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1摩天大楼建筑结构的发展概况1

1.1国内外摩天大楼发展历程1

1.2摩天大楼建筑结构体系10

1.3千米级摩天大楼结构设计研究内容与目标15

2千米级摩天大楼建筑方案与结构方案17

2.1建筑方案17

2.1.1设计理念17

2.1.2建设场址的选择17

2.1.3建筑方案比较18

2.1.4建筑造型与竖向交通20

2.1.5工程概况20

2.1.6建筑的平面、剖面及功能划分20

2.2结构方案23

2.2.1结构体系24

2.2.2基础26

2.2.3地下室结构27

2.2.4地上主体结构28

2.2.5塔尖38

3千米级摩天大楼结构设计40

3.1设计依据40

3.2材料40

3.2.1混凝土40

3.2.2钢筋42

3.2.3混凝土保护层42

3.2.4钢材42

3.3荷载43

3.3.1楼面荷载43

3.3.2风荷载44

3.3.3雪荷载48

3.3.4地震作用48

3.3.5荷载组合及折减51

3.3.6验算要求51

3.4位移与变形52

3.4.1受弯构件的挠度限值52

3.4.2水平变形限值53

3.5场地条件和基础53

3.5.1自然条件53

3.5.2地基基础设计54

3.6抗震性能目标55

3.7建筑结构规则性检查55

3.7.1高度及高宽比55

3.7.2平面不规则56

3.7.3竖向不规则60

3.7.4超限情况总结64

3.8整体性能弹性分析65

3.8.1计算模型65

3.8.2周期和振型65

3.8.3结构质量分布67

3.8.4层剪力和倾覆弯矩68

3.8.5剪重比71

3.8.6位移71

3.8.7框架承担剪力71

3.8.8弹性时程分析74

3.8.9整体弹性分析主要结果汇总77

3.9构件验算78

3.9.1框架柱78

3.9.2剪力墙81

3.9.3支撑90

3.10千米级摩天大楼耗能减震分析97

3.10.1千米级摩天大楼减震方法97

3.10.2千米级摩天大楼防屈曲支撑设计97

4动力弹塑性时程分析99

4.1计算分析方法99

4.2计算分析模型的构建99

4.3构件模型及材料本构关系100

4.3.1构件单元选择100

4.3.2材料本构关系选择101

4.4地震波输入103

4.5地震分析工况104

4.6地震分析过程104

4.7动力弹塑性分析结果104

4.7.1基本频率分析104

4.7.2重力加载分析105

4.7.3罕遇地震弹塑性分析109

4.7.4罕遇地震下主要结构构件的受力分析111

4.8分析结论124

5风洞数值模拟分析125

5.1计算风工程125

5.2稳态数值风洞分析125

5.2.1千米级摩天大楼稳态数值风洞模拟基本参数125

5.2.2千米级摩天大楼稳态数值风洞模拟工况126

5.2.3风环境计算128

5.3非稳态数值风洞技术131

5.3.1技术简介131

5.3.2技术创新132

5.4千米级摩天大楼风振数值分析134

5.4.1分析内容134

5.4.2技术路线134

5.4.3非稳态数值风洞模拟134

5.4.4风振分析138

5.4.5千米级摩天大楼气动弹性数值分析141

5.5数值模拟与风洞试验结果比较144

5.6结论144

6风洞试验146

6.1风气候分析146

6.1.1设计平均风速146

6.1.2设计平均风向147

6.2刚性模型测压试验149

6.2.1试验模型149

6.2.2来流风条件149

6.2.3试验方案150

6.3风振分析151

6.3.1计算模型151

6.3.2风振响应分析方法151

6.3.3顺风向风振分析153

6.3.4横风向风振分析160

6.4围护结构分析164

6.5雷诺数效应169

6.5.1雷诺数效应试验169

6.5.2雷诺数效应试验结论170

6.6气动弹性模型试验171

6.6.1气弹模型设计与制作171

6.6.2气弹模型风洞试验173

6.6.3气弹模型风洞试验结论174

6.7结论175

7加强层及巨型支撑研究176

7.1加强层概述176

7.1.1加强层的定义与类型176

7.1.2加强层的一般设计问题177

7.1.3加强层抗震设计概念和原则178

7.1.4加强层结构构件设计要求与构造措施180

7.1.5千米级摩天大楼加强层的研究工作181

7.2国内部分超高层建筑结构体系及支撑体系概述182

7.2.1上海中心182

7.2.2广州东塔183

7.2.3上海环球金融中心184

7.2.4天津高银117大厦185

7.2.5深圳平安金融中心大厦186

7.2.6中国尊187

7.2.7小结189

7.3千米级摩天大楼加强层方案比选190

7.3.1加强层伸臂桁架布置方案190

7.3.2周期比较190

7.3.3侧向刚度（地震剪力与地震层间位移的比）比较190

7.3.4楼层剪力及弯矩比较192

7.3.5楼层位移及位移角比较192

7.3.6伸臂对框架承担基底剪力的影响194

7.3.7伸臂桁架对结构刚重比的影响194

7.3.8结论194

7.4巨型支撑布置方案分析对比195

7.4.1方案介绍195

7.4.2巨型支撑对结构周期及刚重比的影响198

7.4.3巨型支撑对结构楼层侧向刚度比和层间受剪承载力比的影响198

7.4.4巨型支撑对结构楼层剪力的影响199

7.4.5巨型支撑对结构位移的影响199

7.4.6巨型支撑对结构框架承担基底剪力的影响200

7.4.7结论201

8结构主要节点与外包钢板剪力墙研究203

8.1钢管混凝土柱与钢梁、桁架以及支撑连接节点203

8.1.1节点设计原则、要求及目标203

8.1.2钢管混凝土柱与连接平台下人字形支撑连接节点204

8.1.3钢管混凝土柱与柱间支撑、连接平台桁架连接节点205

8.1.4钢管混凝土柱与两柱间支撑交汇处连接节点205

8.1.5连接平台桁架与连接平台下人字撑连接节点206

8.1.6巨型钢管混凝土柱与伸臂桁架连接节点207

8.2外包钢板混凝土剪力墙研究208

8.2.1钢板混凝土剪力墙的分类及性能208

8.2.2外包钢板混凝土剪力墙在分析设计软件中实现209

8.2.3外包钢板混凝土剪力墙YJK初步计算结果209

8.2.4千米级摩天大楼外包钢板剪力墙钢板布置研究210

8.2.5千米级摩天大楼外包钢板剪力墙多遇地震下承载力分析研究212

8.2.6千米级摩天大楼外包钢板剪力墙设防地震下承载力分析研究217

8.2.7千米级摩天大楼外包钢板剪力墙罕遇地震下承载力分析研究223

9施工过程力学及混凝土收缩徐变模拟计算分析229

9.1施工过程力学的概念229

9.2施工过程力学计算与常规结构设计计算的比较230

9.2.1几何形态的比较分析230

9.2.2材料性质的比较分析230

9.2.3结构体系刚度的比较分析230

9.2.4结构稳定性的比较分析231

9.2.5施工方法对结构内力重分布的影响231

9.3高强高泵程混凝土徐变与收缩231

9.3.1混凝土收缩徐变效应简述231

9.3.2混凝土收缩效应模型间横向比对233

9.3.3混凝土徐变效应模型间横向比对234

9.3.4混凝土收缩徐变效应的模型间总体比对237

9.3.5高强高泵程混凝土收缩徐变特点239

9.3.6钢管混凝土的收缩徐变效应探讨239

9.4高层结构施工过程的模拟计算240

9.4.1荷载分层叠加法的分析原理及其优缺点240

9.4.2施工阶段叠加法的分析原理及其优缺点241

9.4.3施工过程中找平因素的考虑241

9.4.4收缩徐变242

9.4.5施工过程中的动态跟踪模拟243

9.4.6塔楼施工的核心筒超前施工法243

9.4.7分析软件244

9.4.8施工模拟阶段划分244

9.4.9施工阶段模拟过程244

9.5千米塔施工过程数值分析245

9.5.1计算模型245

9.5.2计算假定245

9.5.3分析方法246

9.5.4分析内容246

9.5.5楼层竖向位移的比较和分析247

9.5.6竖向变形248

9.5.7框筒内外相对竖向变形248

9.5.8层间压缩量248

9.5.9内力响应规律分析249

9.5.10竖向变形250

9.6千米塔混凝土收缩徐变效应影响分析251

9.6.1竖向变形251

9.6.2核心筒领先施工层数影响分析251

9.6.3竖向变形253

9.6.4框筒内外相对变形253

9.7千米级摩天大楼结构变形预调控制254

9.7.1变形预调分析方法254

9.7.2变形预调分析结果258

9.8千米级摩天大楼伸臂桁架安装时序分析与优化259

9.8.1伸臂桁架连接工程实例260

9.8.2伸臂桁架对结构侧向刚度影响分析261

9.8.3伸臂桁架数量对侧向刚度影响261

9.8.4未连接伸臂桁架时结构侧向刚度分析262

9.8.5伸臂桁架附加内力发展规律及安装时序优化262

9.8.6典型连接方案分析263

9.8.7单个伸臂桁架附加内力发展规律263

9.8.8伸臂桁架合理安装时序确定方法263

9.9结论与改进266

10温度效应分析267

10.1竖向超长结构的温度效应267

10.1.1计算温差和温差内力267

10.1.2温度作用类型268

10.1.3温度分析工况269

10.2温度应力分析269

10.2.1计算模型269

10.2.2计算结果269

10.3减少或者控制温度效应的具体对策277

11地基基础研究278

11.1基础埋深278

11.2上部结构抗倾覆282

11.3地基的稳定和滑移283

11.3.1地基的稳定283

11.3.2地基的滑移284

11.4千米级地基基础方案284

11.4.1地下室设计284

11.4.2地基基础方案286

11.4.3地基承载力288

11.4.4地基沉降288

11.5千米级基础埋深优化探讨289

12外包钢板-混凝土组合剪力墙试验研究291

12.1国内外研究应用现状291

12.1.1外包钢板-混凝土组合剪力墙291

12.1.2外包钢板-混凝土组合剪力墙不同连接构造292

12.2多腔钢板-混凝土组合剪力墙试验研究293

12.2.1试件设计293

12.2.2材性试验295

12.2.3加载方案297

12.2.4测量方案297

12.2.5试验现象298

12.2.6试验结果分析299

12.3外包钢板-混凝土组合剪力墙有限元参数分析304

12.3.1分析参数的确定304

12.3.2有限元模型建立305

12.3.3参数分析结果306

参考文献314