带水平伸臂构件加强层框架-核心筒结构的计算与设计

介绍了水平伸臂构件的作用机理及常用类型,总结归纳了带水平伸臂构件加强层框架-核心筒结构的计算与设计要点,并通过实例计算对该结构形式进行了分析。     

具有外伸臂超高层结构的水平位移计算

以设置四道外伸臂超高层结构为例，探讨了带外伸臂超高层建筑结构的水平位移计算问题。导出了求解外伸臂约束弯矩的矩阵方程，在此基础上推导了求解顶点水平位移的计算公式，同时探讨了外伸臂抗弯刚度的计算问题。最后给出了算例，说明外伸臂的有效性和计算方法对工程设计的实用性。     

超高层框筒-伸臂结构受力和变形性能探讨

基于对某超高层框筒-伸臂结构的可行性研究,提出5种结构方案,研究了设置环向桁架和伸臂对结构体系受力和变形性能的影响。计算结果表明:在低烈度地区的超高层建筑,一般风荷载是控制性工况,整体稳定性可能会成为结构体系成立与否的决定性因素。若伸臂和环向桁架同时设置,可形成筒体、伸臂和框架柱共同工作,减小了核心筒承担的倾覆力矩,伸臂成为整个结构的第二道抗侧力体系,各类构件受力性能更趋于经济合理。同时,伸臂的设置会引起邻近楼层墙柱内力突变,故应对该区域结构构件提出更加严格的抗震措施,保证其不成为薄弱部位。对比分析结果认为:对此类结构体系应多方案论证其可行性和经济性,伸臂和环向桁架设置的位置、数量和截面尺寸的确定应综合考虑各项因素。     

上海中心大厦日照温差效应分析

计算了上海地区施工历时较长的超高层混合结构上海中心大厦在施工阶段的温度作用:季节温差和日照温差,给出温度作用的两种工况和构件计算温度,考虑太阳的照射角度、日照时间及构件之间的遮挡情况,选取合理的日照温差作用范围,选用考虑重力二阶效应的有限元分析软件模型,分析结构在两种工况下代表位置处的整体变形特点和伸臂构件的受力情况,并比较两种工况下的结构效应。结果表明:日照温差作用对结构影响较大,结构在两种工况下竖向位移较大,季节温差作用下水平位移很小,日照温差下水平层间位移角相对较大;日照温差工况下,向阳面位置处相邻竖向构件相差较大,由于竖向构件的差异变形和结构整体弯曲效应,使得伸臂在此工况下的内力较季节温差有很大差别。     

超高层建筑结构中腰桁架和伸臂桁架的应用问题

超高层框架-核心筒结构中广泛采用腰桁架和伸臂桁架提高结构整体的抗侧刚度。通过对腰桁架和伸臂桁架作用机理的分析,指出了腰桁架和伸臂桁架作用的实质是加强竖向构件之间的连接,并使外围框架柱轴向受力。对腰桁架和伸臂桁架的最优位置进行了理论分析和模型计算,结果表明,腰桁架和伸臂桁架减小结构变形的最优位置在结构的中上部,且二者对相连构件的内力有明显影响。归纳了腰桁架和伸臂桁架的选用原则,指出了设置腰桁架和伸臂桁架时需要注意的问题。     

超限高层施工过程模拟及竖向构件预找平分析处理

以陕西省延长石油科研中心大厦超限高层项目为工程背景,基于施工阶段叠加法的分析原理,同时考虑混凝土材料收缩徐变特性、混凝土核心筒配筋率的影响以及伸臂桁架延迟连接措施,运用MIDAS/Gen软件对该项目进行施工过程模拟,计算分析塔楼竣工时刻结构的竖向变形和次结构(如伸臂桁架)的附加应力,并通过简单的理论公式推导得出结构竖向构件预找平计算方法,在此基础上,求出结构竖向构件预找平值,为施工方确定构件下料长度提供参考,弥补构件变形,尽可能使结构在竣工后满足设计要求。     

红土创新广场陡角度斜交网格塔楼结构设计

红土创新广场采用钢管混凝土斜交网格外框架+单向伸臂+混凝土核心筒结构体系。通过研究分析平面的各种角度相交网格的外框,得到外框柱网的主要性能;通过比较分析伸臂和带状桁架的布置对抗侧刚度的贡献,确定了伸臂和带状桁架的数量,以最优的布置达到良好的结构性能;针对在重力作用下斜柱引起的楼盖水平轴力,分析了楼面梁的最大拉力和压力,为楼面梁的设计提供依据;对重要的伸臂K形节点、立面斜柱交叉节点进行了精细的有限元计算分析,并提出了加强措施,保证了强节点弱构件;进行了结构动力弹塑性分析,定性地找出了结构的薄弱部位,并提出相应的加强措施。     

深圳大百汇主塔楼结构设计与分析

深圳大百汇主塔楼高度为375m,超高层主塔楼是集办公、酒店、公寓和商业为一体的综合体,结构体系采用带伸臂桁架与腰桁架的钢管混凝土柱-钢梁框架-核心筒混合结构体系。塔楼建筑立面呈纺锤形,外框柱沿曲线布置而形成一系列的斜柱。介绍了主塔楼结构方案的确定方法及结构设计重点,描述了曲线布置的斜柱体系对抗侧刚度的提高效应、伸臂桁架的选取及优化、斜柱引起钢梁水平轴力的计算方法,基于性能抗震思想对结构及构件进行大震性能评估。结果表明塔楼整体刚度与构件满足抗风与抗震的性能要求。     

某超高层结构关键节点有限元分析

为抵抗水平地震作用和风荷载,某450m超高层采用"巨型框架-核心筒-伸臂桁架"的结构体系。该体系有两种关键节点,巨柱与伸臂桁架节点、核心筒与伸臂桁架节点。文中采用ABAQUS通用有限元分析软件,建立了两类节点的精细化有限元模型,分析了控制工况下节点各构件的应力状态。结果表明两种关键节点均满足中震不屈服的抗震性能目标,且满足强节点弱构件的抗震设计要求。     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的静力性能试验研究

超高层框架-核心筒结构体系中,伸臂桁架连接着外围巨柱框架与内部核心筒,需传递巨大内力,其连接构造、传力机制等非常复杂。以上海中心大厦工程为背景,选取钢骨混凝土巨柱-伸臂桁架-环带桁架连接区域和伸臂桁架-核心筒连接区域进行了单调静力加载试验,并进行了有限元分析和简化模型计算分析。结果表明：伸臂桁架能够有效连接相邻构件并可靠传力,其破坏模式表现为伸臂桁架斜腹杆的受压屈曲以及上、下弦杆的弯曲变形,具有较好的延性;伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板虽然部分区域进入塑性,但塑性变形不明显,表明连接区域的承载力远高于杆件的承载力;有限元分析及简化模型分析结果与试验结果吻合良好;简化模型反映了伸臂桁架的非线性受力机理,可对其失效荷载进行准确预测,并可根据结构性能设计要求进行伸臂桁架分析和构件截面选择。     

超高层混合结构竖向变形分析及补偿北大核心CSCD

采用B3模型分析了超高层混合结构竖向构件压缩变形、结构变形补偿、构件差异变形及伸臂合拢时间对伸臂内力的影响。研究结果表明:楼板施工前变形可通过控制设计标高得到补偿,而楼板施工后变形要由B3模型计算分析得到,然后进行预补偿;补偿周期较短时,楼板施工后变形最大值出现在中间某层,随着补偿周期的增加,最大值出现楼层呈上移趋势;不同的施工方法,施工验收时的标高误差区别较大,采用设计标高+标高补偿值的施工方法可使标高误差最小;通过混凝土部分的标高补偿和钢构件部分的长度预调整,结构在补偿周期时达到设计标高;标高补偿值具有时变性,补偿周期时标高补偿值为零;伸臂连接时间越迟对伸臂受力越有利。     

创新组合伸臂系统在重庆来福士广场北塔楼中的应用

对于高356m且长细比高达9.4的重庆来福士广场北塔楼,其抗侧设计为塔楼结构设计的重难点。本项目在塔楼角部引入巨柱,并采用伸臂连接核心筒角部和巨柱,以最高限度地提高结构抗侧刚度。作为主要抗侧构件的伸臂,在传统钢伸臂或混凝土伸臂的基础上,创新性地引入组合伸臂系统,该系统包括连接于巨柱上的软钢剪切耗能件、从核心筒角部延伸出的钢筋混凝土伸臂墙、连接剪切耗能件和混凝土伸臂墙的钢支撑以及围绕核心筒一周的钢筋混凝土环梁(保护核心筒)。该系统利用混凝土伸臂墙刚度较大的特点以提高结构的整体刚度,同时通过系统构件合理屈服顺序的设计,使得剪切耗能件在大震情形下屈服,起到保险丝的作用,利用其屈服后的延性和耗能能力保护混凝土伸臂墙和核心筒。采用弹塑性有限元分析和实验室节点试验对该系统进行分析计算和对比验证,结果表明计算分析和试验结果较为吻合,且符合设计要求和预期。     

框架核心筒伸臂结构分析的哈密顿对偶体系

采用框架核心筒伸臂结构的简化计算模型,将核心筒看做底端固定上端自由的悬臂梁,伸臂对核心筒的约束作用看做抗扭弹簧,考虑核心筒和伸臂的弯曲、剪切变形及核心筒的宽度影响,导出了结构的Hamilton对偶求解体系,通过两端边值问题的精细积分法,求解核心筒的内力与变形。以施加倒三角水平荷载的框架核心筒伸臂结构为例,进行算例计算。     

双伸臂钢梁整体稳定设计及其试验验证

在双伸臂梁整体稳定分析中引入等效计算长度系数并得出其计算公式,按照《钢结构设计规范》受弯构件整体稳定性设计中的相关内容,由等效计算长度系数推导出了双伸臂梁整体稳定系数的表达式,给出了完整简洁的双伸臂梁整体稳定设计的计算步骤和设计公式。通过试验数据与公式计算结果的对比,证明了该设计公式具有较高的精度。     

超高层建筑施工全过程竖向变形效应研究

依据欧洲规范EC2关于混凝土弹性模型、收缩、徐变随时间变化规定,考虑施工顺序加载、竖向构件压应力差异、伸臂桁架后连接、下料长度调整等因素,结合某超高层建筑结构,实现了施工全过程模拟,获得各施工阶段外框架柱和核心筒剪力墙的竖向变形量及差异,对施工过程中关键构件的承载力进行验算,同时比较了后连接方案对水平伸臂桁架内力的影响。分析结果表明:在超高层设计时必须考虑混凝土收缩徐变等非荷载作用下的变形,竖向构件应考虑竖向变形而产生的压缩量进行预调整,采用后连接的施工措施可以减小水平伸臂桁架的内力。     

带伸臂框架—筒体结构竖向地震反应分析

采用地震反应谱法计算带伸臂结构在竖向地震作用下的反应,讨论了伸臂的加入对结构竖向地震反应的影响,探讨了适应带伸臂结构的竖向地震反应计算模型和计算方法,结果表明在伸臂框架—筒体结构的顶部,竖向地震有可能起控制作用。规范采用的计算方法偏于保守且简单易行,是适合实际应用的方法。     

平安金融中心结构设计研究综述

平安金融中心塔楼采用巨型空间斜撑框架-劲性钢筋混凝土核心筒-外伸臂结构体系,有效满足了该超高层结构的设计要求。通过合理地配置内筒、外框结构的刚度及其连接构件,形成多重抗侧力结构体系,充分发挥了结构构件的效用,保证了结构的安全性。对结构进行了深入细致的计算分析,并展开各项试验研究,以保证工程的安全性和合理性。     

采用普通伸臂桁架和BRB伸臂桁架的高层建筑耗能机制对比

伸臂桁架是高层建筑中的重要抗侧力构件,其耗能能力对结构抗震性能有着重要影响。普通伸臂桁架由于斜腹杆屈曲导致耗能能力存在不足,而将普通伸臂桁架的斜腹杆改为防屈曲支撑(BRB)则可以有效提高其耗能能力。以一高度为230.9m的高层建筑为工程背景,通过弹塑性时程分析,对比采用普通伸臂桁架和BRB伸臂桁架的高层建筑耗能机制。研究表明:BRB伸臂桁架较普通伸臂桁架具有更好的变形能力和耗能能力;结构采用不同的伸臂桁架会对其在地震作用下的地震能量输入和耗能分布产生一定影响;不同的伸臂桁架不仅影响其本身所占塑性耗能百分比,同时对结构中其他构件耗能贡献也有影响,并对主要塑性耗能单元——剪力墙影响显著。     

带加强层的框架-核心筒结构抗震设计中的几个问题

本文论述在地震区采用带加强层的框架-核心筒结构应关注的几个问题,包括加强层引起的结构刚度、内力突变和薄弱层,加强层的水平伸臂构件刚度的选择和结构布置,抗震设计概念。     

某超高层塔楼结构设计及抗震性能分析

某超高层塔楼采用钢管混凝土柱钢框架-钢筋混凝土核心筒-伸臂桁架混合结构体系,结构东侧中庭部位两个框架柱在底部两层不连续,采用钢桁架托柱转换,中庭幕墙结构外凸并依附于塔楼。主要介绍该结构的设计特点及抗震性能目标,完成了结构整体受力性能分析、结构构件不同性能目标要求的承载力验算、幕墙结构水平钢板梁屈曲分析、拉索式门式刚架稳定分析和整体结构大震弹塑性时程分析,计算结果表明,结构整体及结构构件的刚度、承载力和稳定性满足抗震性能目标的要求。