某超高层钢管混凝土柱——伸臂桁架节点分析

某61层框架—核心筒结构超高层建筑,主体结构形式为钢管混凝土框架—伸臂桁架—钢筋混凝土核心筒。研究了伸臂桁架、带状桁架与钢管混凝土框架柱连接节点的最不利工况,对其进行设计,并采用ANSYS分析了其受力特点,结果表明加强环对节点的约束效应明显,焊缝是控制节点强度的主要因素。     

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。     

600米级超高层钢结构节点可实施性设计重点探讨

超高层建筑高度超过600m后,其主体结构一般采用巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,核心筒下部为内嵌单层钢板的组合剪力墙,巨型框架由巨型柱和环带桁架组成,有时也设巨型支撑,这些结构构件尺寸巨大,节点尤其是钢结构节点非常复杂,施工难度很大。通过对在建的3座600m级超高层建筑施工案例的分析,探讨了600m以上超高层钢结构节点的施工可行性研究要点,提出这类结构需进行可实施性设计的必要性和建议,同时指出了可实施性设计的工作重点。     

上海中心大厦巨型框架关键节点设计研究

上海中心大厦主体结构采用巨型框架-伸臂-核心筒结构体系，节点设计是巨型框架设计中的关键环节。介绍了基于性能的节点设计原则，研究了伸臂桁架与巨型柱连接节点、环带桁架螺栓拼接节点两类典型节点。伸臂桁架与巨型柱连接节点，节点区受力复杂，同时承受较大的轴力与弯矩，运用有限元方法对该类节点简化设计公式的适用性进行了验证。研究表明：简化设计公式能够满足工程精度要求，可作为该类节点初步估算的验算公式；环带桁架螺栓节点具有螺栓拼接长度超长、螺栓数量多、构件截面大及拼接板材厚度大的特点，运用有限元方法研究了该类节点的传力机理，并对螺栓拼接节点的安全性进行了考察。研究表明：该类节点满足指定性能需求下的承载力设计要求，螺栓传力呈现两端大，中间小的受力性态，但随荷载的增加螺栓传力不均匀性呈降低趋势；同时研究还表明，螺栓拼接长度较长会改变构件的力学特性。图15表2参7     

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。     

伸臂桁架对框架-核心筒-伸臂桁架结构侧向受力性能的影响

对国内部分300 m以上超高层建筑外框架柱布置情况进行了统计。就伸臂桁架对外框架承担倾覆力矩、剪力比影响进行了分析,得到了外框架承担剪力比与承担倾覆力矩之间的关系,表明框架-核心筒结构增设伸臂桁架后,外框架承担倾覆力矩增加同时承担剪力比降低。在此基础上,以一88层超高层建筑为研究对象,在6组不同外框架梁线刚度条件下,就伸臂桁架连接柱与其他外框架柱截面面积比对结构侧向受力性能影响进行了分析。结果表明:当外框架梁线刚度小时,将外框架柱截面面积凝聚在伸臂桁架连接位置,结构效率最高;当外框架梁线刚度大,外框架柱截面均匀时,结构效率最高。截面面积比变化对外框架柱承担的总倾覆力矩影响较小,但随着截面面积比增大,外框架承担剪力比逐渐减小。     

超高层建筑结构benchmark模型及其地震反应分析

参照上海中心,根据设定的性能目标设计了一个超高层建筑结构的benchmark模型用于超高层建筑结构抗震研究。该结构总高度为606.1 m,抗震设防烈度为7度,场地类别为IV类,设计分组为第一组。该结构采用巨型框架-核心筒-伸臂桁架钢-混凝土混合结构体系,8道环带桁架将结构分为9个区,环带桁架与型钢混凝土巨柱共同构成了巨型框架结构体系,并通过6道伸臂桁架与核心筒相连,共同承受水平荷载。利用PERFORM-3D软件建立了结构的非线性数值计算模型,对结构进行了弹塑性地震反应分析,验证了结构的抗震性能。计算结果表明,满足现行设计规范的该超高层结构在大震作用下具有较大的安全余量。     

武汉中心塔楼结构设计

武汉中心塔楼为巨柱框架-核心筒-伸臂桁架体系的超高层结构,框架柱采用了大直径钢管混凝土柱,底部核心筒为内置钢板组合剪力墙。对该工程结构的特点进行了阐述,介绍了其抗震超限设计的主要措施;对大直径钢管柱及梁柱节点、伸臂桁架伸入核心筒节点等关键部位的做法进行了探索;最后对利用施工顺序优化主动控制结构内力分布的设计方法进行了尝试。     

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,...     

超高层巨型管柱桁架加工制作技术

巨型管柱桁架主要是伸臂桁架、腰桁架,在外框柱与核心筒之间设置伸臂桁架可减小结构侧移,通过提高水平荷载作用下的外框架柱的轴力,增加框架承担的倾覆力矩,同时减小了内核心筒的倾覆力矩。对于框架核心筒结构,设置伸臂桁架后侧移减小显著;而对于筒中筒结构而言,侧移减小的效果不明显。在结构周围设置腰桁架可使各框架柱承受的轴力均匀变化,因此也可以达到提高外框架抗倾覆力矩的能力以及减小侧移的目的。超高层建筑结构可以根据具体情况,同时设置伸臂桁架和腰桁架。     

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究.研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低.罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒一巨柱→...     

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。     

超高层建筑伸臂桁架-核心筒剪力墙节点杆系计算模型

基于超高层建筑通常采用的巨柱框架-伸臂桁架-核心筒结构体系中伸臂桁架与核心筒剪力墙连接节点的重要性,针对伸臂桁架斜腹杆在节点处直接与墙两侧外包钢板相连的外包钢板节点形式提出全杆系简化模型和设计方法。利用有限元分析软件MSC.MARC(2010)建立该节点的数值模型,并分析确定模型的边界范围。提出考虑混凝土开裂的全杆系简化模型,并通过数值模型进行验证。分析剪力墙开洞对节点受力性能的影响并给出节点的设计方法。研究结果表明：外包钢板节点在承受拉力作用时较为不利,是该类节点的控制工况;数值模型能够较准确地模拟外包钢板的应力发展规律;全杆系简化模型简便易行且具有较高精度,在荷载水平较大时能够较准确地估计整个节点的刚度及内力分配,在荷载水平较低时可给出偏于安全的结果;连梁分担轴力比例主要由洞口高度决定,近似呈线性关系。本文研究可为该类伸臂桁架-核心筒剪力墙节点在工程中的应用提供参考。     

某超高层结构连接节点的非线性有限元分析

某超高层采用框架-核心筒结构体系,在内筒与核心筒之间采用伸臂桁架连接。介绍了这种结构形式的特点,利用有限元软件LS-DYNA分析了在控制工况作用下伸臂桁架与混凝土核心筒连接节点的工作性能,考察了伸臂桁架对混凝土墙体的影响及节点的破坏形态。结果显示,在荷载标准组合作用下,混凝土剪力墙及节点满足设计要求;在最不利工况作用下,混凝土剪力墙满足承载力极限状态要求;采用铸钢节点后满足强节点的设计要求。     

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。     

超高层伸臂桁架内外筒转换节点高压灌浆施工

随着建筑产业的不断发展,超高层建筑不断涌现,如何增加超高层结构的抗侧刚度、减小结构侧向位移已成为工程界关注的主要问题。近年来超高层结构体系广泛采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式,通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形。通过某项目介绍了伸臂桁架层转换箱形钢节点的施工方法及质量控制措施。     

基于垂直城市设计理念的平台型超高层结构体系研究

基于垂直城市设计理念,提出了一种新型超高层结构体系,即平台型超高层结构体系。该体系沿高度方向采用巨型结构搭建若干层结构平台,在各结构平台上建造各种不同使用功能及结构体系的建筑,而巨型结构平台由竖向筒体+桁架平台+斜撑组成。该体系的布置及受力特点基本符合极限高层建筑体系的概念,具有抗侧移效率高、适应各种城市功能建筑、实现垂直城市的建造的特点。对某400m高、575m高两栋在建超高层项目,分别采用2种平台型结构体系和巨柱框架-核心筒-伸臂桁架结构体系,进行了各体系的抗侧移效率及其他力学指标、建造成本等多方面、多角度的对比。结果表明,钢筋混凝土竖向筒体+钢桁架平台+斜撑的平台型结构体系是最优选择。     

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.     

武汉中心伸臂桁架设计与研究

武汉中心塔楼采用巨柱框架-核心筒-伸臂桁架体系。在设计过程中对伸臂桁架道数、位置、立面形式、截面的确定进行了分析研究;结合建筑、机电的要求进行了伸臂杆件入墙延伸段的设计,并针对不同墙厚条件设计了嵌入式和外包式两种伸臂桁架入墙节点形式;对伸臂桁架杆件与钢管混凝土柱连接的构造方式进行了比选,并结合施工过程分析探讨了伸臂杆件延迟封闭的必要性。最终选用了设置3道伸臂桁架的结构方案并确定了各道桁架的具体做法。     

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。