超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

黏滞阻尼伸臂桁架布置对超高层建筑抗震性能的影响

超高层建筑中利用伸臂桁架布置黏滞阻尼器,可避免传统刚性伸臂桁架所带来的不利影响.为探讨伸臂桁架布置形式对超高层建筑结构中黏滞阻尼器的减震效果和对局部构件受力的影响,以一个8度区、407m高的巨型斜撑框架-核心筒结构为例,通过动力弹塑性时程分析,研究黏滞阻尼伸臂桁架分别按通过内柱或避开内柱直接由核心筒悬挑两种方案设计时结构的整体抗震性能和构件内力.结果表明:两种设计方案均可有效协同核心筒和外框架共同受力,但当伸臂桁架经过内柱且弦杆布置在楼面时,因桁架端部受楼面约束,黏滞阻尼器变形受到限制,不能充分发挥作用.当伸臂桁架改为避开内柱、直接由核心筒悬挑,且弦杆脱离楼板约束可自由变形时,黏滞阻尼器耗能能力大幅提升,即使主体结构因塑性损伤产生一定偏位,黏滞阻尼器仍可适应变形继续耗能;因黏滞阻尼器耗能作用明显,主体结构变形得到有效控制,与其相连的巨柱和核心筒负担减轻,结构抗震性能得到一定改善.     

位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架减震效果及动力试验研究

为提高黏滞阻尼伸臂桁架在地震作用下的耗能效率,设计了一种带位移放大装置的黏滞阻尼伸臂桁架。对分别设置传统型和位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构进行有限元分析,对比了结构的地震响应及阻尼器的工作状态。通过动力荷载试验,考察两种黏滞阻尼伸臂桁架的滞回性能,对比阻尼器的位移及耗能,研究位移放大系数的变化规律,分析伸臂桁架刚度对黏滞阻尼伸臂桁架工作效率的影响。结果表明：相比传统型黏滞阻尼伸臂桁架,采用位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架可将阻尼器的耗能效率提高至原来的1.5~1.8倍,使结构获得更好的减震效果;位移放大型黏滞阻尼伸臂桁架滞回曲线光滑、对称、饱满,具有良好的工作性能,且能有效放大阻尼器的工作位移并增大耗能;提出了黏滞阻尼伸臂桁架的位移放大系数的计算式,计算值与试验值吻合较好;为保证黏滞阻尼伸臂桁架的工作效率,建议伸臂桁架的刚度比取值不小于9。     

黏滞阻尼器伸臂桁架布置对超高层结构减震性能影响研究

在超高层结构中,传统伸臂桁架能显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但给结构带来刚度、内力突变等不利影响,形成结构薄弱层。黏滞阻尼器伸臂桁架因其在一定程度上减小结构刚度、提供附加阻尼比,成为近年高层建筑结构抗震与抗风的新型体系。针对一226 m超高层结构中某一榀平面框架-剪力墙,在伸臂桁架中布置黏滞阻尼器,对比分析5种不同黏滞阻尼器布置方案伸臂桁架结构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的消能减震效果,将为黏滞阻尼器在超高层结构伸臂桁架中的进一步研究和应用提供借鉴。     

天津某超高层框架-核心筒结构消能减震技术研究

建筑结构设计需进行抗震分析,超高层框架-核心筒结构为抵抗地震作用,若采用传统设计方法增大构件尺寸,往往会使得地震作用进一步增大,从而造成结构抗震性能的降低。以一个超高层框架-核心筒结构工程为实例,在伸臂桁架楼层设置黏滞性阻尼器并进行时程分析,通过对比无阻尼器模型和增设阻尼器模型的楼层剪力及位移等指标,并分析其耗能情况,揭示了阻尼器对超高层框架-核心筒结构的减震效果。研究发现,在中震作用下,增设阻尼器可以提供大约0. 5%附加阻尼比,首层剪力减小约3. 8%,加强层剪力减小约4. 0%,顶层位移减小约4. 7%,伸臂桁架内力减小约4%。可见,在伸臂楼层设置黏滞性阻尼器能够发挥阻尼器的耗能作用,降低核心筒剪力墙的损伤,提高结构在地震作用下的性能。     

消能减震伸臂桁架在超高层结构中的风振控制研究

随着建筑物高度的增加,框架-核心筒-伸臂结构体系的应用越来越多。同时,多道伸臂桁架的布置在超高层结构中越来越普遍,较柔的超高层结构的自振频率接近脉动风的频率,风振下结构的加速度较大,易引起舒适度问题。针对某带多道伸臂桁架的超高层建筑,提出在伸臂桁架与外框架间布置黏滞阻尼器的方法,即采用带黏滞阻尼器的消能减震伸臂桁架,来控制结构在风振下过大的加速度响应,重点分析其抗风性能及在不同高度的伸臂桁架中布置黏滞阻尼器的减振效率。     

集成黏滞阻尼伸臂减震装置超高层建筑结构续建改造设计

为了在超高层建筑结构续建改造设计中减少已建结构的改造工程量,通过附加黏滞阻尼装置有效提高高层建筑在地震作用下的结构耗能,从而降低结构的内力和变形响应。研究了黏滞阻尼伸臂的变形放大原理,介绍了黏滞阻尼伸臂的最优布置方法,并提出了续建改造多状态矩阵,分析了续建改造项目典型驱动因素,总结了集成黏滞阻尼伸臂减震装置的超高层建筑结构续建改造设计策略,最后以工程实例验证该方法的有效性及准确性。结果表明：黏滞阻尼伸臂适用于以弯曲变形为主的超高层建筑结构,变形放大系数可近似为区格的跨度与高度之比,理论放大系数一般为2～3;采用基于阻尼耗能排序不变假定的黏滞阻尼伸臂设计方法,仅需对结构进行一次满布阻尼计算分析即可确定耗能排序及各附加阻尼方案;在以弯曲变形为主的框架核心筒结构中,阻尼伸臂布置在中、高区减震效果最好,距离该位置越远,耗能效果越差,相邻两道伸臂式阻尼提供的附加阻尼比相差约15%;在续建改造项目中布置黏滞阻尼减震系统,黏滞阻尼器提供的附加阻尼并非越大越好,存在使结构综合成本最低的集成减震设计方案;黏滞阻尼伸臂减震集成设计方法在提升结构抗震性能的同时有效降低了结构续建改造成本,具有实际工程价值。     

基于振动台试验的超高层结构伸臂消能体系抗倾覆性能研究

本研究通过对某超高层结构模型进行模拟地震振动台试验,考察核心筒、外围框架与伸臂结构组成的抗侧力体系在地震作用下的整体抗倾覆性能,重点分析在伸臂结构设置黏滞阻尼器的消能减震策略对结构底部弯矩的控制效果,为该类超高层结构体系减震研究提供参考。     

超高层建筑结构放大型黏滞消能伸臂减震效果研究

为提升超高层建筑结构的抗震性能,提出了一种可充分发挥阻尼器耗能能力的放大型黏滞消能伸臂减震装置,该装置通过增加菱形转动机构,将核心筒与外框架之间竖向相对变形进行二次放大,以增大对超高层结构的动力响应的控制效果。基于某案例工程超高层结构,对其采用放大型黏滞伸臂方案、传统黏滞伸臂方案和抗震方案进行了弹塑性时程分析对比。结果表明：相比传统黏滞伸臂,放大型黏滞伸臂由于菱形放大装置的转动,阻尼器的耗能效果得到进一步提升,对主体结构的层间位移角、基底剪力等地震响应和塑性损伤均具有良好的控制效果,综合提升了阻尼伸臂系统的耗能效果。     

超高层斜交网格筒体结构减震设计研究

以云南省某超高层斜交网格筒体结构为工程背景,对斜交网格筒体结构进行减震设计研究。通过在原斜交网格筒体结构设置黏滞阻尼伸臂桁架、在斜交网格斜撑位置附加黏滞阻尼支撑以及在上部分叉巨柱间设置黏滞阻尼器,形成斜交网格减震结构。分别对比研究了该减震结构的减震效果、不同地震输入方向下结构的附加阻尼比取值、阻尼器参数的优化以及减震结构在罕遇地震作用下的抗震性能。分析结果表明:斜交网格减震结构具有良好的减震效果;在罕遇地震下,该结构表现出良好的抗震性能。     

中国国际丝路中心超高层结构设计与关键技术

中国国际丝路中心超高层建筑总高度498 m,位于陕西省西安市,抗震设防烈度8度,该结构的侧向变形和承载力均由地震作用控制.为解决结构侧向刚度不足的问题,设置了伸臂桁架加强层,然而传统伸臂桁架往往会造成结构刚度和承载力突变等问题.为此,采用基于刚性伸臂和黏滞阻尼伸臂的组合伸臂桁架技术,研究刚性伸臂桁架和黏滞阻尼伸臂桁架在...     

黏滞阻尼伸臂对超高层框架-核心筒结构抗震性能的影响研究

超高层框架-核心筒结构通常设置伸臂桁架以提高结构刚度并满足层间位移角等规范控制指标.采用PERFORM-3D软件建立了带有普通伸臂的刚性方案模型和带有黏滞阻尼伸臂的阻尼方案模型,对比了两种方案在多遇、设防、罕遇地震作用下的层间位移角及结构受力情况,比较了罕遇地震作用下两种方案的残余变形及结构的损伤情况,最后结合构件的耗能对结构损伤进行量化分析.分析结果表明:阻尼方案改善了刚性方案结构刚度突变的问题,结构的抗侧刚度分布更为均匀,同时有效地降低了结构内力;与刚性方案相比,阻尼方案结构顶部残余变形显著减小,核心筒以及外框架的损伤情况得到改善.在地震作用下,黏滞阻尼伸臂充当结构第一道抗震防线,提高了结构的抗震韧性,有较好的应用前景.     

某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析

以某220 m超高层框架-核心筒结构的消能减震效果为研究对象。采用NosaCAD结构分析程序对该结构进行弹塑性时程分析,对比分析了该结构在6度多遇和所选取的罕遇地震作用下普通伸臂桁架与耗能伸臂桁架对结构地震作用下的消能减震效果。分析结果表明:消能伸臂桁架能在一定程度上改善该结构的抗震性能,结构顶层峰值加速度响应平均降幅约为10%,层间位移角平均降幅约为15%;该结构在罕遇地震作用下的损坏情况有所减轻,伸臂桁架位置布置的黏滞阻尼器对降低结构在地震作用下的响应发挥了一定的作用。     

325m高淮安雨润中央新天地超高层结构选型

超高层建筑结构常采用伸臂桁架或环带桁架来提高其自身刚度。结合具体工程项目,通过对框架-核心筒结构设置伸臂桁架或环带桁架加强层数量及位置的研究,分析伸臂桁架和环带桁架提高框架-核心筒结构刚度的效率。分析结果表明,伸臂桁架提高框架-核心筒结构刚度的效率高于环带桁架;当仅设置环带桁架加强层时,环带桁架位于0.7倍结构高度时最为有效,设置于结构高区时提高结构刚度的效率大于设置于结构低区时,随着环带桁架加强层数量增加其对结构刚度的贡献效率快速下降。根据分析结果,最终采用钢管混凝土钢框架-钢筋混凝土核心筒-环带桁架混合结构体系。     

不同消能伸臂体系减震效果对比分析

超高层建筑结构常采用框架核心筒结构体系,利用外框架和核心筒之间的竖向变形差,在外框架和核心筒之间设置消能器,可形成消能伸臂体系。粘滞阻尼器、防屈曲支撑以及剪切耗能件均为性能稳定的消能器。为研究三种不同消能器构成的消能伸臂对高层建筑结构抗震性能的影响,结合实际工程案例对比分析了这三种体系的减震效果以及经济性。研究表明,三种消能器均能有效降低结构地震作用,其中粘滞阻尼器消能伸臂减震效果最佳,剪切阻尼器消能伸臂经济性最优,防屈曲支撑在减震效果和经济性方面具有较好的综合性能。     

多道负刚度阻尼伸臂结构减震性能的随机响应分析

针对传统黏滞阻尼伸臂(conventional damped outrigger, CDO)结构中由于外柱刚度有限造成最大附加阻尼比受限的不足,引入负刚度机制,将负刚度装置与阻尼器并联,形成负刚度阻尼伸臂(negative stiffness damped outrigger, NSDO)结构,在降低阻尼需求、控制结构的风振及地震作用响应方面具有显著的优势。基于连续化的Timoshenko梁建立多道负刚度阻尼伸臂结构的简化分析模型,并通过虚拟小质量法建立核心筒-伸臂结构的状态空间方程,最终通过求解Lyapunov方程得到结构的随机地震响应。并以两道伸臂为例,对两道NSDO(简称“2NSDO”)结构、两种布置方案的混合伸臂结构进行了随机地震响应参数化分析。结果表明：与传统阻尼伸臂结构相比,合理设置的NSDO结构的减震效果明显提高,层间位移角与无控结构(仅核心筒)层间位移角之比(即层间位移角减震效果)从0.68降至0.25以下,有害层间位移角的减震效果从0.71降至0.4以下,加速度、基底剪力和倾覆弯矩的减震效果均从0.7左右降至0.5以下;对比不同的NSDO布置形式,对于有害层间位移角、...     

采用黏滞阻尼伸臂桁架的超高层结构模型振动台试验研究

黏滞阻尼伸臂桁架兼具高效耗能和“有限刚度”加强层的特点,可提高结构的抗震性能,尤其适用于高烈度区超高层结构抗震设计。中国国际丝路中心塔楼建筑高度498m,是目前全球最高的采用黏滞阻尼伸臂桁架的高层建筑,为验证其抗震性能和减震措施的有效性,进行了1∶40的缩尺模型振动台试验研究。本文介绍了模型设计、试验过程及主要现象。试验测试了结构在8度小震、8度中震、8度大震地震波输入下的动力响应,包括结构自振特性、动力放大系数、楼层位移、层间位移角、损伤发展及阻尼器耗能等。将主要试验结果与有限元分析结果进行了对比,总体上吻合程度较好,可互为验证。试验及分析结果表明：结构设计合理,采取的减震措施有效,结构整体抗震性能满足规范及预定的抗震性能目标要求;黏滞阻尼伸臂桁架产生的附加阻尼比随地震作用强度增加而降低,并且随主体结构进入弹塑性后进一步降低。根据试验结果对结构设计提出了相应的建议,揭示的阻尼比变化规律可供类似项目设计参考。     

巨型混合框架-核心筒结构的性能分析

巨型混合框架-核心筒结构是由巨型型钢混凝土框架、混凝土核心筒与伸臂桁架组成的一种具有多道抗震防线的超高层结构体系.为了有效地提高巨型混合框架-核心筒结构的抗侧刚度和内外筒之间的协同工作性能,可采取以下措施:增加巨型梁的刚度;增加伸臂桁架的刚度;增设巨型支撑.分析结果表明:设置跨越两个楼层的巨型梁或伸臂,或增设巨型支撑,...     

某大悬挑桁架结构消能减震设计研究

以某大悬挑桁架结构为分析实例,采用动力弹塑性时程分析方法对大悬挑结构进行消能减震设计,对减震效果及布置方案进行探讨.结果表明:对于大悬挑结构,通过布置黏滞阻尼器可以有效地减少结构在地震作用下的竖向位移、竖向加速度和杆件内力;黏滞阻尼器布置于悬挑结构端部位置的减震效果优于其布置在悬挑结构根部;不同的阻尼器布置方案对减震效果、建筑功能及原结构刚度产生不同的影响,设计中需综合考虑.     

悬臂式阻尼桁架在某超高层连体结构中的应用

通常,在超高层建筑避难层设置伸臂桁架以改善抗侧刚度,但不可避免会造成结构周期变短、地震力增大,还会引起结构竖向刚度和承载力的突变,从而出现薄弱层和软弱层.在加强层增设悬臂式阻尼桁架,采用粘滞阻尼器耗能,可提高结构动刚度,避免薄弱层的产生.该文对悬臂式阻尼桁架的设计方案、受力机理分析、减震效率等影响参数进行敏感性分析,采用弹塑性时程分析的方法识别粘滞阻尼器在罕遇地震下多条地震波输入后的反应性态.结果表明:1)为提高减震效率,需严格控制悬臂桁架的弹性变形,并采取措施保证桁架平面外的稳定;2)悬臂式阻尼桁架受力机理的实质是利用杠杆原理放大结构的层间位移,变水平位移为竖向位移;3)悬臂式阻尼桁架粘滞阻尼器的阻尼系数C取值越大,减震效果越好,但取值过大,会给桁架和阻尼器的设计带来难度;4)悬臂式阻尼桁架的减震效率与所在楼层的层间位移角正相关,因此宜选择设置在层间位移角最大的楼层;5)该结构在罕遇地震作用下阻尼器的最大出力约3500kN,正向位移约40mm,反向位移约60mm.从收集的相关文献看,悬臂式阻尼桁架运用在超高层连体尚属首次,该文的经验总结可为工程界提供借鉴.