重力作用下上海中心幕墙支撑结构与主结构协同分析

上海中心大厦外幕墙系统采用了分区悬挂的柔性幕墙支撑结构体系,各区段幕墙支撑结构顶部及底部均支承于弹性的主体结构边界(设备层/休闲层)上.各区幕墙系统悬挂重量重,以及由设备层/休闲层的竖向支承刚度柔且分布不均匀导致的设备层/休闲层的竖向变形大且分布不均,都将给支撑结构系统安全带来不利影响.通过将幕墙支撑结构与主体结构进行整体建模,对重力荷载作用下幕墙支撑结构与主体结构的协同工作特性,即幕墙支撑结构不均匀竖向变形特性,及其对幕墙板块安全、支撑结构受力的影响进行了详细的分析.并依据分析结果对设备层刚度、幕墙结构与主体结构的连接构造进行了优化调整,以改善幕墙系统变形与受力,确保幕墙系统的使用安全.     

上海中心大厦巨型悬挂式幕墙系统结构设计与思考

上海中心大厦外幕墙系统采用了分区悬挂的巨型柔性悬挂式幕墙支撑结构体系.该体系远离主体结构、几何造型扭曲、分区悬挂重量大、悬挂高度高、竖向支承刚度柔且不均匀,整个幕墙结构体系构成及传力较为特殊导致其与主体结构协同工作复杂,给结构设计带来许多前所未有的技术挑战.从方案到施工图设计过程,无论是结构体系还是节点构造均经历了多轮的反复论证分析与优化.尤其是采用整体模型协同分析,对水平和竖向荷载下幕墙支撑结构与主体结构协同工作性能、竖向地震反应、以及施工过程中幕墙支撑结构的受力特性等问题进行了深入地分析和研究.确保了工程建设的顺利实施,实际安装施工也验证了该结构设计的可靠性.上海中心幕墙支撑结构设计经历了艰辛的设计历程,其相关设计方法和成果是对现有高层建筑幕墙结构设计理念和方法的丰富和完善,同时也引发了对高层建筑复杂幕墙系统结构设计的新的思考.     

风和地震下上海中心幕墙支撑结构与主结构协同分析

通过将幕墙支撑结构与主体结构整体建模,对风荷载及水平地震作用下幕墙支撑结构与主体结构相对竖向变形特性及其对支撑结构受力影响以及竖向地震作用下支撑结构竖向不均匀变形、内力及加速度反应及其对设计的影响进行了详细分析与研究,研究结果表明,在水平荷载作用下,主体结构与环梁竖向相对变形引起径向支撑的附加弯矩,通过设置滑动构造可减小弯矩保证支撑受力安全;在竖向地震作用下,幕墙系统将产生较大的不均匀变形对板块产生不利影响、吊杆产生较大附加轴力、环梁竖向加速度反应显著,设计时应对以上不利因素进行评估以保证幕墙系统在地震作用下的安全.     

简化桩模型在土-结构相互作用分析中的应用

采用简化桩模型和多分段杆单元模型来模拟独立桩承框架结构.对一幢七层独立桩承钢筋混凝土框架结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的结构自振特性对比分析.然后依次输入9条地震波加速度记录,对结构进行了考虑与不考虑土-结构相互作用效应影响的地震反应时程分析.由大量的数值分析结果总结了土-结构相互作用对结构地震反应的影响规律,并用算例对部分结论进行验证.     

考虑主体结构的上海中心大厦幕墙地震响应分析

摘要： 在综合考虑上海中心大厦主体结构与其幕墙结构之间相互影响的基础上,建立了大厦工程的全尺度有限元模型,分析了大厦的低阶模态,并分析了多遇地震工况和罕遇地震工况条件下幕墙加速度放大系数、幕墙层间位移角和幕墙支撑结构应力的分布情况.结果表明,大厦幕墙结构具有较好的抗震性能,符合抗震设防目标.
关键词： 幕墙; 主体结构; 超高层建筑; 抗震性能
中图分类号： TU 311文献标志码： A     

施工过程对上海中心幕墙支撑结构的影响分析

通过对上海中心大厦幕墙支撑结构和主体结构的施工模拟分析,研究了幕墙支撑结构的变形预调值,并对主体结构变形引起的支撑结构附加内力进行了详细分析.研究表明,采用传统逐层找平的施工方法,施工完成后环梁与设计标高仍存在较大偏差,采用吊点预抬高和吊杆长度调整的措施对环梁标高进行预调整可保证幕墙的几何形态和安全使用;巨柱区间压缩量会引起幕墙支撑结构与主体结构楼面发生数值较大且分布规律复杂的竖向位移差,需通过施工模拟方法对幕墙支撑结构与主体结构间的滑动节点在主体压缩下的滑动行程进行确定,同时巨柱压缩也会引起径向支撑较大的附加弯矩,最大附加弯矩应力比达到0.3,其对幕墙支撑结构安全的影响不容忽视.     

超大型冷却塔考虑土—结构相互作用的三维有限元抗震分析

通过建立超大型冷却塔三维有限元模型,在考虑土—结构相互作用情况下,对结构进行动力特性分析,与刚性地基的结果进行了对比.用反应谱分析计算了单向地震的作用和效应,并采用双向地震与自重、风荷载、温度荷载工况进行了组合,得到了相应工况的内力和位移,为工程设计提供了参考.     

基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用分析

在土-结构动力相互作用简化分析中,基于弹性半无限地基的假定,采用双自由度集总参数模型来简化土层,建立了基于土层集总参数模型的土-结构动力相互作用的分析模型,主要研究了不同土层对上部结构地震反应的影响.分析了在中硬、中软两种场地上5层和15层结构的地震反应,并与刚性基础假定下同样结构的地震反应分析比较.结果表明,对比较刚性的结构考虑土-结构相互作用可能存在一定的有利因素;对高层建筑,土-结构相互作用可能导致结构在地震作用下的层间变形较大幅度增加,是不利因素.     

不同地震波输入机制下的结构振动台模型试验

设计了一个10层框架结构,直接置于振动台上进行模型试验.讨论不同输入机制对结构地震反应的影响.在进行了土层自由场、土结构相互作用体系的振动台试验的基础上,选择三种试验记录作为该模型结构振动台试验的台面输入,分别为先期试验中的振动台输入、自由场试验中的地表记录、土结构相互作用体系试验中模型结构基础上测得的记录.把试验结果与土结构相互作用体系的试验结果作对比,讨论不同输入模式的合理性.试验结果表明:不考虑土层因素,直接将基岩波作为输入,与实际误差最大,将自由场的反应作为输入时误差有所减小,而将土-结构体系基础上的反应作为输入时结构反应与实际情况更为接近,但有时会低估结构的反应.     

核电厂结构的楼层反应谱分析

对核电厂结构,考虑土-结构相互作用进行随机地震反应分析,着重探讨地基土特性的不确定对核 电厂结构楼层反应谱的影响．在运用ANSYS软件对核电厂结构进行有限元建模时,通过设置边界弹簧单元 和阻尼装置来考虑土-结构相互作用;并且通过设置不同的弹簧刚度和阻尼系数,来模拟土特性参数的不 确定性．数值仿真分析以及随机分析与确定分析的结果对比,揭示了土-结构相互作用对核电厂结构楼层 反应谱的影响规律以及核电厂结构楼层反应谱对地基土参数不确定的敏感性．由此可以得出结论,随机分 析方法能够很好地反映核电厂结构的楼层反应谱特征,且确定分析方法是随机分析方法的特解,从而为应 用概率方法和确定方法评估核电厂结构地震反应的参数敏感性提供了理论依据．     

高层悬挂结构卸载分析与监测

高层悬挂结构因其悬挑跨度大、施工难度高,在采用顺向施工方法时需在悬挂结构下方设置临时支撑,待其与主体结构形成整体后再拆除临时支撑.临时支撑卸载过程较为关键,在此过程中结构受力体系会发生重大转换.为验证卸载技术的可靠性确保结构安全,以珠海仁恒滨海中心复杂高层悬挂结构为例,分别采用位移控制和支撑反力控制两种方法对其卸载过程进行了分析,并在卸载实施过程中选取关键构件的应力及关键点的竖向变形进行了跟踪监测.卸载分析与实测数据对比表明:以位移控制卸载和以支撑反力控制卸载对于刚度较大的本悬挂结构而言结果较为接近,且与实测结果总体相符;卸载完成后结构整体受力体系形成且趋于稳定.在此基础上,对悬挂结构卸载敏感性进行研究,通过对最不利支撑反力及支撑点变形进行分析,发现卸载过程中某一支撑点失效会导致其相邻支撑点反力、上部桁架的竖向变形及杆件应力发生较大变化,因此卸载过程中应采取有效措施以避免该类意外问题发生.     

大比例缩尺模型振动台试验及有限元分析

为研究复杂结构的抗震性能,进行了一幢钢框架-支撑结构体系1/20缩尺模型的地震振动台试验,试验测试了模型结构的动力性能和结构地震反应.同时,利用ANSYS软件建立了有限元分析模型,并对试验模型结构进行了动力弹塑性时程分析,就模型的频率、位移反应和应变反应进行了对比,计算结果和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性.     

建筑结构动力分析有限元模型

为了正确处理结构—地基动力相互作用 ,改善以往固定边界模型将地震能量全部陷入结构计算模型的不合理状况 ,以框架结构为例提出了建筑结构地震反应分析的有限元模型及其透射边界。模型中采用四结点平面应力等参单元模拟上部框架结构的梁柱构件。地基采用平面应变四结点等参单元离散 ,在地基有限元网格中设置底部透射边界和侧面捆绑边界以考虑结构—地基的动力相互作用。算例表明上述建筑结构地震反应分析的有限元模型给出了合理的结构地震反应 ,可进一步应用于地震时结构几何与材料非线性响应直至结构破坏时的计算机仿真。     

基于桩-土-结构相互作用连续刚构桥的地震性能研究

文章对某特大桥桩-土-结构进行地震反映分析.通过对无桩模型、截桩模型以及全桩模型的对比计算分析,得出忽略桩土相互作用可能导致不完全的结果,因此适当考虑桩-土结构的相互作用,选择合适的模型进行分析十分重要.     

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析．针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算．     

考虑动力相互作用的变电站数值模拟和损伤评估

基于主-子结构动力相互作用机理、隐式动力学数值模拟分析及振动台试验,对考虑主-子结构相互作用的变电站结构体系的抗震性能及破坏模式开展了系统研究,分别从内力、位移、加速度等多方面进行了结构体系的地震反应分析,得到了电气设备与主体结构的相互作用机理及电气设备的动力放大系数,并定量分析了动力特性和地震响应值;提出了主体结构的抗震性能目标;基于位移修正系数法建立了变电站主体结构的层损伤评估模型和整体损伤评估模型,并通过振动台试验验证了所提出损伤评估模型的正确性.研究结果对同类生命线工程和具有复杂设备工业建筑的抗震设计和震损评估具有重要借鉴作用.     

考虑桩-土动力相互作用的钢管混凝土拱桥地震反应分析

以上覆土层为60 m的主跨为85 m,采用桩承墩基的钢管混凝土拱桥为分析对象,建立三维有限元模型.地基土采用服从Drueker-prager屈服准则的弹塑性模型,并且采用接触对方法模拟土与桩侧面的相互作用,分析了考虑土与结构动力相互作用效应的拱桥地震反应,并与不考虑相互作用的拱桥地震反应作了对比,发现动力相互作用对横桥向反应影响很大.     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton-Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

桩-土-结构相互作用对连续梁桥抗震性能的影响

本文以跨浅海水道连续桥为研究对象,采用质量弹簧体系模拟基础和地基,用有限元通用软件分别建立了该桥的考虑桩-土-结构作用的全桩模型、将基岩中桩截去且考虑桩-土-结构相互作用的截桩模型和不考虑桩-土相互作用的无桩三维有限元模型.以此为基础,对该桥进行三维地震动态时程分析,分析了桩-土-结构相互作用对该桥动力特性的影响和不同地震动输入下桩-土-结构相互作用对该桥位移反应、内力反应等地震响应的影响.     

重力式海洋平台地震反应分析

本文对重力式海洋平台在地震扰动下的动力反应进行了试验研究和理论研究,主要工作如下; 1.对1:50的重力式平台模型在地震模拟振动台上进行了无水和有水两种情形下的对比试验,测定了模型的自振频率、振型阻尼比和地震反应。2.对重力式海洋平台进行了地震反应分析。所选择的计算模式考虑了地基-结构间的相互作用,并考虑了由于甲板质量存在偏心而引起的扭转效应。用附加质量和附加阻尼的方法考虑了流体-结构间的相互作用。3.用Fortran语言编制了计算机程序,并对所模拟的原型进行了参数研究,得到了原型在地震扰动下的动力反应,可供平台设计人员参考。