钢管混凝土斜交网格结构性能分析

以广州西塔为工程背景,建立了圆筒钢管混凝土斜交网格结构模型,分析了斜柱倾角对结构周期、侧移、竖向刚度和内外筒的弯矩和剪力分配的影响,探讨了核心筒剪力墙厚度对结构性能的影响。结果表明:高宽比大于5的圆筒斜交网格结构的最优斜交角度介于68°～78°;随着斜柱倾角的减小,结构抗侧刚度下降,下部楼层刚度突变明显;随着核心筒墙厚的增加,结构自振周期略有增大,内外筒的基底剪力与弯矩分配更加合理。     

高层斜交网格筒结构体系抗震性能分析

采用SAP2000对不同斜柱角度的高层斜交网格筒结构模型进行了弹性分析和静力弹塑性分析。探讨了斜交网格筒结构抗侧刚度的发展过程;总结了斜交网格筒结构塑性发展过程及构件屈服顺序,明确了斜交网格筒结构的屈服路径;分析了主环梁跨高比对斜交网格筒结构刚度和塑性发展过程的影响,以及斜柱的受压性能对斜交网格筒结构延性的影响。结果表明:高层斜交网格筒结构的延性较差,结构的刚度和承载力退化不明显;提高斜柱截面的受压性能能够明显改善结构的延性;主环梁跨高比对斜交网格筒结构的刚度发展过程影响很小。     

平面不规则空间钢网格盒式成束筒结构抗震性能研究

为研究平面不规则空间钢网格盒式成束筒结构的抗震性能,采用MIDAS有限元软件建立数值模型,进行结构静力弹塑性分析.从结构塑性发展过程及其构件屈服的顺序,得出结构的屈服路径;根据结构内外筒剪力重分布特点,明确内外筒剪力的分配规律;从内外筒抗侧刚度的发展过程,寻求结构刚度退化的主要原因.分析连梁高度、外围钢网格柱截面、墙肢厚度等因素对结构的屈服路径、剪力分配规律、刚度退化的影响.分析结果表明:对于结构整体刚度和推覆极限荷载的影响程度为连梁高度较小,外围钢网格柱与墙肢厚度较大,墙肢厚度的影响略大于外围钢网格柱.     

斜交网筒结构抗侧刚度影响分析

"斜交网格筒体"结构是由双向倾斜连续环绕在结构外表面的斜柱和由内部剪力墙围成的核心筒构成,优化了传统意义上的框架剪力核心筒,形成了具有更大抗侧刚度的新型结构体系,使得减小超高层结构核心筒内部刚度成为可能,从而为建筑内部布置提供更大的自由度,同时也更加的节省材料。文章拟用一方案模型,采用弹性反应谱的分析方法,通过改变斜柱的斜交角度,对这一新型结构和传统的框架核心筒结构进行地震作用下的对比分析,归纳总结出斜交角度变化对结构总体抗侧刚度的影响以及新型结构体系的基本受力性能,由此为该类结构的深入研究和设计实践提供参考价值。     

斜交网格筒-核心筒结构地震非线性性能研究

斜交网格筒新型结构体系具有较大的侧向刚度,为建造高层、超高层结构提供了有利条件。然而目前该类型结构的地震非线性性能尚未被明确掌握,导致在结构设计中面临体系构件屈服顺序不明确、外网筒斜柱受力和屈服机制不清楚、外网筒地震失效路径不清晰等关键性抗震问题。通过对典型高层斜交网格筒-核心筒结构地震非线性有限元分析和典型模块子结构的拟静力试验研究,针对该类型体系构件的屈服顺序、斜柱受力和屈服机制以及外网筒的地震失效路径等进行系统研究,明确了该类型体系的上述地震非线性性能。     

典型斜交网格筒结构动力弹塑性分析

斜交网格筒结构体系是由内核心筒、外围斜交网格柱与水平环梁构成的新型结构体系,其外筒具有较大的刚度,很适用于超高层建筑的建造。本文针对一典型斜交网格筒超高层结构,使用YJK及Abaqus软件分别对其进行小震下的弹性分析和罕遇地震下的动力弹塑性时程分析,得出该结构的位移变形曲线及抵抗刚度分布规律,验证其遵循连梁、斜柱、墙肢的屈服顺序。     

斜交网格结构体系的参数分析及简化计算方法研究

斜交网格结构体系由斜交成网格状的斜柱组成,同时承受竖向和水平荷载,具有刚度大、抗侧性能好的特点,已成功应用于广州西塔超高层(432m)结构外筒。针对超高层建筑筒中筒结构中的斜交网格外筒结构,通过结构力学方法推导最优斜交角度,采用三维杆系单元进行结构整体受力分析,得出了斜交角度、平面形状与结构位移、内力的关系曲线和参数变化规律。结果表明:有角柱和无角柱斜交网格结构的最佳斜交角度分别为53°~69°和63°~76°;随着斜交角度的增大,结构竖向刚度增大而抗扭刚度逐渐减小,但抗扭能力依然较好。平面形状对结构抗侧刚度、最佳斜交角度和柱轴力的影响不大;随平面边数的增加,斜柱的剪力和弯矩及梁的轴力均呈下降趋势。最后基于抗侧刚度控制的设计方法建立简化公式,给出了一种估算矩形平面斜交网格结构斜柱截面的方法,为工程设计提供参考。     

高层建筑斜交网格筒结构抗震概念分析

为了解高层建筑斜交网格筒-核心筒新型结构体系在地震作用下的抗震概念,参照工程实例建立了典型的钢管混凝土斜交网格筒-钢筋混凝土核心筒结构,采用弹塑性动力时程分析方法,基于构件塑性能发展过程明确了体系构件的屈服顺序、探讨了墙肢厚度、斜柱截面、连梁高度等因素对体系构件屈服顺序的影响,总结了内外筒抗震防线的分布特点,分析了体系...     

新型超高层装配整体钢网格盒式结构剪力分配研究

筒中筒结构是超高层建筑最常用的结构形式之一.结构在水平力作用下,由内筒抗侧刚度大和外筒抗侧刚度小而引起的内外筒效应分配不协调,导致在各水准地震作用下内外筒不能有效协同工作.介绍了一种新型超高层装配整体钢网格盒式"筒中筒"混合结构的构造形式,并以一拟建超高层结构为例,运用有限元分析软件,对比分析了新结构与常规结构内外筒剪力分配和外筒的抗侧刚度.研究表明,在梁柱截面减小的条件下,相比常规结构,新型结构外筒能分配更多的楼层剪力,外筒的抗侧刚度明显大于常规结构,新结构内外筒的协同工作能力更好.     

多层RC斜交网格-剪力墙体系设计及形式扩展研究

宁波国华金融大厦项目的裙楼主屋面高度22.55m,为多层RC斜交网格-剪力墙结构体系。主体结构由内框、外框的RC斜柱构件和两侧设置的Y向剪力墙(提高其抗侧刚度)所组成,楼面支撑系统为梁板结构。首先研究了该裙楼的结构体系及特点、RC斜交节点的设计及配筋构造;接着对该结构体系整体指标的控制、结构主要抗震构造措施进行分析;最后对不同立面形式的斜交体系抗侧性能进行了比较。结果表明,RC斜交网格-剪力墙体系相比传统RC框架-剪力墙体系的抗侧刚度要大,对应斜柱框架承担的剪力和倾覆力矩也相对较大;而通过加密斜柱网格,可进一步加大结构的抗侧刚度。     

高层斜交网格筒结构体系剪力滞后效应研究

利用SAP2000建立不同几何参数的高层斜交网格筒结构模型,在水平风荷载作用下对其进行弹性分析。介绍了高层斜交网格筒结构的剪力滞后现象与基本特点,研究了高层斜交网格筒结构在水平荷载作用下剪力滞后效应的产生机理,并与框筒结构的剪力滞后效应进行对比。分析了斜柱角度、主环梁跨高比、结构高宽比、结构长宽比以及有无角柱对高层斜交网格筒结构剪力滞后效应的影响。结果表明:与框筒结构相比,斜交网格筒结构剪力滞后效应较小;在侧向刚度最优区间内斜交网格筒结构底层剪力滞比随斜柱角度的增大而增大,当斜柱角度超过约80°时,随着斜柱角度的增加底层剪力滞比迅速增大;斜交网格筒结构高宽比越大,结构底层剪力滞比越小;斜交网格筒结构长宽比越大,结构底层剪力滞比越大,剪力滞后效应越明显。     

斜交网格组合结构性能研究

将斜交网格结构和传统的横梁直柱进行组合,形成组合式斜交网格结构体系。此类结构体系充分利用了斜交网格结构强大的抗侧刚度和传统结构梁柱的承载能力优点。以实际工程背景,对此种结构体系的基本力学性能进行了分析,归纳出这一结构的基本受力性能。     

高层斜交网格筒结构受力层间位移的计算及其应用

推导了斜交网格筒结构单元体的抗剪刚度、抗弯刚度以及竖向刚度的计算公式。通过连续化变形分析方法，给出了该类结构在三种典型荷载作用下的水平位移简化方法及其等效抗侧刚度。分析了结构体系的层间位移组成，给出了受力层间位移在弹性和弹塑性阶段的简化计算方法。采用PERFOR-3D软件分析了该类结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度的变化规律，并进行了参数分析。结果表明：斜交网格筒结构体系的层间位移和受力层间位移沿结构高度方向均呈现先增大后减小的趋势；层间位移和受力层间位移最大值所在位置不同，且受力层间位移随楼层高度增加，其所占的比例逐渐下降，最大比例约为80%，建议同时考虑受力层间位移角和层间位移角作为该类结构的变形控制指标。斜柱角度、斜柱截面、主环梁跨数以及结构高宽比均对结构的层间位移有较大影响；而对于受力层间位移，斜柱角度和斜柱截面对其影响较大，主环梁跨数以及结构高宽比对其影响较小。     

宁波国华金融大厦超高层斜交网格体系设计

宁波国华金融大厦塔楼建筑高度206. 1m,是一座5A甲级写字楼。塔楼采用斜交网格外框架-核心筒双重抗侧力体系,周边钢梁仅在节点层与斜交网格刚接,在其余楼层铰接。重力支承系统包括横跨在核心筒与外围斜交网格之间的钢梁以及钢梁支承的钢筋桁架组合楼板。主要研究了该塔楼的结构体系及特点、结构构件的性能目标、斜交网格节点的设计、整体指标的控制、弹性时程分析的地震效应以及结构主要抗震构造措施。结果表明,相对传统的框架-核心筒结构体系,斜交网格外框架-核心筒结构体系中斜交网格外框架承担的剪力和倾覆力矩均较大,可视为筒中筒结构体系。     

钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能分析

为了提高钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的协同工作性能及减小结构在竖向荷载作用下的变形差异,可采取以下措施：在钢框架上加设大型斜撑;在钢框架和核心筒之间增设伸臂桁架以及同时增设大型斜撑和伸臂桁架。利用有限元软件ETABS,对比分析了这几种结构形式的协同工作性能。分析结果表明：在钢框架上加设大型斜撑可明显提高结构的刚度,框架的剪力分配率更易满足规范要求,框架柱的材料利用效率更高;增设伸臂桁架对整体结构的刚度影响不大,但可有效减小铜框架和核心筒之间的竖向变形差;同时增设大型斜撑和伸臂桁架可显著提高钢框架一钢筋混凝土核心筒结构的协同工作性能。     

超高层结构中不同斜交网格体系的抗侧性能影响研究

斜交网格体系通过斜柱轴力来承受整体结构的水平作用力,具有较大的抗侧刚度。首先简单介绍了斜交网格体系的基本形式;接着通过系统的参数化分析,研究不同斜交角度、高宽比、平面形状和立面变化等主要因素对斜交网格体系的整体抗侧刚度、倾覆力矩以及构件内力的影响。结果表明:斜交角度对斜交体系的抗侧性能影响较大,存在最优的斜交角度以使得整体结构抗侧刚度最大;高宽比的影响也较大,随高宽比的增大,结构顶部水平位移逐渐增大,且增大趋势逐渐加快,风载作用下尤为明显;不同平面形状和立面变化对结构抗侧性能的影响相对较小。     

高层建筑框架-核心筒结构分析

框架-核心筒结构由于具有较强的抗侧向刚度和杰出的空间性能,结构自重轻,其布局形式有利于建筑整体的受力性能,在高层和超高层建筑中得到普遍应用。超高层建筑通常结构功能复杂,使用性强,体型巨大,内部垂直交通等服务设施的空间合理设计至关重要。框架-核心筒结构中筒芯刚度大,能接受较大的地震剪力,使连梁先屈服破坏,而筒体能持续工作,框架结构主要承受竖向荷载,与筒芯保持良好的整体受力性,因此,在遇到地震作用的情况下,筒外框架柱的破坏程度要大于核心筒。本文综述框架-核心筒结构功能和受力特点以及高层建筑发展。     

斜交网格不同结构形式的侧移规律研究

为获得斜交网格筒体不同结构形式在竖向荷载作用下的侧移规律,分别建立斜交网格外框筒结构模型、仅设核心内筒的斜交网格结构模型及在核心内筒基础上增加楼板的斜交网格结构模型,并分别在3个模型顶部施加竖向荷载进行加载分析,通过改变荷载大小分析每个模型的侧移规律。研究表明:斜交网格筒体结构在竖向荷载作用下的侧移表现出特有的连续变形规律,且仅外筒、设核心筒、设楼板后对结构侧移规律的影响也不尽相同;楼板对结构侧移的限制效果较核心筒显著,且楼板较大程度地改变了结构的侧移曲线。     

高层混合结构中楼盖刚度对结构受力性能的影响分析

通过楼板将两种变形特性完全不同的结构体系连接而成混合结构,在受力性能上与框架结构、筒体结构既具有一定的联系,又有本质的区别。本文以一30层外部为钢框架、内部为混凝土核心筒组成的混合结构为例,采用通用有限元程序SAP2000分别计算了钢框架结构、混凝土筒体结构及混合结构,比较了三种结构体系的受力性能;通过调整楼板型式和板厚,探讨了楼板刚度对混合结构受力性能的影响。结果表明,采用混合结构使得结构变形、内力沿高度方向趋于均匀,受力性能得以改善;采用梁板体系能有效地减轻剪力滞后;随着楼板刚度的增加,结构高阶自振周期增大,侧移减少,层间剪力、楼层弯矩及总钢框架承担剪力、弯矩增加;而钢框架承担总剪力、弯矩百分比减少。     

斜交网格钢框架-混凝土核心筒结构施工变形控制数值模拟

斜交网格钢框架-混凝土核心筒结构施工过程中由于钢、混凝土两种材料随时间变化的材料特性不同,外钢框架柱与内混凝土核心筒会存在竖向变形差异,过大变形差异会影响工程施工质量和结构安全。考虑结构施工过程的时变效应,采用变刚度分阶段分析方法建立有限元分析模型,对其进行施工全过程数值模拟分析。结果表明:随着施工过程的进行,斜交网格,框架与混凝土核心筒的竖向变形值与竖向变形差都呈现递增的状态,其变形增长速率都呈现出先慢、后快、再慢的规律;确定斜交网格变形协调规律后,根据整体模型数值模拟结果和斜交网格框架斜构件变形简图,计算分析得到构件加工控制补偿量;提出采用分段累加找平的方法得到混凝土核心筒施工找平量。