时程分析与场地类别对长周期结构地震剪力系数的影响

影响建筑结构在水平地震作用下所承受地震剪力的因素主要有结构的总质量和总刚度及分布、场地类别和设计地震分组。文中通过对某超高层建筑在反应谱计算下地震剪力的分析,分析了场地类别对于结构剪重比的具体影响规律,同时还采用时程分析方法,通过大量实际的地震波,分析了结构在不同场地类别下剪重比的变化规律,并提出了在高层或超高层建筑设计中剪重比不满足时的各种处理方法。     

关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论

介绍了GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》关于楼层最小地震剪力系数规定的编写背景,及其与其他国家规范的相关规定的区别。论述了结构的最小地震剪力系数（剪重比）与设防烈度、场地特征周期、结构周期、振型、阻尼比等参数的关系。列举了位于不同地区（沿海和内地）、不同高度的超高层建筑设计,说明由于地震作用和风荷载不同,计算的楼层地震剪力系数、层间位移及墙、柱等构件轴压比也会不同。结构对地震作用与风荷载的反应不同,设计应区别对待。只要设计合理,大多数结构的最小地震剪力系数可以满足规范要求。对一幢超高层建筑结构进行全面剖析,综合比较,论证了各类参数之间的关系,证明我国规范关于楼层最小地震剪力系数的规定不但是必要的,也是合理可行的。     

不同地震剪力系数控制方案对某超高层建筑结构抗震性能的影响

地震剪力系数是结构抗震设计的重要参数,我国现行抗震设计规范对最小地震剪力系数有明确的限值要求,当楼层的最小地震剪力系数不满足要求时,需调整结构基底剪力和各楼层的水平地震剪力使其满足规范的要求,当基底剪力与规范限值相差较多时,尚需调整结构布置或改变结构体系使其满足要求。工程实践表明,对于基本周期较长的超高层建筑一般很难满足最小剪力系数限值要求,若采用调整结构布置的方法,往往会导致材料用量大幅增加。以位于8度抗震设防区的某超高层建筑结构为例,分别采用三种不同的楼层地震剪力系数控制方案建立三个模型,并对其进行了多遇地震弹性分析、罕遇地震弹塑性分析和材料用量对比。研究表明,改变结构布置使所有楼层的计算地震剪力系数满足规范要求设计的结构(模型A),刚度最大,材料用量最大;对不满足最小地震剪力系数要求的楼层,采用放大地震剪力按规范验算位移,并进行构件设计的结构(模型B),其刚度和材料用量均低于模型A;不改变结构布置,先按规范验算位移,再对不满足最小地震剪力系数要求的楼层放大地震剪力使之满足规范要求并进行构件设计的结构(模型C),其刚度和材料用量均略低于模型B。在罕遇地震作用下结构弹塑性响应方面,三个模型均能满足规范要求,模型B与模型C的位移响应较为接近,模型A的位移响应略小。     

高层建筑结构抗震设计中的剪重比问题

对高层建筑抗震设计中的剪重比问题进行了讨论,分析了场地类别对剪重比的影响,提出了判断基底剪重比是否满足规范规定的β公式,指出规范对剪重比限值的规定中未考虑场地类别的影响是不妥的。对于不满足规范要求的高层建筑,采用增大结构刚度的方法来增大基底剪重比是难以奏效的,适宜的方法是通过周期折减系数来增大楼层地震剪力,当仍不能满足规范要求时,将不满足的楼层处的地震剪力按规范要求放大,以满足规范要求。     

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。     

某超高层住宅塔楼结构设计及抗震性能分析

厦门某超高层住宅项目工程建筑存在“扭转不规则”“凹凸不规则”两项不规则。通过不同计算软件对其开展了抗震性能分析。研究表明，多遇地震作用下，结构x向底部计算的总地震剪力偏小，应调整其以上各层的地震剪力以满足最小地震剪力要求，各项计算结果基本满足规范要求；设防烈度地震作用下结构满足性能水准4的抗震性能目标；罕遇地震下弹塑性层间位移角两个方向最不利工况下层间位移角满足规范限值，满足“大震不倒的基本要求”。     

多自由度系统楼层最小地震剪力系数值的分析

采用多自由度系统为研究对象,在单向地震的作用下,推导出基底剪力的计算公式,并分析了结构自振周期、特征周期以及阻尼比对结构基底剪力的影响。分析结果表明:在满足质量系数的前提下,基底剪力并未达到预设的要求,所以控制最小剪重比是十分必要的。结构第一周期越大,结构剪重比越小;结构阻尼越大,结构剪重比越小;特征周期越大,结构剪重比越大。     

超高层结构地震剪力系数限值研究

基于目前抗震设计规范中地震剪力系数限值的要求,针对目前国内高度较高(500m以上)的超高层建筑设计实际,介绍了地震剪力系数一般较难满足规范要求的情况,分析了超高层结构地震剪力系数的影响因素,指出结构周期、场地土特征周期是相对较为显著的影响因素,超高层结构阻尼比因变化幅度较小一般对地震剪力系数影响较小。分析了设计中提高地震剪力系数的方法。提出了地震剪力系数限值的一些建议,包括地震剪力系数限值与场地土类型相关、减小高度超高结构地震剪力系数限值等。     

简析结构最小地震剪力系数

针对目前国内超高层建筑抗震设计最小剪力系数比较难以满足规范要求的实际情况,介绍了地震剪力系数的概念和意义;分析指出了场地特征周期Tg、结构基本周期T、结构阻尼比等地震剪力系数主要的影响因素;提出增加结构刚度、减少结构自重、进一步细分最小地震剪力系数等主要控制方法,建议考虑地震剪力系数与场地类别的相关性;同时结合具体工程分析了6度抗震设防区关于满足最小地震剪力系数的具体设计方法.     

框架核心筒内柱优化设计

某框架-核心筒高层建筑,原设计按规范要求设置了四根内柱,影响了建筑使用功能。对该方案进行了内柱优化设计,采用PKPM和Midas Gen两种有限元软件,对优化前后结构的抗震性能进行了反应谱分析,使用satwe对结构进行了中震分析,使用EPDA&PUSH对结构进行了大震弹塑性分析。分析结果表明,去掉4根内柱后,在小震作用下结构的基底剪力减小,层间位移角增大,最大层间位移角,轴压比,剪重比等指标都满足规范要求;在中震作用下层间位移角满足性能目标要求;在大震作用下,结构的最大层间位移角未超过1/100的限值,耗能情况符合抗震设计理念,满足大震不倒的要求。     

华润大厦超限高层的抗震性能化设计

《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3—2010)新增加了第3.11节:结构抗震性能设计,使高层的抗震设防目标有了更进一步的深化和发展。以南宁华润大厦超限高层为工程实例,采用基于性能设计的抗震分析方法,细化了各构件在各阶段的抗震性能目标。采用多种有限元分析软件,针对超限高层详细进行了小震振型反应谱分析、中震作用下的屈服判别法分析、大震作用下的弹塑性静力推覆分析、跨多层通高柱的屈曲分析,并基于分析结果提出了该工程结构的超限抗震加强措施,保证了超限结构的安全可靠,为同类工程设计提供借鉴。     

RC框架-剪力墙结构的框架地震层剪力分配

我国《建筑抗震设计规范》与《高层建筑混凝土结构技术规程》关于框架-剪力墙结构地震层剪力分配的规定是依据设计经验提出来的,并没有考虑框架与剪力墙各自抗侧刚度比值的影响,因而较为笼统,明显欠缺合理性。连续化分析方法中框架-剪力墙结构的刚度特征值是表征框架-剪力墙受力和变形的重要指标。本文采用静力弹塑性分析（Pushover）方法和动力弹塑性时程分析方法对刚度特征值为1.0～4.5的8栋框架-剪力墙结构进行了全过程研究,得到了多遇、基本和罕遇地震作用下不同刚度特征值的框剪结构楼层剪力分配,以及罕遇地震下剪力墙刚度退化对楼层剪力分配的影响,并给出了框架层剪力分配公式供设计参考。     

对2010版新《抗规》对最小剪重比规定的合理性探讨

从理论分析和工程实例分析的角度,论证了2010版新《抗规》关于最小剪重比规定条文说明中"当底部总剪力相差较多时,结构的选型和总体布置需重新调整"的要求的不合理性,指出处于不同烈度区和建筑高度不同的同类结构,当具有合理抗侧刚度和承载力时,其实际的基底剪重比系数是有差异的,要求按相同标准的最小剪重比系数来控制结构刚度,将导致低烈度区的较高建筑安全度过高及投入过度,并提出了合理化的建议。     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

设防烈度8度(0.3g)区RC剪力墙结构抗震能力需求分析

实现RC剪力墙结构预期强震破坏模式的能力设计方法的不断改进,一直为工程师所关注。针对我国抗震设防烈度8度0.3g高烈度区RC剪力墙结构,设计了不同高度和整体性系数的结构模型,从而建立了预设延性破坏模式的分析模型。考虑大震变轴力对弯矩和剪力的影响,分析了剪力墙在大震作用的弯矩和剪力的实际需求沿结构高度的分布规律。结果表明,对于位于烈度8度0.3g区的剪力墙结构,考虑大震时轴力的变化对剪力墙受弯和受剪能力的需求影响较大;剪力墙的弯矩和剪力放大系数随结构的高度和整体性系数的增大而增大;现行规范规定的剪力墙受弯和受剪能力调整系数小于实际的需求,剪力墙中下部的弯矩和底部的剪力需求大,建议受弯能力调整沿高度采用三折线,提高剪力墙底部加强区的剪力放大系数或最小构造配筋率。     

超高层建筑结构基于区格剪切变形屈曲约束支撑最优布置方法

屈曲约束支撑以其金属的轴向变形产生耗能,其轴向变形值往往决定其阻尼耗能的发挥。作为超高层建筑的变形限值之一,层间位移角由受力层间位移角和非受力层间位移角两部分组成,受力层间位移角的原因为屈曲约束支撑区格的剪切变形所致。引入广义剪切变形,探讨屈曲约束支撑区格剪切变形量的变化原理,并发展了一种基于该剪切变形的屈曲约束支撑最优布置方法,其方法可从结构局部位移指标的层面上判断约束支撑的最优位置。最后以一带环带桁架的支撑框架核心筒超高层建筑为例,并应用非线性时程分析的方法,说明该最优布置方法的有效性。结果表明,用广义剪切变形方法得到的屈曲约束支撑布置位置与实际能得到的最优位置较为吻合,因此可为超高层建筑屈曲约束支撑和其他金属阻尼器的设计提供一定的借鉴。     

SATWE软件如何计算刚度比

总结了地震剪力与地震层间位移比、剪切刚度比、剪弯刚度比在《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》中的定义和计算方法。为了帮助SATWE软件用户正确地选择刚度比的设置,结合一个框支剪力墙结构算例,探讨这三种刚度比在SATWE软件里的适用范围及实现过程,并提出在运用SATWE软件进行结构计算时应注意的问题。     

对7度抗震区采用剪力墙结构的必要性探讨

由《建筑抗震设计规范》7度区多遇水平地震影响系数小于材料的剪压比出发,通过结构动力学方法对某90m高(超限)纯框架结构的地震反应进行研究,得到一些有用的结论,可供相关工程参考.     

建筑隔震结构地震响应计算的层间剪力校准系数法

隔震结构由于其优越的抵御地震能力而在实际建筑工程中得到了广泛的应用。针对建筑隔震结构,我国GB 50011—2010 《建筑抗震设计规范》所推荐的水平向减震系数法,通过引入水平向减震系数修正未采取隔震措施结构的反应谱法结果,间接获得采取隔震措施后结构的地震响应。该法具有较强的操作性,但其合理性一直受到工程界的关注。针对隔震结构的局部非线性行为,建立隔震结构地震响应的时域显式表达式,利用其降维列式优势实现隔震装置局部非线性自由度的高效降维迭代计算。结合随机模拟方法,统计获得非线性隔震结构在地震作用下的层间剪力。在此基础上,针对等效线性隔震结构反应谱法得到的层间剪力进行校准,获得各楼层层间剪力校准系数,然后采用该系数调整反应谱法计算得到的等效线性隔震结构各楼层的构件内力。采用所提出的层间剪力校准系数法和规范推荐的水平向减震系数法,对两个基础隔震结构进行地震作用效应分析,结果表明所提出方法能有效提高隔震结构地震响应的计算精度。     

Seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls

For the seismic design of tall building structures, the behavior under severe earthquakes should be carefully considered and the upper limit of inter‐story deformations are often defined by the design codes. To improve the performance of structures under severe earthquakes, composite structural members, including steel reinforced column and steel plate reinforced shear wall, are often adopted. In the present work, the seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls is investigated numerically. Fiber beam–column element models and multilayer shell models are adopted to establish the finite element model of structure, and the material nonlinearities are described by the plasticity and damage models. The accuracy of the developed models is verified by the experimental results of a single shear wall. Systematic numerical simulations are performed for the tall building structures subjected to different earthquakes. The comparative study indicates that the nonlinear redistribution of internal forces plays a very important role for the performance of tall buildings under severe earthquakes.