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超高层框架-核心筒结构韧性评价分析

超高层框架-核心筒结构韧性评价分析

作者：杨圆月青海大学

学位级别：硕士

随着社会文明的不断发展、科学方法的不断进步,在现代都市中,一些公共建筑已经超过了原有的为人提供庇护所的功能,成为医院、能源控制中心、交通通信系统、金融数据中心等重要的社会支持系统。尤其是由近年来的震害来看,高层建筑虽然很... 详细信息

随着社会文明的不断发展、科学方法的不断进步,在现代都市中,一些公共建筑已经超过了原有的为人提供庇护所的功能,成为医院、能源控制中心、交通通信系统、金融数据中心等重要的社会支持系统。尤其是由近年来的震害来看,高层建筑虽然很少在地震中倒塌,但破坏仍然严重,地震后很难修复,甚至需要拆除和重建,造成重大经济损失,严重危害社会稳定和可持续发展。因此,对于高层建筑需要进行科学的地震韧性评价,以期实现该类建筑灾后功能的快速修复。本文以实际工程为背景,对某超高层框架-核心筒结构进行韧性评价分析,提出一种适用于超高层框架-核心筒的韧性评价方法,同时找出对韧性结果影响较大的结构构件,对损伤较为严重的构件进行加强,有效提高结构韧性。本文主要是通过以下工作进行了研究分析:(1)选取一典型的工程案例建立模型,考虑到在MSC.Marc直接建立超高层框架-核心筒模型的复杂性,提出了一种由PKPM模型转换成MSC.Marc的便捷方法。通过盈建科软件和ABAQUS软件作为模型中转站,成功在MSC.Marc中建立了模型。并对MSC.Marc模型中的梁、柱、剪力墙、楼板这些结构构件的单元选择和材料属性进行了解释说明。并将有限元模型与PKPM模型的质量和模态分析结果进行比较,结果在误差范围内。(2)利用有限元软件MSC.Marc对结构进行动力时程分析,获得结构构件在地震作用下的最大响应,包括楼层的绝对加速度,层间位移角,梁、柱、墙构件的转角信息。根据分析结果得出加强层对楼层的层间位移角起到了很好的控制作用,核心筒结构形式发生变化的部位,楼层位移角最大。楼层加速度增势明显。在不同级别的地震作用下,结构构件的连梁和剪力墙的破坏都比较严重。在地震作用下,连梁形成了一个铰链机构,起到了屈服能量耗散的作用。核心筒的结构形式在一定程度上是不连续的,由于局部层高较大,部分剪力墙的长度较大,侧向刚度和承载力被削弱了。剪力墙中间更容易发生剪切破坏。非结构构件在不同水准的地震作用下,加速度敏感型破坏情况集中在空气处理机组、空气压缩机、冷水机组、电梯上,大部分都产生了明显的轻度破坏。而位移敏感型非结构构件,包括隔墙装饰、楼梯和填充墙也有明显的轻度破坏产生,其中隔墙装饰还有较为严重的中度破坏情况发生。(3)对现行的各韧性评价标准进行了分析,并针对超高层框架-核心筒结构形式特点提出了一种简单有效的地震韧性量化方法,通过建筑结构的使用功能损失情况来量化地震对建筑结构造成的破坏。结果表明,在设防地震作用下,结构的破坏主要体现在非结构构件的破坏上,非结构构件对韧性的影响远远大于结构构件的影响;在罕遇地震水平下,结构构件和非结构构件的破坏都很明显,对结构的韧性都有着很大的影响。利用恢复曲线对建筑结构的整体韧性能力进行直观表达,采取了线性函数进行恢复曲线的绘制,结果表明,非结构构件的修复对整个结构的韧性起着决定性作用。

关键词：框架核心筒地震响应韧性评价损伤状态使用功能

基于OpenSees的RC框架-核心筒超高层建筑抗震弹塑性分析

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工程力学 2014年第1期31卷 64-71页

作者：解琳琳黄羽立陆新征林楷奇叶列平清华大学土木工程系北京100084 Amp San FranciscoCA 94105United States

近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结... 详细信息

近年来我国高层建筑结构抗震弹塑性分析得到广泛应用。但现有的分析多基于商用软件,限制了相关研究的深入发展。该文在通用开源有限元程序OpenSees的基础上,通过开发合理的剪力墙构件模型和混凝土本构模型,实现了RC框架-核心筒超高层结构的抗震弹塑性分析,并以一系列剪力墙和一栋141.8m高框架-核心筒超高层为例,通过与试验结果和通用有限元程序MSC.Marc计算结果的对比,验证了该文提出的单元和计算方法的合理性和可靠性,可为进一步开展基于开源有限元程序OpenSees的超高层建筑结构地震灾变行为研究提供参考。

关键词：框架核心筒弹塑性分析 OpenSees 分层壳单元超高层结构

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超高层混凝土框架-核心筒结构试验研究

振动与冲击 2016年第16期35卷 181-186,191页

作者：杨远威钱德玲佟国锋合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

为了研究超高层框架-核心筒结构在地震激励下的动力响应规律和抗震性能,按照动力相似关系设计了一个1/50缩尺模型,并实施了振动台试验。基于试验结果,对不同设防烈度地震作用下的结构自振频率、阻尼比、振型曲线、加速度动力放大系数、... 详细信息

为了研究超高层框架-核心筒结构在地震激励下的动力响应规律和抗震性能,按照动力相似关系设计了一个1/50缩尺模型,并实施了振动台试验。基于试验结果,对不同设防烈度地震作用下的结构自振频率、阻尼比、振型曲线、加速度动力放大系数、层间剪力、应变和位移响应进行了计算与分析。研究结果表明:随着振动次数的增加,结构自振频率降低,阻尼比基本呈增大趋势,振型曲线幅值减小;实验结束后,结构的动力特性变化不大,说明结构的损伤不大;结构的动力响应与地震强度和地震波的波形有关;结构抗震性能能够满足"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防要求。研究结果可为同类超高层结构的抗震设计提供参考。

关键词：超高层框架核心筒振动台试验动力响应抗震性能

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钢筋混凝土框架核心筒结构地震韧性评价

建筑结构学报 2021年第5期42卷 55-63页

作者：卢啸北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

随着中国高层建筑的蓬勃发展,"大震不倒"的性能目标已经不能满足现代社会的需求,提高其地震韧性是当下高层建筑抗震的发展趋势。对比目前代表性的韧性计算方法,构建了一种基于构件损伤状态的结构使用功能量化方法,提出了结构地震韧性的... 详细信息

随着中国高层建筑的蓬勃发展,"大震不倒"的性能目标已经不能满足现代社会的需求,提高其地震韧性是当下高层建筑抗震的发展趋势。对比目前代表性的韧性计算方法,构建了一种基于构件损伤状态的结构使用功能量化方法,提出了结构地震韧性的评价流程,并应用于典型钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构的地震韧性评价。研究结果表明:所提出的基于构件损伤状态的使用功能量化方法能较好地反映结构在不同地震水准下的使用功能损失;钢筋混凝土框架核心筒结构算例具有较好的地震韧性,在多遇、设防和罕遇地震水准下的韧性分别为99.95%、98.68%和88.69%,在多遇和设防地震水准下,非结构构件对钢筋混凝土框架核心筒结构算例地震韧性的影响明显大于结构构件。

关键词：框架核心筒地震韧性结构使用功能恢复时间损伤状态

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装配式框架-核心筒结构设计方案优化分析

砖瓦 2023年第11期 81-83页

作者：遇春超龙口市城乡建设投资发展有限公司山东龙口265716

为了进一步探索装配式结构在框架-核心筒结构中的应用,以某商业办公楼项目为例对具体的设计技术展开了分析。首先,从理论方面对结构设计方案进行了分析;其次,从梁柱节点、次梁优化、楼板以及核心筒四个方面对具体设计方案展开了系统分析... 详细信息

为了进一步探索装配式结构在框架-核心筒结构中的应用,以某商业办公楼项目为例对具体的设计技术展开了分析。首先,从理论方面对结构设计方案进行了分析;其次,从梁柱节点、次梁优化、楼板以及核心筒四个方面对具体设计方案展开了系统分析;最终选择“钢管混凝土方柱+混凝土核心筒+钢梁”的装配式结构体系。

关键词：装配式框架核心筒剪力墙结构方案

消能减震元件失效对框架核心筒结构极限性能的影响

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结构工程师 2018年第1期34卷 69-75页

作者：陈煜棪钱江同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

消能减震技术日趋成熟,阻尼器作为降低结构响应的耗能部件日益广泛地应用于高层建筑结构的抗震控制中。然而,近年来在极端震害的检验下,研究人员发现阻尼器这种非结构元件发生了一定程度的破坏甚至完全失效,这对基于性能的抗震设计提出... 详细信息

消能减震技术日趋成熟,阻尼器作为降低结构响应的耗能部件日益广泛地应用于高层建筑结构的抗震控制中。然而,近年来在极端震害的检验下,研究人员发现阻尼器这种非结构元件发生了一定程度的破坏甚至完全失效,这对基于性能的抗震设计提出了新的挑战——在极端荷载下需要考虑消能减震元件破坏失效对结构性能的影响。以某30层混凝土框架核心筒结构为算例,通过基于IDA(增量动力分析)方法的地震易损性分析,对阻尼器失效前后的结构进行计算对比,结果表明,阻尼器失效将会明显降低结构所能承受的极限地震动强度,降低结构延性,增加结构的损伤概率,且随着地震动强度的增加,会加速结构倒塌概率的增长。

关键词：消能减震阻尼器失效地震易损性极限性能框架核心筒

基于黏滞阻尼器的框架核心筒减震结构的抗震性能研究

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基于黏滞阻尼器的框架核心筒减震结构的抗震性能研究

作者：王大凯河北工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着经济的发展,各种新型建筑层出不穷,建筑工程复杂性增加,使用消能减震装置可使结构达到满足自身抗震性能和节省造价费用的目的,尤其是在抗震设防烈度较高的地区。消能减震元件可以代替结构自身的构件吸收大量的地震能量,减小... 详细信息

近年来,随着经济的发展,各种新型建筑层出不穷,建筑工程复杂性增加,使用消能减震装置可使结构达到满足自身抗震性能和节省造价费用的目的,尤其是在抗震设防烈度较高的地区。消能减震元件可以代替结构自身的构件吸收大量的地震能量,减小结构自身的塑性变形,达到减小结构各方面动力响应的目的。目前阻尼器是常用的消能减震元件,阻尼器的布置位置对消能减震效果有很大的影响,特别是对自身传力机制较为明确的框架核心筒结构。因此,研究在框架核心筒结构中阻尼器立面和平面布置的差异对结构减震效果的影响具有重要的工程意义。本文使用非线性分析软件PERFORM-3D,基于性能的设计概念,结合框架核心筒结构的传力机制和内力重分布机理,对西北高设防烈度地区某框架核心筒结构输入三条地震波进行非线性动力时程分析。除此之外,为研究阻尼器在立面和平面上布置的差异对框架核心筒结构消能减震效果的影响,选取了另外三种阻尼器的布置方案,对比分析四种方案下结构的最大层间位移角、最大层剪力、顶点位移时程曲线、塑性损伤情况、结构整体的能量分配、滞回耗能在各类构件的分配和各类构件滞回耗能在结构高度上的分配,从力、位移和能量的角度综合分析,寻求阻尼器在框架核心筒结构中的最优布置方案。结果表明,黏滞阻尼器布置在框架与核心筒之间比布置在框架之间减震效果好。

关键词：消能减震结构框架核心筒 PERFORM-3D 塑性损伤滞回耗能分配

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框架—核心筒结构抗震性能试验研究

框架—核心筒结构抗震性能试验研究

作者：杨远威合肥工业大学

学位级别：硕士

为了研究框架核心筒结构在地震作用下的动力响应规律和抗震性能,本文以一幢地上41层的框架核心筒结构作为原型,根据动力相似理论设计并制作了一个1/50缩尺试验模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成了振动台试验。试验时,按加... 详细信息

为了研究框架核心筒结构在地震作用下的动力响应规律和抗震性能,本文以一幢地上41层的框架核心筒结构作为原型,根据动力相似理论设计并制作了一个1/50缩尺试验模型,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室完成了振动台试验。试验时,按加速度相似系数和时间相似系数分别对台面输入地震波的加速度峰值和时间间隔进行放大和压缩,并按照加速度峰值由小到大的顺序依次输入El-centro波、Kobe波和上海人工波。为了得到结构在不同水准地震作用前后的自振频率、阻尼比和振型曲线等动力特性的变化情况,在不同加速度峰值的地震波输入前后,都以加速度峰值为0.07g的低频白噪声对模型结构进行扫频。根据试验结果,对结构在不同水准地震前后的自振频率、阻尼比和振型曲线等动力特性变化情况进行了分析,对结构在不同水准地震前后的加速度动力放大系数、最大位移响应、层间位移角、应变响应和层间剪力等动力响应进行了计算与分析,同时,根据试验模型的受力情况建立了试验模型的ANSYS有限元模型并进行了模态和瞬态分析。研究结果表明：随着振动次数的增加,结构刚度退化,自振频率降低,阻尼比基本呈增大趋势,振型曲线的幅值减小;实验结束后,模型结构的动力特性和实验前相比,变化并不大,说明在整个试验过程中结构的损伤不大;台面输入地震波的加速度峰值和波形共同决定了结构的动力响应的大小;当台面输入加速度峰值为0.133g时,结构的最大层间位移角为1/1016,满足我国现行规范中的弹性层间位移角的限值要求,原型结构能够达到“小震不坏”的抗震设防标准;当台面输入加速度峰值为1.14g时,最大层间位移角达到1/177,超过规范中的弹性层间位移角限值,但仍满足弹塑性层间位移角的限值要求,试验时,模型结构并未产生明显的倾斜,说明结构具有良好的延性,能够满足我国现行规范中“大震不倒”的抗震设防标准。本文研究结果为同类高层结构的抗震设计提供一定的设计依据。

关键词：框架核心筒振动台试验有限元分析动力响应抗震性能

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钢管混凝土柱框架核心筒结构抗震性能的研究

钢管混凝土柱框架核心筒结构抗震性能的研究

作者：周振西南交通大学

学位级别：硕士

钢管混凝土(CFST)是钢管和混凝土两种物质组成的组合材料。由于它的特殊性,工程中钢管混凝土大多运用于受压构件柱。钢管混凝土柱是混凝土和钢材两种材料的理想组合,经济效益也非常突出。对于钢管混凝土柱构件的理论研究及计算运用也已... 详细信息

钢管混凝土(CFST)是钢管和混凝土两种物质组成的组合材料。由于它的特殊性,工程中钢管混凝土大多运用于受压构件柱。钢管混凝土柱是混凝土和钢材两种材料的理想组合,经济效益也非常突出。对于钢管混凝土柱构件的理论研究及计算运用也已成熟。本文在过去研究的基础上,运用“钢管混凝土统一理论”,对钢管混凝土柱在框架核心筒结构体系(高层及超高层建筑结构)中的抗震性能作了进一步的探讨。本文的研究内容包括以下三部分: (1)将钢筋混凝土柱用不同的等效方法等效成钢管混凝土柱,对等效后的钢筋混凝土柱在框架核心筒结构体系中在相同地震作用下表现出来的性能做评价分析。针对钢管混凝土柱在框架核心筒结构中的具体运用,分析此种结构满足何种条件,钢管混凝土才能发挥它的延性好和抗震性能优越的特性。 (2)采用有限元分析软件ETABS,依据有限元理论,把由钢管混凝土柱构成的框架核心筒结构与钢筋混凝土柱构成的框架核心筒结构建立两种计算模型,进行抗震性能的对比。首先,对两种结构模型进行模态分析,比较结构自振特性的变化;然后,采用振型分解反应谱方法对结构进行弹性分析,以及采用时程分析方法对结构进行弹塑性计算分析。结果证明了钢管混凝土在高层,甚至是超高层结构中其承载能力、变形特性、耗能能力等抗震性能方面的优点。 (3)采用非线性静力弹塑性分析方法(Pushover),对两种结构模型进行了单方向加载的结构受力分析和循环加载地震作用下的损伤性能分析。再一次证明了钢管混凝土柱在整体结构中有较好的抗震性能。

关键词：钢管混凝土框架核心筒 Pushover 时程分析地震损伤评估