同济大学教学科研综合楼耗能支撑布置分析

同济大学教学综合楼属于平面不规则和竖向刚度不规则的复杂高层结构,地震作用下结构呈现明显的扭转不规则特性,在结构布置上有很高的建筑、结构要求.传统的支撑体系布置思路如采用普通钢支撑、支撑连续布置等已不再是最佳的解决方案.为了寻求满足建筑与结构要求的合适柱间支撑体系布置方案,先对连续、不连续的普通钢支撑方案进行布置研究,指出各自存在的不足.为了弥补两种普通钢支撑存在的问题,探讨了粘滞阻尼器支撑和防屈曲支撑两种耗能减震支撑的应用.分析结果表明,通过耗能支撑的设置,可以改善由于追求建筑协调而采用的不连续钢支撑布置所导致的抗震和抗扭性能的不足,尤其是采用粘滞阻尼支撑,对结构具有最佳的抗震和抗扭效果.     

平面不规则高层RC框架结构抗扭设计分析与对策

扭转效应是平面不规则结构最明显的动力特性,对结构抗震非常不利。结构平面布置不对称和不规则引起的偏心、扭转周期比以及扭转位移比通常是控制建筑扭转效应的主要参数。以某L形框架教学楼结构平面布置为例,对水平地震作用下平面扭转不规则结构抗扭设计进行了分析与研究,结果表明,通过适当调整结构内外圈构件布置,可以满足规范对上述三个主要因素的要求,结构抗扭性能得到较明显改善。     

同济大学教学科研综合楼复杂高层结构分析与设计

同济大学教学科研综合楼属平面和竖向都不规则的复杂高层结构体系。建筑旋转上升的功能平面布局以及设备夹层的设置给结构体系选择和结构设计带来了相当大的难度,尤其是楼层功能平面的螺旋上升布置,将导致结构在地震作用下呈现明显的扭转不规则特征。详细介绍了同济大学教学科研综合楼结构分析与设计,包括结构体系选型、粘滞阻尼支撑的创新应用、包括Pushover分析在内的全面抗震分析、结构模型振动台试验结果以及关键节点的设计。结构分析和模型试验结果均表明,合理的结构选型和结构设计有效地解决了结构规则性超限的问题,使地震作用下的结构反应实现了规则化。     

苏州嘉盛中心办公楼钢-混凝土混合框架结构抗震性能分析

苏州嘉盛中心办公楼建筑高度24m,平面呈蝴蝶形状,结构体系采用钢混凝土混合框架结构,属于具有扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续等多项不规则的超限多层建筑结构。首先解读了结构构成逻辑,然后找寻了结构潜在的薄弱部位并设置屈曲约束支撑,针对结构受力特点制定针对性的结构抗震性能目标,并基于多尺度模型对关键节点进行受力性能分析。分析结果表明,结构能够满足预设的抗震性能目标;屈曲约束支撑发挥了第一道抗震防线作用,罕遇地震下有效地耗散了地震能量。     

某细长建筑结构设计及防屈曲约束支撑应用分析

某建筑A楼位于甘肃省兰州市,平面呈细长型,扭转刚度差.通过对无支撑方案、普通钢支撑方案、防屈曲约束支撑方案的计算比较分析,选取了防屈曲约束支撑方案.分析了多遇地震作用、中震作用、罕遇地震作用下,防屈曲约束支撑的抗震性能.结果表明:采用防屈曲支撑结构有效控制了结构扭转,同时避免了局部的受力过度集中,具有良好的受力性能,能...     

布置不同支撑结构的非弹性扭转效应分析与试验研究

为研究布置普通钢支撑或防屈曲支撑结构在地震作用时的非弹性扭转问题,以某对称的框架-支撑结构为实例,加工设计了对比试验模型并进行振动台试验,同时建立某不规则工程结构的有限元对比模型并进行弹塑性时程分析。根据试验现象、层间扭转角曲线和构件内力变化等综合评价结构非弹性扭转效应。研究结果表明:即使在对称结构中也会出现非弹性扭转突增现象,而普通钢支撑压曲失稳是导致该现象的主要原因;防屈曲支撑能够有效减控结构非弹性扭转危害并改善承重构件内力分布情况。     

某三维空间刚架结构抗震及稳定性能分析

介绍——采用五边形空间刚架的工程,考虑建筑功能的需要,钢柱沿建筑外围布置并与底层钢筋混凝土框架柱铰接,为了增加结构抗扭刚度和满足层间位移角的要求,在柱间设置支撑.屈曲约束支撑在小震下能够为结构提供适当的侧向刚度,在中震和大震下具有良好的耗能减震性能.阐述了屈曲约束支撑的设计计算方法,并比较分析了屈曲约束支撑在常遇地震、罕遇地震作用下抗震性能以及竖向荷载作用下的稳定承载力.     

钢支撑布置方案对掉层框架结构抗震性能影响研究

为了研究钢支撑不同布置方案对掉层框架结构抗震性能的影响,本文设计了一多层和一高层掉层框架结构,分别对其考虑不同的支撑布置位置和支撑与掉层框架间的抗侧刚度比,并在SAP2000中通过弹性反应谱分析和动力弹塑性时程分析进行了研究。分析结果表明合理布置的钢支撑能够使结构上接地层剪力分布更加均匀,使结构扭转位移比和层间位移角明显降低,使结构构件出铰情况得到改善。为使钢支撑充分发挥其性能,本文建议支撑在平面上宜沿掉层框架结构掉层部分外侧两个角柱的两个主轴方向分别布置,在立面上宜从下接地端开始向上连续布置到结构顺坡向和横坡向的薄弱层位置;钢支撑-掉层框架结构经济合理的抗侧刚度比范围宜取0.5～1.5。     

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。     

某高层建筑采用防屈曲支撑的减震性能研究

某高层建筑为钢筋混凝土框架结构体系,为提高结构的抗震性能,增设了防屈曲支撑,为了验证防屈曲支撑的减震效果,对无支撑结构、普通钢支撑结构和附加防屈曲支撑结构进行了多遇地震和罕遇地震下的抗震性能分析。分析结果表明:增设防屈曲支撑后可有效改善结构的抗震性能,从而提高结构抵抗地震作用的能力。     

Dynamic experimental and numerical study of double beam–column joints in modern traditional‐style steel buildings with viscous damper

Modern traditional‐style steel (MTS) structure is an innovative architecture structure that is widely used in China. This paper explores the possibility of using viscous damper, which can be conveniently installed between beam and column, to replace “sparrow brace” at beam–column joints to improve its seismic capability. Three 1/2.6 scaled MTS double beam–column joints, one without viscous damper and two with viscous damper, were fabricated and tested under dynamic cyclic loading. The results indicated that the primary failure modes were cracking of base metal and local bucking at the beam ends. The hysteretic curve of specimens with viscous dampers was more plump than the common specimen without viscous dampers, indicating better energy dissipation capacity. The displacement ductility ratio was about 1.79–1.96, indicating the viscous damper has little effect on the ductility, whereas in plastic stage, the energy dissipation of specimens and viscous damper increased rapidly, indicating great energy dissipating function of viscous damper. Meanwhile, the results also proved that finite element analysis may stimulate and predict the mechanical behavior of MTS double beam joints with viscous dampers.     

黏滞阻尼器控制偏心结构扭转耦联振动效果分析

为了有效控制地震作用下偏心结构扭转耦联振动所引起的灾变问题,在理论分析和数值计算的基础上,建立了地震作用下偏心结构的扭转耦联运动方程,通过研究黏滞阻尼器对偏心结构扭转耦联振动的控制效果,对比分析4种黏滞阻尼器常用布置方案下偏心结构的地震响应,量化了黏滞阻尼器和钢支撑共同保护作用下对偏心结构减震效果的影响。研究结果表明:设置有黏滞阻尼器的偏心结构,在双向地震作用下偏心结构最大层位移和层间位移角均得到有效的控制;在多遇地震作用下黏滞阻尼器人字型布置方式对控制偏心结构扭转效果明显,罕遇地震作用下不同布置方式的控制效果相差不大,其结果可为地震作用下类似的偏心结构扭转效应的振动控制提供借鉴参考。     

设置磁流变阻尼器的高层钢框架支撑体系的地震反应研究

磁流变(MR)阻尼器是一种性能十分优秀的减振装置,具有构造简单、调节驱动容易和反应迅速等优点,能有效减小工程结构的地震反应和风振反应,具有广阔的应用前景。本文研究了安装MR阻尼器的高层钢结构框架支撑体系的抗震性能。在介绍了MR阻尼器力学模型的基础上,推导了MR阻尼器-支撑框架系统的地震反应基本方程,并且采用了基于最优主动控制力的“开关-耗能”半主动控制策略对MR阻尼器实施控制。应用本文方法对一栋20层的高层钢结构进行了模拟计算,结果表明:安装了MR阻尼器的框架支撑体系的抗震性能明显优于纯框架支撑体系,是一种简单、方便和有效的减振系统。     

某裙房结构大跨度空间改造与减震设计

以某酒店裙房框架结构大跨度空间改造为研究对象,为保证大跨度空间改造后满足结构抗震要求,采用黏滞阻尼器和防屈曲支撑的混合减震控制方案对该裙房框架结构进行减震控制研究,分析了减震框架结构的动力响应和阻尼装置的耗能性能。研究结果表明:混合减震控制方法能有效提高裙房大跨度空间结构的抗震性能,多遇和罕遇地震作用下的减震效果分别达到27.51%和46.52%;黏滞阻尼器在多遇和罕遇地震作用下均发挥了良好的耗能性能;防屈曲支撑在多遇地震作用下作为钢支撑为结构提供刚度,但在罕遇地震作用下亦发挥了良好的耗能性能,表明所提减震控制方案可对结构同时附加刚度和阻尼。本文研究成果可为类似结构大跨度空间改造提供参考。     

Seismic design and assessment for midrise buildings equipped with damped-outrigger system

The damped-outrigger system has been proposed to improve the performance of conventional outrigger systems in controlling the structural seismic response by increasing the damping and stiffness. The purpose of this study is to demonstrate the effectiveness of using damped-outrigger systems in midrise buildings and provide engineers with a comparison between conventional structural systems such as moment resisting frame (MRF) and buckling-restrained braced frame (BRBF) in proposing the most suitable structural system. In this study, the buckling-restrained brace and viscous damper are adopted as the energy dissipation devices in the damped-outrigger system. A total of 48 midrise numerical models with various building heights and structural systems are analyzed using nonlinear response history analysis and incremental dynamic analyses. The analysis results show that the midrise buildings equipped with a damped-outrigger system with either viscous damper or buckling-restrained brace (BRB) can reach similar and even better seismic performance when compared with the BRBF; it also reduces the structural responses by around 30% for the maximum roof drift and acceleration responses when compared with MRF. The analysis results could provide a reference for structural engineers when selecting suitable lateral force resisting systems for midrise buildings.     

粘滞阻尼器不同连接方式的减震性能研究

阻尼器的减震效果很好,但阻尼器连接方式的不同会对减震效果产生不同的影响,在同一连接方式下,线性阻尼器和非线性阻尼器的减震效果也不同。本文介绍了几种阻尼器连接方式减震机理,并结合实际工程对阻尼器不同连接方式的减震性能进行研究,结果表明,非线性阻尼器优于线性阻尼器,套索连接方式优于对角连接方式。     

世博会主题馆钢结构设计与分析研究

主题馆作为2010年上海世博会 “一轴四馆”核心建筑群的重要组成部分,建筑平面南北向217.8m、东西向288.0m,其中,西侧展厅为126m×180m无柱大空间。针对屋盖跨度大、整体结构超长且平面不规则等特点,对屋盖结构体系选型和下部框架支撑体系选型进行了详细比选,最终,屋盖采用了由索撑张弦桁架与立体桁架组成的长度为270m的4跨连续梁结构,下部钢框架采用了钢支撑与粘滞阻尼支撑形成的混合支撑框架体系。对结构设计中的一些关键问题进行了分析研究,得到以下结论：与局部抽空方案相比,屋盖满堂支撑方案下结构整体性较好;滑动支座与预应力拉索的合理应用,提高了屋盖结构效率,同时释放了屋盖对下部结构水平推力;混合柱间支撑方案既满足结构抗侧刚度的要求,同时有效降低了超长结构温度作用内力;东侧展厅变截面箱梁方案综合兼顾了建筑形式、结构受力以及设备管线穿行的要求。     

Experimental investigation of hybrid buckling-restrained braces

Though a buckling-restrained brace (BRB) has good seismic performance, it cannot dissipate energy under wind loads or weak earthquakes because its core does not yield. A hybrid buckling-restrained brace (H-BRB), which is a type of hybrid damping system consisting of a BRB member and a viscoelastic damper, has been proposed to improve the wind-resisting performance of the standard BRB. In order to evaluate the wind and seismic performance of the H-BRB system, two H-BRB specimens and one BRB specimen were tested in this study. The variable for the wind performance test was the shear action mechanism of the viscoelastic damper with and without a side connection plate, and the variable for the seismic performance test was whether a separation occurred between the steel tube and a stopper after the yielding of the steel core. The wind performance test showed that H-BRB’s mechanism could be realized only when the viscoelastic damper operated with double shear action. Also, the seismic performance test demonstrated that H-BRB could satisfy the required performance when the tube and stopper were separated after the core’s yielding.