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。     

带伸臂桁架结构刚度限值研究

巨柱―伸臂桁架―核心筒结构体系中,伸臂桁架应采用"有限刚度"来弥补结构整体抗侧刚度的不足,尽量减少结构刚度的突变导致的内力激增。本文对伸臂桁架结构进行了罕遇地震作用水平下的弹塑性时程分析,结果表明,伸臂桁架与核心筒的线刚度之比应选择在1.0的范围内,大于该值,伸臂桁架刚度过大,对减小结构的层间位移角作用甚微,反而会造成整体结构刚度突变严重和伸臂桁架设置处的内力剧增;考虑到巨柱对伸臂桁架承载效率的提高作用,巨柱与核心筒的等效刚度比值不宜小于8.0。     

天津现代城酒店塔楼及裙房抗震设计研究

天津现代城酒店塔楼建筑高度209m,建筑要求高度56m、平面长度65m的裙房结构和塔楼结构连为一体,中间不设置防震缝。酒店塔楼采用带加强层的钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,为超B级高度超限高层。结构低区外框柱为型钢混凝土柱,核心筒低区采用了钢板混凝土组合剪力墙和带钢斜撑混凝土剪力墙。核心筒高宽比为20,因此为提高刚度设置两道加强层。中部设置伸臂桁架和环带桁架,建筑对与伸臂桁架相连的框架柱截面控制极严,因此伸臂桁架腹杆选用屈曲约束支撑;裙房部位为提高刚度,在不能设置剪力墙且抗侧支撑竖向不连续的情况下设置了屈曲约束支撑。高区设置环带桁架作为加强层,结构底部存在斜撑转换和搭接柱转换。系统介绍了该工程的结构体系特点、抗震性能化设计原则和方法、整体计算结果、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析结果以及地基基础的设计。     

罕遇地震下某巨型框架核心筒结构抗震性能研究

某超高层塔楼结构高度387m,采用设加强层(7道环带+1道伸臂)的巨型框架—混凝土核心筒结构体系,结构高宽比约6.3,核心筒高宽比约14.3。核心筒沿高度逐渐收进,在高区向北偏置。为评价结构的抗震性能,反映结构的薄弱部位,进行了7度(0.10g)罕遇地震作用下的动力弹塑性时程分析。分析结果表明:巨柱、伸臂和环带桁架型钢均未出现塑性应变,处于弹性工作状态。大部分区域核心筒墙肢的混凝土受压损伤因子较小,属于基本完好、轻微损坏。中高区墙肢收进和加强层刚度突变的局部区域损伤比较严重,采取措施加强后,改善效果显著。大部分连梁受压损伤较重,连梁内型钢出现了一定程度的塑性应变,起到了良好的屈服耗能作用。结构层间位移角未超过1/100的限值,关键构件满足罕遇地震抗震性能目标的要求。     

粤海金融中心超限高层结构设计

粤海金融中心塔楼A地上建筑高度284.0m,采用带一道伸臂桁架加强层的钢管混凝土柱钢框架+钢筋混凝土核心筒混合结构。其外框由8根柱距为25.5m的巨型钢管混凝土柱和四角悬挑约11m的钢梁组成,为超200m高且仅有8根巨柱组成的带大跨度、大悬挑楼盖的框架-核心筒结构。为提高结构的抗侧刚度,在38层(避难层)设置一道伸臂桁架,与伸臂桁架相连的剪力墙内设置钢桁架。本项目存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、含加强层等多项超限项,按照设定的性能目标,对结构进行弹性计算、中震验算,并采用Perform-3D软件进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,针对薄弱部位采取了有针对性的加强措施。结果表明：各项指标均满足规范要求,结构受力合理,安全经济。     

普利中心结构设计和分析

普利中心主塔楼为总高度300 m的超限高层,采用钢管混凝土柱框架+型钢混凝土核心筒+环带桁架+等效伸臂的混合结构体系。介绍该工程地基基础的设计、结构体系的特点、抗震性能化设计原则和方法、整体弹性计算结果以及罕遇地震作用下的动力弹塑性分析结果。着重阐述设计中的一些关键问题,包括核心筒的剪力墙、外围钢管混凝土钢框架、仅设置环带桁架的加强层、全楼层角部全刚接钢框梁形成的等效伸臂等。     

八柱巨型结构在广州东塔超限设计中的工程应用

广州东塔采用了带伸臂桁架的巨型框架-核心筒体系,其中巨型框架由8根巨柱和6道环桁架组成。从项目背景、结构体系及关键构件设计等方面介绍了基于性能化抗震(风)设计的原则;从结构概念出发,深入研究结构在地震(风)作用下的响应,并针对巨型柱、C80高强混凝土和内嵌双层钢板混凝土组合剪力墙等关键设计提出建议。     

超高层建筑结构环带桁架的研究与设计

框架-核心筒结构是超高层建筑中最常用的结构体系之一.当结构抗侧刚度不足时,在设备层设置水平伸臂桁架可以显著增大结构的抗侧刚度,减小结构位移,降低水平荷载作用下核心筒的倾覆力矩.但是传统的伸臂桁架设置会带来一系列问题,例如容易引起结构刚度、结构内力的突变,产生较大的附加内力,连接节点复杂,施工周期长等.而环带桁架加强层可...     

武汉某超限高层塔楼结构设计

武汉精武路项目五期T5塔楼,建筑高度330m,为超B级高度超限高层。该建筑采用带加强层的矩形钢管混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。介绍了该工程结构体系的特点、抗震性能化设计的原则及方法、基础设计、整体弹性计算结果、罕遇地震作用下的动力弹塑性分析结果。对设计中的一些关键问题:包括伸臂桁架和环带桁架的设置、转换层关键节点的分析设计、结构屈曲分析及稳定计算进行了深入阐述。最后提出设计建议:在超高层建筑中部偏上部位利用避难层同时设置伸臂桁架和环带桁架加强层,对提高结构整体抗侧刚度非常有效;对于竖向尺寸突变的建筑,将使用有限元法得到的屈曲因子作为结构整体稳定性的判别指标,其结果更加合理。     

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.     

基于B3模型的竖向构件差异变形分析

为研究巨型框架伸臂核心筒结构中由收缩和徐变引起的巨柱和核心筒的竖向差异变形,基于B3收缩徐变模型,采用应变增量法进行MATLAB编程,模拟荷载逐层施加的实际施工过程。对某一巨型框架伸臂核心筒结构进行了研究,考虑施工过程、混凝土收缩和徐变影响,对高层混凝土结构构件在竖向荷载作用下的竖向变形进行了计算;计算构件在楼板施工前后巨柱和核心筒的弹性、非弹性缩短以及竖向差异变形;进行了差异缩短变形分析,采用逐层修正法进行补偿。结果表明：考虑重力荷载、混凝土收缩和徐变时,巨柱和钢筋混凝土筒由收缩和徐变产生的非弹性变形占总变形的509／6以上,且该比例随时问呈增大趋势;巨柱和核心筒的收缩变形远小于徐变变形,收缩和徐变变形最终趋于一定值;楼板施工结束时竖向变形近似相等的构件,在楼板施工后一定时期的竖向差异变形很大;若顸层楼板施工结束时荷载全部施加完毕,则楼板施工后的最大竖向变形值出现在中间某一层;对于有具体要求的特殊结构,采用逐层修正法可降低差异变形在伸臂桁架中引起的附加内力。