Research and application on overall seismic performance evaluation index of frame-core tube structure

在已有的动力弹塑性时程分析和模型振动台试验中发现，受损伤程度和损伤部位的影响，结构各阶振型对应的周期变化(刚度退化)不同。为此，基于动力作用下结构刚度退化，提出了框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标——刚度退化系数及其计算方法，并通过已完成的两个实际工程缩尺模型振动台试验进行验证。试验和计算结果吻合较好，所得的刚度退化系数变化规律一致。利用刚度退化系数指标对5个框架-核心筒模型进行抗震性能评价和比较，结果表明：框架-核心筒结构模型的刚度退化系数随着峰值加速度的增加而增大；在设防烈度及超设防烈度的罕遇地震作用下，单重体系模型的刚度退化系数明显高于双重体系模型，且相同峰值加速度下框剪比越大的模型刚度退化系数越低；双重体系的抗震性能优于单重体系，且框剪比越大的模型，其整体延性和抗震韧性更好。刚度退化系数指标概念明确、计算简便，评价结论与倒塌概率、倒塌储备系数等指标一致，可作为框架-核心筒结构整体抗震性能的评价指标。     

兰州红楼时代广场模型结构振动台试验研究

兰州红楼时代广场是一幢扭转不规则、高度超限的超高层混合结构体系建筑,结构采用了带水平加强层的框架-核心筒抗侧力体系。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在8度设防、多遇和罕遇地震作用下的加速度反应、位移反应以及关键部位的动应变反应进行测试,发现结构的薄弱部位,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：加强层会引起结构局部刚度、承载力突变,结构受力复杂化,并易形成薄弱部位,但通过调整伸臂桁架或者相邻层的刚度,可使加强层的不利影响降低到较小程度;模型结构在8度大震作用下仍不倒塌,证明该结构体系具有良好的抗震性能,可以用于高烈度抗震设防区。     

兰州红楼时代广场模型结构振动台试验研究

兰州红楼时代广场是一幢扭转不规则、高度超限的超高层混合结构体系建筑,结构采用了带水平加强层的框架-核心筒抗侧力体系。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在8度设防、多遇和罕遇地震作用下的加速度反应、位移反应以及关键部位的动应变反应进行测试,发现结构的薄弱部位,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明:加强层会引起结构局部刚度、承载力突变,结构受力复杂化,并易形成薄弱部位,但通过调整伸臂桁架或者相邻层的刚度,可使加强层的不利影响降低到较小程度;模型结构在8度大震作用下仍不倒塌,证明该结构体系具有良好的抗震性能,可以用于高烈度抗震设防区。     

高层胶合木框架-混凝土核心筒结构振动台试验研究

为研究高层胶合木框架-混凝土核心筒结构的抗震性能,设计制作一个缩尺比例为1∶3的12层高层胶合木结构模型,并对模型开展振动台试验。试验中考虑了7度多遇至9度罕遇烈度水平,得到不同水准地震作用下模型的加速度响应、位移响应和层间剪力分布等,并基于白噪声扫频结果确定模型的动力特性。试验结果表明,高层胶合木框架-混凝土核心筒结构模型的主要破坏集中于混凝土核心筒,胶合木框架的损伤相对有限。模型具有良好的耗能能力,罕遇地震作用下模型的阻尼比均超过10%。模型的各楼层加速度放大系数在0.5～3.0,结构顶层的加速度放大系数明显高于其他楼层。7度多遇地震作用下,模型的最大层间位移角在多数工况下均能满足现行规范的规定,说明高层胶合木框架-混凝土核心筒结构具有良好的抗侧刚度。在8度～9度罕遇地震作用下,模型并未出现倒塌破坏,说明高层胶合木框架-混凝土核心筒结构能满足“大震不倒”的抗震设防目标。     

不同设防烈度下RC框架结构的抗侧向倒塌能力

地震作用下建筑结构的抗侧向倒塌能力是抗震性能评价的基础。选取4个结构整体性能参数作为结构抗侧向倒塌能力评价指标,分别为结构强屈比、超强系数、延性系数和延展系数。按中国现行规范设计了12个RC框架结构,考虑侧向力分布形式和设防烈度的影响,采用Pushover方法对结构进行计算,并根据能力曲线和结构整体性能参数对结构抗侧向倒塌能力进行评价。结果表明:结构整体性能参数能从强度储备和变形能力两个方面对结构抗侧向倒塌能力进行分析;随着设防烈度和结构高度的提高,侧向力分布形式对结构抗侧向倒塌能力的影响增大;设防烈度对结构强屈比和结构延展系数的影响较小,对结构超强系数和结构延性系数的影响较大;随着设防烈度的提高,结构超强系数减小,而结构延性系数增大。     

重庆高科太阳座大厦模型结构振动台试验研究

重庆高科太阳座大厦是一幢建筑外立面扭转,结构平面、竖向不规则超限的复杂超高层建筑结构,采用了钢管（型钢）混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。外立面扭转导致外框架中竖向构件不连续,形成受力复杂的空间斜柱,进而造成结构各层平面形状、布置不断变化,以及结构扭转不规则。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在6度多遇、设防和罕遇地震作用下的加速度、位移等动力响应以及结构的损伤破坏情况进行观测,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：通过增大竖向构件截面方式提高结构层高较大的楼层刚度引起了结构局部刚度突变、应力集中,致使薄弱部位转移;结构顶部塔楼的收进导致鞭梢效应明显,急剧增大了楼层变形;CFST柱-SRC梁框架的SRC梁端和节点周围加强环梁,以及RC核心筒连梁为主要损伤部位;模型在6度罕遇地震作用下能保证“大震不倒”,该结构体系具有良好的抗震性能,能够满足预设抗震性能目标。     

8度区B级高度框架-核心筒结构抗震设计相关问题探讨

通过多栋抗震设防烈度为8度的B级高度框架-核心筒结构超高层设计实例分析,探讨核心筒底部拉力较大时斜截面抗剪和正截面承载力的相关问题,总结此类结构抗震设计存在的问题,给出此类型结构抗震设计的建议。指出此类建筑在中大震时核心筒底部拉力可能较大,规范对小震设计的相关要求和调整系数,不能确保中大震时结构抗震性能,需采取必要分析手段和加强措施。     

建筑高度对框架-核心筒结构性能与造价影响研究

为了考察建筑高度与设防烈度对钢筋混凝土框架-核心筒结构受力性能、材料用量以及工程造价的影响,对不同设防烈度、建筑高度150~300m的超高层办公楼进行了深入研究。分别对12个模型进行了非抗震工况组合与抗震工况组合计算,详细分析结构的自振周期、扭转平动周期比、单位面积质量、剪重比与底部倾覆力矩、最大层间位移角、顶点加速度以及结构整体稳定性等随建筑高度与设防烈度的变化情况。结果表明,设防烈度对结构自振周期影响较大,当建筑高度超过200m后,低烈度区结构基本自振周期大于现有研究的估算值,扭转效应随建筑高度的增加而减小;单位面积质量的增速高于建筑高度的增速,剪重比随建筑高度增加而逐渐减小;对于低烈度区,超高层建筑的整体稳定性成为结构安全性的主要控制因素;当建筑高度超过200m时,横风向作用产生的顶点加速度与层间位移角逐渐超过顺风向作用产生的;随着建筑高度增加,单位面积用钢量增长迅速,建筑高度与设防烈度对结构工程造价影响显著。     

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明：随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286~1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。     

高烈度地区某超高层混合结构设计

高烈度地区某超高层结构地面以上部分57层,地面到大屋面高度为246.25m,采用钢管混凝土柱-型钢梁-钢筋混凝土核心筒-伸臂桁架结构体系。通过多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的结构受力性能分析,论证了结构的抗震安全性。介绍了核心筒剪力墙、外围框架柱以及加强层等关键部位的设计思路。通过工程实践验证了高烈度地区混合结构通过合理的结构体系设计形成多道抗震防线,保证结构整体安全性能的可行性。     

无筋砌体结构多层住宅振动台试验与抗震性能评估

目前,我国城镇大量砌体结构老旧多层住宅面临抗震加固、功能提升等需求。为研究该类结构的抗震性能,进行一个5层无筋砌体结构模型的模拟地震振动台试验,测试分析了7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下的裂缝损伤发展状况以及楼层加速度、位移、自振频率、阻尼等变化规律。同时,进行非线性有限元分析,并用基于抗震鉴定标准、基于承载能力、基于位移和延性等不同方法,评估了试验模型对应原型结构的抗震性能。结果表明：试验模型纵向在7度多遇地震、设防地震、罕遇地震作用下分别处于完好、轻微破坏和局部倒塌状态,不满足GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》中对7度区A类建筑的抗震性能目标要求;罕遇地震作用下无筋砌体结构多发生薄弱层屈服破坏,整体结构延性很差,保证抗震墙面积率或楼层屈服强度系数是实现无筋砌体结构在罕遇地震作用下抗震性能目标的主要技术措施;采用基于位移的抗震性能评估方法可以客观地反映无筋砌体结构抗震性能随高宽比增大而降低的规律。     

钢筋混凝土巨型框架结构及附单向TMD装置的减震结构振动台试验研究

为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理,设计制作1/25的缩尺模型,并设计加工了一套调谐质量阻尼器（TMD）装置安装在模型结构顶部,进行振动台试验,得到结构的动力特性和位移响应,并对比分析了TMD的减震效果。结果表明：当在峰值加速度为0.140g的地震波作用后（相当于原型7度多遇地震）,模型结构处在弹性工作状态,在峰值加速度为0.400g的地震波作用后（相当于原型7度基本烈度）,模型结构出现轻微破坏,在峰值加速度为0.880g的地震波作用后（相当于原型7度罕遇地震）,模型结构出现中等破坏,该原型结构可以满足抗震设计的要求;TMD装置具有较好的减震效果。     

多层冷弯薄壁型钢住宅体系动力时程分析

在采用有限元方法验证三层冷弯薄壁型钢房屋振动台试验结果的基础上,建立了多层冷弯薄壁型钢结构住宅空间整体模型,分析了模型前3阶自振频率、振型以及双向地震作用下的加速度、位移响应和水平地震剪力,考察了多层房屋的抗震性能。结果表明:《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》推荐的基频计算方法适用于多层冷弯薄壁型钢结构体系;随着输入地震波峰值加速度的增加,模型各层加速度幅值、相对位移和最大剪重比均增大,而各层峰值加速度放大系数有降低的趋势;随着结构高度的增加,模型各层峰值加速度放大系数、相对位移和最大剪重比均增大;多层冷弯薄壁型钢结构体系在多遇地震和罕遇地震作用下结构X向和Y向的水平地震剪力和最大层间位移角满足《建筑抗震设计规范》的要求,具备较好的抗震性能。     

北京大兴国际机场航站楼大跨度钢结构整体缩尺模型振动台试验研究

北京大兴国际机场航站楼大跨度曲面钢网格结构超长超大,支承C形柱结构形式新颖受力情况复杂.为此,设计并制作了1/60缩尺模型,通过振动台试验研究其在8度多遇、设防、罕遇地震作用下的动力特性,并分析其在单向、双向、三向地震动情况下的加速度、位移和应变等地震响应.试验结果表明:模型整体结构在三向地震动作用下反应最大,且结构受...     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。     

振动台试验对高层建筑结构设计的启示

2010年以后，我国高层、超高层建筑进入快速发展阶段，目前仍处于蓬勃上升期，我国已成为世界高层建筑发展的中心。抗震设计是我国高层建筑结构设计中的关键问题，而振动台模型试验是研究高层、超高层结构抗震性能的重要手段。通过科学、合理设计和精细模型加工，采用振动台试验可较准确测定结构的动力特性、动力响应和破坏形态，反映结构不规则性对抗震性能的影响，揭示薄弱部位。为此，以中国建筑科学研究院完成的28个实际工程模型振动台试验为基础，对试验结果和试验数据进行分类对比分析，研究阻尼比、整体刚度退化、连梁刚度折减系数、外框剪力比、加速度放大系数等影响高层建筑结构设计的参数和指标，并对有代表性和共性的结构薄弱部位及加强措施进行汇总，提出高层建筑结构设计相关的一些启示和设计建议。     

高耸型钢钢筋混凝土筒体结构抗震性能振动台试验研究

为了研究高耸型钢钢筋混凝土结构抗震性能,以实际高宽比13.33的高耸型钢钢筋混凝土筒体结构为试验研究对象,提出了考虑重力完全相似模型设计方法及实现策略,设计并制作了 1∶20的试验模型,对其进行自由衰减试验及不同地震波激励下的振动台试验,获得了高耸型钢钢筋混凝土外筒体结构的阻尼比,研究了不同幅值不同地震波激励下其加速度...