主体结构均匀变形,遏制薄弱层产生.当结构高度较高时,单段摇摆结构的抗弯刚度较难满足抗震设计需求,单段消能摇摆结构体系不适用于高层建筑.基于此,提出了将单段摇摆结构划分为双段、并于分段位置处布设位移型阻尼器的双段消能摇摆结构体系.双段摇摆机制可以抑制薄弱层产生,降低摇摆...     

基于OpenSees的RC框架-核心筒超高层建筑抗震弹塑性分析

近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结构的抗震弹塑性分析,并以一系列剪力墙和一栋141.8m高框架-核心筒超高层为例,通过与试验结果和通用有限元程序MSC.Marc计算结果的对比,验证了该文提出的单元和计算方法 的合理性和可靠性,可为进一步开展基于开源有限元程序OpenSees的超高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。     

框架-摇摆墙结构受力特点分析及其在抗震加固中的应用

摇摆结构是一种新型抗震结构体系。摇摆结构通过释放某些部位的约束,允许结构相应位置发生相对位移,从而改变构件的受力状态,改善结构的抗震性能。框架-摇摆墙结构是摇摆结构的一种,其中摇摆墙能够绕着墙底连接件发生面内转动。墙体底部约束的释放降低了对基础的承载力需求,同时能有效避免地震作用下墙体的损伤。具有较大刚度的摇摆墙能有效地控制结构的变形模式,防止出现变形和损伤集中。在框架-摇摆墙结构中增设阻尼器和预应力钢筋可分别增加其耗能能力并减少震后残余变形。该文提出了框架-摇摆墙结构的分布参数模型,利用该模型分析了摇摆墙刚度对结构侧移分布、摇摆墙和框架承载力需求的影响。研究了摇摆墙在国内某工程抗震加固改造中的应用,提出了摇摆墙加固的具体方法以及连接的局部构造。采用动力弹塑性时程分析的方法,对比了原结构与摇摆墙加固后结构的抗震性能。分析结果表明,摇摆墙加固方案能使塑性铰的分布更加均匀,增设预应力钢筋和金属屈服型阻尼器显著提高了结构耗能能力,减小了结构的残余变形。     

顶部带伸臂的框架-核心筒结构的稳定性和位移、弯矩放大系数

对顶部带伸臂的框架-核心筒结构的整体稳定性进行了分析。通过对伸臂结构简化模型的分析,了解了伸臂各个组成部分的刚度对结构整体稳定承载力的贡献。采用连续化模型分析了伸臂结构的稳定性,提出了精度非常高的伸臂结构稳定临界荷载的公式。分别推导了不同水平荷载作用下,顶部作用竖向集中荷载时,伸臂结构的位移放大系数和各部分的弯矩和轴力放大系数,并提出了近似计算公式。