高地震烈度区混凝土框架-屈曲约束支撑结构应用研究

结合某高地震烈度区工程,对混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震设计方法以及相关问题进行了研究。分析了混凝土框架-屈曲约束支撑结构的最大适用高度、合理的附加刚度、适宜的层间位移角限值,并通过罕遇地震下的弹塑性时程分析考察结构的抗震性能。结果表明:混凝土框架-屈曲约束支撑结构的抗震性能优于纯混凝土结构,主体混凝土框架更容易成为"损伤可控结构",实现震后可恢复性;建议混凝土框架-屈曲约束支撑结构的最大适用高度按混凝土框架结构和框架-抗震墙结构二者最大适用高度的平均值采用;为控制主体混凝土框架的损伤,屈曲约束支撑按刚度分配的地震倾覆力矩宜大于结构总地震倾覆力矩的50%,在各层承担的楼层地震剪力不宜小于30%;建议屈曲约束支撑的附加刚度比控制在1左右,延性系数不小于3;混凝土框架-屈曲约束支撑结构相对于混凝土框架结构的层间位移角限值,在多遇地震下应根据支撑不屈服的要求做适当调整。     

周期与层间位移角双约束条件下超高层结构优化设计方法

基于地震作用下层间位移角和一阶周期对构件材料成本的敏感性系数计算公式的推导，提出了双约束条件下结构优化组合排序法。结合一两层平面框架算例，分别采用建议公式和等增量敏感性分析方法计算了设计约束对构件材料成本的敏感性系数，并进行了对比；以某超高层结构为研究对象，采用提出的计算公式和组合排序法对结构进行了敏感性分析和结构优化。结果表明：采用建议的计算公式和等增量敏感性分析方法得到的敏感性系数较吻合，说明建议公式具有较高的准确性；采用组合排序法进行双约束条件下的结构优化时，当控制每组构件材料成本变化量不超过10%时，设计约束对构件材料成本的敏感性系数可认为是不变量；在初始优化阶段，设计约束改变较慢，当不敏感构件组的构件优化完成后，主要改变较敏感构件组的构件，使设计约束加速收敛至限值；优化过程中出现了最大层间位移角所在楼层交替变化的情况，可采用比规范更加严格的限值来进行结构优化，从而保证实际的设计约束条件满足规范限值要求。     

基于遗传算法的钢框架优化设计

根据结构优化设计的基本流程,以最轻重量为目标函数,以杆件截面积为设计变量,以现行规范中的强度、刚度、位移限值为约束条件建立了钢框架的优化模型,采用遗传算法结合工程实例进行分析,证实该方法在结构优化设计中的可行性,可供设计参考。     

高层核筒悬挂结构地震响应的参数分析

本文基于地震响应时程,对高层核筒悬挂结构进行参数分析。首先给出了悬挂减振结构体系的计算模型,在此基础上给出了以主体核筒的顶点位移和基底剪力响应为综合优化目标,悬挂楼面的层间位移角为约束条件的优化数学模型,对设置于核筒和悬挂楼面之间粘滞阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化。结果表明:存在最优阻尼器的阻尼系数,使得主体核筒的响应最小;当阻尼器的刚度较小时,可以忽略其对结构动力响应的影响;悬挂楼面的层间位移角作为约束条件,影响结构参数的优化值;通过设置合理的参数才能够同时满足优化目标和悬挂楼面的层间位移角限值。     

基于序列线性规划的空间钢框架优化

基于序列线性规划和对偶仿射尺度法,以结构用钢量最低为优化目标,以截面尺寸为优化变量,推导了空间钢框架结构整体优化有限元模型。通过编程实现结构在包括杆件强度、稳定,节点位移,结构层间位移角的多种约束条件下的优化设计。以一个简单不规则钢框架算例验证了优化程序的可行性;通过收缩约束条件验证了程序主动控制不同应力、位移约束的效果。对一个主次梁体系结构进行优化设计,同时考虑规范对构件、结构的多项限值,验证了优化算法和程序能够满足工程实际的需要。     

双阶屈服屈曲约束支撑框架小震参数分析

为了弥补常规屈曲约束支撑在多遇地震作用下处于弹性状态,不能发挥消能减震作用的不足,提出了一种将金属套管阻尼器与屈曲约束支撑组合形成的双阶屈服屈曲约束支撑,经试验验证其具有良好、稳定的小震及中大震下的滞回特性。在小震作用下,金属套管阻尼器屈服消能,屈曲约束芯板保持弹性承载。借助有限元软件ETABS建立了一系列双阶屈服屈曲约束支撑框架模型,通过改变支撑与框架刚度比、阻尼器与芯板的轴向刚度关系以及套管阻尼器的屈服比例,对各模型进行小震作用下的动力弹塑性分析,将各模型基底剪力和最大层间位移角与相应的常规屈曲约束支撑框架的分析结果进行对比。结果表明:双阶屈服屈曲约束支撑与支撑芯板的轴向弹性刚度比取2左右,阻尼器屈服比例取0.3左右时,可取得较好的减震效果; 双阶屈服屈曲约束支撑的参数取值改变,对降低结构地震响应的影响趋势不因支撑与框架刚度比不同而改变; 当支撑刚度贡献较大时,相较常规屈曲约束支撑,双阶屈服屈曲约束支撑的设置能降低结构的层间位移角,若要同时降低基底剪力,阻尼器屈服比例不宜高于0.3。     

地震波特性对形状记忆合金自复位支撑框架响应影响

地震作用下屈曲约束支撑框架具有较好的消能减震效果,但是支撑进入塑性后残余变形较大,影响了框架震后可修复。将形状记忆合金(SMA)与屈曲约束支撑(BRB)组合,形成了SMA自复位屈曲约束支撑(SMA-SCBRB)。为了对比普通屈曲约束支撑(BRB框架)和SMA自复位屈曲约束支撑框架(SMA-SCBRB框架)的动力特性,基于已开展的足尺振动台试验模型,选用了6条近场地震波和4条远场地震波作为地震动输入,对比两类框架的动力反应。结果表明:BRB框架结构具有较好的消能减震效果,近场地震波作用下,BRB框架的顶点位移、顶点残余位移、层间位移角和层间残余位移角均大于远场地震波作用下的结构反应;将框架中的BRB按照"等屈服力原则"替换为SMA-SCBRB,近场和远场地震波作用下BRB框架和SMA-SCBRB框架有着相近的顶点位移和层间位移角,能够保证SMA-SCBRB通过轴向变形充分耗能;BRB框架具有较大的顶点残余位移和层间残余位移角,近场地震波作用下残余变形更大;而相应的SMA-SCBRB框架的残余变形降低,特别是下部楼层降低得更为显著,且SMA-SCBRB框架各层的层间残余位移角相近,对结构震后修复更为有利。     

双重体系中框架的剪力分担率

高层建筑的主要问题是控制结构的水平位移．当层间位移超过限值后，围护结构和装修材料要破坏．混凝土结构也可能开裂。高层建筑大多采用双重抗侧力体系．例如框架支撑或框架剪力墙体系。纯框架结构的侧向刚度较小，层数不高时可以单独采用．北京的长富宫饭店(26层)就是一例。但是当房屋较高时．采用纯框架将变     

带偏心支撑的半刚性钢框架结构抗震性能分析

半刚性连接具有较好的耗能能力和抗震性能,但是半刚接钢框架抗侧移能力较弱,在地震作用下变形较大,因此需采用偏心支撑以提高结构的抗侧移刚度。本文对无支撑、单斜式偏心支撑和人字形偏心支撑的半刚性框架进行了多遇地震下弹性分析,分析了各模型的顶点位移、楼层最大剪力的变化规律,总结出节点刚度的变化、偏心支撑的设置及类型对半刚性钢框架动力性能的影响。本文的研究成果为相关工程的设计和抗震减灾工作提供了借鉴作用。     

五层梁柱式胶合木结构振动台试验研究

为研究多层胶合木结构的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的五层梁柱式胶合木结构模型,并对增设屈曲约束支撑和木支撑前后的结构模型开展了振动台试验。试验结果表明：纯框架模型抗侧刚度过低,在7度多遇地震作用下纵、横向的最大层间位移角分别达到1/145和1/175,不宜在地震区采用;增设支撑后,模型的基频大幅提高、位移响应显著降低,在7度多遇、基本和罕遇地震作用下的层间位移均满足《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T 51226-2017）中弹性和弹塑性位移角限值要求;增设木支撑的横向框架在8度罕遇地震作用下,绝大多数木支撑发生断裂破坏,最大层间位移角达到1/11,但结构并未发生倒塌且梁、柱及节点无明显损伤;增设屈曲约束支撑的纵向框架在8度罕遇地震作用下主体结构无明显损伤,仅在支撑连接板处出现了少量局部的平面外屈曲。屈曲约束支撑和木支撑起到了第一道抗震防线的作用,有效保证了胶合木结构主体框架的安全;在合理设计的基础上,梁柱-木支撑和梁柱-屈曲约束支撑的梁柱式胶合木结构体系均可满足8度区抗震设防要求。     

基于SLP方法的框架全约束优化

探讨了钢筋混凝土框架结构整体优化,并考虑了最大层间位移角的约束,在SLP优化方法的思路上,编制了框架优化程序和内力计算程序。通过算例验证,该方法对小型框架结构具有一定的可行性,而且可以看出,框架结构整体优化较能合理分配刚度。最后,对框架结构整体全约束优化提出了自己的看法。     

支撑布置对钢框架结构抗侧刚度的影响

纯钢框架建筑结构体系刚度较小,层间位移起主要控制作用,设置支撑体系可有效地提高结构的整体抗侧刚度,减少结构用钢量。以广泛应用的多高层钢框架支撑结构为对象,通过计算不同支撑类型及支撑布置方式下钢框架支撑结构的顶点位移,研究了支撑形式对多、高层钢框架结构抗侧刚度的影响。研究结果表明,对于不同的支撑类型,支撑沿竖向集中布置于中间跨的钢框架结构抗侧移刚度好于将支撑布置在边跨以及其他跨上。对于相同的支撑布置方式,不论是中心支撑,还是偏心支撑,在抗侧刚度和经济性方面,人字形支撑框架均好于单斜杆支撑框架。     

支撑对钢框架结构的性能影响

钢结构框架按其抗侧力体系可以分为:纯钢框架、中心支撑框架和偏心支撑框架。纯钢框架具有较好的延性,但刚度较小,在抗震设防较高的地区较难满足结构的抗震变形要求;支撑框架刚度较大,适应于抗震设防较高的地区。本文通过大型设计软件PKPM对8度6层框架进行分析研究,比较纯钢框架、中心支撑框架和偏心支撑框架这三种框架的性能,并提出了一些有实用价值的结论,可为工程应用提供参考。     

基于遗传算法的阻尼支撑优化分析

针对采用阻尼支撑加固的房屋结构优化问题，以所有阻尼器的阻尼系数之和为目标函数，各层层间位移为约束条件，考虑非比例阻尼矩阵，编制了基于遗传算法和时程分析的阻尼支撑优化程序。并对一框架结构算例进行了分析，取得了良好的优化结果，表明了遗传算法是对阻尼支撑结构进行优化分析的一种行之有效的方法。     

广州亚运城历史展览馆结构设计

广州亚运城历史展览馆采用复杂空间结构,主体结构由中央核心筒剪力墙、外围框架支撑结构、悬挑碗状结构和钢结构屋盖组成。为满足结构抗扭转需要,调整核心筒和框架支撑结构的相对刚度并辅以楼层配重;为提高结构抗震性能,核心筒钢骨混凝土剪力墙两侧设置钢板;为满足基础承载力要求,基础采用预应力管桩,核心筒基础按两种计算模型进行设计:中震仅考虑核心筒基础,大震考虑核心筒及周围若干柱的基础,通过基础梁连接;为满足行人舒适度要求,采用调谐质量阻尼器(TMD)对大悬挑结构端部及其内部螺旋坡道进行减振控制。镂空、钢管圆筒两种鼓形节点能同时满足支撑结构的建筑效果和节点刚度的要求;对可滑动销轴节点的应用背景进行阐述,并提出适合本工程的节点型式。     

国家奥林匹克体育中心体育场改扩建工程结构设计

国家奥体匹克体育中心体育场为一改扩建项目,始建于1989年,原为1990年亚运会主体育场,现为了满足2008年北京第29届奥运会现代五项比赛的各项要求而进行改扩建,改建后体育场的建筑面积和建筑高度均发生了很大变化。原结构体系采用钢筋混凝土框架,加固结构体系研究中,结合各种改造加固手段的可行性及经济性,采用PMSAP,SAP2000,ANSYS三种软件对比分析了钢筋混凝土框架及框架-剪力墙、钢筋混凝土框架-钢支撑及框架-耗能钢支撑四种结构体系,最终确定了钢筋混凝土框架-耗能钢支撑的结构体系。通过利用耗能器的减震作用,有效降低了结构的加固难度和加固量,增强了结构的整体抗侧刚度,这是一种经济、有效的新型加固方法。屋面采用型钢-拉索钢罩篷,预应力索的使用有效控制了屋面竖向变形,使外挑型钢梁强度可以充分发挥,达到强度和刚度双控的优化设计。     

钢框架结构基于整体优化策略的非线性抗震设计

针对现有抗震优化设计很少考虑结构非线性反应的缺点,提出了整体优化策略,并运用到钢框架结构造价最小的抗震优化设计中。以结构构件截面尺寸为设计变量,结构构件的总体积为目标函数,整体优化策略在以结构弹性强度和弹性变形为约束条件的基础上,增加弹塑性变形为约束条件,与我国抗震设计规范两阶段设计方法相对应,因此基于整体优化策略的优化设计结果可以作为最终的结构设计方案。整体优化策略不仅能够考虑结构的非线性反应,而且可以采用我国抗震规范的相关规定作为约束条件,适用于钢框架结构造价最小的抗震优化设计。     

Structural performance of multi‐outrigger‐braced tall buildings

The optimum designs of multi‐outriggers in tall building structures are presented and discussed in this paper, through the analysis of structural performance of outrigger‐braced frame‐core structures. The influences of the locations of outriggers and the variations of structural element stiffness on the base moment in core, top drift and fundamental vibration period of such tall building structures are analysed in detail. A non‐linear optimum design procedure for reducing the base moment in the core is presented based on the penalty function method. The computer programs are developed on the basis of the proposed methods for analysing the behaviour and optimum design of multi‐outrigger structures. A series of figures presented in this paper can be used for the design purposes of outrigger‐braced tall building structures. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

高强混凝土支撑式框架在低周反复荷载下的抗震性能试验研究与设计建议

通过一榀设置K型支撑的高强混凝土框架(UBCBF)和一榀不设支撑的高强混凝土框架(HSCMF)在低周反复荷载下的结构性能的对比试验,着重研究了高强混凝土支撑式框架的承载与变形能力、延性等抗震性能指标以及其变形刚度和破坏机制。试验结果表明,高强混凝土支撑式框架具有初始刚度大、极限承载力高,延性和耗能性能良好的特点。本文结合试验结果及其分析,给出了这种结构的抗侧力恢复力特性和抗震设计建议。