上海中心大厦巨型框架-核心筒结构竖向地震作用反应分析

上海中心大厦主体结构高度632 m,为带伸臂桁架的巨型框架-核心筒结构,其竖向地震作用反应大且较为复杂。巨型框架与核心筒沿高度的质量和竖向刚度分布特性差异较大,两者的相对振动将导致伸臂桁架产生较大的内力;环带桁架具有转换承重和巨柱弹性支承的特性,相对支承巨柱存在更大的竖向振动放大效应。在分析结构重力荷载的竖向分布特性以及结构自振特性的基础上,通过反应谱和时程分析,对上海中心大厦结构在竖向地震作用下巨柱和核心筒的轴重比、伸臂桁架和环带桁架的内力反应以及巨柱、核心筒和环带桁架的竖向加速度反应及分布特点进行分析。结果表明:上海中心大厦结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增加;处于高区的巨柱和核心筒的轴重比约为低区的2.2倍和2.3倍,高区伸臂桁架和环带桁架在竖向地震作用下的轴力占重力荷载作用下轴力的比例约为低区的2.2倍和4.3倍;高区环带桁架跨中竖向加速度反应较相应标高巨柱增大20%。     

上海中心大厦考虑施工过程的竖向变形及差异分析与研究

根据CEB-FIP 1990规范中关于混凝土收缩、徐变的规定,按照施工顺序建模加载,考虑混凝土收缩徐变、施工标高调整、伸臂桁架连接固定时间、竖向钢构件预调整量等因素,结合结构高度580 m的上海中心大厦超高层建筑结构,分析计算了超高层结构中巨型柱与核心筒剪力墙的竖向变形及差异.分析表明,在重力荷载作用下,上海中心塔楼结...     

巨型柱框架-核心筒结构三向地震作用反应分析

现有超高层建筑中较多采用一种带伸臂桁架的巨型柱框架-核心筒结构形式。为研究其竖向地震作用反应,以巨型柱框架-核心筒结构为研究对象,在分析结构自振特性的基础上,通过反应谱分析和时程分析,研究该结构在水平地震作用下和水平与竖向地震共同作用下的反应。结果表明:与仅有水平地震作用相比,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架的轴力均增大,且增幅随结构高度的增加而增大;竖向地震作用对基底剪力和楼层侧移的影响不明显,对梁的跨中弯矩影响显著,在楼层较高的区域,巨型柱轴力、梁的跨中弯矩和环带桁架轴力分别增大了10.0%、29.6%和12.4%。     

南亚之门塔楼结构初步设计

南亚之门工程位于云南省昆明市,塔楼建筑高度366m,为我国目前8度地区拟建的超高建筑之一。采用巨型框架-混凝土核心筒结构体系,层23以下建筑平面呈正方形,层23以上削角,建筑平面呈逐渐缩小的八边形,并在建筑顶部形成与底部旋转45°的内接正方形平面。置于平面四角的巨柱在层23一分为二形成8根倾斜角柱,并在设备层设置环带桁架,与巨柱形成抗侧刚度较大的巨型框架,与核心筒一起承担地震作用。环带桁架与核心筒通过加强层的楼板协调变形,起到"虚拟伸臂"的作用。采用速度型粘滞阻尼器增加结构阻尼,以减小地震作用。     

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。     

上海中心大厦悬挂式幕墙支撑结构竖向地震作用反应分析

当悬挂结构自身的竖向振动周期与其支承结构的竖向振动周期接近,将出现二次共振现象,即产生竖向振动的"鞭梢效应",从而导致悬挂结构自身及其支承结构的竖向地震作用反应都显著增大。上海中心大厦采用分区悬挂的柔性幕墙支撑结构,每个分区悬挂的幕墙质量大、支承结构刚度弱、悬挂高度高、自振周期与主楼接近,其竖向地震作用反应不容忽视。采用反应谱和弹性时程分析方法,对上海中心悬挂式幕墙支撑结构在竖向地震作用下的结构自振特性、竖向加速度、竖向位移等反应进行了分析。结果表明:悬挂式的幕墙支撑结构竖向地震作用反应显著,幕墙支撑结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增大;高区吊杆轴重比较低区增大约1.2倍,高区吊点加速度反应较低区增加约1.5倍;在相同分区,由于吊杆弹性放大作用,幕墙支撑结构底部的轴重比、加速度、位移反应分别较顶部增大20%、50%、100%。     

上海中心大厦悬挂式幕墙支撑结构竖向地震作用反应分析

当悬挂结构自身的竖向振动周期与其支承结构的竖向振动周期接近,将出现二次共振现象,即产生竖向振动的“鞭梢效应”,从而导致悬挂结构自身及其支承结构的竖向地震作用反应都显著增大。上海中心大厦采用分区悬挂的柔性幕墙支撑结构,每个分区悬挂的幕墙质量大、支承结构刚度弱、悬挂高度高、自振周期与主楼接近,其竖向地震作用反应不容忽视。采用反应谱和弹性时程分析方法,对上海中心悬挂式幕墙支撑结构在竖向地震作用下的结构自振特性、竖向加速度、竖向位移等反应进行了分析。结果表明：悬挂式的幕墙支撑结构竖向地震作用反应显著,幕墙支撑结构的竖向地震作用反应随结构高度增加而增大;高区吊杆轴重比较低区增大约1.2倍,高区吊点加速度反应较低区增加约1.5倍;在相同分区,由于吊杆弹性放大作用,幕墙支撑结构底部的轴重比、加速度、位移反应分别较顶部增大20%、50%、100%。     

武汉绿地中心微倾折线型伸臂-环带桁架施工技术

武汉绿地中心结构形式为核心筒+巨型柱+伸臂桁架+环带桁架,主楼外框钢结构由12根巨型柱、18根重力柱、10道桁架、柱间支撑及楼层钢梁构成,其中伸臂-环带桁架共有4道。基于武汉绿地中心微倾折线型伸臂-环带桁架结构特点及其施工工艺,重点阐述了桁架分段分节、高空吊装、超厚板焊接、高空临边安全防护等施工技术。     

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。     

Progressive collapse resisting capacity of building structures with outrigger trusses

In this paper, the progressive collapse potential of building structures with core and outrigger trusses were evaluated using nonlinear static and dynamic analyses. To this end 36‐storey analysis model structures composed of RC core walls and perimeter frames connected by outrigger trusses at the top were prepared. The static pushdown analysis of the structure with mega‐columns and outrigger trusses showed that the maximum strength reached only about 20% of the load specified in the US General Services Administration guideline when a mega‐column in the first storey was removed. According to dynamic analysis results, the vertical displacement monotonically increased until collapse as a result of buckling of some of outrigger truss members. However the structure with outrigger and belt trusses remained stable after a perimeter column was removed. The stability of the structure with mega‐columns and outrigger trusses could be achieved by redesigning it with additional belt trusses or with moment connections in interior or exterior frames. Based on the analysis results it was concluded that the dynamic amplification factor of 2.0 recommended in the guidelines provided reasonably conservative results. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

上海中心大厦伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的抗震性能试验研究

在上海中心大厦伸臂钢桁架与柱和核心筒连接单调静力试验的基础上,进行了该连接的抗震性能试验。试验设计了3种不同的反复加载路径,以考察普通循序渐增加载方式和不同损伤累积后再以普通循序渐增加载方式下试件滞回特性和耗能能力的差别。结果表明：在几种不同路径反复荷载作用下,试件最终破坏均发生在伸臂桁架斜腹杆和下弦杆端部,伸臂桁架与巨柱和核心筒连接的节点板塑性应力水平较低,滞回曲线形状饱满,延性较好,满足结构抗震设计要求;伸臂桁架在不同加载路径下的累积塑性耗能引起的塑性损伤对伸臂桁架的滞回性能退化有一定影响,但并不显著;单斜腹杆作为伸臂桁架耗能的主要构件,其累积轴力耗能占伸臂桁架总耗能的70%左右。     

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,...     

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     

超高层建筑伸臂桁架“延迟连接”技术在沈阳恒隆广场主塔楼施工中的应用

在水平荷载起控制作用的超高层建筑中,设置伸臂桁架可以提高结构的整体工作性能,从而提高结构的抗侧刚度,控制结构的顶部位移,降低核心筒所承担的倾覆力矩。但是,伸臂桁架在施工阶段,由于内外筒施工不同步,结构布置不对等原因,会导致施工过程中内、外筒的变形存在一定差异,如果盲目施工,将会造成在伸臂桁架内部过早产生较大应力,导致结构成形后整体受力状况与原结构设计模型不符。通过研究,提出一种超高层伸臂桁架"延迟连接"的施工技术。该方法在沈阳恒隆广场主塔楼施工应用的情况表明,可有效解决外框与芯筒不均衡变形导致的伸臂桁架应力过大的问题,确保了伸臂桁架施工和使用阶段的结构性能。     

上海环球金融中心结构设计

上海环球金融中心为超高层建筑,高度为492m,地下3层,地上101层,是国内目前在建的最高建筑,采用了外围为巨型桁架筒与内部为钢筋混凝土的筒中筒结构。着重介绍该工程的体系特点、基于性能的抗震及抗风计算原则及方法、整体计算结果、静力弹塑性分析结果、整体及节点模型试验结果、内核心筒的转换、非贯通式外伸臂桁架的布置及设计、周边带状桁架与巨型斜撑及周边小柱的设计原则、独特的箱型截面形式及节点连接方式、顶部钢结构的设计及减震装置的设置等。上海环球金融中心工程设计和施工技术对于进一步推动我国超高建筑技术的进步与发展将会起到积极作用。     

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。