连体高层建筑结构抗震设计分析
南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计3篇
南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计3篇南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计1南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计南京金鹰天地广场位于南京市鼓楼区将军山路8号,是南京市中心地带的重要商业中心。
该建筑由三栋不同高度的塔楼及中央商业裙房组成,总建筑面积约20万平方米。
其中,西塔是55层、高290米的超高层建筑,是南方地区高度最高的超高层建筑之一。
该建筑的设计与施工由国内知名的建筑师与工程师团队完成。
本文将对其超高层三塔连体结构进行分析与设计。
一、整体结构设计南京金鹰天地广场的超高层三塔连体结构采用了异型空心钢结构。
设计师们在设计中融入了抗震、自重与风压等因素,力求将建筑的安全性与美观性兼顾。
其中,钢结构采用了空心和实心两种构造形式,使得三栋塔楼可以在高度上呈现出流畅的曲线。
这样的设计方案不仅增强了整个建筑的空间感,同时在光影角度也起到了一定的作用。
二、各个建筑结构的区别南京金鹰天地广场的三栋塔楼高度不同,造型各异,因此其结构设计也各有特点。
其中,西塔是最高的一栋,整个建筑高度与重量均超出其他两个塔楼。
为了增强西塔的刚度与稳定性,设计师们在其周围设计了一个六组合边形,有效地降低了弯曲应力。
同时,在设计中还采用了钢结构构件,使得整个建筑的重量能够更加均匀地承受荷载,并减轻施工难度。
另外,东塔和南塔的结构设计比较类似,主要采用了楼板上覆盖式钢梁,使得整体结构更加均匀。
同时,在防风、减震等设计方面也采用了相似的技术手段。
三、建筑师的设计意图在南京金鹰天地广场的设计中,建筑师们主要考虑到了人文与环境因素。
因此,除了结构的优化设计之外,他们还在外立面的设计上体现了大量的文化元素。
其中,金鹰的“鹰”造型,使得建筑结构非常凸显,同时静态与动态的结合呈现了一种融合之感。
同时,东塔、南塔、中间裙房的造型也分别采用了不同的建筑元素,如砖墙、玻璃幕墙等,呈现出一种多彩多姿的视觉效果。
四、总结南京金鹰天地广场的超高层三塔连体结构,既具有良好的建筑结构与安全性能,又体现了人文与环境意义。
高层建筑混凝土连体结构设计的分析
过伸缩缝相连 ;A、B塔 楼为 1 8层 ,两 栋 塔楼 顶 部两 层 ( 三层 楼
板 )相连 ,总高度 6 . m,A、B塔 楼 与两 层裙 房间 通过钢 结构 连 44 廊相连 ,连廊与塔楼间设置伸缩缝 。由于建筑 功能 的要求 ,本工 程 A 、B塔楼采用框架 一 力墙连 体结 构 ,底 部局部 大空 间转 换剪 力 剪 墙结构 ,转换 层在第 3层顶 面。 由于 同时采用 了两种 复杂结构 ,且 结构体 形较复杂 , 本工程按超限高层 结构进行 了送 审。该地 区地 故
8~2
2 结构整体设计及计算 结果
2 1 结构计 算单元的确定 . 由于本工程 主体 分为 A 、B 、c三栋 高 层塔楼及一栋两层 的裙楼 ,所有塔 楼之间 由地下室 顶板相连 ,考虑 地下室墙体较多 ,地下 室顶 板 ( 5 30 m) 厚度 较 厚 ,整体 刚 2 0~ 0 r a 度较大 ,故将上部结构 的计算嵌 固点 设在 ± .0 0 0 0处 ,计算 单元 分 成三个部分 ,即 C栋和两层 的裙楼 各为一个计算单元 ,A楼 和 B楼
措施 :
( )框支 柱 、框支梁 、剪力墙底 部加强部 位的抗震 等级提 高一 1
4 5 灯笼广场具有 中华 民俗特 色 的灯 笼 ,烘托 出喜 庆气 氛 ,是 市 .
民欢庆节 日的首选场所。 4 6 赣文 化民俗景观区 ,江西 各大名胜古 迹 的微缩 景观尽收眼底 , .
大量的安放在道路交 汇处及 人 口。
7 户 外 家具 概 念
根据户外家具 、公用设施 、 具系统 的实用性 与舒适性 , 达 灯 为 到风格 的统一性 ,本设计是特 别针 对红谷滩新 区临 江岸线景观作 出 的系列 性设计。突出设 汁的设 施包括座 椅 、废 品箱 、庭院灯 、 坪 草
复杂连体高层建筑结构抗震性能计算分析研究
2 1 年 2月 01
结
构
工
程
师
Vo . 7.No 1 12 . Fb e .2 1 01
Sr trl tucu a En i e s gne r
复 杂 连 体 高 层 建 筑 结 构 抗 震 性 能 计 算 分 析 研 究
顾 云 磊 钱 江
( 土木工程防灾 国家重点实验室 , 同济大学结构工程 与防灾研 究所 , 上海 20 9 ) 0 0 2
adDss r eut n T n i nvrt, hnhi 0 0 2 C ia n i t dci , oN ie i S ag a 2 09 , hn ) aeR o U sy
Ab t a t C mpe h g —ie ul i g wih o n ce sr cu e , a a e sr c o lx ih rs b i n s t c n e t d t t r s d u s n w tp o sr cu e , h v b e y e f t tr s u ae en d v lp d fs n rc n e r .Wh l ei g s e ilf n to a e d n c ivn a t ua h p fe t ,t e e eo e a ti e e ty a s ie me t p ca u cin ln e s a d a h e ig p ri l rs a e efc s h n c sife s dfee e ewe n t et o r tt ee d fte c n e td sr cu e ma et i id o tu t r sb h v t n s ifr n eb t e h wotwe sa h n so h o n ce tu t r k h skn fsr cu e e a e f ge tsr s o lxt n b iu o so fe t h s h v ih r r q ie n s fr s imi a ct. S a g a r a te s c mpe iy a d o vo s tri n efc ,tu a e h g e e ur me t o es c c pa i y h nhi I tr ain lDe in C ne sa x c x mp e o u — fc d shih—ieb idn so u h tp i t re u ai n n en to a sg e tri n e a te a l fo to- o e rs u l ig fs c y e,w h ir g lrt i g y
高层建筑连体结构设计论文
高层建筑连体结构设计论文摘要:高层建筑连体结构设计时非常复杂的结构体系,在进行结构设计时要科学合理的设计连体结构,确保高层建筑连体结构在面对地震灾害时具有可靠的安全,保障人民生命财产安全。
一.引言高层建筑连体结构是指除开裙楼外,高层建筑在两个或两个以上的塔楼之间存在带有连接体的建筑结构。
在高层建筑结构中,连体结构部分是较为薄弱的,因此对高层建筑连体结构设计增加了难度。
由于高层建筑在遭受地震灾害时,容易对地震区的连体高层造成严重破坏,因此需要加强高层建筑连体结构设计,最大限度提升建筑的安全性。
二.工程概况某建筑工程建筑面积为52000㎡,项目占地面积约25000㎡,建筑抗震设防烈度为7度。
A楼和B楼由同一主楼组成,主楼的高度为16层,主楼10层以下为相互独立的建筑结构,在11层和15层之间设置一连体结构,连通A楼和B楼。
在连体部分中,将11层作为可用建筑空间,其余楼层均为架构部分。
在A楼和B楼之间设置连通的地下室。
三.高层建筑的连体结构设计1. 高层建筑连体结构设计基本原则(1)计算数据分析按照JGJ3-2002《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定,对高层建筑的复杂体型进行分析,需要符合下列基本要求:1)至少需要采用两个具有不同力学模型的三维空间软件对整体内力位移进行数据计算;由于高层建筑连体结构的体型具有特殊性,连体部位的承受力非常复杂,因此需要采用有限元模型对结构整体进行建模分析,并采用弹性盖楼对连体部分进行分析计算。
2)在计算结构抗震系数时,需要考虑平扭耦联计算结构的扭转效应,设置振型数高于15,计算振型数要使振型参与质量不得小于总质量的90%。
3)需要采用弹性时,要采用程分析法补充进行计算。
4)需要采用弹塑性动力或静力分析方法对薄弱层弹塑性变形进行验算。
2. 结构选型高层建筑的连体结构由于各独立部分存在相同或相近的体型、刚度或平面,抗震设计为7度或8度时,刚度和层数差别较大的建筑,不适合简单采用强连接方式。
高层建筑连体结构抗震分析与设计
、
尖 。桩基持力层为第⑥层强风化花岗岩( 软岩 ) , 由于岩面起伏较大 , 施 工 之 比均小 于0 . 9 0 , 最大扭转位移 比均小于1 _ 3 。说 明通过在建筑平面 的四个 时 以控制嵌岩深度为 主, 要求嵌岩深度大于或等于l m。 单桩竖 向抗压承载 角设置的四个 角筒增强 了整体抗扭刚度 , 有效地 控制了结构 的扭转效应 。 力特征值为2 1 0 0 k N, 单桩竖向抗拔承载力特征值为6 0 0 k N 。为了防止第⑤ 不论是地震作用下或风荷载作用下 , 最大层间位移角均远小 于规 范限值 ,
2基础、 地 下 室设计
从表 1 可 以看 出, 两个软件的主要计算结果基本相近 。结构总质量及 主楼 区域采用桩基 + 筏板基础 , 裙房采用桩 基+ 承台、 基础梁 、 防水 板 基底地震力接 近 ,说 明两个模型具有可比性 。从前三个振型 可以看 出第 形式 。本工程采用 预应力混凝 土管 桩 , 型号为P H C 5 0 0 A B 1 2 5 , 采用 a 型桩 第二振型均为平动 , 且不 含扭转 因子 , 第一扭动周期 与第一平动 周期
+ { I / 0 )
Z : l 6 1 I 0’ £ mj
框架结构体系。主楼和裙 房均设置有通天的中庭 , 主楼东西两侧每隔三层
设 置一个露 台和会议室 ,主楼南北两部分通过露台和会议室 的底板与顶 板及 每层 的电梯厅部位形成 了多层刚性连体 的结构形式 。 为了增强连接体部位 的强度和延性 ,同时便 于型钢混凝 土梁与柱的 连接 , 故与连接体部分相连 的框架柱采用型钢混凝土柱。型钢混凝土柱与
型 钢 混凝 土 梁形 成 局部 型钢 混 凝 土 框 架 ,也 增 强 了 整 体 结构 的 强 度 和 延
南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计共3篇
南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计共3篇南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计1南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计南京金鹰天地广场位于南京市区核心商业区,店铺、商场、娱乐场所、餐饮店等一应俱全,是南京市著名的购物中心之一。
其中的超高层三塔连体结构更是备受瞩目。
超高层三塔连体结构是指三座高层建筑结构连接在一起,形成一个整体的建筑物。
在这个结构中,三座塔的间隔和角度都经过了仔细的设计和计算,以确保整体建筑物的稳固和安全。
在该结构中,三座塔的高度分别为238米、218米和198米,呈不规则形状,因此需要仔细的设计和计算。
经过多次模拟和试验,设计师们最终决定采用下列结构:首先,三座塔的构造均由混凝土墙和钢筋混凝土柱组成。
这样的结构可以有效地分散塔的重量和抵御风力对建筑物的冲击。
其次,具有连接作用的桁架结构被安装在三个建筑物的顶部。
这些桁架被设计为强大的承重结构,稳固地将整个建筑物连接在一起。
最后,建筑物中心的空心部分被设计为一个大型的钢结构管柱,可以有效地支撑整个结构。
此外,管柱的外形还可以增加建筑物的美感和视觉效果。
在实际建造过程中,设计师和建筑师密切合作,精确地量化每个方面,以确保结构的完整性和稳定性。
这包括选择合适的建筑材料、精确的构造方法、考虑天气因素和对建筑物进行必要的测试和评估。
总体来说,南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构是一项由各个方面组成的复杂工程,但最终,通过建筑师和设计师团队的努力,他们成功地建造了一座美观、稳定、安全的高层建筑。
这对于南京城市的现代化建设无疑是一件巨大的财富,同时也表明了中国设计和建筑创新的潜力和实力南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构是一项具备极高复杂性的工程,但经过建筑师和设计师的精心设计和严格施工,成功地建成一座高度稳定、安全、美观的高层建筑。
该项目体现了中国在设计和建筑方面的创新潜力和实力,为南京现代化建设注入了新的动力和活力。
此次成功实践不仅对于本项目具有指导意义,也为未来高层建筑的开发提供了有益的借鉴南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计2南京金鹰天地广场超高层三塔连体结构分析与设计南京金鹰天地广场位于南京市江宁区,是一个集购物、餐饮、娱乐、文化等多功能于一体的城市综合体。
高层混凝土连体结构设计
探讨高层混凝土连体结构设计摘要:高层建筑连体结构作为一种新兴的建筑结构形式,技术还不是特别成熟,因此加强对高层混凝土连体结构设计的探讨是非常必要的。
本文笔者结合自身工作实践经验,以某办公楼为例,对高层混凝土连体结构设计进行了探讨,希望对相关从业人员具有借鉴意义。
关键词:高层建筑混凝土连体结构设计引言因为连体结构需要保证各个建筑物所承受的作用力相协调,有很明显的扭转效应,受力也较为复杂,在结构设计之时非常有难度。
本文以某综合办公楼为例对高层连体结构进行了分析研究。
经研究发现,连体结构通常会有很明显的地震扭转效应,需要在设计时就通过多种软件的计算,分析出最适合的结构设计方案。
2工程简介某栋办公大楼设计时建筑抗震设防为丙类,二级安全结构,建筑物应为不可分割的平面不规则结构,建筑物两侧竖向连体部分是竖向不规则结构。
大楼在建成之后平面形状呈“u”形,地上有16层,地下1层,建筑物长88m,宽约62m,整个地上部分的建筑面积有32000m2。
东西两侧竖向楼体的第11层至15层相连,整体呈现为凯旋门式的结构。
本建筑屋面的上部是6m高的钢结构飘架。
这是一个非常复杂的高层建筑,完工后,结构抗震的等级为一级,超出了预想的范围。
3建筑主体结构确定本工程将主体确认为“高层框架—剪力墙”结构。
剪力墙的筒体位置定为楼层的四角。
在楼、电梯间布置了4个右下至上厚度为350~200mm的钢筋混凝土质的剪力墙。
周圈部分的框架柱利用了建筑物的外立面,保持4m的柱距,而中间部分的框架柱的柱距为8m×8.8m,因为缩小柱距可以让整个建筑结构的抗扭增加。
建筑物楼板以及楼层梁处使用了等级为c30的混凝土,而剪力墙和柱右下至上的混凝土强度为c50~c30。
连体部分共有6层楼,由于结构关系刚度较大,所以选用了强连接的方式将连接体与塔楼相连。
连体部分平面见图1.4建筑物连体部分的设计实施方案高层连体结构在设计的过程中最复杂的就是连体处受力结构的分析。
多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析
多塔高位连体结构在大震下的抗震性能分析*任重翠† 徐自国 肖从真(中国建筑科学研究院, 北京 100013)摘要 为满足建筑功能特殊需求,超高层建筑多采用高位连体结构。
采用ABAQUS 软件对一栋三塔高位连体结构进行动力弹塑性分析,研究在设防烈度罕遇地震作用下的结构变形、剪力墙塑性损伤、伸臂桁架和环带桁架等构件的非线性动力响应。
结果表明,对三塔高位连体结构采用合理的结构体系和抗震设计方法,其抗震性能能够满足预定抗震性能目标。
关键词:多塔高位连体结构;钢板组合剪力墙;伸臂桁架;动力弹塑性分析;抗震性能一、 引言高位连体是在结构上部设置连体形成的一种复杂高层建筑结构形式[1],因其独特的建筑功能需求,在工程中被逐渐应用,但目前对此类高位连体结构的抗震性能尤其是在大震下的抗震性能研究还不够全面和深入。
针对一栋三塔连体结构进行罕遇地震作用下的抗震性能分析。
其中,塔A 共76层,总高368米;塔B 共67层,总高328米;塔C 共60层,总高300米。
三栋塔楼在约192米高空处通过6层高的空中平台连为整体。
二、 结构概况整体结构A塔B塔C塔A塔B塔C塔A塔B塔C塔核心筒+伸臂桁架外框筒+环带桁架图1 结构抗侧力体系 本结构采用多重抗侧力结构体系:混凝土核芯筒+伸臂桁架+型钢混凝土框架+连接体桁架,如图1所示。
三塔核芯筒贯通建筑物全高,平面呈矩形。
核芯筒周边墙体布置*十二五国家科技支撑计划课题(2012BAJ07B01)†任重翠:1983.8-,结构咨询与分析,一级注册结构工程师,renchongcui@ 。
约束边缘构件,在重点部位设型钢暗柱。
在塔A的19层(101.3m)以下、塔B、C的6层(33.5m)以下,核芯筒周边墙体采用组合钢板剪力墙结构。
框架柱采用型钢混凝土柱。
采用一道伸臂桁架[2],位于连体最下面一层,桁架高度为8m,并在核芯筒的墙体内贯通设置钢框架,形成整体传力体系。
连体结构由连体底层的转换桁架、周边5层楼高贯穿至相连三栋塔楼的钢桁架,以及转换桁架之上的钢框架结构组成。
空中钢连廊连接的高层建筑抗震设计分析
A 楼, 底部1 ~2 层为商业, 3 层设备转换层 , 4 层以上 为酒店客房, 地上结构 层数为8 层, 地下3 层, 地上结构总高度为3 3 . 9 m, 标准层平面为“ u” 字形 , 长4 7 . 2 5 m, 宽4 8 . 3 m, 采用钢筋混凝土框架一 剪力墙结构体系。平面不规则 , 中部有 凹
比 例
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表1
s ^ m n6 ^ P B T ^ 船
A 楼 周期
T t 4 . 4 2 4 3
平 动比啻 I 扭转 ( x + y )
l 加
平动比 倒 扭转比 周期
4 . 1 6 6 2
( X 枷 R 旋转 周期
4 . 1 8 1 4 3 3 . 1 O 6 8 I
块项 目的人口“ 城市之门” 。 该空中连廊采用2 榀钢桁架 , 跨度3 2 8 0 0 m m, 钢桁架总 高度为2 层( 4 . 2 + 4 A = 8 . 6 m) 。空中连廊楼( 屋) 面板为压型钢板混凝土组合楼板。
O . g 4 4 9 . g9 O . 0 0 1 0 1 2 3
侧 单体 的影 响 。此 方案 的特点 是 能够 适应 地震 作 用下 结 构 的大 幅 度位 移 , 构 造简洁, 连接 可 靠 。由 于一 端采 取 了完 全滑 动 支座 , 可使 连 廊设 计 高 于 “ 中震 弹性” 的要 求 , 完全满足“ 大 震不 倒 ” 的 要求 连 接 体 和 两侧 主 体 仅通 过 钢 桁 架
复杂高层多塔楼连体结构高空连廊的分析与设计
2、问题与解决方案
针对以上特点,本次演示提出以下问题及解决方案:
(1)结构优化:通过采用新型的建筑结构形式,如钢-混凝土组合结构、空 间网格结构等,对结构进行优化设计,提高其受力性能。
(2)抗震设计:采用弹性连接件连接塔楼和连廊,提高整个结构的抗震性 能。同时,进行地震作用下的响应分析,优化抗震性能。
一、引言
复杂高层多塔楼连体结构是指由两个或多个塔楼通过连廊或连接件相互连接 而成的建筑结构形式。这种结构具有较高的结构效率和良好的抗震性能,同时还 能满足城市规划对于建筑美观性的要求。高空连廊作为连接塔楼的关键部分,具 有较高的技术难度,因此对其进行深入分析设计至关重要。
二、复杂高层多塔楼连体结构高 空连廊的分析
1、特点分析
复杂高层多塔楼连体结构高空连廊具有以下特点:
(1)结构复杂:由于多个塔楼需要通过连廊连接,使得整个结构体系变得 更为复杂。
(2)抗震要求高:高空连廊作为塔楼之间的连接件,需要承受地震作用下 的巨大扭矩和侧向力,因此对其抗震性能要求较高。
(3)风载影响大:高层建筑受到风载作用较为显著,高空连廊受到的风载 效应将更为突出。
3、结构施工管理:采用新型的施工管理方法和技术,如BIM技术、施工模拟 等,实现施工过程的可视化管理和优化,提高施工效率和质量。
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(3)风载控制:通过对建筑外形进行优化设计,减少风载作用下的漩涡效 应。此外,还可采用调谐质量阻尼器等减震设备,抑制风振响应。
三、复杂高层多塔楼连体结构高 空连廊的设计
1、设计理念
复杂高层多塔楼连体结构高空连廊的设计理念应综合考虑建筑美学、结构设 计、施工工艺和经济性等因素。具体来说,应注重以下几个方面:
2、结构计算:结构计算是大底盘多塔楼连体复杂高层建筑群结构设计的重 要环节。在计算过程中,需考虑多种荷载工况,如恒荷载、活荷载、风荷载、地 震作用等。同时,还需进行整体稳定性分析、薄弱层分析、地震反应谱分析等, 以确保结构的安全性和稳定性。
高层建筑连体结构设计与分析
高层建筑连体结构设计与分析一、工程概况中国博兴CBD项目金融商务大厦,位于山东省博兴县,为集商业、办公、公寓、酒店等多功能为一身商业综合体,总建筑面积18万m2。
地上由A、B、C、D四栋高层塔楼组成,其中A、B栋塔楼地上27层,地下二层,建筑总高度119.12m,结构总高度99.72m。
地下2层层高3.6m,地下1层层高5.5m,1、2层层高4.8m,3层层高4.2m,标准层层高3.58m。
因建筑功能需要于A、B座塔楼之间设置造型连廊,造型连廊采用钢结构。
造型连廊的结构尺寸为25(长)x7.5(宽)x55(高),分别与塔楼12、15、18、21、24、27相连,设置位置较高,最低处位于12层(42.440m),最高处位于27层(96.140m)。
建筑效果图见图1。
本文将以A、B栋塔楼进行分析。
图1 建筑立面效果图图2 桁架立面布置图二、结构方案1.结构体系。
A、B两栋塔楼采用框架-核心筒结构,由外周框架与核心筒组成双重抗侧力体系。
充分利用刚性核心筒的阻尼、质量特性及周边抗弯框架以抵抗动态风荷载和消散地震能量,核心筒承担了大部分的风荷载和地震作用,外框架柱按相应比例承担了部分风荷载和地震作用。
A、B两栋塔楼柱网为对称关系,核心筒为平移关系,两栋塔楼主要构件竖向构件的截面尺寸及材料强度完全一致。
核心筒外墙底部厚度500mm,5层及以上外墙厚度400mm;内墙厚度300mm、250mm、200mm三种,且5层及以上较底部有适当收减。
主要框架柱截面尺寸:南北两侧从1000x1200逐层收进到1000x700;东西两侧及角柱从1100x1200逐层收进到1000x1000;支撑钢连廊的框架柱截面尺寸最小为1100x1100,并设置钢骨以提高柱的延性。
2.连接体结构布置。
连接体采用钢桁架结构,结合工程的自身特点,本工程连接体整体的刚度较弱,无法将两侧塔楼连接为整体协调受力、变形,故连接体采用弱连接方式与两侧塔楼相连。
双塔连体复杂结构抗震性能数值分析
Chn ia;2 hn c d myo uligRee rh,B n 0 0 3,C ia .C iaA a e B i n sac f d e g 10 1 hn )
A sr c : w n ep w r l b i r h o l e r n ls f t cue , h B Q Ssf ae s d pe n l etee s c b ta t O igt t o e u a it f e ni a a i o s u trs teA A U t r i a o t t a a z l t — oh f ly o t n n a y s r ow do y h ai
第3 4卷 第 4期
21 0 2年 8月
工 程 抗 震 与 加 固 改 造
V0 . 4. . 1 3 No 4
Au g.201 2
Ea t q k ssa gn e i g a to i i g rh ua e Re itntEn i e rn nd Re rft n t
对 上海 某设 计 中心不 等高 双塔 连体 结构进 行 了模 拟
地 震振 动 台试验 研究 ; 晓涵 等 对 苏 州 某非 对 称 吴
力墙结 构 , 型 上大 下小 , 斜 柱 向外 逐层 挑 出 体 设
10 m, 外 挑 1 . m。 主 、 塔 楼 在 1 .5 共 26 副 1层 ~1 2层
大跨连体超限高层建筑结构设计研究
大跨连体超限高层建筑结构设计研究摘要:随着人们生活水平的提高,对建筑行业的要求提高。
为解决传统大跨连体超限高层建筑结构基底承载力低的问题,通过建立大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型,计算大跨连体超限高层建筑结构算量,并与抗力时变模型相关联,在此基础上分析大跨连体超限高层建筑结构抗震性,通过限定不同结构混凝土的保护层厚度,完成大跨连体超限高层建筑结构设计。
通过设计实例分析,表明设计建筑结构基底承载力更高,能解决传统大跨连体超限高层建筑结构基底承载力低的问题。
关键词:高层建筑;建筑结构;大跨连体超限高层建筑引言某工程为复杂超限高层建筑,包含63m的大跨度连体结构,连体结构为钢结构桁架,两侧塔楼为钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。
连体结构两侧塔楼平面形状不对称,刚度、周期相差较大,且地震作用方向有夹角。
针对本工程建筑使用要求及结构特点,选取几种连体形式进行了对比。
采用多种有限元软件对连体结构的承载力、楼板应力、结构舒适度和温度应力进行了分析。
结果表明结构满足抗震设防目标,满足规范要求。
1工程概况本工程位于某市北部生态新区,建筑面积6万m2。
该工程属于复杂超限高层结构,建筑高度36m,地上8层,地下1层,屋顶有格栅。
地上各层层高均为4.5m。
本工程6层至屋面层(共3层)为大跨度连体结构,连体跨度63m,宽度27m,建筑高度13.5m。
连体部位建筑使用功能为办公、会议。
本工程建筑结构安全等级二级,结构重要性系数1.0,设计使用年限50年。
抗震设防烈度6度,设计基本地震加速度0.05g,抗震设防类别为标准设防类(丙类)。
建筑场地类别Ⅱ类,设计地震分组第一组,特征周期0.35s。
基本风压0.30kN/m2,验算舒适度时采用风压0.20kN/m2,地面粗糙度类别B类。
根据《建筑结构荷载规范》(GB50009—2012),本地区不考虑雪荷载。
2大跨连体超限高层建筑结构设计2.1建立大跨连体超限高层建筑结构抗力时变模型在大跨连体超限高层建筑结构设计中,应结合混凝土材料在空气作用下引发的结构承载力变化,充分考虑大跨连体超限高层建筑结构的时变性能。
高层连体结构弱连接设计浅析
高层连体结构弱连接设计浅析摘要详细阐述了某高层办公楼连体结构弱连接的设计思路。
用两种空间力学模型分析了地震作用下空中连廊、屋面钢桁架与主体结构采用不同连接方式对主体结构的受力、变形影响;为避免大震作用下连接体与主体结构发生碰撞或连接体滑落,根据罕遇地震下的变形要求进行连接体支座设计。
结合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)对整体结构的薄弱部位采取合理的抗震加强措施。
以期对类似结构设计提供一些借鉴与参考。
关键词高层连体结构、地震作用、连接体、弱连接1前言随着建筑设计思路的开拓创新,连体高层建筑成为一种新颖的建筑形式。
主体结构之间在楼层处通过空中连廊或天桥等连接体相连以增强建筑功能的互补性。
一般连接体的特点是跨度大,体量轻盈,直接支承在主体结构上,并由此形成独特的建筑美学效果。
连体结构通过连接体将不同的结构连接在一起,连接体与主体结构连接方式、连接体刚度与主体结构刚度比值、连接体的竖向位置等因素均对连接体、主体结构的受力及变形产生影响。
唐山地震、日本阪神地震和台湾集集地震震害表明,连体结构破坏严重,连接体本身塌落较多,主体结构与连接体的连接处结构破坏也较重;由于连接体自身塌落又引起许多次生破坏。
因此,如何处理主体结构与连接体之间的连接方式、如何解决主体结构与连接体之间的变形协调、如何防止连接体在大震下不塌落、不与主体结构发生碰撞是连体结构在设计时重点解决的问题。
对于主体结构与连接体的连接方式,理论研究与工程实践一般采用两种连接方式:强连接(又称刚性连接)或弱连接(又称柔性连接)。
本文将结合实际工程对于采用弱连接的连体结构进行探讨。
2 工程概况某办公大楼建筑群体主要包含10栋单体,单体地面以上高度为37.2m,每两栋单体南北相对,之间采用连廊和屋面桁架相连。
连廊宽度3m,跨度20m。
屋面桁架跨度20~24m,沿单体纵向通长布置。
该建筑群下设一层连通地下室,地下室作为上部结构的嵌固端。
连体高层住宅结构抗震设计
者 的 工作 经验 进 行研 究 , 提 出加 强连 体 高层 住 宅 结构 抗震 设 计 的措 施和 方 式 。 关键词 : 连 体 复 杂 高层住 宅 ; 劲性 混 凝 土 桁 架 ; 抗 震设 计
1 工程 概 况
。
该工程住宅一共有 1 8层 , 地上 l 1 3层 主 要 有 两 个 塔 楼 , 尺
u —= 0 . 2 8 。 建筑 中每条时程 曲线计算 的结果显示 结构底部的剪力
大于等于振型分解 反应谱计算 出的底部剪力的 6 5 %;三条 时程
曲线计算的结果显示结构底部剪力 的平均值大于等于振 型分解 反应谱法计算出的底 部剪力 的 8 0 %。根据建筑 各个楼层 的弯矩 均值可知 : 建筑 各个楼层剪力 的均 值、 最 大层 间位移角 均值 、 最
寸为 1 1 . 0 0 m ̄ 3 2 . 6 5 m  ̄ 2 , 1 4 ~ 1 8层 是 两 个 塔 楼 连 接 起 来 的 ,尺 寸 为1 1 . 0 0 m ̄ 7 7 . 0 0 m, 地下 1 层 是 Ⅵ 级 人 防 工 事 。 该工 程 使 用 的是 剪 力 墙连 体 结 构 , 并 设 计 抗 震 等 级 为 Ⅶ度 , 设 计 地 震 分 组 为 第 一 组, 设计基本地震加速度为 0 . 1 O g , 建 筑 场 地 类 别 为 Ⅲ类 , 特 征 周
面可 以使用平面外刚度, 楼板可 以使用刚性楼板和弹性楼板。
( 2 ) 该工 程 使 用 P M S A P( 协 调 墙元 模 型 ) 进行计算 。
( 3 ) 该工程属于复杂高层, 所 以要按照相关规范通过 S A T WE 、 P MS A P程序中的动力时程分析功能计算出建筑的主体结构在地震
4 施工 阶段
高层建筑抗震结构设计
浅析高层建筑抗震结构设计摘要: 本文分析了平面不规则高层结构的判定方法,提出了高层结构基于性能的优化设计方法,最后对工程实例方案优化前后进行了弹塑性分析对比。
关键词: 高层建筑;抗震;结构设计abstract: this paper analyzes the irregular planehigh-rise structure determination method, proposes the optimization design method of the high-rise structure based on performance, and finally does the elastic plastic analysis and contractions of the project practical scheme before and after optimization.key words: high-rise building; seismic; structure design 中图分类号: tu973文献标识码:a 文章编号:2095-2104(2012)平面规则性对建筑结构的抗震性能具有重要的影响,国内外大量的震害表明: 结构平面不对称、不规则、不连续易使结构发生扭转破坏,严重者可导致整个结构破坏倒塌。
因此平面布置力求简单、规则、对称,避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位; 避免在凹角和端部设置楼电梯间; 避免楼电梯间偏置,以免产生扭转的影响。
建筑的结构平面布置应做到结构的两个主轴方向的动力特性相近,满足平面规则、楼板连续的规则性要求,应弱化平动刚度、强化抗扭刚度,控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应,避免结构扭转破坏。
薄弱部位要加强抗震计算措施和抗震构造措施,增强薄弱部位混凝土的约束,推迟塑性铰出现,提高延性,从而实现预定的抗震设防目标。
建筑抗震设计规范中将高层钢筋混凝土结构平面不规则分为扭转不规则、凹凸不规则及楼板局部不连续三种类型,并分别给出了明确的定义,规定了一些定量的界限,即楼层的最大弹性水平位移(或层间位移),大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的 1.2 倍为扭转不规则,结构平面凹进的一侧尺寸,大于相应投影方向总尺寸的 30% 为凹凸不规则,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化,例如,有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的 50%,或开洞面积大于该层楼层面积的 30%,或较大的楼层错层为楼板局部不连续。
高层结构在大震下的性能分析(必须学习)
高层结构在大震下的性能分析(必须学习)(1)评价结构在罕遇地震下的弹塑性行为,根据整体结构塑性变形(位移角)和主要构件的塑性损伤情况,确认结构满足“大震不倒”的设防水准要求.(2)根据塑性发展情况,判断关键构件(如跨层柱,斜柱,框支柱,框支梁,框支剪力墙,长悬臂和大跨度构件)的承载力满足抗震性能要求.(3)针对结构薄弱部位和薄弱构件提出相应的加强措施.1.2.1静力弹塑性分析Pushover分析方法主要应用于受高阶振型和动力特性影响较小的结构.Pushover分析就是结构分析模型受到一个沿结构高度为某种规定分布形式逐渐增加的侧向力或侧向位移,直至控制点达到目标位移或建筑物倾覆为止.控制点一般指建筑物顶层的形心位置,目标位移为建筑物在设计地震力作用下的最大变形.基于结构行为设计使用Pushover分析,包括形成结构近似需求曲线和能力曲线,并确定交点.需求谱曲线基于反应谱曲线,能力谱曲线基于静力非线性Pushover分析.近似需求谱曲线与能力谱曲线的交点称为性能点.1.2.2动力弹塑性分析动力弹塑性分析从选定合适的地震动输入(如地震加速度时程)出发,采用结构有限元动力计算模型建立地震动方程,然后采用数值方法对方程进行求解,计算地震过程中每一时刻结构的位移、速度和加速度响应,从而可以分析出结构在地震作用下弹性和非弹性阶段的内力变化以及构件逐步损坏的过程.包含了非线性构件的运动方程如下:其中M、C、K和F(t)分别是系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和节点上的动力荷载、和为时间t时的各节点的加速度、速度和位移.动力弹塑性分析属于非线性分析,需要采用直接积分法.直接积分法的分析思路是:对于在地震动不规则动力作用下的结构动力反应分析,可将时间t划分许多微小的时间段Δtn,由动力方程的数值积分获得其数值解.当已知结构在时刻(和时刻前)的反应值,可采用数值方法由动力方程确定时间段时刻的反应值如此逐步进行下去,即可获得结构动力反应的全过程.因为结构的恢复力特性随结构反应的大小而在不断地变化,因此在每步的分析中必须根据结构反应状态确定当前的结构恢复力特性,进行下一步计算.直接积分法针对离散时间点上的值进行计算,十分符合计算机存储的特点,运动微分方程也不一定要求在所有时间上都满足,而仅要求在离散的时间点上满足即可.根据在时刻(和时刻前)的反应值确定时刻反应值方法的不同,直接积分计算方法可分为:分段解析法、中心差分法、平均加速度法、线性加速度法、Newmark-β法、Wilson-θ法、Hilber-Hughes-Taylor法等.动力弹塑性分析需要将动力微分方程的求解和非线性方程的求解结合起来.常用非线性迭代方法有Newton-Raphson方法、modified Newton-Raphson方法等.1.3.1静力弹塑性分析问题以某28层的剪力墙结构为例说明静力弹塑性分析中常见的几种问题.该结构高度88.4m,标准层平面图见图1.3-1所示,抗震设防烈度7度.图1.3-1标准层平面图(1)不同侧向加载模式推覆分析结果存在差异.给定水平力加载在结构上部的层间位移角最大(图1.3-2),一定程度上反映了结构受高阶振型的影响,高层结构分析中给定水平力加载模式比较合理.无论那种加载模式,楼层最大层间位移角变化不大,最大相差6%.(2)当结构第一周期参与质量大于70%时,静力推覆计算与时程计算结果比较接近.对结构竖向存在明显软弱层的结构,特别是软弱层在结构中下部情况,采用推覆分析的位移角偏大,见图1.3-3所示,图中的原模型不存在薄弱层,而模型1底部存在薄弱层,模型2顶部存在薄弱层.无论薄弱层在下部或上部,给定水平力推覆分析和动力时程分析均能反映结构的薄弱层位置,但薄弱层在下部时,薄弱层位移角相差较大.原模型给定水平力加载模式与动力时程最大层间位移角相差6%;模型1给定水平力推覆比动力时程各层的层间位移角都要大,薄弱层的层间位移角相差12%.结构下部存在薄弱层比结构上部存在薄弱层的层间位移角明显增大,原因是结构下部存在薄弱层时,静力推覆比动力时程的构件屈服早.对于竖向存在明显软弱层或薄弱层的高层结构,建议用时程分析.(3)静力弹塑性模型关键构件配筋按小震反应谱和中震反应谱的包络计算结果,其他普通构件配筋按照小震反应谱的计算结果.静力弹塑性模型的初始弹性阻尼比宜取小震的阻尼比,特征周期比小震的特征周期大0.05.1.3.2动力弹塑性分析问题(1)动力弹塑性模型关键构件配筋按小震反应谱和中震反应谱的包络计算结果,其他普通构件配筋按照小震反应谱的计算结果.动力弹塑性模型的初始弹性阻尼比宜取小震的阻尼比,特征周期比小震的特征周期大0.05.(2)动力弹塑性分析采用的阻尼比一般按照瑞利阻尼计算,质量比例因子α和刚度比例因子β由结构同一平动方向的前两个周期计算得到;若按照振型阻尼计算,则振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量90%所需的振型数,各阶振型阻尼比均为0.05.(3)罕遇地震动力弹塑性分析基底剪力包络值与多遇地震反应谱剪力比值一般为3~6,受力构件损伤越严重,剪力比值越小.以某39层的框架-核心筒结构为例,标准层平面图见图1.3-4所示,结构高度172.4m.从表1.3-1可知,8度区明显比7度区的剪力比值小,原因是按照8度区罕遇地震计算的损伤比7度区大.图1.3-4标准层平面图表1.3-1罕遇地震与多遇地震计算结果对比郑州华强城市广场项目,地上高157.05m,楼层数47层,地下室为3层.混凝土柱截面尺寸从底部1200×1200(mm)收至顶部的1000×1000(mm),核心筒外圈剪力墙厚度从底部650mm收至顶部的400mm.场地土类型为II类,地震设计分组为第二组,设防烈度为7.5度,剪力墙和框架抗震等级为一级,计算三维模型见图1.4-1.图1.4-1EPDA弹塑性分析模型根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)条文说明第3.11.4条,对于高度在150m~200m的基本自振周期大于4s或特别不规则结构以及高度超过200m的房屋,应采用弹塑性时程分析法.虽然本工程结构结构高度为157.05m,略大于150m,但结构基本自振周期为3.3s,小于4s,故罕遇地震作用采用静力弹塑性分析法计算.静力弹塑性分析采用EPDA&PUSH软件.通过对结构的弹塑性推覆分析,了解罕遇地震作用下,结构构件进入塑性阶段的程度以及结构的整体抗震性能,进而寻找结构薄弱环节,并采用相应的加强措施.(1)模型建立及加载本项目嵌固层为首层楼面,由于弹塑性分析不考虑地下室作用影响,在SATWE模型中将首层楼面及以下结构删除,见图1.4-1所示.EPDA&PUSH的关键构件配筋按SATWE小震反应谱和中震反应谱的包络计算结果,其他普通构件配筋按照SATWE小震反应谱的计算结果.底部加强区剪力墙的分布钢筋最小配筋率取1.4%.分两步进行加载.第一步为施加重力荷载代表值,并在后续施加水平荷载过程中保持恒定.第二步为逐步施加竖向分布模式为弹性CQC地震力.(2)PUSHOVER计算整体结果表1.4-1为静力弹塑性分析简要结果.表1.4-1静力弹塑性分析简要结果从表1.4-1可知,结构的最大层间位移角为1/102,满足规范限值1/100的限值要求.现有篇幅,以下仅列出0度推覆方向的计算结果,性能点曲线图分别见图1.4-2所示.图1.4-20度方向性能点曲线图(3)PUSHOVER构件损伤结果图1.4-3为构件在0度推覆方向性能点处的塑性铰图图1.4-30度方向整体模型性能点处的塑性铰图(4)竖向构件搞剪截面验算本工程竖向构件抗剪截面验算的剪力按照大震等效弹性方法计算得到,其中大震下反应谱最大影响系数取0.72,阻尼比取7%,特征周期取0.45.采用《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)第3.11.3条公式(3.11.3-4)进行抗剪截面验算.根据竖向构件截面变化或收进情况取以下不利楼层的内力对柱和剪力墙构件进行抗剪截面验算:1、16、26、31、45层.验算结果显示,竖向构件在大震作用下满足性能C第4水准要求.根据规范要求,所有竖向构件均需满足抗剪截面要求,限于篇幅,以下选取首层的剪力墙构件进行抗剪截面验算.首层剪力墙构件编号如图1.4-4所示:图1.4-4首层剪力墙和柱构件编号首层~15层剪力墙构件抗剪截面验算如表1.4-2所示.表1.4-2首层~15层部分剪力墙构件抗剪截面验算(5)结构弹塑性指标评价1)结构最大弹塑性层间位移角X向为1/102,Y向为1/133,满足《高规》1/100限值.在罕遇地震作用下,结构整体刚度的退化没有导致结构倒塌,满足“大震不倒”的设防要求;2)底部加强区1-5层部分剪力墙出现面外拉弯损伤,部分剪力墙出现裂缝,但满足抗剪截面验算要求;跨层柱和框架柱未出现屈服,部分外框梁和大部分连梁出现塑性铰.3)根据《高规》3.11节,结合静力弹塑性构件屈服的具体情况,抗震性能目标和性能水准验算见表1.4-3.表1.4-3构件验算情况汇总表注:本工程关键构件为:底部加强区剪力墙,跨层柱,1~5层框架柱,悬臂梁.综上所述,结构基本上满足性能C的抗震性能要求.华策国际大厦项目为双塔连体结构,西塔共15层,高度70.9m,东塔共26层,高度119.8m,均为框架核心筒结构,结构1-4层为双塔共有裙房,并在第7层~第10层设有连廊,形成连体结构,钢管柱直径为Ø1300~Ø900,核心筒墙厚为600~400mm.场地土类型为III类,地震设计分组为第一组,设防烈度为7度,剪力墙和框架抗震等级为二级.(1)模型建立采用大型通用有限元软件ABAQUS.ABAQUS模型中的梁和非底部加强区剪力墙柱的配筋基本按照GSSAP小震反应谱的计算结果,底部加强区的剪力墙配筋根据SATWE小震反应谱和中震不屈服的计算结果包络,其中约束边缘构件的最小配筋率为1.4%、竖向分布筋最小配筋率为0.4%,见图1.5-1.图1.5-1ABAQUS弹塑性分析模型(2)材料模型计算采用《混凝土结构设计规范》(50010-2010)附录C提供的受拉、受压应力-应变关系作为混凝土滞回曲线的骨架线,加上损伤系数(dc、dt)构成了一条完整的混凝土拉压滞回曲线,如图1.5-2所示.钢材采用等向强化二折线模型和Mises 屈服准则,滞回曲线如图1.5-3所示,其中强化段的强化系数取0.01.(3)分析方法采用弹塑性时程分析方法,直接模拟结构在地震力作用下的非线性反应.几何非线性:结构的动力平衡方程建立在结构变形后的几何状态上,“P-∆”效应,杆件的非线性屈曲被精确考虑.材料非线性:直接在材料积分点的应力-应变关系水平上模拟.动力方程积分方法:显式积分.(4)分析步骤1)施工摸拟加载通过单元的“生”与“死”来实现施工阶段的结构受力模拟.第一步先建立整个模型,然后将第一阶段施工以外的构件“杀死”,求得第一阶段结构的应力状态.依此步骤,再逐步“放生”各施工阶段的构件,从而求得结构在施工完成后的应力状态.2)地震加载按照抗震规范要求,罕遇地震下弹塑性时程分析所选用的单条地震波需满足:特征周期与场地特征周期接近;最大峰值符合规范要求;有效持续时间为结构第一周期的5~10倍.根据提供的安评报告,对罕遇地震验算选择一组人工波和二组天然波(Hector mine和Big bear天然波)作为非线性动力时程分析的地震输入,三向同时输入,地震波计算持时取30s;罕遇地震条件下水平向PGA调整为220gal,竖向调整为143gal,以及考虑竖向地震为主的加速度峰值220gal,水平向加速度峰值88gal的三向地震作用.(5)动力弹塑性模型构件性能评价方法ABAQUS中构件的损坏主要以混凝土的受压损伤因子及钢材的塑性应变程度作为评定标准,其与《高规》(JCJ3-2010)中构件的损坏程度对应关系如表1.5-1所示.表1.5-1ABAQUS计算结果与《高规》构件损坏程度的对应关系1)钢材借鉴FEMA356标准中塑性变形程度与构件状态的关系,设定钢材塑性应变分别为屈服应变2,4,6倍时分别对应轻微损坏,轻度损伤和中度损坏.钢材屈服应变近似为0.002,则上述三种状态钢材对应的塑性应变分别为0.004,0.008,0.012;2)剪力墙混凝土单元受压出现刚度退化和承载力下降的程度通过受压损伤因子Dc来描述,Dc指混凝土的刚度退化率,如受压损伤因子达到0.5,则表示抗压弹性模量已退化50%.另外,因剪力墙边缘单元出现受压损伤后,整个剪力墙构件的承载力不会立即下降,故考虑剪力墙受压损伤横截面面积可作为其严重损坏的判断标准.(6)结构整体性能分析表1.5-2为结构罕遇地震下基底剪力结果,表1.5-3和表1.5-4分别为西塔和东塔的位移结果,未注明的结果均为ABAQUS计算的结果.表1.5-2结构罕遇地震基底剪力以下仅列出人工波0度方向的层间位移角结果供参考.图1.5-4西塔0度方向层间位移角曲线图1.5-4为西塔人工波0度方向的层间位移角曲线,其最大的层间位移角分别为1/179.西塔在人工罕遇地震波作用下结构层间位移角较大,结构在第10层,层间位移角增大明显,而对天然波无此现象,说明结构在人工波作用下结构损伤较大.东塔各主方向工况下结构层间位移角见图1.5-5所示:图1.5-5东塔0度方向层间位移角曲线图1.5-5为东塔0度方向的层间位移角曲线,其最大的层间位移角分别为1/191.由于人工波0°主方向计算工况作用下,两塔结构层间位移角均较大,因此后面分析中以人工波0°主方向的计算结果为例,分析以水平地震为主的结构构件损伤情况.(7)剪力墙损伤情况剪力墙混凝土受压损伤系数值与云图对应关系如图1.5-6所示.蓝色表示无受压损伤,绿色表示轻微受压损伤,橙色轻度受压损伤,红色中度受压损伤.图1.5-7~图1.5-10为剪力墙的受压损伤和钢筋塑性应变图,从其图形结果分析表明:图1.5-6受压损伤系数值与云图对应情况图1)底部加强区少量剪力墙出现轻度至中度损伤,损伤主要集中在转角处和剪力墙端部位置;钢筋均未进入塑性.2)非底部加强区剪力墙出现轻微至中度损伤,损伤主要集中在转角处和一字剪力墙中部,西塔第10~13层剪力墙受压损伤面积较大.3)结构剪力墙钢筋塑性应变较小,最大塑性应变为6.578E-4,发生在东塔顶层位置.图1.5-7剪力墙受压损伤云图图1.5-7为剪力墙受压损伤云图,从图可知,西塔第10~12层剪力墙发生中度损伤.西塔底部加强区剪力墙出现轻度至中度受压损伤,东塔底部加强区少量剪力墙出现轻度,损伤主要集中在转角处和剪力墙端部位置.图1.5-10剪力墙边缘构件钢筋塑性应变结构底部加强区(1-3层)损伤主要发生在墙肢中部,损伤面积较小.结构剪力墙及约束边缘构件钢筋塑性应变较小,最大塑性应变为6.578E-4,发生在东塔顶层.(8)框架柱塑性损伤情况框架柱采用钢筋混凝土柱和型钢混凝土柱,图1.5-22和图1.5-12为柱子在大震作用下混凝土刚度退化及钢材的塑性应变情况.柱构件混凝土受压刚度退化状态图例如1.5-11所示.蓝色表示无受压刚度退化,绿色表示轻微受压刚度退化,橙色中度受压刚度退化,红色严重受压刚度退化.图1.5-11柱混凝土受压刚度退化状态图分析结果表明,所有柱的混凝土未出现受压刚度退化;结构塔楼柱构件均未出现塑性变形,裙房顶层少量柱构件进入塑性,最大塑性应变为1.978E-4.结构仅裙房顶层少量柱构件进入塑性,最大塑性应变为1.978E-4,塔楼部分柱钢筋均未屈服.图1.5-12柱钢筋塑性应变(9)框架梁和连梁塑性损伤情况梁混凝土受压刚度值与云图对应情况如图1.5-13.蓝色表示无受压刚度退化,绿色表示轻微受压刚度退化,橙色中度受压刚度退化.图1.5-13梁混凝土受压度退化状态图图1.5-14和图1.5-15为混凝土受压刚度退化状态图和钢筋塑性应变图,分析结果表明:1)东塔上部楼层个别连梁混凝土出现受压损伤的情况,其他部位梁构件混凝土未出现明显的受压损伤;2)结构部分塔楼部分连梁和少量框架梁和外框梁塑性应变较大,最大塑性应变为5.014E-3.图1.5-14混凝土受压刚度退化状态图结构大部分梁构件受压刚度退化较小,部分连梁发生轻微到中度受压刚度退化.图1.5-15全楼梁钢材塑性变形梁钢材最大塑性变形为5.014E-3.(10)竖向地震作用下连体分析由于结构中存在连体,需要补充进行竖向地震分析,竖向地震三个分量峰值加速度比值为X:Y:竖向=0.4:0.4:1.0.1)连体竖向位移分析取10层连体跨中A点为参考点进行竖向位移时程分析,点A位置如图1.5-16所示:图1.5-16选取位移点三条地震波作用下A点最大位移见表1.5-5所示.表1.5-5竖向位移由于人工波作用下结构竖向位移最大,下面以人工波Z主方向工况为例分析结构在竖向地震作用下的变形和损伤.2)框架柱损伤分析连体周边西塔、东塔钢管混凝土柱混凝土受压刚度退化及钢筋钢材塑性应变如图1.5-17和图1.5-18所示.钢管混凝土柱的混凝土未发生受压刚度退化.连体部分柱构件钢材均未进入塑性.图1.5-17混凝土受压刚度退化图1.5-18钢管混凝土柱及型钢柱塑性应变分析结果表明,在竖向罕遇地震荷载作用下,连体部分柱构件混凝土未发生受压损伤,柱构件钢材均未进入塑性.3)框架梁损伤分析第7~10层梁构件塑性变形如图1.5-19所示:图1.5-19连体构件钢材塑性应变分析结果表明,结构第7~10层梁构件钢材塑性应变主要集中在西塔和东塔框架梁和连梁位置,连体部分梁构件塑性应变水平较小,最大为3.571E-3,发生在第10层Y向框架梁位置.4)楼板损伤分析第7和第10层楼板受压损伤如图1.5-20所示.图1.5-20第10层楼板损伤结果表明,结构第7层楼板未发生受压损伤,第10层楼板连体中部和边缘少量范围发生轻度至中度损伤.上述分析结果表明,在竖向地震作用下,结构连体附近钢管混凝土柱的混凝土未发生明显刚度退化,钢材未进入塑性;梁构件钢筋塑性变形较小,最大塑性变形仅为6.347e-4;第7层楼板未发生损伤,第10层楼板跨中和边缘部分楼板发生轻度至中度损伤.(11)竖向构件抗剪截面验算本结构竖向构件按照大震等效弹性方法进行抗剪截面验算,取大震反应谱计算的构件剪力进行竖向构件抗剪截面验算,其中阻尼比取0.05,特征周期0.5,连梁刚度折减系数0.3,中梁刚度放大系数1.0.首层剪力墙构件抗剪截面验算结果如表1.5-6所示:表1.5-6首层部分剪力墙抗剪截面验算剪力墙W6剪压比最大,最大值为0.135,满足规范剪压比小于0.15要求.(12)结构弹塑性计算指标评价1)西塔0°主方向最大位移为0.2069m,最大层间位移角为1/179(12层),45°主方向最大位移为0.2369m,最大层间位移角为1/163(11层),90°主方向最大位移为0.2414m,最大层间位移角为1/227(11层),135°主方向最大位移为0.1992m,最大层间位移角为1/303(12层);东塔0°主方向最大位移为0.4366m,最大层间位移角为1/191(22层),45°主方向最大位移为0.5089m,最大层间位移角为1/167(22层),90°主方向最大位移为0.4214m,最大层间位移角为1/183(12层),135°主方向最大位移为0.5058m,最大层间位移角为1/188(13层),均满足规范规定.在三条波三向作用下,结构整体刚度退化没有导致结构倒塌,满足“大震不倒”的设防要求.2)底部加强区少量剪力墙出现轻度至中度损伤,损伤主要集中在转角处和端部剪力墙;对于非底部加强区剪力墙出现轻微至中度损伤,损伤主要集中在转角处和一字剪力墙中部,西塔第10~13层剪力墙受压损伤面积较大.结构剪力墙钢筋塑性应变较小,最大塑性应变为6.578E-4,发生在东塔顶层.3)跨层柱混凝土未出现受压损伤,钢筋未发生屈服.所有柱的混凝土未出现受压刚度退化;结构柱构件均未出现塑性变形.4)东塔上部楼层个别混凝土连梁出现受压损伤的情况,其他部位梁构件混凝土未出现受压损伤.东塔上部楼层框架梁出现塑性屈服,最大塑性应变为5.014E-3.5)柱构件未发生塑性应变,第8、9层连体与东塔连接的外框梁屈服应变最大,结构第7层连体楼板及塔楼楼板受压损伤较小,第10层连体边缘楼板和塔楼核心筒附近楼板损伤较严重.6)在竖向地震作用下,连体跨中最大竖向位移为0.1m左右;结构连体附近钢管混凝土柱混凝土未发生刚度退化,钢材未进入塑性;梁构件钢筋塑性变形较小,最大塑性变形仅为6.347e-4;第7层楼板未发生损伤,第10层楼板跨中和边缘部分楼板发生轻度至中度损伤.表1.5-7为主要结构构件损坏情况汇总.表1.5-7主要结构构件损坏情况汇总综上所述,结构基本上满足性能C的抗震性能要求.。
有关高层建筑连体结构设计受力特点设计要点
有关高层建筑连体结构设计受力特点与设计要点的探讨摘要: 高层建筑连体结构可使建筑型体更具特色。
但由于连体的存在,给高层结构的分析和设计提出了更高的要求。
本文就复杂高层建筑连体结构设计受力分析与设计要点进行探讨。
关键词:复杂高层建筑;连体结构;受力分析;设计要点引言连体建筑气势宏伟,深受群众喜爱。
但由于连体结构的存在,使得原来彼此独立的各单体结构成为一个复杂结构系统中的一部分,这就给高层结构的分析和设计提出了更高的要求:如何高效、准确地对复杂高层连体结构体系进行分析和设计,己成为一个急侍解决的重要课题。
笔者根据多年的工作经验,就这方面的设计心得加以探讨,希与同行共同切磋。
一、连体结构的形式及特点目前,连体高层建筑结构主要有两种形式。
第一种形式称为架空连廊式,既两个结构单元之间设置一个(层)或多个(层)连廊,连廊的跨度从几米到几十米不等,连廊的宽度一般约在10m之内;另一种形式称为凯旋门式,整个结构类似一个巨大的“门框”,连接体在结构的顶部若千层与两端“门柱”(既两侧结构)连接成整体楼层,连接体的宽度与两侧门柱的宽度相等或接近,两侧“门柱”结构一般采用对称的平面形式,具体结构示意图见图1所示。
图1 连体结构凯旋门式结构二、连体结构的受力特点连体结构的受力比一般单体结构或多塔楼结构更复杂,主要表现在如下几个方面:1、结构扭转振动变形较大,扭转效应较明显。
由计算分析及相关的振动台试脸说明,连体结构自振振型较为复杂,前几个振型与单体结构有明显区别,除顺向振型外,还出现反向振型,扭转振型丰富,扭转性能差,在风荷载或地震作用下,结构除产生平动变形外,还会产生扭转变形;同时,由于连接体楼板的变形,两侧结构还有可能产生相向运动,该振动形态与整体结构的扭转振动藕合,当两侧结构不对称时,上述变形更为不利.当第一扭转频率与场地卓越频率接近时,容易引起较大的扭转反应,易使结构发生脆胜破坏。
对多塔连体结构,因体型更复杂,振动形态也将更为复杂,扭转效应更加明显。
凯旋门式复杂高层连体的结构设计实例
凯旋门式复杂高层连体的结构设计实例一、啥是凯旋门式复杂高层连体建筑呢?咱先得搞明白这个概念。
凯旋门大家都知道吧,那是一种很有标志性的建筑样式,高大宏伟。
这凯旋门式的复杂高层连体建筑呢,就是那种有着凯旋门造型元素,而且是高层的、有连体结构的建筑。
这种建筑可不简单,就像一个超级复杂的拼图,每个部分都得严丝合缝地组合在一起。
比如说,它的外形可能是那种两边对称,中间有个高大的拱门形状,就像凯旋门一样,但是又有好多层,还和旁边的建筑部分连在一起。
这就给结构设计带来了超级大的挑战。
二、结构设计中的难点。
1. 受力分析超复杂。
这种建筑的受力情况就像一场混乱的拔河比赛。
因为是高层,风一吹,楼体就会受到侧向力,就像有人在侧面用力推一样。
而且由于是连体结构,力的传递就不是那么直接了。
一边的楼受力了,怎么把这个力合理地传递到另一边,还要保证整个建筑的稳定,这就像是要在一群互相拉扯的人中间找到一种平衡,可不容易。
就像我做力学题的时候,那些复杂的受力图,要分析清楚每个力的方向和大小,头都大了。
2. 抗震设计难搞。
地震这个家伙可是很不讲理的。
对于这种凯旋门式复杂高层连体建筑来说,抗震设计简直是个噩梦。
地震来的时候,建筑的各个部分震动的频率和幅度都不一样。
连体部分就像是个脆弱的连接带,很容易受到破坏。
要想让这个建筑在地震中像个坚强的战士一样屹立不倒,就得精心设计结构的抗震性能。
这就需要考虑很多因素,比如使用什么样的材料,结构的形状怎么优化才能更好地分散地震力,就像给建筑穿上一套超级抗震的盔甲一样困难。
三、实例中的结构设计妙法。
1. 合理的框架结构。
在这个实例里,设计师采用了一种很巧妙的框架结构。
就像搭积木一样,先搭好一个坚固的框架,这个框架可不是随便搭的。
它的柱子和梁的布局都经过了精心计算。
柱子就像建筑的腿,要足够强壮,能承受住上面的重量。
梁呢,就像手臂一样,把各个柱子连接起来,让力量可以均匀地分布。
这种框架结构就像是给建筑打造了一个坚实的骨架,让它能够稳稳地站在那里。
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连体高层建筑结构抗震设计分析
发表时间:2018-01-02T15:03:53.607Z 来源:《建筑知识》2017年24期作者:周康
[导读] 通过在建筑塔楼之间设置连体的方式,将不同建筑连接成一个整体,赋予建筑独特的外形以及强烈的视觉效果。
(保定市城乡建筑设计研究院河北保定 071000)
【摘要】连体高层建筑是现代高层建筑中一种比较特殊的形式,其连体结构处于高空,跨度相对较大,工艺复杂,加上结构在塔楼之间形成的空间藕连作用,使得建筑整体的受力特性较一般高层建筑更加复杂,容易受到地震应力的影响,需要做好结构抗震设计。
本文结合具体的工程实例,对连体高层建筑结构抗震设计进行了分析和探讨。
【关键词】连体高层建筑;结构;抗震设计
【中图分类号】TU201 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544(2017)24-0025-02
1.前言
在经济发展的带动下,人们对于建筑结构的要求也在不断变化,通过在建筑塔楼之间设置连体的方式,将不同建筑连接成一个整体,赋予建筑独特的外形以及强烈的视觉效果。
不过连体建筑两侧的塔楼在刚度上存在一定的差异性,不同的连接方式也会影响结构整体的性能,使得其受力性能非常复杂。
2.工程概况
河北省某连体高层属于地方性标志建筑,主楼分为左右两部分,共15层,在10-11层位置采用跨度60m的连廊连接,建筑平均高度58m,最大高度62m,建筑总面积达到了3.1万㎡。
为了减少对于基础的荷载,建筑采用了框架-剪力墙结构,主楼的平面形状为L形,基本为对称结构。
建筑设计场地类别Ⅱ类,抗震设防烈度为8度。
3.抗震设计
3.1 设计原则
连体高层建筑属于典型的复杂结构,在进行抗震设计时,应该严格遵循我国对于高层建筑的抗震设防要求,坚持做到小震不坏、中震可修、大震不倒。
考虑到该建筑的抗震设防烈度为8度,不能简单的采用强连接的方式,而是应该采用强节点、弱杆件的连接方式,保证节点部分能够处于弹性阶段,将弹塑性变形全部集中在连接体内部,这样当杆件的刚度较大时,可以通过适当削弱杆件部分区段的方式,提升其耗能能力和变形能力,保证节点安全[1]。
3.2 设计方案
(1)确定结构方案:在对连体高层建筑的结构进行设计时,应该尽可能采用规则、对称的结构形式,减少受力结构的凸点,继而避免出现由点破面的情况。
在高层建筑抗震设计中,需要考虑的内容较多,如建筑整体的层数、楼层高度、施工材料、工艺技术以及建筑本身的功能需求等。
在连体高层建筑中,由于结构受力复杂,抗震设计需要做到多重设防,包括节点抗震、构件抗震以及框架抗震等,具体来讲,可以选择具备良好延展性的结构构件,或者在充分保证结构刚度和稳定性的前提下,通过材料的合理选择或者结构的优化设计,削减楼体的自重,提升建筑整体的抗震能力,确保在地震发生时,能够将建筑受到的影响降到最低。
(2)确定楼体性能:连体高层建筑通常都要求较大的内部空间,同时也需要具备较高的抗水平力刚度,框架结构能够满足前者,剪力墙则能够满足后者。
在这种情况下,同时考虑建筑高宽比和使用高度的要求,最终确定建筑结构为钢混框架-剪力墙结构。
依照我国现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关要求,在进行结构设计时,应该采用双向抗侧力体系,尽可能保持两侧刚度的一致性,确保剪力墙能够在建筑周边均匀布设,对建筑全高进行贯通,沿建筑的高度逐步减薄,防止出现刚度突变的问题。
需要注意的是,在框架结构中,必须对剪力墙的数量进行合理控制,数量过多不仅会造成材料的浪费以及重量的增大,还会增加建筑结构的刚度以及对地震的反应,削弱了结构的抗震性能;数量过少则会影响剪力墙抗侧性能的发挥,导致水平应力大部分被框架承担,影响结构受力的合理性[2]。
(3)确定连接结构:连接结构是连体高层建筑的中心,其所连接的两个建筑在刚度上可能有所不同,如果建筑整体对称,连接体的存在对于结构整体并不会产生过于强烈的影响,结构的受力相对稳定。
但是,如果被连接的两个建筑为不对称结构,则连接体的存在会对依照建筑的刚度,对应力进行重新分配,无论是对于建筑的结构还是整体受力,都会产生非常显著的影响。
结构的不对称虽然受设计因素影响巨大,但是并非单纯的来自于设计的不对称,也会受到建筑材料、施工技术等的影响,在进行结构设计时,需要对其进行综合考虑。
3.3 强化措施
即使采用了建筑设计,在建筑结构中依然会存在一些相对薄弱的区域,这些区域往往会成为影响结构整体稳定性的和抗震能力的关键,需要做好必要的强化加固[3]。
(1)塔楼薄弱区域加固:对于直接与连接体相连的梁柱,应该在原本的设计基础上,将抗震等级提升一级,以钢骨混凝土延伸到顶层,并且严格依照相关规范的要求对轴压比进行控制。
连接体的钢梁可以直接深入到塔楼,并且继续延伸到第二跨,与剪力墙或者柱体相互连接。
为了切实保证地震作用下连接体与塔楼的可靠连接,需要对其锚固进行适当强化。
在连接体连接的第二跨梁端,应该做好相应的抗弯和抗剪设计,对箍筋进行加粗加密,提升剪力墙水平筋的强度。
在连接体层,应该适当增加楼板的厚度,在该工程中选择150mm厚度的钢筋混凝土楼板,采用双层双向配筋的设计,确保每一层以及每一个方向上的配筋率在0.3%以上。
(2)消能减震加固:结构阻尼和地震作用成反比关系,从这个角度分析,通过增加结构阻尼的方式,能够有效减少地震作用,降低结构对于地震的反应。
在工程实践中,消能减震加固法主要是通过在结构变形相对较大的位置,设置阻尼器,通过消减地震能的方式来实现减震。
阻尼器的存在,会在一定程度上增大建筑结构整体的阻尼,降低结构在水平和垂直方向的地震作用,对结构在地震作用下可能出现的变形进行有效控制,确保建筑即使遭遇较大的震动,也不至于出现严重损坏[4]。
(3)隔震加固:应该认识到,地震应力与高层建筑结构之间的作用是相互的,当结构周期延长时,其刚度会相对削弱,减少结构对于地震的抵抗能力。
从该工程的具体情况分析,应该做好相应的隔震加固,选择铅芯橡胶隔震这种最为典型的加固方式,运用铅芯和橡胶本身较高的阻尼值和较大的水平表型,对地震作用下的震动能量进行吸收,实现地基部分与上层结构的相互隔离,降低连体高层建筑结构的整体受力,提升结构的稳定性和抗震性能。
(4)外加构件加固:外加构件法在既有建筑的抗震性能强化方面应用较为广泛,其基本原理,是在建筑结构构件外部,增设相应的
抗震构件,提升结构整体的抗变形能力和抗震承载力。
通常情况下,在高层建筑抗震加固中,常用的外加构件包括了圈梁、构造柱以及墙体等,如果在施工中,发现建筑构件的承载力或者变形能力不足,进行返工又会造成工期的延误和资源的浪费,则可以通过外加构件的方式来对其进行加固,提升结构的抗震性能[5]。
4.结语
总而言之,连体高层建筑的结构受力相对复杂,为了保证建筑的使用安全,需要做好相应的抗震设计,通过相应的计算模型对结构的受力特性进行分析,找出其中存在的缺陷和问题,明确具体的设计方案,采取切实有效的方法和措施,对建筑结构中的薄弱环节进行加固,提升结构整体的抗震性能,满足建筑稳定安全使用的要求。
参考文献
[1]陈达锋.某大跨连体超限高层建筑结构抗震设计及弹塑性时程分析[J].建筑科学,2013,29(7):117-121.
[2]谭旭.对高层建筑连体结构抗震设计分析[J].江西建材,2013,(5):40-41.
[3]高月静,陈炬.高层建筑连体结构抗震分析与设计[J].建筑知识:学术刊,2013,(2):92-93.
[4]梁声闻.连体高层住宅结构抗震设计[J].建材发展导向,2013,(5):6-7.
[5]季金文,冯香玲,仇明璇.某双塔连体高层建筑的结构抗震分析与设计[J].浙江建筑,2012,29(8):24-27.。