多冗余度单跨框架结构性能研究

为解决单跨框架结构冗余度不足、超静定次数少的问题,该文从增加多余约束,形成多道防线方面考虑,提出在框架结构单跨方向增设钢支撑或短墙的方案.以实际工程为例,对不同方案建立模型并进行计算分析.结果表明:单跨方向增设钢支撑或短墙,均可有效提高抗侧刚度;增设钢支撑使得原结构框架结构体系变为钢支撑-框架结构体系,可提高结构的抗侧性能,减小结构的水平侧移,符合抗震设计中多道防线的设计理念.     

工程项目设计中的结构方案优化

钢筋混凝土框架结构的抗侧移能力在各种常见的房屋建筑结构体系中是较弱的,且当建筑高度接近结构适用高度限值时,这种能力的不足尤为突出。使混凝土框架结构增加抗侧移刚度的方法有:增设少部分剪力墙使其成为框架-剪力墙结构或增设钢支撑成为钢支撑-框架结构。本文以一个实际工程为例,对比了采用有少墙框架-剪力墙结构和钢支撑-框架结构的结构方案差异。在符合抗震规范对结构体系的各项要求条件下,钢支撑-框架结构在抗震性能及经济适用等方面都具有一定的优越性。同时针对框架结构的抗侧移能力不足或框架-剪力墙结构过大的建筑高度范围总结了其他可用的结构体系,并分析了各种结构体系如何满足建筑要求、结构优缺点、适用范围等。最后针对目前建筑工程开发建设中结构方案设计优化存在的问题提出一些建议。     

BRB应用于混凝土框架的弹性层间位移角限值与设计建议

BRB钢支撑即屈曲约束支撑,因其具有承受轴向压力不会发生屈曲、受拉与受压承载力相当、滞回曲线饱满、耗能能力和低周疲劳性能良好等优点,在美国、日本及我国台湾等地区的建筑结构中应用较广.混凝土框架结构,是一种常见的建筑结构形式,其设计简单,施工方便,但是框架结构的抗侧刚度低,在罕遇地震下容易发生较大的侧移甚至是倒塌,而将BRB应用于混凝土框架结构,组成的框架-支撑结构体系,可以很好地解决这一问题.然而现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对钢支撑-混凝土框架的层间位移角限值的规定不尽合理,本文从结构抗震的性能目标出发,对BRB钢支撑-混凝土框架的弹性层间位移角限值进行了研究,并提出了BRB在混凝土框架结构应用中的设计建议.     

基于ETABS和LINGO软件的超高层混凝土框架-核心筒结构优化研究

超高层混凝土框架-核心筒结构优化程序将主体结构造价作为目标函数,将位移约束和构件强度约束同时作为约束条件,并调用ETABS和LINGO进行整体优化。程序通过层间构件归并、结构对称性和标准层划分控制优化变量的数量。通过算例分析,程序基本实现超高层混凝土框架-核心筒结构优化的自动化,具有较好的工程应用价值。     

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。     

装配整体式混凝土框架结构施工技术

北京西铁营还建项目采用装配整体式混凝土框架结构,存在构件种类多、节点构造复杂、施工场地狭小、层高大,传统钢支撑支设困难、节点核心区模板支设困难等问题。结合实际困难,对构件进行二次深化设计,优化管理流程并优化定位安装、支撑和模板方案。对采用的施工工艺进行了详细介绍。通过采用系列工艺,保障了装配整体式混凝土框架结构工程的质量、工期和效益。     

钢支撑-混凝土框架体系在结构中的应用

通过钢支撑-混凝土框架结构体系、RC框架结构体系和框架-剪力墙结构体系的对比分析,结果表明,钢支撑-混凝土框架结构提高了结构侧移刚度,降低了结构自振周期,减小了结构侧移和层间位移角;钢支撑分担了部分楼层剪力,改变了结构的内力分布特点,降低了结构构件的内力,为双重抗侧力结构体系,具有良好的抗震性能,可应用于高烈度地区以及加固改造工程中。     

高烈度区框架加固加层抗震性能分析

针对高烈度地区(8度0.3g、9度0.4g)建筑的抗震加固,提出了一种采用"增大框架柱截面-外包钢板-加设钢支撑"对框架结构房屋进行抗震加固的方法。以一项位于抗震设防烈度为8度区(0.3g)的钢筋混凝土框架结构加固、加层工程为例,对该加固方法进行了验证,计算结果表明,采用"增大框架柱截面-外包钢板-加设钢支撑"的加固方法能够显著提高结构整体抗侧刚度,大幅度减小框架柱的轴压比。可为同类工程提供有益参考。     

高烈度地区多层房屋两种结构体系的对比分析

将高烈度地区多层房屋钢筋混凝土框架结构和框架-钢支撑结构这两种结构体系,从结构的受力特性、钢筋及混凝土用量等方面进行了比较及经济性分析,论证了框架-钢支撑结构在高烈度区比框架结构更具有优势。结构的力学性能分析采用中国建筑科学研究院研制的软件PKPM系列进行（PMCAD＋SATWE）。     

预制装配技术在高层建筑中的应用研究

研究了国内外先进的预制装配技术,并在国内现有规范的基础上,对全预制装配整体式设计进行了改进与创新.本工程采用了全新的钢支撑-混凝土框架结构体系,经对比分析表明,该体系具有更好的抗震性能.采用钢支撑替代现浇剪力墙,实现了整个结构的全部预制装配化;另外,对预制构件装配技术进行了深入的改进及创新,其优点在实际工程中得到了充分的体现,这些技术的创新完全符合国家对建筑工业化发展的要求.     

钢支撑-混凝土框架动力非弹性扭转机理与抗扭设计研究

通过钢支撑-混凝土框架振动台试验研究了钢支撑失稳或其他构件损伤后引起的扭转突然增大问题,即非弹性扭转问题,结果表明钢支撑受压失稳或失效是导致此类结构出现非弹性扭转的重要原因。基于试验结果,分析了钢支撑失稳或失效导致结构非弹性扭转突增的机理;同时建立了设有偶然偏心的有限元模型算例并进行非线性分析,验证了在增加构件数量的条件下该类结构仍存在非弹性扭转突增问题,表明即使是对称结构,在普通钢支撑发生受压失稳及其反向受拉过程中,也会产生非弹性扭转及其突然增大现象。试验和案例分析均表明类似的现象,即在相同加载及偏心条件下纯混凝土框架非弹性扭转虽然存在,但其突然增大值比钢支撑框架结构要小;设置防屈曲支撑抗扭效果显著,优于设置钢支撑的混凝土框架和纯混凝土框架。建议工程设计中设置防屈曲支撑,可有效减控混凝土框架非弹性扭转危害;通过设置质量偏心,对钢支撑-混凝土框架结构进行强震下非弹性扭转响应分析,并在设计上对其最大值加以限制。     

防屈曲耗能支撑在铰接混凝土框架抗震加固中的应用

在我国部分地区还存在有铰接混凝土框架结构,这种结构体系在设计时未进行抗震设计,如继续使用,应进行抗震加固以使其满足抗震要求。防屈曲耗能支撑克服了普通钢支撑失稳的缺点,具有明确的屈服位移和屈服力,在多遇地震下可保持弹性状态,为结构提供刚度和抗震承载力。在设防烈度地震和罕遇地震下,防屈曲耗能支撑将屈服耗能,从而为结构提供耗能能力。结合防屈曲耗能支撑的特点,提出在铰接混凝土框架结构中的抗震加固方法,并结合实际工程实例,研究加固后结构的耗能能力。     

水平荷载作用下新型钢-混凝土混合结构简化计算方法

针对钢框架-混凝土芯筒混合结构的不足,提出了钢框架-屈曲约束支撑-混凝土芯筒多重混合结构形式。根据刚度相等原则,建立了多重钢 混凝土混合结构的简化力学模型,给出了框架、支撑钢架和混凝土芯筒的刚度计算公式,根据弹性理论推导出了结构的平衡微分方程,依据边界条件得到了在倒三角水平荷载、均布水平荷载和顶点集中水平荷载作用下侧移和内力的简化算法,最后,对简化算法的可靠性进行了验证。结果表明:该算法具有优良的精度,且应用简便,可供工程设计人员采用。     

基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析

针对拟力法仅在刚性连接钢框架中应用的现状,根据钢筋混凝土框架以及半刚性连接钢框架的受力特点,并基于拟力法的基本假定与思路,得出了钢筋混凝土结构中塑性铰和半刚性连接钢框架中连接的弯矩-相对转角关系,从而推导并获得了拟力法在框架结构静力弹塑性分析中的通用公式。通过与有限元理论计算结果的比较,表明基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析方法在应用于各类框架结构时都有着较高的精度,从而为将基于拟力法的动力弹塑性分析包括地震能量分析拓展到钢筋混凝土框架结构以及半刚性连接钢框架结构中奠定了基础。     

方形高强钢管混凝土叠合柱轴压极限承载力分析

对于新提出的方形高强钢管混凝土叠合柱的极限承载力,基于统一强度理论,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,引入有效约束系数和非有效约束系数并考虑箍筋对钢管外混凝土约束作用的不同,把钢管外箍筋约束混凝土划分为有效约束区和非有效约束区,将方形截面等效为圆形截面以考虑钢管核心混凝土受到的钢管和外围钢筋混凝土的双重约束效应,提出了方形高强钢管混凝土叠合柱的一种新的轴压极限承载力计算方法。将所得理论计算结果与文献试验结果进行对比,吻合良好,证明了公式的正确性。对各参数的影响规律分析表明,方形高强钢管混凝土叠合柱的承载力随着侧压系数、中间主应力影响系数、材料拉压比和纵向配筋率的增大而增大,随着钢管径厚比的增大而减小。     

高层框架及剪力墙结构的侧移优化设计

提出了考虑侧移约束的高层框架剪力墙结构的最小重量优化方法,以取代以往对杆件的繁琐且不可靠的手工调整。对一些实际情况如设计变量的离散性问题作了合理的考虑。所提出的方法可有效地应用于高层建筑的抗侧移设计中。     

基于层次分析OC-GA算法的钢骨混凝土框架柱优化设计

在工程结构优化理论的基础上,将钢骨混凝土框架柱的工程造价最小化和斜截面抗剪承载力最大化定为优化目标。根据型钢混凝土的受力特性,在多遇烈度地震下,应用最优性准则K-T条件对钢骨混凝土构件的混凝土截面尺寸进行优化设计;在基本烈度地震下应用层次分析遗传(GA)算法对钢骨混凝土构件中的型钢进行优化设计,从而建立层次分析OC-GA算法。综合考虑各种约束条件,运用层次分析OC-GA算法实施钢骨混凝土框架柱的优化设计,并通过优化设计实例证实所采用优化方法和设计思路的有效性和可行性。     

中心支撑-框架钢结构设计与研究

对人字形中心支撑-框架结构的抗震设计进行研究。在不同的支撑长细比下,支撑受压屈曲后的强度退化程度是不同的。根据我国抗震规范规定的设计支撑强度的方法,当取不同的长细比λ时,会产生不同的结构初始刚度和变幅很大的强度值,且工程设计很复杂。为此,提出一新的支撑强度设计方法,并认为人字形中心支撑的强度是由一侧杆受压后屈曲强度与另一侧杆的受拉屈服强度两部分构成。新的设计方法确保了结构初始刚度和强度不受支撑长细比影响。建议方法的优点还在于其能够较好地控制最大层间位移角。最后,深入探讨了多层钢支撑-框架结构出现薄弱层的问题。     

多、高层钢结构支撑的布置方式对框架侧向刚度的影响

高层钢结构的结构形式多种多样 ,其中以撑系框架最为常用。建立了典型的钢框架模型 ,通过计算支撑布置方式相同的 6层和 2 0层框架的顶点位移 ,考察竖向支撑对不同高度框架的承载能力和侧移刚度的影响 ,以及相同高度下 ,支撑方式不同对框架的承载能力和侧移刚度的影响。在此分析的基础上 ,探讨了高层钢结构支撑的布置形式对框架侧向刚度的影响规律     

多遇地震作用下钢支撑对RC框架结构的影响研究

为揭示钢支撑对RC框架结构的影响规律,在4、8、12层RC框架结构上后加V型、对角型、X型及大型四种钢支撑,通过ETABS建立结构模型并进行多遇地震作用下的分析。结果表明,钢支撑改变了原结构的变形特性,使结构的刚度、楼层剪力及边柱轴力增大,中柱轴力降低。此外,钢支撑作为主要的抗侧力构件,承担了大部分地震作用,改变了原结构的传力路径,使梁端弯矩降低、梁轴力增大,与支撑相连的基础反力也相应增大。