钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构振动台试验研究

某超高层钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因指标超限在设计中采用了耗能减震技术,为了检验该减震结构的抗震性能,制作了1/35的缩尺模型,通过在钢管混凝土框架设置阻尼器或不设置阻尼器,进行模拟地震振动台对比试验,研究了模型结构的动力特性和不同烈度地震作用下的加速度、位移和应变响应。研究结果表明:地震作用下,该钢管混凝土框架-混凝土核心筒减震结构与钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构相比,位移、加速度和应变响应均有一定程度的降低;罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,表明该减震结构具有更优良的抗震性能。     

黏滞阻尼器型伸臂桁架的最优布置形式研究

随着超高层建筑结构体系的高度不断突破刷新,越来越多的超高层建筑采用了中间核心筒与外围框架相结合的结构形式,通过设置伸臂桁架来协调核心筒与框架间的受力和变形,减小核心筒底部弯矩和结构顶部位移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。本文以兰州金茂大厦为背景,采用ANSYS有限元软件建模和目标函数法优化比选,研究了设置黏滞阻尼器的5种不同布置形式伸臂桁架的抗震性能。结果表明:竖向斜撑型是满足抗震要求的黏滞阻尼器型伸臂桁架的最优布置形式,但同时单斜撑型的阻尼器利用率最高,竖向斜撑型的阻尼器利用率最低。     

黏滞阻尼器减震框架结构保持正常使用功能的设计要求探讨

《建设工程抗震管理条例》要求两区八类建筑需采用减隔震技术,并保证设防地震时能够满足正常使用要求。目前针对减震结构满足正常使用功能的设计方法尚未达成共识。RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》等新编标准针对减震结构提出了系统的基于性能的设计要求。基于一个8层RC框架采用黏滞阻尼器的减震结构案例,按照该标准及其他现行标准的不同要求进行了减震设计,对比了不同设计方案的土建成本及地震响应,并对减震结构的剪力、位移角和构件损伤进行了讨论,结果表明,在进行减震结构设计时,建议按照RISN-TG 046—2023《基于保持建筑正常使用功能的抗震技术导则》要求控制设防地震下的层间位移角,可按照DGJ 08-9—2013《建筑抗震设计规程》或JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》或GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》)控制承载力,为减震结构保持设防地震下正常使用功能的设计提供参考。     

近场高烈度区某高层筒体结构组合隔震设计的分析

位于高烈度区且靠近断层的高层建筑结构，其相关抗震设计需要考虑较大的水平和竖向地震荷载，使得传统、单一的隔震方案难以满足规范的要求。鉴于此，针对西昌市靠近断层的某筒体结构提出了一种叠层橡胶支座加黏滞阻尼器的组合隔震设计方案，即在隔震层布置黏滞阻尼器以控制结构在罕遇地震作用下的位移。与此同时，为了满足结构的功能使用要求，将外部框架以及内部核心筒(除去电梯井)在零标高处进行隔震设计，而电梯井则下沉至基础底部加以隔震。通过弹塑性时程分析，研究结果表明：相比非隔震结构，采取组合隔震设计的框筒结构在设防地震作用下，其X、Y向的最大层间剪力分别减小72.37%和79.63%,水平向减震系数为0.35,满足抗震措施降低一度的要求；在罕遇地震作用下，其X、Y向的最大层间位移角分别减少81.06%和76.38%,隔震橡胶支座的拉压应力均在规范允许范围内，且铅芯橡胶支座与黏滞阻尼器均进入耗能阶段，滞回曲线较为饱满，进而验证了该组合隔震设计的合理性。     

铅阻尼器在超高层结构中的应用研究

为了研究铅阻尼器在超高层结构中的耗能减震效果,采用非线性分析软件PERFORM-3D对超高层结构进行了罕遇地震作用下的有限元分析,对比了不同地震波作用下的结构弹塑性分析结果。分析结果表明:设置铅阻尼器的超高层建筑结构的抗震性能有了很大的提高,在罕遇地震作用下能够满足"大震不倒"的性能要求。研究为铅阻尼器在超高层结构中的应用提供了成功的工程案例,其设计思路可以为超高层结构的减震控制提供有益的借鉴和参考。     

斜拉桥结构减震设计优化研究

位于中强以上地震烈度区的大跨斜拉桥结构,如果采用传统的抗震设计方法,通常很难满足结构的抗震设计要求,因此采取一定的减震措施显得非常必要。本文以某一总长为2 088m的大跨双塔双索面斜拉桥为分析算例,对斜拉桥结构的减震设计进行了研究。合理的减震结构体系是取得良好减震效果的前提,通过分析对比,该大跨斜拉桥横向采用局部减震体系最为合理,即只在近塔辅助墩处设置横向粘滞阻尼器,其它塔、墩处采用常规的横向约束方案。为使减震结构得到更好的减震效果,还应对减震装置参数进行优化设计。由于采取了合理的减震结构体系、较优的减震装置参数,使该大跨斜拉桥取得了很好的减震设计效果。     

某型钢混凝土框架核心筒消能减震结构的弹塑性分析

某工程位于昆明市,主体结构高153.1m,为型钢混凝土框架-剪力墙核心筒体系。建筑总高度超过了《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的B级高度,为提高结构的抗震性能,该工程采用消能减震技术控制结构的地震反应,对消能减震结构进行了设计,确定了消能器附加给结构的阻尼比值。为给结构设计提供可靠的参考依据,采用PERFORM-3D软件,对设有非线性粘滞阻尼器的该结构进行罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析,评估该结构的整体性能及其构件的屈服情况,结果表明该消能减震结构基本能达到预期抗震性能目标。     

新疆某既有框剪结构黏滞阻尼器减震加固设计

以新疆某12层钢筋混凝土框架剪力墙结构为例,采用消能减震技术进行加固改造,并进行了弹塑性动力时程分析。结果表明:首层剪力明显减小,X、Y方向层间位移均有不同程度的减小,因此,采用黏滞流体阻尼器使得该结构的抗震性能得到提升,满足现有抗震规范的要求。     

外型钢砼框架—内置型钢框架钢筋砼核心筒混合结构抗震性能试验研究与分析

(超)高层建筑结构一定程度上可代表城市、地区的经济发展水平,其结构体系的选择、承重构件的类型及其连接对其使用功能至关重要。随着我国经济的快速发展,可以预测在今后相当长一段时间内,中国将是(超)高层建筑发展的主要阵地。由于高度超限,抗侧力体系多种多样,其适用范围及适用高度均有所不同,目前还很难形成系统完整的、有针对性的规范、标准等作为设计依据。更需注意的是,一些抗震设防区域或高烈度区也出现了(超)高层建筑结构,且此高度范围的建筑基本均未受到相当强度的地震洗礼。因此,为确保此类建筑结构在地震区的安全可靠,为此类结构抗震设计提供普遍意义上的设计依据,对其抗震性能的研究尤为重要。目前国内外对(超)高层建筑结构,特别是地标性建筑的抗震设计主要根据静、动力试验完成分析,辅以数值模拟完成整体结构的分析作为结构设计的主要依据。本文将采用上述手段对可适用于(超)高层建筑的混合结构体系主要进行如下研究:(1)提出一种新的(超)高层建筑体系,即:外型钢混凝土框架—内置型钢框架的钢筋混凝土核心筒混合结构体系。根据相似原理设计出1:10的模型结构,并进行了地震模拟振动台试验研究;(2)结合振动台试验结果,对该体系中出现的薄弱楼层处的内置型钢框架的组合核心筒体进行了1:2模型的拟静力试验研究;(3)初步探讨了该组合核心筒体的非线性力学性能。论文具体开展并完成了以下工作:(1)提出"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒"混合结构,探讨其用于(超)高层建筑作为结构抗侧体系的可行性。根据现行规范、规程设计了"外型钢混凝土框架—内置型钢框架钢筋混凝土核心筒混合结构",利用ETABS软件进行了该类结构体系的原型结构整体分析及截面设计。(2)根据相似原理,依据原型结构的基本设计信息,完成了1:10大比例整体模型结构的设计,获得了模型中主要构件的截面设计信息。(3)对该类混合结构模型进行了地震模拟振动台试验,系统分析了整体模型结构在不同类型、不同强度水平的地震动作用下楼层的动力响应,研究了不同工况下模型结构的破坏机理、外框架与核心内筒之间的协同工作性能及整体模型结构的薄弱层位置等,并根据相似关系讨论了对应的原型结构的动力响应及其抗震性能。(4)在振动台试验研究基础上,对内置钢框架钢筋混凝土核心筒体进行了1:2模型结构的拟静力试验。深入研究了该类组合筒体的刚度及承载力变化、耗能机制、滞回特性、变形特点及破坏机理等。进一步分析了内置型钢框架对钢筋混凝土核心筒的承载能力及延性的影响;讨论了内置型钢框架与混凝土间的相互作用及协同工作性能。(5)采用大型建筑结构有限元分析程序STRAT对该内置型钢框架核心筒进行了大震非线性分析及抗震性能研究。上述研究的目的是研究本文所提出的混合结构体系整体抗震性能及其主要抗侧部分—内置型钢框架核心筒体的抗侧能力,探讨该类混合结构在(超)高层建筑结构,特别是地震区高层建筑结构中应用的可行性。本文的研究旨在抗震试验分析的基础上,对该类混合结构体系的综合抗震性能进行全面的分析讨论,对该类结构在地震区的应用提供分析基础,为该类结构体系相应的技术标准、规程的编制与制定提供参考依据,为我国(超)高层建筑结构的发展提供技术保证。     

金属阻尼器在高烈度区学校建筑的应用研究

提高学校公共建筑在地震作用下的抗震能力是自汶川地震后一直备受关注的研究课题。高烈度地区对地震设防烈度要求较高,该类建筑的结构抗震设计难度较大。通过对常规框架结构方案及增设金属阻尼器的消能减震方案进行对比分析,发现在地震作用下阻尼器发生剪切变形,小震工况即屈服耗能,能够提供1%的附加阻尼比。相比于传统框架结构,消能减震方案能够有效减小结构构件的尺寸,进而满足学校建筑对于净高的要求。在罕遇地震作用下,该结构体系满足"强柱弱梁"的设计准则,结构位移角满足规范要求,抗震性能较纯框架结构好。研究结论可为金属阻尼器的设计和进一步研究提供参考。     

基于性能的黏弹性阻尼器减震结构抗震设计

根据黏弹性阻尼器的特点和抗震规范的要求,分别提出了用于黏弹性阻尼器减震结构抗震分析的弹性及弹塑性需求谱,前者是基于黏弹性阻尼器减震结构等效阻尼比的简化计算公式及规范规定的反应谱;后者是基于修正的V id icRμ-μ-T关系。在此基础上,借助模态推覆分析,提出了可以考虑高阶振型影响的黏弹性阻尼器消能减震结构体系的能力谱分析方法,并对一8层钢筋混凝土消能减震框架结构进行了"中震不坏,大震可修"性能水准下的抗震分析。算例结果表明,采用该方法分析黏弹性阻尼器减震结构体系是可行的、有效的。     

聚合阻尼耗能减震结构理论模型及振动台试验

提出一种高层减震结构体系,将核心筒与外框架采用柔性滑动连接,并集中设置聚合阻尼减震系统,充分利用内部核心筒和外框架的侧向变形差耗散地震能量;建立了聚合阻尼减震结构的简化质点系模型,并得到地震作用下的位移传递公式;完成了模型结构的振动台模型试验,验证了聚合阻尼耗能减震结构的减震效果;最后通过工程算例分析得到了聚合阻尼耗能减震结构内核心筒、外框架的地震响应和减震效果,进一步探讨了地震作用下不同结构体系的塑性损伤状态,理论和试验研究结果表明聚合阻尼耗能减震结构可有效控制结构构件的塑性损伤。     

宿迁市文体馆基础隔震非线性时程分析研究

宿迁市文体馆4500座位，约13000m^2,位于8度抗震设防区，主体结构为钢筋混凝土结构空间框架，钢网壳屋盖。该工程采用基础隔震技术设计，在桩基顶面与上部结构之间设置架空层，用作安置设备管道及隔震层。隔震层由叠层橡胶隔震支座和粘滞阻尼器组成。对主体结构基础隔震采用空间模型非线性时程分析方法进行了详细分析，结果表明：采用基础隔震措施可显著降低结构地震作用，上部结构水平地震作用减震系数可按0．25采用；设置附加粘滞阻尼器能较好地解决降低地震作用和限制隔震层位移之间的矛盾，对提高隔震体系的性能具有重要作用。技术经济比较表明，本工程采用基础隔震措施，具有明显的社会、经济效益。     

上海环球金融中心大厦结构模型振动台抗震试验

上海环球金融中心大厦高101层,结构高度492m,高宽比8．49,拟建成为世界上结构主体最高的建筑物。大厦采用了三重结构体系抵抗水平荷载,它们由巨型框架、钢筋混凝土核心筒及构成核心筒和巨型型钢混凝土柱之间相互作用的伸臂桁架组成;核心筒竖向不连续,由低筒、中筒和上部筒3部分组成;二对角巨型柱在42层以上开始分叉形成倾斜曲面,巨型斜撑只设置在垂直立面上,且采用单向支撑。根据我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002),该建筑总高超过了型钢混凝土框架一钢筋混凝土筒体最大高度190m的限值,同时高宽比超过了设防烈度7度地区为7的限值。为研究它在地震作用下的抗震性能,进行了缩尺(1／50)模型的振动台试验。试验结果表明,该结构体系合理,具有足够的水平刚度,在地震作用下位移反应不大,扭转效应比较小,满足我国抗震设防要求。     

钢筋混凝土核心筒性态水平及性能指标限值研究

结合国内外对钢筋混凝土结构性能水平的划分标准并根据核心筒结构破坏特征及抗震性能要求,文中在现行规范基础上进一步细分,将钢筋混凝土核心筒结构的性能水准划分为良好使用、暂时使用、生命安全和接近倒塌4个水平;基于混凝土连梁及剪力墙构件的受力、变形及破坏特点,分别提出了连梁及剪力墙构件对应于4个性能水平的失效判别标准和变形限值...     

耗能减震技术在抗震加固工程中的简化设计

介绍了阻尼器型屈曲约束支撑和阻尼器型屈曲约束钢板墙这两种耗能减震技术的简化设计方法,并通过这种简化设计方法使阻尼器型屈曲约束支撑这种耗能减震技术在抗震加固工程中的得到了应用,从案例分析结果看,这种耗能减震技术简化设计方法为结构抗震设计提供了可靠、便利的设计依据,是一种合理有效的抗震途径或结构振动控制技术手段,可应用于抗震加固工程的设计理论和分析。     

钢筋混凝土结构抗震设防目标及实现步骤研究

钢筋混凝土结构的抗震设防目标,通俗的说法是“小震不坏,中震可修、大震不倒”,具体来说是“三水准设防目标”。三个水准的设防目标是通过两阶段设计来实现的。钢筋混凝土结构抗震设计的基本步骤：把握好抗震概念设计,采取双指标控制条件,使结构和结构构件既满足抗震承载力要求又满足变形要求,同时保证加强抗震构造措施,使结构有足够的结构延性,最终实现“三水准设防”目标。     

约束砖砌体结构的弹塑性时程分析

本文对超《规范》的大开间采取在墙体中增设钢筋混凝土墙中柱和水平条带的加强措施，为验证原型结构的抗震能力，在大比例模型试验的基础上，对约束砖砌体原型结构进行弹塑性时程分析，得出结构层次位移反应包络图，论证了结构采取此项加强措施后能满足7度区相应的抗震设防要求。     

考虑SSI效应的设圈梁构造柱农村民居振动台试验研究

将参数化建模的方法引入减震结构的分析与设计中,通过预设目标和迭代优化计算,以天水市某高层住宅消能减震结构为例,寻找最优的阻尼器布置方案。为评估和验证该消能减震结构的抗震性能,分别采用Perform 3D和ETABS等软件分析结构在多遇和罕遇地震作用下的结构响应,分析结果表明：小震作用下,消能减震结构的楼层位移、层间位移角、楼层弯矩及楼层剪力均减小6.5%以上,达到了设计要求;大震作用下,结构框架柱、框架梁、剪力墙和阻尼器能够满足既定的性能要求,层间位移角满足规范限值,能够达到“大震不倒”的设计目标,研究结果为实际工程预设减震目标和阻尼器优化布置提供参考。     

刚度串联式耗能连梁结构设计关键技术研究

钢筋混凝土剪力墙结构是高层建筑结构中最常用的结构类型之一,消能减振技术作为控制结构振动反应的有效手段而越来越多地应用于钢筋混凝土剪力墙结构。连梁作为钢筋混凝土剪力墙结构的重要构件,在结构体系中起到增加结构侧移刚度、传递墙肢间荷载和位移、担当结构抗震设防第一道防线、强烈地震作用下消耗振动能量等重要作用。鉴于连梁的重要性,自上世纪60年代以来国内外学者先后提出了普通配筋连梁、斜向交叉暗撑配筋连梁、菱形配筋连梁、斜向交叉钢筋连梁、双连梁、劲性连梁、刚性连梁、外贴钢板式耗能连梁、刚度串联式耗能连梁等多种连梁设计方案。其中钢筋混凝土—软钢阻尼器刚度串联式耗能连梁(以下简称刚度串联式耗能连梁)作为钢筋混凝土剪力墙结构消能减振领域内的一项新技术,自提出以来逐渐被多个工程项目采纳和使用。刚度串联式耗能连梁设计方案自上世纪90年代被提出以来,国内外学者进行了一定的研究。但目前国内外研究成果主要集中于阻尼器类型的设计,而少有人研究阻尼器在结构空间位置优化布置的问题。本文基于国内外研究现状,针对刚度串联式耗能连梁的设计概念、设计技术以及阻尼器沿结构空间位置优化等问题进行了研究。本文主要研究工作汇总如下:(1)总结并分析了钢筋混凝土剪力墙结构连梁受力特征及刚度串联式耗能连梁工作机理。首先对连梁的震害特征以及对连梁横截面剪切应力沿结构高度方向的分布规律进行了分析。然后基于延性设计原理,阐述了双肢剪力墙中耦合比的概念。最后根据建筑结构阻尼器工作原理,结合连梁内力分布特征分析和连梁震害特征总结,分析了组合耗能连梁的工作机理。(2)基于反应谱理论拟合出考虑多因素的速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式并剖析了减震系统工作原理。首先,介绍了地震反应谱相关理论,并初步分析了两大减震系统的工作机理以及其适用范围。然后基于反应谱理论详细分析了两大减震系统的减震原理。最后基于强震记录拟合得到速度反应谱阻尼效应修正系数计算公式。(3)提出并分析了刚度串联式减震结构减震性能曲线基本理论、曲线构建方法和曲线形式,并建立了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构初步设计方法。根据单自由度力学模型以及对应的滞回曲线,并基于弹塑性反应谱等效线性化方法的基本原理,推导出单自由度减震系统的等效周期、等效阻尼比的计算公式。确定了减震结构性能曲线绘制方法及关键技术,建立了刚度串联式减震结构减震性能曲线,探讨了减震结构性能曲线的工程应用价值。提出了基于减震结构性能曲线的刚度串联式减震结构设计方法和设计流程。(4)提出了软钢阻尼器沿钢筋混凝土剪力墙结构竖向布置的设计方法、设计原则以及设计计算公式。研究了基于减震结构性能曲线相关理论的多自由度减震系统阻尼器刚度沿结构高度方向的分配原则和方法。详细分析了每一竖向布置原则的物理意义,并对五大竖向布置原则之间的关系进行了探讨。根据阻尼器沿结构竖向布置五大原则所对应的力学原理及计算公式,推导出结构各层阻尼器刚度和延性系数分配计算公式。(5)提出了软钢阻尼器在钢筋混凝土剪力墙结构各层布置原则以及软钢阻尼器的设计方法、设计原则以及设计计算公式。提出了阻尼器沿结构水平向布置的基本原则。基于连梁的实际工作性能和软钢阻尼器的力学特性,提出了刚度串联式耗能连梁中金属阻尼器设计的三大原则。根据力学理论和结构材料特性,分别推导出各阻尼器设计原则所对应的方法和公式。(6)采用本文建立的结构消能减震设计方法,对一栋典型的钢筋混凝土剪力墙结构进行了消能减震优化设计,并使用Seismostruct有限元分析软件对设计结果进行了弹塑性时程分析验证,验证结果表明本文所确定的刚度串联式消能减震设计方法科学合理、结果可靠、具有工程实用价值。