CCTV新台址主楼外筒关键节点设计与构造

CCTV新台址主楼采用支撑筒体结构体系,外筒蝶形节点以及柱脚节点是其中的关键性节点。本文通过对蝶型节点的有限元分析,提出此类节点简化的设计方法,保证了在支撑构件屈服时,蝶型节点能基本保持弹性,满足"强节点、弱杆件"的结构抗震要求。通过与节点模型试验结果的比较,验证了这一设计方法的正确性。由于塔楼双向倾斜,且在结构高位有连体结构,造成部分外筒SRC柱柱脚在竖向荷载作用下出现拉力,与水平荷载作用下拉力叠加后进一步增大。由于水平荷载作用方向的不确定性,柱脚也可能承受较大的压力。根据柱脚受拉程度的不同,结构设计中分别采用了露出外包式、埋入式两种不同的柱脚构造形式,并在外包式柱脚中采用了高强预应力锚栓来平衡柱脚的拉力。     

预埋型钢的钢筋混凝土梁-钢柱转换节点抗震性能与设计方法研究

为解决传统型钢混凝土梁式转换结构用钢量大、吊装难度高和节点区施工复杂等问题,提出了一种预埋型钢的钢筋混凝土梁-钢柱转换节点,依托某实际工程开展了足尺模型拟静力试验;同时提出了基于ABAQUS软件考虑混凝土剥落失效导致性能退化的有限元模拟方法,并研究了单侧型钢长度、栓钉间距、混凝土强度和轴压比对转换节点抗震性能的影响。研究表明：该节点的破坏模式为核心区剪切破坏,滞回曲线饱满,延性和耗能能力良好;节点延性与单侧型钢长度呈正相关,与混凝土强度和轴压比呈负相关,栓钉间距影响较小;节点承载力和总耗能与单侧型钢长度和混凝土强度呈正相关,与栓钉间距和轴压比呈负相关。当单侧型钢长度为2倍型钢截面高度、栓钉间距为200 mm、混凝土强度等级为C40时构件可取得较好的抗震性能。根据分析结果,建立了预埋型钢的钢筋混凝土梁-钢柱转换节点受剪承载力计算式并给出了构造建议。     

“生命之环”结构设计关键技术

"生命之环"采用空间钢桁架+钢筋混凝土基座的混合结构体系,上部结构正立面投影为竖立在地面的变截面环,环内外轮廓为非同心圆,内圆直径150m,底部相切于人工湖面,外圆直径约170m,横截面为顶点朝外的正三角形。整体建筑高度约为160m,是目前世界上已建成最高的同类型构筑物。结构形体确定、抗风设计、多参数化空间钢桁架设计、施工模拟计算、钢桁架与混凝土基座连接支座构造以及大直径圆钢管相贯焊节点设计等均为结构设计的重点和难点。为了检验设计的可靠性,同时加强此类复杂工程的施工监控,在施工和使用过程进行了结构健康监测。     

超高层结构设计的经济性及相关问题的研究

提高超高层结构设计的经济性可从三方面入手：降低结构所受的水平荷载、提高结构体系的抗侧效率和选择合理的设计指标。首先,为了降低结构所受的水平荷载,可通过选择合理的建筑体型和设置减振装置来降低结构所受的风荷载和采用消能减震的方法以及选用比强度、比刚度大的材料来降低结构所受的地震作用。其次,为了提高结构体系的抗侧效率,应尽可能使结构布置支撑化、周边化、巨型化和伸臂桁架化。最后,建议对超高层设计中的一些规定指标作进一步研究,在满足安全性的前提下进一步提高结构设计的经济性。     

减少竖向荷载作用下高层扭转体型结构附加扭矩的措施研究

扭转体型的建筑较一般建筑具有更加丰富的外部轮廓,结构设计也更为复杂.这是因为体型的扭转通常会引起结构受力状态的变化,特别是对于外框扭转框架-核心筒的高层和超高层结构,在竖向荷载作用下由于外框 的扭转会对核心筒产生一个很大的附加扭矩,大大增加了结构的设计难度和造价.为此以外框扭转框架-核心筒高层结构为研究对象,首先研究了竖向荷载作用下结构产生附加扭矩的力学原理,同时给出计算附加扭矩的近似理论公式;在此基础上,提出了 4种可能减小附加扭矩的措施,通过理论和数值模型分析的方法验证不同措施对减小核心筒附加扭矩的影响规律.结果表明:增加与扭转方向相反的斜撑是减小附加扭矩最为有效和全面的措施,而其他3项措施对减小附加扭矩的作用不大.     

防屈曲耗能支撑在世博中心工程中的应用研究

世博中心主体结构平面布置复杂,结构抗震要求高,设计采用防屈曲耗能支撑钢框架结构体系。详细介绍了防屈曲耗能支撑设计中必须解决的主要问题,包括防屈曲耗能支撑参数的确定、节点的设计和产品的验收标准。结合防屈曲耗能支撑在世博中心工程的实际应用,对防屈曲耗能支撑芯材材质、刚度计算、屈服承载力、变形要求、节点构造要求、节点承载力计算以及与防屈曲耗能支撑相连接的框架梁柱设计进行探讨,提出可行的计算方法和构造做法。在现行钢结构验收规范的基础上,根据防屈曲耗能支撑的特点提出防屈曲耗能支撑产品的验收标准。     

CCTV新台址主楼结构设计与思考

CCTV主楼为倾斜双塔连体结构,位于8度抗震设防区,设计使用年限为100年,属特别复杂超限超高层连体建筑。主体结构采用刚度较大的支撑外筒结构体系。新颖的结构体型给结构设计及施工带来了很多新课题和难点。通过采用性能化的抗震设计方法以及理论分析与试验研究相结合,对结构关键技术如施工模拟、高含钢率SRC柱、罕遇地震下的弹塑性时程分析、新型节点构造的应用以及防连续倒塌等加以综合研究与分析,很好地解决了工程中遇到的技术难题。施工过程中的应力和变形监测结果也初步验证了结构设计方法的正确性和可靠性。CCTV主楼结构经历了艰辛的设计历程,其设计成果是对现有设计理念、设计方法的丰富和推进,同时也在设计理论、抗震性能化目标、现行规范运用、复杂形体建筑设计等方面引发了新的课题和思考。     

组合式核心筒结构体系研究与设计

超高层建筑中核心筒承担着实现建筑功能和抵抗荷载的重要角色,通常布置在建筑平面的中心。介绍一种新型的核心筒结构体系——组合式核心筒,核心筒以多个角筒形式分散布置在建筑平面内,各角筒通过拉结大梁连成一体。对拉结大梁的数值模拟方法进行探讨,并对组合式核心筒的刚度进行对比分析,同时还对关键构件的受力进行详细分析。研究结果表明:组合式核心筒的拉结大梁应采用墙单元来模拟;与中心式布置的核心筒相比,组合式核心筒的抗侧刚度和抗扭刚度明显削弱;组合式核心筒中拉结大梁对整体刚度影响很大;设计中应对核心筒角部墙体、拉结大梁端部的楼板等重要部位进行加强。     

退台式收进体型超高层建筑结构设计

退台式建筑可以塑造丰富的立面体型,用于超高层建筑有助于满足日照要求。同时,退台式超高层建筑也给结构带来挑战,包括竖向构件收进、塔楼出现偏心以及刚度突变等。对退台式超高层建筑的外框柱和核心筒的不同收进方式进行研究,并分析其受力特点。退台式超高层建筑不可避免出现偏心问题,分析竖向荷载下偏心引起的倾覆力矩和水平变形,结果表明偏心引起的效应不可忽略。对退台处的结构刚度变化及其抗震性能进行研究,指出设计中应采取措施尽量减小刚度突变,并对退台处抗侧结构进行加强。