摘要：含端板螺栓连接耗能梁段的高强钢框筒结构(SFTSs)可以有效改善传统钢框筒结构的抗震性能,且可实现震后功能可快速恢复,是一种新型的高层可恢复功能结构。由于现行规范的抗震设计方法无法准确预测和控制结构的弹塑性性能,可能会使结构损伤集中于个别楼层出现薄弱层。为了设计具有理想失效模式的SFTSs,建立该结构体系“小震不坏,中震及大震可修,巨震不倒”的四水准抗震设防性能指标。考虑不同地震水准作用下的性能目标,采用三线型的能力曲线对传统的基于能量平衡的塑性设计方法进行改进,且考虑结构高阶振型和屈服后刚度的影响,提出了SFTSs基于性能的塑性设计方法。采用建议的设计方法设计了一个30层的结构算例,并基于OpenSees对结构算例进行弹塑性时程分析。结果表明:采用提出的设计方法设计的结构算例能够实现结构预期的失效模式以及不同地震水准作用下的性能目标,结构具有良好的抗震性能,验证了所提出的基于性能的塑性设计方法的有效性,可以为SFTSs的工程设计提供参考。

摘要：含可更换剪切型耗能梁段钢框筒是一种耗能性能良好的结构,利用位于部分裙梁跨中的耗能梁段集中塑性变形,有利于震后损坏耗能梁段的快速替换和结构功能的快速恢复。在整体结构的设计和性能分析中,Q235耗能梁段的超强系数和剪切铰模型至关重要。利用SAP2000软件设计了一个30层原型结构,通过试验验证了有限元建模方法的正确性,比较了两种子结构的性能,基于简化的子结构考察了柱轴压比、耗能梁段长度比的影响,以及Q235剪切型耗能梁段的屈服和抗拉强度不同组合下的超强系数,对耗能梁段的剪切铰参数进行了建议。研究表明:随着子结构柱轴压比的增大,子结构的水平力逐渐减小,但耗能梁段的滞回性能基本不变;建议用于钢框筒中的剪切型耗能梁段的长度介于1/8~1/4柱中心线距离,且耗能梁段的长度比建议采用0.79~1.30;长度比为0.79,0.96,1.13,1.30和1.46的Q235耗能梁段的平均超强系数分别为1.62,1.58,1.57,1.52和1.47,钢材的抗拉强度对耗能梁段的超强系数影响较小;用于剪切型耗能梁段端部连接设计的剪力可取1.3倍的预期受剪承载力。

摘要：钢框筒结构是空间受力结构,Pushover分析时侧向力直接施加在腹板框架上是否合适和对钢框筒设计安全性的影响需要评估。利用SAP2000软件对2个30层钢框筒结构进行了双向地震弹塑性时程分析和四种侧向力分布方式的Pushover分析,并比较了它们的层间位移角、基底剪力、塑性铰分布,以及分析了高度等效分布中高度影响因子k的影响。研究表明:倒三角分布、多振型组合分布(SRSS分布)和高度等效分布与时程分析的结果存在一定的偏差,不足以考虑大震下剪力滞后效应对结构偏下楼层的柱的影响;均匀分布在大震下的塑性铰分布可在一定程度上预测偏下楼层可能的柱铰和梁铰;高度等效分布在中震或大震下过高估计了高阶振型的影响,可考虑k取1.4来减小这种影响。Pushover方法在钢框筒的初步设计中具有一定的价值,宜优先考虑SRSS分布和均匀分布方式,且应重点关注大震下的塑性铰分布,仍建议在Pushover分析基础上用弹塑性时程分析进行双向或三向大震下的校核。

摘要：含可更换剪切型耗能梁段钢框筒是一种新型消能减震结构,利用部分裙梁跨中耗能梁段集中塑性变形,方便震后快速替换和结构功能恢复。利用时程分析进行该结构截面的初选计算成本高,常用侧向力分布方式与时程分析的分析结果差异以及对该结构设计安全性的影响需要评估。利用SAP2000软件对1个30层含耗能梁段钢框筒进行了双向地震下的时程分析和五种侧向力分布方式的Pushover分析,并比较了"三水准"下的楼层位移、层间位移角、层剪力、层倾覆弯矩、性能点,以及大震下的柱轴力、塑性铰分布,并评价了各侧向力分布方式的影响和给出了该结构的一些设计建议。研究表明:各侧向力分布在含耗能梁段钢框筒的性能评估中有一定的参考价值,单一侧向力分布均不足以预估它的性能,宜考虑两种或多种侧向力分布来评估其性能;大震下各侧向力分布的最大层间位移角明显高于时程均值,各侧向力分布下结构的延性系数约为2;在含耗能梁段钢框筒的初步设计中,可根据均匀分布、SRSS分布、高度等效分布初选构件截面,最后宜采用时程分析对截面进行校核。

摘要：提出了一种震后功能可快速恢复的新型结构体系含可更换剪切型耗能梁段-高强钢组合框筒结构(简称HSS-SFTS)。为研究和比较HSS-SFTS与传统钢框筒结构(简称FTS)的抗震性能,给出了HSS-SFTS的初步设计方法,采用SAP2000各建立一个40层的HSS-SFTS和FTS算例结构,对有限元模型进行静力弹塑性分析。结果表明:HSS-SFTS在罕遇地震性能点处的层间侧移角小于FTS的相应值,结构延性得到有效提升。结构层间侧移角达到抗震规范弹塑性转角限值1/50时,HSS-SFTS中耗能梁段塑性铰处于LS状态,可以满足抗震规范中“大震不倒”的设计理念。承载力极限状态时,HSS-SFTS的层间侧移角沿结构高度方向分布均匀,没有出现明显的薄弱层,且其塑性变形与损伤主要集中于耗能梁段处,具有理想的整体破坏模式。新型结构体系有效改善了传统框筒结构的抗震性能,降低了水平地震作用,使得除耗能梁段外的非耗能构件受损程度减轻,此种新型高层钢结构更易于震后修复与功能的快速恢复。

摘要：等效实膜筒法较适合预估低烈度区钢框筒结构的构件尺寸,但当设防烈度较高时,预估出的构件尺寸偏小,需多次调整方可满足规范要求。针对该问题,提出了基于多遇地震作用下最大层间位移角与风荷载下最大层间位移角相等时多遇地震作用的相当风压概念,建议求顶点侧移时取相当风压与基本风压的较大值,可用《建筑抗震设计规范》中底部剪力法计算基底剪力的公式来估计相当风压下的基底剪力,通过多种影响因素分析验证了其可行性;此外在对多个钢框筒算例分析的基础上建议用等效实膜筒法时风荷载下的顶点侧移角限值可保守取1/450;最后用一个30层钢框筒算例验证了改进方法的有效性。改进后的等效实膜筒法对处于不同抗震设防区的钢框筒结构的构件尺寸预估均有较好的适用性。

摘要：含可更换剪切型耗能梁段组合钢框筒可克服传统钢框筒延性差和震后修复困难的缺点,有助于其在较高烈度区的应用。高层钢框筒用轴压比和等效实膜筒法确定的构件截面尺寸较粗糙,需反复试算和调整。为方便所提出的组合钢框筒结构的初步设计和抗震性能研究,给出了该新型结构各构件截面尺寸的预估方法,并通过组合钢框筒算例利用双向地震弹塑性时程分析方法验证了所提出预估方法的有效性;同时比较了罕遇地震下钢框筒与组合钢框筒的层间位移角、楼层位移、基底剪力、剪力滞后效应、塑性铰分布。研究表明:所给出的构件尺寸预估方法具有较好的效果,能够实现罕遇地震下塑性变形集中于耗能梁段,便于震后修复和功能恢复;罕遇地震下,相对传统钢框筒,组合钢框筒的各楼层的弹塑性层间位移角、楼层位移均明显减小,且其水平主向的基底剪力峰值明显减小,具有良好的减震效果,此外其角柱的轴力绝对值明显降低,减小了剪力滞后效应。

摘要：针对传统框筒结构延性差和震后修复困难的问题,提出了一种新型框筒结构形式——含可更换剪切型耗能梁段的组合钢框筒结构。为了体现这种结构的性能优势,利用SAP2000软件进行了静力弹塑性分析,将其与传统钢框筒结构(1个Q460钢框筒结构和2个Q345钢框筒结构)的承载力、层间位移角、楼层剪力、层刚度、剪力滞后效应、塑性铰分布和用钢量进行了对比,并给出一些设计建议。分析结果表明:该新型结构相对于Q345钢框筒结构可节省用钢量约15.5%;其翼缘框架剪力滞后效应与传统钢框筒结构相差不大;该新型结构的延性系数为1.73,相较于传统钢框筒结构的延性系数可提高26.3%;与传统钢框筒结构相比,该新型结构在中震和大震下可降低地震作用约20.1%和33.6%,并且将结构的塑性变形集中在可更换耗能梁段上,方便震后的识别和替换。在高烈度区,该新型结构的主体抗侧力构件钢材建议采用Q390~Q460,剪切型耗能梁段钢材建议采用LY160~Q345。

摘要：为了改善传统钢框筒结构抗震性能较差的问题,提出了带端板螺栓连接可更换剪切型耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RSLs)。考虑耗能梁段长度和楼板的影响,设计了3个2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RSLs子结构试件,对这3个试件进行低周往复加载试验并进行耗能梁段的更换,研究HSS-FTS-RSLs的抗震性能和震后可更换能力。试验结果表明:带端板螺栓连接的子结构试件在地震作用下滞回曲线饱满,损伤主要集中于耗能梁段,具有良好的抗震性能;更换耗能梁段后不会影响结构的刚度和承载力以及连接处的传力性能,结构的可更换允许残余层间侧移为0.40%;楼板可以使结构的弹性刚度和承载力分别提高7.40%和5.21%,楼板损伤主要集中在耗能梁段与裙梁连接区域上方;剪切型耗能梁段在循环荷载作用下超强系数为1.63~1.81,最大塑性转角可达到0.15~0.21rad,呈现出良好的超强和变形能力;耗能梁段长度比e/(Mp/Vp)(其中e为耗能梁段长度,Mp、Vp分别为耗能梁段的塑性受弯承载力和塑性受剪承载力)越小,结构的刚度和承载力越高,耗能梁段的变形能力越强。

摘要：为了改善传统钢框筒结构抗震性能差和震后不易修复的缺陷,在裙梁跨中设置可更换双槽钢耗能梁段,提出含双槽钢腹板螺栓连接的钢框筒结构(SFT-WSL)。首先介绍了SFT-WSL构件的设计要点;然后根据结构的受力变形特点得到结构的滞回耗能修正系数,用以考虑双槽钢腹板螺栓连接变形的贡献,可用于基于性能的结构塑性设计;其后提出了结构的有限元建模方法,通过子结构试验结果验证了有限元模型的准确性;最后设计了一个30层的SFT-WSL算例,并对该结构算例进行了弹塑性分析和基于增量动力分析(IDA)的结构抗倒塌易损性分析。分析结果表明水平荷载作用下结构呈现出理想的延性破坏,结构能力曲线呈明显的三线形。多遇地震作用下,所有构件均保持弹性状态;罕遇地震作用下,耗能梁段屈服并充分发展塑性,耗散地震能量;极罕遇地震作用下,框架体系的裙梁进入塑性,保证结构不倒。结构算例的修正倒塌储备系数远大于允许值,表明设计的结构算例具有足够的抗倒塌能力储备。