超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析.pdf

  • 文档大小:3.16 MB
  • 文档格式:pdf
  • 约 5页
  • 2021-06-26 发布
  • 举报
超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析1 超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析2 超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析3 超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析4 超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析5
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。

·房建工程· 收稿日期:2015 09 02 基金项目:中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究开发计 划项目(2011K69) 超高层大偏心框架-核心筒结构抗震性能分析 宋怀金 (中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063) 摘 要 无锡地铁控制中心为筒体严重偏置的框架-核心筒超高层结构,为充分了解筒体偏置对结构抗震性能的 影响,本文对无锡地铁控制中心进行了弹性时程和静力非线性分析,对薄弱楼层采取相应的加强措施,并得到了性 能点处的层剪力、层间位移角曲线和塑性铰分布。计算结果表明:该结构符合“强柱弱梁”的原则,能满足大震不倒 的设防要求,其抗震设计理念对类似建筑具有较高的参考价值。 关键词 大偏心框架-核心筒结构 动力特性 弹性时程分析 静力非线性分析 中图分类号 TU973.31 文献标识码 A 文章编号 1009 4539 (2015)11 0106 05 Aseismatic Performance Analysis of Highrise Large Eccentricity Framecore Tube Structure Song Huaijin (China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.Ltd.,Wuhan Hubei 430063,China) Abstract Wuxi Subway control center is the framecore tube highrise structure.The core tube of the control center is se riously biased.For the full understanding of the effects of cylinder body bias on structural seismic performance,the elastic time history and the nonlinear static analysis of Wuxi Subway control center are carried out in this paper.Corresponding measures are taken to strengthen the weak floor.The diagrams of storey shear,storey drift angle and the distribution of plastic hinges at performance point are obtained.The results show that the behavior of the structure accords with the princi ple of “strongcolumnweakbeam”,and it will not collapse under strong earthquake.The aseismatic design concept of this building has a good reference value for similar projects. Key words large eccentricity framecore tube structure;dynamic characteristic;elastic time history analysis;nonlinear static analysis 1 工程背景 无锡地铁控制中心(标准层平面图和效果图如 图1、图2 所示)位于无锡市清扬路与金城路交叉口 的西北地块,地铁1 号线金城路站的西侧,一、五号 联络线的上方。结构总高度为126.8 m,平面尺寸 约57 m ×31 m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构 形式,结构高宽比约3.9,核心筒宽度12 m,核心筒 高宽比10.2,为A 级高度超高层建筑。 控制中心核心筒偏置较多,偏心距为5.3 m,偏 心率达35.6%,质心和刚心偏心较大,结构扭转效 应明显,计算时通过调整结构刚度分布,在核心筒 四角设置放射状斜梁与柱拉结,增强楼面结构协调 能力,适当调整边框架刚度及角柱尺寸,增大结构 抗扭刚度,使结构的不规则程度及其响应得以改 善,并控制在规范允许范围以内。控制中心扭转位 移比最大为1.36,大于1.2,结构平面不规则。同时 为满足建筑效果的要求,二层楼板大开洞,多根柱 为两层通高柱,为充分了解本结构的抗震性能,减 小结构在地震发生时由于筒体偏心造成的损失,本 文对控制中心进行了弹性时程分析和静力非线性 分析(Pushover)。 106 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) ·房建工程· 图1 标准层平面图 图2 控制中心建筑效果图 2 弹性时程分析[1 -3] 本文采用Midas/building 对运营管理主楼进行 弹性时程分析时,根据场地类别、设计地震分组和 持续时间的要求,选用了两条实测波(TAFT 和EL CENTRO 波)和一条人工波(WGA3757),这三条波 的加速度时程曲线如图3 所示。根据安评报告地震 动力参数,将地震波进行调幅,调至0.033 g。采用 Newmarkβ方法积分,积分步长为0.02 s。 2.1 弹性时程分析的楼层剪力结果 三条时程曲线分析结果均满足单条时程波 结果不小于振型分解反应谱法计算结果的65 %, 三条时程曲线分析结果的平均值大于振型分解 反应谱法计算结果的80%。X 方向时程分析结 果表明:时程分析得到的1 ~21 层楼层剪力均小 于振型分解反应谱法的结果,在设计时采用振型 分解反应谱法的结果;22 ~29 层的楼层剪力大于 振型分解反应谱法的结果,在设计时采用时程分 析得到的楼层剪力,对振型分解反应谱分析的结 果放大1 .12 倍。Y 方向时程分析结果表明:时 程分析得到的1 ~22 层楼层剪力均小于振型分 解反应谱法的结果,在设计时采用振型分解反 应谱法的结果;23 ~29 层的楼层剪力大于振型 分解反应谱法的结果,在设计时采用时程分析 得到的楼层剪力,对振型分解反应谱分析的结 果放大115 倍。X、Y 方向楼层剪力比较如图 4、图5 所示。 图3 加速度时程曲线 图4 X 方向楼层剪力 2.2 弹性时程分析的位移结果 时程分析得到的楼层最大层间位移角如表1 所 图5 Y 方向楼层剪力 示。三条时程波得到的最大层间位移角均小于反 应谱分析结果,并且均小于1 /800,满足规范要求。 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) 107 ·房建工程· 表1 最大层间位移角 荷载 方向 TAFT 波EL CENTRO 波 WGA3757 人工波RS_0 RS_90 X 方向1 /2 739 1 /1 959 1 /2 149 1 /1 864 Y 方向1 /2 065 1 /1 711 1 /1 897 1 /1 624 3 静力非线性分析[4 -8](Pushover) 静力非线性分析(Pushover),实质上是一种将 动力分析转化为静力分析的非线性计算方法,它按 照一定的水平加载方式,对结构施加单调递增荷载 直到将结构推至一个给定的目标位移状态或结构 呈现不稳定状态为止,来分析结构进入非线性及弹 塑性变形状态时的反应。本文采用Midas/building 对主楼进行静力弹塑性分析时,混凝土柱考虑轴力 和弯矩的耦合作用,采用轴力-弯矩铰,即PMyMz 铰;混凝土梁仅考虑两端出现弯曲屈服产生的塑性 铰,即MyMz 铰;剪力墙采用采用纤维模型,塑性铰 属性采用美国ATC40[9]和FEMA273[10]的建议。分 析完成后,结构的变形若包含于目标性能范围内, 就可对各构件进行评价,利用FEMA273 和ATC40 中所推荐的方法进行构件的性能评价,骨架曲线如 图6 塑性铰变形的 荷载-位移骨架曲线 图6 所示,点B 表示构 件屈服转动起始点,点 C 表示结构失稳点,点 E 表示结构倒塌,IO 表 示结构可以直接使用, LS 表示结构能确保生 命安全,CP 表示结构 防止倒塌的控制点。 3.1 水平推覆力荷载模式 侧向荷载的分布方式,应既反映出地震作用下结 构各层惯性力的分布特征,又使所求得的位移能基本 真实地反映地震作用下结构的位移状况。本文采用 两种侧向荷载模式,对Y 方向的推覆分析采用模态 1[11]和反应谱弹性分析下Y 方向的地震力作为水平 荷载模式,对X 方向的推覆分析采用模态2 和反应谱 弹性分析下X 方向的地震力作为水平荷载模式。 3.2 推覆分析结果 对Y 方向推覆分析采用结构振型模态1 和Y 方 向地震力的水平力模式,对X 方向推覆分析采用结构 振型模态2 和X 方向地震力的水平力模式,目标位移 为600 mm,分30 步施加,每步增量为20 mm。得到结 构底部剪力V 和控制位移D 的关系曲线,即能力曲 线。将能力曲线由Vb -Dt 格式转换成等效SDOF 体 系的Sa—Sd(ADRS)格式能力谱曲线,并与阻尼比为 5%、10%、15%、20%的ADRS 格式罕遇地震需求谱 曲线叠加在同一坐标系中,通过迭代可求得性能点。 3.2.1 Y 方向推覆分析结果 Y 方向的能力曲线如图7、图9 所示,性能点如图 8、图10 所示。水平荷载模式采用模态1 推覆分析求 得的性能点处的谱加速度为Sa =0.048 64 g,谱位移 为Sd =117.1 mm;转换成Y 向推覆能力曲线上性能 点,性能点位移为147.5 mm,基底剪力为26 120 kN; 水平荷载模式采用Y 方向地震力推覆分析求得的性 能点处的谱加速度为Sa =0.053 99 g,谱位移为Sd = 107.2 mm;转换成Y 向推覆能力曲线上性能点,性能 点位移为134.9 mm,基底剪力为28 990 kN。 图7 能力曲线 (模态1 ) 图8 需求谱与推覆分析 能力谱曲线(模态1 ) 图9 能力曲线 (地震力) 图10 需求谱与推覆 分析能力谱(地震力) 结构在性能点处的层间位移角和塑性铰分布 如图11 ~图12 所示。 图1 1 性能点处的楼层 层间位移角(模态1 ) 图12 性能点处的楼层 层间位移角(地震力) 108 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) ·房建工程· 当弹塑性推覆分析推至性能点时,Y 方向层间 位移角最大值分别为1 /625 (模态1)、1 /750(地震 力),满足《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的 层间弹塑性位移角的限值1 /100 要求。由上图可以 看出,相对于其它楼层,Y 方向最薄弱的楼层是22 层(模态1)、3 层(地震力),最薄弱楼层竖向抗侧力 构件没有出现塑性铰,仅有少数框架梁和连梁出现 了塑性铰,结构的性能较好,即使发度罕遇地震,结 构仍然能保证人身安全。 3.2.2 X 方向推覆分析结果 X 方向的能力曲线如图13、图15 所示,性能点如 图14、图16 所示。水平荷载模式采用模态2 推覆分 析求得的性能点处的谱加速度为Sa =0.040 82 g,谱 位移为Sd =124.4 mm;转换成X 向推覆能力曲线上 性能点,性能点位移为152.7 mm,基底剪力为 24 040 kN。水平荷载模式采用X 方向地震力推覆分析 求得的性能点处的谱加速度为Sa =0.053 94 g,谱位移 为Sd =115.8 mm;转换成X 向推覆能力曲线上性能 点,性能点位移为142.1 mm,基底剪力为27 680 kN。 图13 能力曲线 (模态2) 图14 需求谱与推覆 分析能力谱(模态2) 图15 能力曲线 (地震力) 图16 需求谱与推覆 分析能力谱(地震力) 结构在性能点处的层间位移角和塑性铰分布 如图17 ~图18 所示。 当弹塑性推覆分析推至性能点时,X 方向层间 位移角最大值分别为1 /500(模态2)、1 /540(地震 力),满足《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的 层间弹塑性位移角的限值1 /100 要求。由上图可以 看出,相对于其它楼层,Y 方向最薄弱的楼层是6 层(模态2)、3 层(地震力),最薄弱楼层竖向抗侧力 构件没有出现塑性铰,仅有少数框架梁和连梁出现 了塑性铰,结构的性能较好,即使发度罕遇地震,结 构仍然能保证人身安全。 图17 性能点处的楼层 层间位移角(模态2) 图18 性能点处的楼层 层间位移角(地震力) 4 结论 通过对无锡地铁控制中心弹性时程分析和X、 Y 方向的静力非线性(Pushover)分析[12]可以得到 以下结论: (1)三条时程波分析结果均满足《高层建筑混 凝土结构技术规程》的要求,1 ~21 层X、Y 方向时 程分析得到的楼层剪力均小于振型分解反应谱法 分析的结果,22 ~29 层时程分析结构大于振型分解 反应谱法分析的结果。因而,在设计时,对22 ~29 层楼层剪力进行了相应地放大。 (2)由推覆分析所得到的结构能力曲线可以看 出,在X 方向和Y 方向,结构能力曲线都能在6 s 范 围内穿越罕遇地震反应谱曲线,因此该结构能满足 罕遇地震作用下“大震不倒”的抗震要求。 (3)根据《高层建筑混凝土结构技术规程》3.7.5 条规定,框架-核心筒结构的层间弹塑性位移角应小 于1 /100 的限值。本文对该结构进行了X 和Y 方向 推覆分析,最大层间弹塑性位移角为1 /500,均满足规 范在罕遇地震下对薄弱层弹塑性变形的要求。 (4)6 度罕遇地震作用时,结构中的混凝土柱基 本保持在弹性状态,少部分混凝土梁出现塑性铰, 但塑性铰均刚进入塑性阶段未达到IO 点;楼层剪力 墙没有出现塑性铰,部分连梁出现了塑性铰,但也 均处于LS 性能点之前。 (5)大部分的塑性铰出在混凝土梁、连梁上,柱 子和剪力墙没有出现塑性铰,该结构符合“强柱弱 梁”的设计要求。 参考文献 [1] 田雪娟.地铁车站抗震分析[J].铁道建筑技术,2012 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1) 109 ·房建工程· (6):67 -73. [2] 王力学.某高层建筑结构设计及相关问题探讨[J]. 铁道建筑技术,2010(S1):132 -137. [3] 黄瑾,杨骁,王阳利.某大底盘双塔连体高层结构抗震 性能分析和设计[J].建筑结构,2010,40(2):28 -32. [4] 刘成清.结构静力弹塑性分析理论的发展综述[J]. 工程结构,2005,25(6):64 -67. [5] 李飞前.地震作用下RC 框剪结构剪力墙和框架柱的 曲率延性与结构层间位移延性关系[J].铁道建筑技 术,2014(9):122 -126. [6] 孟春光,陆秀丽,耿耀明,等.某超高层抗震性能化设计 及弹塑性时程分析[J].结构工程师,2012(4):74 -79. [7] 赵静.超限复杂高层武汉中心的结构抗震分析[J]. 结构工程师,2012(4):66 -73. [8] 汪梦甫,周锡元.高层建筑结构抗震弹塑性分析方法 及抗震性能评估的研究[J].土木工程学报,2003 (11):44 -49. [9] ATC40.Seismic Evaluation and Retrofit of Concrete Build ing[S]. [10]FEMA273,FEMA274.NEHRP Commentary on the Guide lines for the Rehabilitation of Building[R].Federal Emer gency Agency,Washington D C,1996. [11]沈蒲生,龚胡广.多模态静力推覆分析及其在高层混 合结构体系抗震评估中的应用[J].工程力学,2006 (8):69 -73. [12]扶长生,应俊.静力非线性分析方法在抗震设计中的 应用[J].结构工程师,2004(3): 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 32 -39. (上接第94 页) (8)物料、机具、工具等,必须堆平放稳,对有可 能坠落的物件必须进行先行撤除或加以固定。 (9)操作手持式电气设备时,严禁将电源线缠 绕在身上。 7 结论 采用硬横跨支柱、独立锚柱共桥墩设置的施工技 术,可以很好地解决接触悬挂在四线桥上硬横跨支柱 处下锚的技术难题。相对于其他下锚技术,这种施工 技术安全、可靠,产生的景观性较好,在将来的接触网 检修工作中,具有极大便利。通过优化设计和精良的 施工工艺,可产生较高的经济效益、社会效益。锚支 撑结构用于铁路金属承载的接触悬挂,具有支架硬固 定在承载和与锚绷索之间相互作用[12],但若运用于 项目,尚需经过改良。将高生产力计算工具用于模型 和计算铁路接触网支撑结构[13],可提高施工精度。 随着我国电气化铁路的快速发展,接触悬挂在多 线桥上硬横跨处下锚的情况将越来越普遍,如何在节 省投资的情况下解决这个难题也将会是电气化铁路研 究的一个方面。本文的浅显论述分析,可以为我国接 触悬挂在多线桥上硬横跨支柱处下锚提供一点借鉴。 参考文献 [1] 高英维.牵引供电系统接触网常见故障分析及对[J]. 铁道建筑技术,2009(3):113. [2] Wili U.A rigid beam as an alternative to the conventional caternary[C].International Conference on Main Line Rail way Electrification (Conf.Publ.no.312),1989:103 -8. [3] 刘春雨.目前电气化铁路接触网硬横跨的设计与施工 分析[J].信息系统工程,2015(3):35. [4] 刘丽.接触网补偿装置的种类与应用[J].电气化铁 道,2004(5):26. [5] 汪理.恒张力弹簧补偿器在地铁接触网中的应用[J]. 都市快轨交通,2011(4):102. [6] 陈勇.电气化铁路接触网硬横跨的力学性能分析与实 验研究[D].长沙:湖南大学,2011:11. [7] 周喜平.浅谈接触网硬横跨施工[J].中国科技博览, 2010(1):140. [8] 陈再红.复线电气化铁路改造中接触网施工关键技术 研究[D].长沙:湖南大学,2013:6. [9] 中华人民共和国铁道部.TZ10208—2008 客货共线铁 路电力牵引供电工程施工技术指南[S].北京:中国铁 道出版社,2008:109. [10]中华人民共和国铁道部.TB10421—2003 铁路电力牵 引供电工程施工质量验收标准[S].北京:中国铁道 出版社,2003:73. [11]陆晓东.南京长江大桥接触网钢管型硬横梁施工技术 浅谈[J].四川建材,2008,34(4):191. [12]BUTALOV S L.Anchor support structure for contact sus pension of railroad metal bearings,has bracket rigidly fixed on bearing and interacts with anchor guy lines, where one of bracket is installed on bearing in displace able manner:RU,130925 -U1[P].2013 -08 -1. [13]Saa R.A Highproductivity Computational Tool to Model and Calculate Railway Catenary Support Structures[C]. Proceedings of the World Congress on Engineering(WCE 2012),2012:911 -16. 110 铁道建筑技术 RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2015(1 1)

富富资料
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档