Study on seismic performance of a super-tall building with different lateral force resisting systems

超高层建筑对水平荷载（风荷载和地震作用）具有较高的敏感性,合理的抗侧力体系对超高层建筑结构的经济性、安全性以及材料使用效率等影响重大。以北京在建的某超高层建筑设计初期所采用的半高和全高支撑两个方案为研究对象,利用MSC.Marc建立了两个方案的有限元分析模型,并进行了工程量、弹塑性时程和倒塌分析。通过工程量统计,对比分析两个方案主体结构材料总用量以及各类构件材料用量差异;通过弹塑性时程分析和倒塌分析,研究两个方案在不同地震水准下的结构响应和抗倒塌能力。结果表明：该工程的两个结构方案都能满足规范规定的抗震性能需求,全高支撑方案具有更好的经济性,比半高支撑方案节省总材料用量约11%,且抗地震倒塌安全储备提高了约14.8%。     

剪力墙内支撑布置方案对超高层建筑结构抗震性能的影响

以某超高层巨型框筒+核心筒结构为例,分别采用两种不同的剪力墙内支撑布置方案,通过基本动力特性分析、大震弹塑性分析和抗倒塌能力分析,比较了剪力墙内支撑布置对超高层建筑结构抗震性能的影响。研究表明,剪力墙内支撑对结构大震下的位移响应有一定的积极影响,能够显著提高结构的抗倒塌安全储备。建议超高层建筑结构设计时进行抗倒塌分析,对易倒塌层墙体进行内支撑加强,以提高抗倒塌安全储备。     

最小地震剪力系数对超高层建筑结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是超高层建筑抗震设计中的关键控制因素。首先对中美两国典型抗震规范或规程中有关最小地震剪力系数(最小基底剪力)的相关规定进行了对比分析。借鉴美国规范中最小基底剪力的处理方法,以位于我国设防烈度7度区的一超高层建筑为例,采用两种不同的设计地震剪力取值方法,按照8度地震设防烈度设计了两个不同的结构模型。通过弹塑性时程分析,比较了两个模型在罕遇地震作用下的性能差异,分析了长周期地震动对两个模型抗震性能的影响,并对比了两个模型抗地震倒塌能力的差异。分析结果表明:通过提高楼层设计剪力来满足最小地震剪力系数的方案与提高结构刚度的方案相比,其抗罕遇地震的性能基本相当,而抗地震倒塌能力更好,设计难度和建造成本会更低。     

框架—核心筒结构力学性能分析

运用有限元软件对一框架-核心筒结构和在此超高层结构基础上使用加强层的两个建筑方案进行罕遇地震下弹塑性时程分析,总结了关于设置加强层结构的几个力学性能特点.     

巨型支撑框架—核心筒超高层建筑的地震倒塌模拟

研究超高层建筑的地震倒塌模拟有很重要的现实意义。尽管在高烈度地震区巨型支撑框架-核心筒超高层建筑是高层结构体系中比较常见的一种,但却很少研究这种建筑在地震突发事件中的失效模式和倒塌机制。研究在中国高危地震带建造的巨型支撑框架-核心筒超高层建筑(H=550m)在最大0.9g(g为重力加速度)谱加速度下的倒塌行为。根据纤维梁模型和多层壳模型建立有限元模型。分析这种建筑的动态特性并进行地震倒塌模拟。最后,详细地探讨其在地震倒塌中的失效模式和机理。此研究可作为类似的超高层建筑抗倒塌设计的参考。     

基于倒塌分析的板柱-剪力墙结构抗震性能研究

为准确揭示板柱-剪力墙结构抗震薄弱部位和地震作用下的倒塌机制,基于ABAQUS软件显式计算平台进行二次开发,开发的程序可对地震作用下的建筑结构进行倒塌数值仿真。首先,从构件和整体层面对开发程序计算结果的可信性予以验证。其次,结合某板柱-剪力墙结构工程实例,进行中震、大震、超大震弹塑性时程分析及倒塌数值仿真。通过对比分析,认为精细化弹塑性时程计算分析成果优于等效弹性算法,设置暗梁对提高结构抗倒塌能力作用显著。提出通过适当增加底部楼层墙厚和主要墙肢配筋率来提高结构抗倒塌能力的方法,该方法既能显著提高结构的抗震性能,又确保最大程度考虑经济性因素。     

基于ABAQUS的某框架的动力弹塑性时程分析

基于混凝土弹塑性损伤材料本构关系和纤维梁单元模型,利用ABAQUS对"5.12"汶川大地震中倒塌的某框架进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析,通过对该框架的精细化反演分析,揭示了地震作用下建筑结构的破坏机理和损伤倒塌规律,同时对动力弹塑性时程分析的推广和应用提供了有益的参考和借鉴。     

超高层建筑钢结构设计及计算分析

昆明地铁线网控制中心工程塔楼为超高层全钢结构,结构总高度150 m,采用钢框架中心支撑结构体系,外部采用跃层钢支撑,内部采用防屈曲约束支撑(BRB)。对地铁线网控制中心设计使用年限及地震作用取值进行探讨;论述超高层钢结构结构选型及结构布置思路;对高烈度地区抗震设计相关的弹性时程及弹塑性时程进行分析,探讨屈曲约束支撑减震技术应用。     

低烈度区风控超限高层结构分析

文中对低烈度区的超高层建筑进行超限分析，通过多遇地震的振型分解法和时程分析、设防烈度地震反应分析及罕遇地震下弹塑性分析，与风荷载下的结构反应进行比较，针对结构实际反应及通过结构传力路径合理优化结构布置。罕遇地震作用下随着结构进入弹塑性状态，材料耗能的同时部分构件进入屈服导致结构周期加大，结构的刚度也略有下降。然而低烈度区整体结构进入弹塑性状态较浅，结构的抗震性能良好。在结构高宽比较大时，超高层建筑需要考虑横风向的影响，层间位移角往往由风荷载控制。当超高层结构自振周期落在一定区间内，位移角对横风向荷载比较敏感。事实上在周期回代上也可以考虑自振周期因非承重墙的刚度予以折减，使得风控超高层建筑的位移控制在合理范围内。     

成都某综合体塔楼罕遇地震弹塑性时程分析

成都某综合体A塔为一栋结构高度达308.7m的复杂超高层建筑,设计采用了带联系桁架(防屈曲支撑)的多核心筒+SRC框架的结构抗侧体系,运用ABAQUS软件对该结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,以检验结构在大震作用下的抗震性能,结果表明结构在罕遇地震下的抗震性能良好。     

中国尊大厦施工图设计中的弹塑性时程分析

北京CBD核心区Z15地块中国尊大厦是一栋地上108层、地下7层、建筑总高度528m、高宽比约7.2的复杂超高层建筑,是目前世界上8度抗震设防烈度区在建的最高建筑。结构设计采用了巨型钢-混凝土筒中筒结构体系。在施工图设计阶段,根据结构体系的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在大震下的抗震性能。弹塑性时程分析时采用ABAQUS软件和自主开发的S2A程序将梁、柱、剪力墙、支撑及楼板等构件的弹塑性在应力-应变层次上进行精确模拟,分析过程中考虑几何非线性,并采用显式积分算法。结果表明,结构整体及绝大部分构件的抗震性能满足规范和性能目标的要求。基于塑性区模型的弹塑性时程分析对本工程结构体系的优化起到了重要的作用。     

武汉长江航运中心大厦超高层结构设计

武汉长江航运中心大厦结构地上62层、地下4层,建筑高度330m,经过方案比选采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,为武汉地区类似高度超高层建筑首例。从抗震概念设计出发,采用性能化抗震设计对主要构件进行复核,采用PMSAP及SAP2000软件进行小震、中震验算,采用PERFORM-3D软件进行大震下结构弹塑性时程分析,还进行了塔冠部分刚架非线性稳定分析、结构抗连续倒塌分析、楼板地震应力分析、人行荷载及风荷载作用下舒适度分析、混凝土长期徐变收缩影响分析。结果表明,此结构方案具有较高的抗震承载能力和延性,能够满足现行各项规范的要求。     

屈曲约束支撑装配式钢结构减震设计

本文结合工程实际,介绍了屈曲约束支撑在上海某高层装配式商业建筑结构设计中的应用。进行了多遇地震作用下的反应谱分析、多遇地震作用下的弹性时程分析及罕遇地震下的动力弹塑性时程分析,研究屈曲约束支撑在不同地震水准作用下的性能并指导工程设计。时程分析的结果表明:多遇地震作用下,屈曲约束支撑处于弹性状态,提供了良好的抗侧刚度,结构的最大层间弹性位移角为1/558,小于1/250,满足规范要求;罕遇地震作用下,结构的最大弹塑性层间位移角为1/86,小于1/50,满足规范限值要求。屈曲约束支撑在罕遇地震作用下进入塑性状态并耗能,结构塑性变形引起的耗能仅占结构总耗能的6%左右;结构构件的损伤程度低。屈曲约束支撑工作状态良好,发挥了良好的耗能机制。     

咨询与服务·工程咨询篇

<正>●超高层建筑咨询业务1、动力弹塑性时程分析咨询业务对结构进行地震作用下的弹塑性分析是全面掌握结构地震作用下非线性响应、揭示结构可能的抗震薄弱部位及评估结构抗震性能的重要手段。     

框架结构抗地震倒塌能力的研究——汶川地震极震区几个框架结构震害案例分析

介绍了汶川地震中极震区几组相同场地条件下倒塌与未倒塌框架结构的震害案例,并分别采用弹塑性时程分析方法、推覆分析方法和基于IDA的结构倒塌储备系数分析方法,对其中2个典型框架结构的抗地震倒塌能力进行了分析研究。在此基础上,结合国外关于结构抗地震倒塌计算方法及其相关研究,分析了影响结构抗倒塌能力的主要影响因素和评价指标。研究结果表明,保证结构的整体承载力储备和变形能力,增加结构的冗余度和整体性,采取有效措施使结构形成合理的屈服机制,充分利用填充墙使框架结构形成双重抗震防线,可显著提高框架结构的抗倒塌能力。最后提出了结构抗地震倒塌需进一步研究的问题。     

适用于超高层建筑的改进地震动强度指标

地震动强度指标选取是基于性能抗震设计的重要组成部分,地震动强度指标是联系结构地震响应和地震动记录的关键参数。合理的地震动强度指标可以使结构地震响应预测结果更加准确。为此,以超高层建筑结构为基本研究对象,考虑超高层建筑结构地震响应中高阶振型参与显著的特点,并考虑地震动强度指标表达形式的简便性,提出了适合于超高层建筑结构抗震分析用的地震动强度指标,利用大量的时程分析给出了振型参与数量的取值方法;基于2个超高层建筑结构的倒塌分析实例,比较了建议的地震动强度指标和部分现有地震动强度指标对超高层建筑结构的适用性。分析表明：与已有的地震动强度指标相比,采用建议的地震动强度指标表征结构临界倒塌的地震动强度时,其变异系数最小,能较好地反映超高层建筑结构中高阶振型的影响,对超高层建筑结构的抗震设计具有较好的适用性。     

适用于超高层建筑的改进地震动强度指标

地震动强度指标选取是基于性能抗震设计的重要组成部分,地震动强度指标是联系结构地震响应和地震动记录的关键参数。合理的地震动强度指标可以使结构地震响应预测结果更加准确。为此,以超高层建筑结构为基本研究对象,考虑超高层建筑结构地震响应中高阶振型参与显著的特点,并考虑地震动强度指标表达形式的简便性,提出了适合于超高层建筑结构抗震分析用的地震动强度指标,利用大量的时程分析给出了振型参与数量的取值方法;基于2个超高层建筑结构的倒塌分析实例,比较了建议的地震动强度指标和部分现有地震动强度指标对超高层建筑结构的适用性。分析表明:与已有的地震动强度指标相比,采用建议的地震动强度指标表征结构临界倒塌的地震动强度时,其变异系数最小,能较好地反映超高层建筑结构中高阶振型的影响,对超高层建筑结构的抗震设计具有较好的适用性。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

基于能量分析的抗震设计与工程应用研究

基于工程实例进行了结构大震弹塑性时程分析,并对地震输入结构的总能量、结构构件滞回耗能、阻尼器耗能以及系统阻尼耗能进行分析。三个工程实例为无减震设计的某超高层建筑、采用防屈曲支撑设计的某大跨钢结构和采用粘滞阻尼器减震设计的某复杂连体结构。该研究方法不同于以往研究仅针对单自由度或简单多自由度系统的理论分析。分析结果表明,地震输入结构的总能量受地震波特性影响非常显著,要合理估计总输入能量是困难的,但各部分耗散能量占总输入能量的比值具有稳定性。     

同济大学教学科研综合楼柱间支撑体系布置研究

同济大学教学科研综合楼在地震作用下结构呈现明显的扭转不规则特性,需设置必要的柱间支撑体系来控制扭转效应。采用非线性时程分析和弹塑性静力分析,对钢支撑和粘滞阻尼支撑两类支撑的连续与非连续布置共四种支撑方案进行对比分析。结果表明,连续支撑布置比非连续支撑布置具有更优的抗震性能和抗扭性能,尤其是连续阻尼支撑布置,但与建筑立意不协调。非连续钢支撑布置时层刚度不规则,不利于减小地震反应和控制结构扭转。非连续粘滞阻尼支撑布置克服了非连续钢支撑布置存在的不足,保证结构具有足够的抗震、抗扭性能,且能使得结构布置与建筑相协调。