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大中庭弱连接超限高层复杂结构设计研究

建筑结构 2024年

作者：杨育臣杨晓宇黄飒周笋许洋鲁浩李胜奇林桐北京市建筑设计研究院股份有限公司

北京某特别不规则的超限高层结构为集办公、会议、交易、展览展示、科技等功能于一体的现代化企业总部，地上结构采用钢梁钢管柱（局部巨柱）框架-巨型桁架转换-钢筋混凝土筒混合结构体系。因建筑功能存在通高的中庭，部分竖向承重构件... 详细信息

北京某特别不规则的超限高层结构为集办公、会议、交易、展览展示、科技等功能于一体的现代化企业总部，地上结构采用钢梁钢管柱（局部巨柱）框架-巨型桁架转换-钢筋混凝土筒混合结构体系。因建筑功能存在通高的中庭，部分竖向承重构件无法落地，利用外侧转换桁架和核心筒间转换桁架进行转换。为增强结构的整体性和抗扭能力，在两个避难层及屋顶层设加强桁架和伸臂桁架。对整体结构的各项性能进行验算，对各关键构件进行加强，结果表明：各项指标满足设计要求，结构性能安全可靠。

关键词：超限高层结构大中庭弱连接巨型柱转换桁架

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型钢混凝土柱配钢形式研究现状与展望

建筑技术 2024年第4期55卷 395-399页

作者：曾繁良李建峰侯景强安磊邓亚萍中国建筑第二工程局有限公司华南分公司广东深圳518048

为促进型钢混凝土在超高层建筑中的应用,在介绍巨型柱在超高层建筑应用状况的基础上,从实腹式和空腹式两种配钢形式论述了型钢混凝土柱抗震性能研究现状。分析表明,相比空腹式配钢形式,实腹式能更稳定地发挥型钢混凝土的性能。但部分研... 详细信息

为促进型钢混凝土在超高层建筑中的应用,在介绍巨型柱在超高层建筑应用状况的基础上,从实腹式和空腹式两种配钢形式论述了型钢混凝土柱抗震性能研究现状。分析表明,相比空腹式配钢形式,实腹式能更稳定地发挥型钢混凝土的性能。但部分研究表明,合理的截面设计能提高空腹式型钢混凝土型钢与混凝土协同工作效果。尚需研究具有普适性的型钢混凝土承载力理论计算方法和抗震构造措施,以发展具有施工便捷性和良好抗震性能的钢–混凝土组合构件。

关键词：型钢混凝土柱配钢形式超高层建筑抗震性能巨型柱

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中信大厦巨型柱设计研究

工业建筑 2022年第9期52卷 80-86页

作者：宫贞超杨蔚彪常为华北京市建筑设计研究院有限公司北京100045

巨型柱设计是中信大厦结构设计的重点之一。采用建筑结构一体化设计方法,对巨型柱几何精确控制,实现建筑效果与结构传力的统一。通过合理地分腔构造设计,解决巨型柱复杂截面变化的同时,确保其传力可靠、施工可行。楼板刚度对巨型柱计算... 详细信息

巨型柱设计是中信大厦结构设计的重点之一。采用建筑结构一体化设计方法,对巨型柱几何精确控制,实现建筑效果与结构传力的统一。通过合理地分腔构造设计,解决巨型柱复杂截面变化的同时,确保其传力可靠、施工可行。楼板刚度对巨型柱计算长度的影响显著,通过分析不同楼板刚度与计算长度之间的变化规律,确定经济合理的计算长度。通过有限元分析验证巨型柱分叉节点、巨型柱与转换桁架连接节点等关键节点设计的安全性。本工程中巨型柱采用非埋入式柱脚,并设置翼墙扩散柱脚内力,通过有限元验证该柱脚在罕遇地震不屈服控制工况下的可靠性。

关键词：巨型柱几何控制分腔构造计算长度节点柱脚

不同截面构造型钢混凝土巨型柱轴压性能试验与理论研究

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不同截面构造型钢混凝土巨型柱轴压性能试验与理论研究

作者：秦嘉北京工业大学

学位级别：硕士

超高层建筑巨型结构采用型钢混凝土巨型柱的工程较多,综合考虑建筑平面特点和结构受力需求,不同建筑的型钢混凝土巨型柱截面形状和构造有时差异较大。本文以大型超高层巨型结构型钢混凝土巨型柱为原型,进行了异形截面和圆形截面型钢混... 详细信息

超高层建筑巨型结构采用型钢混凝土巨型柱的工程较多,综合考虑建筑平面特点和结构受力需求,不同建筑的型钢混凝土巨型柱截面形状和构造有时差异较大。本文以大型超高层巨型结构型钢混凝土巨型柱为原型,进行了异形截面和圆形截面型钢混凝土巨型柱模型的轴压性能试验与理论研究,主要工作与贡献:1.进行了6个型钢混凝土巨型柱模型试件轴向重复荷载作用下的轴压性能试验研究。试件分为3组:1/5.3缩尺的武汉绿地中心直角梯形截面内置“带翼非规则十字形型钢”混凝土巨型柱模型试件;1/8.8缩尺的大连绿地中心五边形截面内置“分离式矩形钢管型钢”混凝土巨型柱模型试件;1/4缩尺的成都绿地中心塔楼圆形截面内置H型钢混凝土巨型柱模型试件。每组试件混凝土强度分为C55、C75两种。对比分析了各试件的破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能能力、恢复能力及应变发展,阐明了截面形状与构造对型钢混凝土柱轴压性能的影响规律。2.采用截面分析方法对型钢混凝土柱轴压性能进行了非线性分析,将混凝土划分不同约束区域,分析箍筋和型钢对混凝土的约束效应,建立不同约束区域混凝土的本构模型。将预测的轴压荷载-位移曲线与实测曲线进行了比较,二者有较好的一致性。3.建立了有限元模型,采用ABAQUS软件对型钢混凝土柱轴压性能进行了有限元分析,得到了轴压荷载-位移曲线、混凝土损伤云图及钢材应力云图,分析了试件的损伤发展过程,有限元计算结果与试验符合较好。深化计算分析了型钢混凝土柱体积配箍率、含钢率、型钢强度及混凝土强度对不同截面构造的型钢混凝土柱轴压性能的影响,揭示了受力机理。主要结论:(1)试件在轴压荷载作用下刚度退化可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段及软化阶段四个阶段。试件的轴压承载力随混凝土强度的提高而提高,延性随混凝土强度的提高而有所下降。(2)基于截面分析方法,提出了考虑箍筋和型钢对混凝土约束效应影响的预测型钢混凝土柱全过程轴压荷载-位移分析模型,计算所得结果与试验符合较好。(3)随着体积配箍率、含钢率以及型钢屈服强度的提高,试件的极限承载力及延性均明显提高。

关键词：异形截面型钢高强混凝土巨型柱轴压性能试验理论分析

圆截面型钢高强混凝土巨型柱轴压性能试验研究

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圆截面型钢高强混凝土巨型柱轴压性能试验研究

作者：饶亦轩北京工业大学

学位级别：硕士

型钢混凝土巨型柱是超高层建筑巨型柱框架的竖向构件,大震作用下,巨型柱除承受竖向荷载还同时承受倾覆力矩的压力或拉力,当巨型柱承受竖向荷载还同时承受倾覆力矩的压力时巨型柱的轴力较大,因此型钢混凝土巨型柱轴压性能的研究国内外学... 详细信息

型钢混凝土巨型柱是超高层建筑巨型柱框架的竖向构件,大震作用下,巨型柱除承受竖向荷载还同时承受倾覆力矩的压力或拉力,当巨型柱承受竖向荷载还同时承受倾覆力矩的压力时巨型柱的轴力较大,因此型钢混凝土巨型柱轴压性能的研究国内外学者一直十分关注。此前,有关较大尺度的型钢混凝土巨型柱轴压性能试验研究尚较缺乏,本文结合实际工程,利用10000吨大型试验装置进行了较大尺度的型钢混凝土巨型柱模型轴压性能试验研究,主要工作与贡献:1.进行了6个型钢高强混凝土巨型柱模型试件轴向重复荷载作用下的轴压性能试验研究。试件分为2组:2个1/4缩尺的成都绿地中心塔楼角柱圆截面内置H型钢高强混凝土巨型柱模型试件;4个1/4.7缩尺的合肥恒大中心塔楼角柱圆截面内置带翼缘十字型钢高强混凝土巨型柱模型试件。混凝土设计强度分别为C55和C75。对比分析了各试件的破坏特征、荷载-位移曲线、承载力与变形能力、初始刚度与刚度退化、耗能能力及应变发展,阐明了混凝土强度、配钢率及型钢截面构造对型钢混凝土柱轴压性能的影响规律。2.采用ABAQUS有限元分析软件对圆截面型钢高强混凝土巨型柱模型进行数值模拟,得到轴向荷载-位移曲线、混凝土损伤云图、型钢和钢筋笼应力云图,有限元计算结果与试验符合较好。基于所建立的有限元模型,并以箍筋强度、型钢强度、体积配箍率为扩展,进行型钢混凝土柱轴压性能参数分析,为优化构造设计提供了依据。3.考虑箍筋和型钢对不同区域混凝土的约束效应差异,将混凝土截面划分为不同约束区,基于Mander模型,建立了圆截面内置H型钢和带翼缘十字型钢混凝土柱的轴压承载力计算公式,计算结果与试验符合较好。主要结论:(1)试件在轴压荷载作用下的损伤演化过程分为四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段和软化阶段,最终破坏形态均为柱中部混凝土保护层大面积剥落,箍筋裸露并屈服。(2)随着混凝土强度的提高,试件的轴向承载力提高显著,初始刚度更大,但延性降低,刚度退化的速度更快;随着配钢率的提高,混凝土强度等级为C75的试件轴向承载力提高的更为显著,初始刚度更大,刚度退化的速度相应减缓;采用带翼缘十字型钢的截面构造有助于提高试件的承载力与延性,且有更好的耗能能力。(3)基于Mander模型,提出了考虑型钢和箍筋对于混凝土约束效应的轴压承载力计算公式,计算所得结果与试验符合较好。

关键词：圆截面型钢高强混凝土巨型柱轴压性能试验理论分析

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异形截面多腔钢管混凝土巨型柱偏压性能

哈尔滨工业大学学报 2020年第6期52卷 149-159页

作者：曹万林王如伟殷飞王智慧董宏英北京工业大学建筑工程学院北京100124

以北京中国尊大厦和天津117大厦巨型柱为原型,进行了4个大尺寸的多腔钢管混凝土巨型柱模型单向重复荷载偏压性能试验,包括1个中国尊八边十三腔巨型柱模型、1个中国尊八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管模型、2个天津117大厦六边六腔巨... 详细信息

以北京中国尊大厦和天津117大厦巨型柱为原型,进行了4个大尺寸的多腔钢管混凝土巨型柱模型单向重复荷载偏压性能试验,包括1个中国尊八边十三腔巨型柱模型、1个中国尊八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管模型、2个天津117大厦六边六腔巨型柱模型,中国尊巨型柱模型缩尺比例为1/13,天津117大厦巨型柱模型缩尺比例为1/12.分析了不同截面形状及构造试件的损伤演化、承载力、变形恢复能力、刚度及其退化,进行了理论计算分析.研究表明:偏压荷载下各试件均具有良好的力学性能;八边十三腔巨型柱角部腔内设置圆钢管,可有效减缓试件损伤发展,明显提高试件承载力和变形能力;六边六腔巨型柱试件偏心距较小时承载力较高,偏心距较大时试件复位能力相对好.采用多国规范及纤维模型法计算了各试件N-M相关曲线和荷载-变形曲线,计算结果与试验结果相比偏于安全;考虑多腔钢管特点,在GB 50936中N-M相关曲线计算方法及韩林海钢管混凝土本构关系基础上,提出了多腔钢管混凝土统一抗压强度fsc计算的简化修正方法与公式,计算所得试件的N-M相关曲线和承载力均与实测符合较好,可供多腔钢管混凝土柱偏压计算参考.

关键词：异形截面多腔钢管混凝土巨型柱偏压试验理论分析

上海中心大厦结构整体稳定性分析及巨型柱计算长度研究

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建筑结构学报 2011年第7期32卷 8-14页

作者：陆天天赵昕丁洁民巢斯何志军同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200092

上海中心大厦是由巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗侧力体系组成的超高层建筑,结构的稳定性备受关注。根据实际体型和荷载分布情况,采用修正算法推算了结构刚重比,同时对结构在风荷载和地震作用下的P-Δ效应进行了评估。结果表明:修正后的结... 详细信息

上海中心大厦是由巨型框架-核心筒-伸臂桁架抗侧力体系组成的超高层建筑,结构的稳定性备受关注。根据实际体型和荷载分布情况,采用修正算法推算了结构刚重比,同时对结构在风荷载和地震作用下的P-Δ效应进行了评估。结果表明:修正后的结构刚重比满足规范要求,P-Δ效应能控制在较低的水平之内。整体线弹性屈曲分析也进一步验证了结构具有良好的稳定性。巨型柱作为上海中心大厦的关键构件,其计算长度取值将直接影响结构设计的合理性。通过巨型框架分区模型的线弹性屈曲分析得到巨型柱的临界荷载,由欧拉公式反推出巨型柱的计算长度。

关键词：超高层混合结构临界荷重刚重比线弹性屈曲分析整体稳定性计算长度巨型柱

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五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

自然灾害学报 2015年第1期24卷 114-122页

作者：曹万林徐萌萌武海鹏董宏英北京工业大学建筑工程学院北京100124

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四... 详细信息

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。

关键词：多腔钢管混凝土五边形截面巨型柱偏心受压性能数值模拟

巨型柱框架-核心筒结构三向地震作用反应分析

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建筑科学 2016年第7期32卷 47-52页

作者：李亚娥丁修文马保红兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050

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... 详细信息

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%。

关键词：巨型框架结构时程分析竖向地震作用反应巨型柱环带桁架