短肢剪力墙结构抗震性能及改善方法研究

短肢剪力墙结构由于布置灵活,能充分发挥墙肢的承载力,从而节约材料,特别适用于高层住宅建筑,但短肢剪力墙结构抗震性能较差。采用Nosa CAD软件对短肢剪力墙结构进行弹塑性时程分析,研究其在7度罕遇地震作用下的抗震性能,并通过提高墙身配筋率及采用耗能连梁改善结构抗震性能。分析结果表明:在罕遇地震作用下,提高墙身配筋率能明显减轻剪力墙的损伤;采用耗能连梁,结构基本动力特征几乎不变,耗能连梁可以耗散结构部分能量,大幅减少结构中屈服和压碎梁的数量,且耗能连梁的损伤集中于可更换的连梁阻尼器部位,便于震后修复更换。     

某超高层办公楼结构抗震可恢复性能设计

以一栋超高层办公楼为例,介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标,将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上,根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置,并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明,结构主要指标均满足规范要求;罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能,能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤,结构整体具有良好的震后可恢复性能;极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明,结构可达到“不倒”的性能目标。     

Seismic resilience design of a super high-rise office building

以一栋超高层办公楼为例，介绍了工程结构的抗震性能目标及耗能装置耗能目标，将可恢复功能防震结构的概念从理论应用到实际工程中。在传统抗震结构布置的基础上，根据结构受力特点布置了BRB、软钢连梁、伸臂阻尼及阻尼墙等耗能装置，并进行了多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震、极罕遇地震作用下的弹塑性分析。多遇地震作用下的弹性分析结果表明，结构主要指标均满足规范要求；罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，可更换构件及黏滞阻尼构件充分耗能，能够有效地控制结构的残余层间位移角及结构的损伤，结构整体具有良好的震后可恢复性能；极罕遇地震作用下的弹塑性分析结果表明，结构可达到“不倒”的性能目标。     

高层非对称连体结构屈曲约束构件耗能减震分析

对于高层非对称连体结构,考虑到强连体、弱连体的利弊及在端支座设置阻尼器减震结构的弊端,提出一种带耗能机制的新型连体结构。该新型连体结构在连体中部采用水平及斜向耗能构件代替弦杆及腹杆;针对此连体结构,给出了地震作用下各构件的抗震性能目标;对算例进行了多遇地震弹性及罕遇地震弹塑性计算,结果表明,此新型连体结构的设计可减弱主体结构在罕遇地震作用下的破坏,整体结构能达到预期的抗震性能设计目标。同时也指出此新型连体结构设计时需要注意的部分问题。     

某医技楼消能减震设计及非线性分析

上海某医院医技综合楼项目为高层框架-剪力墙结构,采用了墙板式软钢位移型阻尼器的消能减震设计方案。为研究该方案的减震效果,利用ETABS、PKPM-SAUSAGE两种有限元软件对结构进行多遇地震和罕遇地震下的非线性时程分析,分析结果表明:PKPM、YJK等常规设计软件中等效支撑+附加阻尼比能够有效地模拟阻尼器的作用;通用有限元分析模型中非线性连接单元能有效地模拟阻尼器的作用;软钢位移型阻尼器在小震下开始屈服耗能并为结构提供附加阻尼比,采用规范法和能量法两种方法计算,计算结果表明,阻尼器能够为该高层框架-剪力墙结构提供1%的附加阻尼比;罕遇地震下,阻尼器充分耗能,且所有阻尼变形均不超过产品限值;采用消能减震方案后,结构抗震性能有了较大提高。     

超限高层结构构件抗震性能分析若干问题探讨

针对超限高层结构设计中构件抗震性能分析存在若干问题进行探讨.对底部加强区主要墙肢和扭转变形较大的竖向构件,常规的加强方法是提高其承载力,但会造成结构的耗能能力降低,反而对抗震不利.根据其作为结构第一道防线的耗能特点,提出了通过提高其延性的方式进行加强.对弱连接楼板损坏情况,常规的构件加强方式是使其满足设防地震作用下不屈服要求,但在罕遇地震作用下该处的构件损坏较严重.说明弱连接楼板仅满足设防地震作用下的不屈服要求不能有效保证结构平面的完整性.建议将弱连接处的楼板和框架梁定义为关键构件,以及在罕遇地震作用下楼板满足抗拉不屈服和抗剪截面验算.     

中国科学技术馆新馆结构抗震性能设计

结合中国科学技术馆新馆的工程特点,对该复杂结构设定抗震性能目标,并针对性能目标提出抗震措施及抗震构造措施。考虑结构材料的非线性,采用动力非线性分析方法,分析框架-剪力墙结构在地震作用下的动力响应,并对关键部位进行罕遇地震下承载力及耗能专项分析。结果表明,结构在罕遇地震下满足规范要求,关键部位可以实现罕遇地震下不屈服的要求,结构是安全可靠的。     

某带竖向收进超高层建筑动力弹塑性分析

对某带竖向收进的240 m超高层建筑进行了罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析,重点分析了核心筒、外框架、收进位置楼板的塑性开展和损伤情况.分析结果表明整体结构满足"大震不倒"的抗震设防目标,核心筒墙体在罕遇地震下性能良好,核心筒连梁出现了损伤,形成耗能机制,保护了核心筒墙肢;核心筒墙肢在剪力墙收进处受压损伤明显,个别墙肢...     

高层住宅短肢剪力墙结构体系抗震性能研究

本文选取福州某典型的高层短肢剪力墙结构住宅。通过对缩尺模型在多遇地震和罕遇地震下,模拟地震振动台试验,研究其动力特性和整体抗震性能。根据模拟振动台试验的结果,结合短肢剪力墙结构力学分析结果,对短肢剪力墙结构提出设计建议。     

海口双子塔-南塔核心筒设计与研究

为了提高结构抗震性能,海口双子塔-南塔核心筒在底部范围、伸臂桁架相关范围、顶部范围采用钢板混凝土剪力墙,探讨了型钢钢板对核心筒剪力墙的影响,伸臂桁架设置位置对墙肢拉应力的影响。通过对结构进行地震作用下的等效弹性分析,确定剪力墙墙肢内的型钢截面尺寸、钢板截面尺寸及配筋面积;通过对结构进行动力弹塑性时程分析,研究在罕遇地震作用下的剪力墙塑性损伤、剪力墙内型钢与钢筋的应力状态。结果表明,钢板混凝土剪力墙与普通混凝土剪力墙相比,墙肢厚度减小,墙肢拉应力满足要求;设置伸臂桁架能有效降低底部墙肢拉应力;在罕遇地震作用下墙体边缘构件型钢和纵筋、钢板均为弹性状态,部分连梁钢板达到屈服,连梁纵筋接近屈服。配置了型钢和钢板的剪力墙满足各项设计要求。     

联肢剪力墙连梁阻尼器地震模拟试验研究

采用拟动力试验方法,对连梁阻尼器进行地震模拟试验研究,模拟结构的真实地震响应。首先,选取简单的单片双肢剪力墙结构模型,每层附加一个连梁阻尼器,选取El Centro和Taft两条地震波,分别进行35gal、140gal、220gal和620gal拟动力试验,构成8种试验工况;随后将其等效成单质点附加阻尼器体系,单质点系作为数值子结构,附加的阻尼器作为试验子结构,进行拟动力子结构试验,同时进行数值仿真验证。对比数值模拟与试验结果得出：拟动力子结构试验可以真实模拟结构地震响应;地震波输入过程中,连梁阻尼器性能稳定,无局部屈曲,对结构的减震效果良好,地震动能量输入越大,阻尼器发挥的作用越大。图10表4参7     

连梁内设置竖向变形阻尼器的耗能剪力墙体系减震分析与设计

将钢筋混凝土联肢剪力墙在连梁跨中开缝,在缝中设置沿竖向变形的钢阻尼器,从而形成耗能联肢剪力墙体系。在强震作用下,耗能剪力墙中的阻尼器一方面适当削弱联肢剪力墙刚度以降低地震作用,另一方面阻尼器屈服后可耗散部分地震能量,从而减小墙肢及连梁的塑性损伤。将阻尼器与连梁组合为等效连梁,运用等效连续化方法对耗能剪力墙体系的刚度特性与阻尼特性进行了简化分析,对耗能剪力墙体系的减震机理进行了论证,并推导出体系关键参数的计算式。以阻尼器延性系数和联肢墙耦合比为设计控制指标,提出了该耗能剪力墙体系基于性能/需求的设计方法。设计实例表明：所提出设计方法简便可行;在参数设计合理的情况下,建议的耗能剪力墙体系具备良好的减震效果。     

Seismic design and engineering practice of 10-story shear wall structure with replaceable viscoelastic coupling beams

Structures with replaceable energy-dissipating elements are attractive systems for improving building resilience. Damage in these structures is mainly limited to dissipating elements, which can be replaced after earthquakes. Among the energy-dissipating elements, viscoelastic dampers (VEDs) can dissipate energy even under small deformations while providing stable fatigue performances, which benefits high-rise buildings in resisting both wind and earthquake loadings. This paper presents the seismic design of an engineering practice of a 10-story shear wall building with replaceable viscoelastic coupling beams. A new type of viscoelastic material that has negligible frequency dependency is adopted to provide stable constraint for the wall piers. The design details, including VEDs, nonreplaceable segment, and the detachable connection, are exemplified. The numerical model of the replaceable structure is established and analyzed under dynamic loadings. Results confirm that the implementation of replaceable viscoelastic coupling beams improves structural seismic performance. The plastic rotation at the end of the coupling beam is significantly reduced up to 41.4% compared with the traditional coupled shear wall structure.     

采用铅黏弹性连梁阻尼器的框架-核心筒结构减震分析

针对高烈度区某高层框架-核心筒结构弹性层间位移角不满足规范要求,采用铅黏弹性连梁阻尼器进行消能减震设计。分别通过ETABS和PERFORM-3D软件对原结构和减震结构进行多遇地震下的弹性时程分析和罕遇地震下的弹塑性时程分析,对比结构减震前后的地震响应并分析阻尼器的耗能表现。结果表明,铅黏弹性连梁阻尼器用于框架-核心筒结构中可有效提高整体结构的抗震性能,并能减缓或避免主体结构构件的塑性破坏,发挥连梁第一道防线的作用,保护主体结构的安全。     

新配筋方案小跨高比连梁的试验研究

洞口连梁是抗震剪力墙结构多道抗震防线的第一道,其抗震性能优劣决定整个结构的抗震性能。但高延性、高耗能、小跨高比连梁的设计仍是国内外抗震钢筋混凝土结构中至今未能有效解决的问题之一。提出了一种沿梁截面高度将箍筋分三层布置的新配筋方案,做了3个试件的试探性试验,研究了名义剪压比、剪箍比、配箍特征值等因素对新配筋小跨高比连梁的延性、耗能性能、破坏形态的影响。试验证明新配筋方案连梁的抗震性能优良、施工方便,是解决这一问题的一个有效途径。     

罕遇地震作用下钢筋混凝土框架-剪力墙结构的耗能机制分析

为了确定钢筋混凝土框架 剪力墙结构在强震作用下的合理耗能机制,对多个结构算例进行多条强震记录作用下的弹塑性时程分析。通过分析总累积耗能在各类构件中的分配和各类构件耗能沿结构高度方向的分布模式,研究结构的典型耗能机制类型,讨论耗能机制与结构参数的关系,并对不同的耗能机制进行评价。结果表明,“强墙肢弱连梁”整体型耗能机制使结构具有良好的抗震性能,应作为结构耗能机制设计的目标,“强连梁弱墙肢”耗能机制则应予以避免;连梁与墙肢的相对刚度关系是影响结构耗能机制的关键因素,框架和剪力墙相对数量的改变则不会明显影响结构耗能机制。对具有小跨高比连梁的结构,建议采用连梁水平分缝措施引导结构形成“强墙肢弱连梁”耗能机制,并通过算例分析验证了该措施的有效性。     

剪力墙竖向不连续结构的震害与抗震设计概念

介绍在1971年美国圣费南多地震、1979年美国ElCentro地震、1995年日本阪神地震中,5个有代表性的剪力墙竖向不连续结构的震害。通过分析提出这种结构的一些抗震设计概念:部分框支剪力墙结构上部楼层的剪力墙仅部分在底部中断,转换为框架,有足够的剪力墙连续贯通落地,如设计合理,其抗震性能比较好,但如设计不当,仍难免发生严重或比较严重的震害;部分框支剪力墙结构抗震设计中需要加强的部位应包括底部及转换层以上1～2层的楼板、剪力墙和柱,结构的延性耗能机制宜呈现在加强部位以上的结构中;框架-剪力墙结构中的剪力墙一般不宜中断;框支柱设计中要注意上部刚性墙体地震倾覆力矩产生的框支柱轴向拉、压力的影响。     

Study of a new type of replaceable coupling beam in reinforced concrete shear wall structures

It has been found from the past earthquakes that the reinforced concrete coupling beams in tall buildings easily suffer severe damage, which are very difficult to be repaired. To solve this problem, a new type of replaceable coupling beam with a combined damper installed in the middle was proposed in this study. The combined damper consists of an I‐shaped steel beam with multiple low‐yield‐point steel webs paralleled to each other and multiple layers of viscoelastic material bonded between multiple steel plates. The design method of the new replaceable coupling beam was introduced first. Cyclic loading tests on the combined damper were conducted to examine its mechanical behavior. To verify the effectiveness of the new replaceable coupling beam in resisting wind and seismic excitations, two high‐rise building structures, one with traditional coupling beams and the other with the proposed replaceable coupling beams, were designed, and the responses of two structures under the wind and the earthquake were compared with the aid of software Perform‐3D. Compared with the structure with traditional coupling beams, both of the seismic performance and the wind resistance capability of the structure with the proposed replaceable coupling beams are improved significantly.     

含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构抗震性能研究

地震作用下,传统钢框筒结构难以实现强柱弱梁的设计理念,大震下柱端往往先于梁端出现塑性铰。针对这一问题提出了含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,即在裙梁中设置可更换的剪切型耗能梁段,大震作用下结构利用剪切型耗能梁段良好的弹塑性变形能力进行耗能,其余构件仍处于弹性状态或部分发展塑性。设计了一组算例结构,包括传统钢框筒结构和含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构,采用SAP2000有限元分析软件对算例结构进行了弹性和弹塑性地震反应分析,对比了传统钢框筒结构和不同耗能梁段布置形式的含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构在多遇地震、罕遇地震和极罕遇地震作用下的抗震性能和破坏模式。结果表明:在裙梁中设置剪切型耗能梁段对结构整体刚度的影响较小,含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构改变了传统钢框筒结构的耗能机制,主要通过耗能梁段的剪切变形代替裙梁端部塑性铰耗能。罕遇地震作用下耗能梁段全部进入塑性耗能,震后仅需替换损伤严重的耗能梁段即可快速恢复结构的使用功能。极罕遇地震作用下,传统钢框筒结构达到极限状态,而含可更换剪切型耗能梁段的钢框筒结构的耗能梁段进一步发展塑性,其余构件保持弹性,结构具有足够的安全储备。     

竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙的抗震韧性试验研究

为了克服传统剪力墙的不利受损形态,提升剪力墙的抗震韧性,设计了方钢管混凝土作为边缘约束构件的竖向波形钢板-混凝土组合剪力墙CPCSW,并进行了拟静力试验,在罕遇地震作用下剪力墙层间位移角达到弹塑性层间位移角规范限值时,该剪力墙满足相关规范的抗震要求且克服了剪力墙墙身剪切开裂及墙趾压溃的震害,但边缘约束构件下部拉应力较大...