天津响螺湾超高层结构设计

首次将六边形网格结构应用于高度达358m的天津响螺湾超高层建筑作为其结构外网筒。深入研究这种新颖结构的工作性能与特点,扬长避短,是实现整体结构安全、合理、经济的关键。针对六边形网格结构抗竖向荷载性能较差,抗水平荷载性能较好的特点,采取如下重要结构设计关键技术:内外筒连接的楼盖钢梁两端铰接,不设伸臂加强层,以适应竖向荷载下内外筒的竖向变形差异,减小外筒承担的倾覆弯矩;网筒水平横梁截面小于斜柱;角部斜柱倾角减小;引入六边形网筒梁柱节点的有效刚度和钢梁连接楼板的栓钉的有效刚度;采用专门施工措施消除中部结构自重向角部转移。     

竖向荷载下平面内受力楼板的分析与设计

楼板是结构抗侧力体系的重要组成部分,其平面内刚度改变对水平力分配影响较大。在一些结构中,楼板在竖向荷载下承受平面内拉力,可能开裂并对其平面内刚度产生显著影响。利用有限元软件,对斜柱、悬挑桁架与搭接柱等竖向荷载作用下平面内受力的楼板进行了分析。提出了竖向荷载下平面内受力楼板承载力设计原则,给出了考虑裂缝宽度的楼板开裂后刚度折减系数与刚度不足时的应对措施。     

某叠挑结构分析与设计

某工程叠挑结构自下至上叠挑长度达21.1m,考虑平面大开洞,中部为单跨叠挑结构,采取加设钢支撑的措施提高其抗侧刚度,以减小结构在重力荷载作用下的水平侧移.由于建筑功能要求,角部叠挑部分没有连续的竖向构件,通过斜柱框架与错列桁架形成主传力体系,并对关键部位采取了加强措施,进行了抗连续倒塌概念设计.     

高层主次结构受力特点及刚度计算方法

近年来,主次结构广泛应用在超高层建筑中,但对其受力特点和刚度形成机制的系统研究却很少。为明确主次结构刚度形成机制、指导主次结构结构设计,通过有限元分析对主次结构受力特点进行研究,给出主次结构抗侧刚度形成机制,并推导主次结构刚度计算方法。以巨型框架结构、主次框架结构、主次框架-单斜撑结构、主次框架-X斜撑结构为研究对象,以构件内力分布特点、变形特性、刚度贡献为重点关注指标。研究结果表明,主次结构在竖向及水平荷载作用下均表现出显著的二级受力特性。水平荷载作用下,主柱沿模块高度呈现弯剪型变形,主次框架-单斜撑、主次框架-X型支撑结构表现出显著的桁架受力特点。次柱轴力沿高度呈周期性分布,次结构传递荷载对主结构变形和内力影响不大,但是其对结构整体刚度贡献不可忽略。分析结果表明,主次结构抗侧刚度关键参数为支撑轴向刚度、主柱轴向刚度、主框架抗剪刚度、次框架抗剪刚度。基于刚度形成机制,给出主次结构刚度简化计算方法,并与有限元方法结果进行对比,验证了刚度形成机制及刚度简化计算方法的有效性。     

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。     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

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。     

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。     

刚度调整元件在底层框架砖房抗震设计中应用

为防止结构抗侧力刚度分布在建筑平面内不对称、沿竖向不连续而引发震害,采用刚度调整元件对不合理的结构刚度分布进行合理化调整,以实现既不改变原设计建筑结构布置及使用功能又使原设计完全符合抗震概念设计准则及现行建筑抗震设计规范的要求。     

光明新区公共服务平台斜撑与桁架组合转换结构中楼盖的施工模拟分析

施工顺序会影响复杂结构构件的内力,斜撑与桁架组合转换结构中斜撑水平推力在楼盖中的传递途径是复杂结构设计的关键。研究了光明新区公共服务平台斜撑与桁架组合转换结构在竖向荷载作用下传递斜撑水平推力时转换层楼盖的受力特征;通过对两种施工过程的计算,分析比较了转换层楼板的施工顺序对结构传力途径的影响以及对结构主要受力构件内力的影响。分析结果表明,不同施工方案对楼盖中的梁与板的内力分配有一定的影响,尤其在斜撑水平推力较大时楼盖的内力变化更为明显,若处理不当会存在较大的安全隐患。     

对多层砖砌体结构的刚性楼盖房屋按不同方法分配水平剪力的分析

本文对多层砖砌体结构的刚性楼盖房屋按不同方法分配水平剪力进行了分析,介绍了开洞墙体的抗侧刚度计算公式,并对不同分配方法的多组数据计算结果进行了对比分析。     

不同类型竖向转换的侧向刚度问题

河南省电力调度中心大楼的结构方案设计中,针对竖向构件的转换作者尝试了桁架及斜柱等多种方案。发现不同类型的转换方案在抗侧刚度上存在巨大差异,由此带来的结构受力特性存在着较大的差异。在本工程中局部转换如采用侧向刚度较大的两端刚接桁架,转换构件在水平荷载的作用下会产生较大的内力,这对为竖向荷载转换而设计的转换构件是不利的。同时也给结构设计带来了巨大的困难。分析表明在这种情况下,简洁的斜柱转换对结构受力更加有利。     

某美术馆斜柱框架结构设计方法

与传统框架相比斜柱框架在受力性能上存在较大差异,斜柱框架在结构自重作用下会产生较大的水平和竖向变形。借助一典型工程案例多方位、多角度对斜柱框架进行了研究分析,总结了一套分析斜柱框架的计算方法。该方法主要包括:斜柱受力特点对比分析、典型单榀框架受力分析、与斜柱相连的框架梁受力分析、楼板应力分析、穿层斜柱的整体屈曲分析、节点有限元分析和防连续倒塌分析等。采用该方法对本工程进行计算分析,结果表明:与斜柱相连的框架梁满足设计要求,节点设计满足强节点的设计原则,柱截面承载能力能满足防连续倒塌的设计要求。同时,应适当加大斜柱区域框架结构体系的整体刚度,应在适当位置设置中心支撑,增强斜柱框架的抗侧刚度;在楼板薄弱位置应采取适当的加强措施,保证水平力的有效传递。     

带水平加强层的框架-筒体结构受力机理分析

水平加强层能够有效地减小高层框架．筒体结构在水平荷载作用下的侧向位移,但加强层的设置能引起结构竖向刚度的突变和结构内力的重分布。通过对四种不同加强层设置情况的框架-筒体结构进行详细的计算与分析,研究水平加强层在改善结构受力状态、减少结构侧移、提高结构整体抗侧刚度的作用机理,为高层框架．筒体结构的设计提供了相关建议。     

基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构抗震设计

从框架-剪力墙结构协同工作基本微分方程入手,推导基于有限基础刚度的框架-剪力墙结构侧移刚度以及水平荷载作用下的侧移和内力计算方法。重点研究剪力墙下和框架柱下基础刚度对框架-剪力墙结构侧移刚度、最大层间相对水平位移及内力分布的影响规律,揭示现行规范对框架-剪力墙结构框架剪力调整的必要性。提出框架-剪力墙结构合适基础刚度的理念和确定方法,有利于进一步完善高层建筑抗震设计。分析结果和震害情况表明,剪力墙下基础刚度退化,框架-剪力墙结构在水平荷载作用下内力重分布显著,框架内力沿竖向分布有所增大,特别是底层框架柱剪力、弯矩急剧增大,应引起足够重视。     

斜撑对高层结构测向刚度的影响

关于斜撑对高层结构侧向刚度和水平位移的影响，本文作了一系列算例分析和比较工作。结论认为，斜撑在高层建筑结构设计中，是一种比较理想的，同时也是经济可行的抗侧力构件。     

柱刚度对钢板剪力墙侧移集中的影响

钢板剪力墙(SPSWs)是一种由边界框架构件包围薄填充钢板组成的抗侧力系统。薄填充钢板屈服引起整体的滞回耗散和抗侧向力。然而,地震时,受很多因素的影响(如填充钢板超强)不同建筑层的薄填充钢板可能不会同时屈服,且实际的侧向力分布与设计时所假定的不同,可能导致建筑整体层间的侧移集中。研究柱刚度对减缓整体侧移集中现象的影响。根据一个两层的钢板剪力墙模型,推导出一个可表示整体性能、量化柱刚度对减缓整体侧移集中现象的影响的数学模型。使用有限元模型来进行非线性静态推覆分析,从而验证改进的模型。最后,根据改进的模型进行参数分析,随后讨论北美标准中规定的钢板剪力墙柱刚度的最小值。研究结果显示,柱刚度应该作为一种设计参数,从而确保一个合理统一的侧移分布,因此,填充钢板会沿钢板剪力墙建筑的高度方向屈服。     

重庆解放碑威斯汀酒店伸臂桁架对比分析

重庆解放碑威斯汀酒店采用外框架(钢框架梁+型钢混凝土柱)+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架体系,在33层和49层的避难层设置了伸臂桁架,伸臂桁架的设置可以使外框架柱有效发挥作用,以增强整个结构的抗侧力刚度。结构整体分析表明,设置两道加强层,可有效地提高整个结构的抗侧力刚度,减小结构的水平位移,使其满足规范要求;同时,加强层的刚度不宜太大,太大了将造成严重的刚度突变;所以应对加强层的设置方式和层数进行对比分析,减少结构刚度突变。分析表明,在对加强层及相邻楼层采取专门措施后,整个结构在地震下仍可保持延性屈服机制。     

中高层异形柱框-剪结构的剪力墙抗侧移刚度优化分析

综合考虑剪力墙的剪切变形、异形框架柱的轴向变形和连梁刚度对异形柱框一剪结构的抗侧移刚度的影响，利用框-剪结构空间协同分析的连续-离散化方法，以楼层划分单元推导单元的内力、位移关系式，同时采用振型分解反应谱法计算水平地震作用，并考虑层间位移约束条件及刚重比、剪重比等构造要求，建立了中高层钢筋混凝土刚接异形柱框-剪结构的剪力墙抗侧移刚度优化数学模型。工程算例结果表明。本优化模型可行、有效，而且当剪力墙的抗侧移刚度沿结构高度发生变化时，仍可对其进行优化分析。     

壁挂式冷弯型钢结构双层组合墙体抗震性能试验研究

为研究壁挂式连接冷弯型钢结构中双层组合墙体的抗震性能，对4个足尺双层墙体试件进行了水平低周往复试验，考虑了刚性斜撑、方钢管端柱加强、下部两层墙体抗侧刚度比等因素对墙体抗震性能的影响。结果表明：增设刚性斜撑墙体中V形刚性斜撑与墙面板蒙皮作用同时发挥抗侧作用，提高了墙体的受剪承载力及弹性抗侧刚度，但延性降低；采用方钢管截面端柱可避免端柱发生压屈破坏，其对墙体的抗侧刚度及受剪承载力提高幅度较小，但可以改善墙体的延性及变形性能；当底层与二层墙体抗侧刚度比大于1时，墙体属于弯曲型破坏。建议在多层冷弯薄壁型钢结构住宅抗震设计中，对底层墙体设置刚性斜撑、采用方钢管加强端柱以提高墙体受剪承载力及端柱抗压屈能力。