神农大剧院结构设计

介绍了神农大剧院采用的结构形式,即上部大跨度空间钢结构外壳,下部混凝土结构,着重介绍了下部混凝土部分的设计,包括结构选型,模型建立,计算数据分析,关键构件设计,通过对该项目的介绍,为类似工程设计积累了经验。     

华北科技学院多功能体育馆结构设计

华北科技学院体育馆下部结构为钢筋混凝土框架剪力墙结构,游泳馆以及网球馆上空采用跨度为30m和20m跨度的钢筋混凝土预应力梁,体育馆上部屋盖是大跨度空间钢结构网架结构。对上部屋盖结构以及下部混凝土结构各自单独计算,并对组装结构的整体模型进行计算,采取包络设计。     

某体育馆结构的整体与单独分析对比

对于体育馆类大跨度空间结构的设计与分析,传统方法往往把上部钢结构屋盖和下部混凝土结构分别单独分析,这种方法与整体分析相比,既没有考虑上部结构刚度对下部结构的有利作用,也没有考虑下部结构对上部结构反应效应的放大;本文以济宁射击射箭馆为例,对该结构的整体模型与单独模型进行模态对比和在静力,地震,风,温度等作用下的响应进行对比,证实该结构类型在整体分析下能够得到更为合理的结果,同时为类似的工程设计提供参考。     

大跨度钢结构应用及其设计要点探讨

大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型,本文结合某大跨结构设计实例,从比较混凝土结构、组合结构以及钢结构出发,分析比较钢结构应用于大跨度空间结构中的优势,同时结合笔者从事大跨度钢结构设计实践经验,提出大跨度钢结构设计要点,旨在能为大跨度钢结构设计提供参考借鉴。     

东方艺术中心钢结构屋架的抗震设计研究

东方艺术中心钢结构屋架具有大跨、长悬臂及异形等特点,提出采用空间钢结构桁架的屋架形式,并且设置200mm的抗震缝将整个屋盖分割成五个区域。通过设置水平支撑及采用多种类型的抗震支座来解决抗震设计中出现的问题。常规设计仅对钢屋架单独模型进行抗震分析。本文通过对三种模型(钢屋架单独模型,考虑混凝土筒体、顶部环板及钢屋架在内五个区域各自的单独整体模型及将五个区域一并考虑的整体模型)的抗震分析发现:(1)在7度抗震设计区,当荷载作用较大、采用固定及滑动支座的大跨或长悬臂桁架结构应进行竖向、水平地震的抗震验算。(2)空间钢结构桁架周期相当密集。在做动力分析时需要考虑更多的振型数以满足精度的要求。(3)由于钢屋架支承于高处,混凝土筒体的存在对屋架内力的影响不能忽略,因此,设计中采用单独整体模型更为合理。(4)单独整体模型的计算结果与整体模型相比偏安全。     

上海浦东足球场整体模型分析与计算

上海浦东足球场整体结构由一层地下室结构、地上钢结构看台和大跨度钢结构屋盖三部分组成,地上看台结构采用钢框架+屈曲约束支撑体系,屋盖采用轮辐式张拉体系。屋盖和下部结构单独分析,不能体现上下结构之间的相互影响。为更可靠合理进行整体结构设计,采用了整体模型分析作为单体模型分析的重要且必要的补充。整体模型分析工作主要包括多遇地震、设防地震下的弹性分析,罕遇地震下的弹塑性时程分析,以及超长混凝土结构应力分析。结果表明：单体分析存在局限性,整体模型的足球场结构受力安全。     

济南奥体中心体育馆整体结构分析

济南奥体中心体育馆下部采用多层混凝土框架筒体结构,上部采用弦支穹顶结构.弦支穹顶的优化与找力分析采用单独的钢结构模型进行,以改善上部单层网壳的内力分布和水平、降低支座水平推力为优化目标,得到索杆体系的自平衡内力.设计中进一步采用整体总装模型进行分析以考虑下部混凝土结构的影响,校核上部钢结构,进行钢、砼结构连接界面构件设计.通过整体分析还研究了混凝土结构的弹性支承刚度退化对上部钢结构特别是拉索预拉力损失的影响及整体结构中弦支穹顶钢结构地震响应的变化规律.     

温岭博物馆结构设计

温岭博物馆利用混凝土核心筒1~4、唯一1根垂直柱及14根落地外壳钢斜柱作为竖向支撑构件。通过在楼层板下设置的水平支撑系统、外壳壳面内的支撑系统,以及为控制竖向位移在楼层间设置的垂直支撑系统,综合构成一个完整的空间钢结构构架。平面和立面均无规则可循。为满足结构设计安全及使用要求,采用SAP2000V15.1及MIDAS Gen8.0对结构进行了整体分析计算,大跨度室内楼梯的舒适度验算,及大跨度屋盖结构的整体屈曲稳定分析。分析结果表明:温岭博物馆主体结构稳定可靠,大跨度室内楼梯满足正常使用和舒适度的要求,大跨度屋盖结构具有足够的稳定承载能力。     

威宁体育馆上下部结构控制性整体分析

目前,国内许多体育馆采用上部网架,下部混凝土框架的结构形式。由于设计的不足,一般将上、下部结构分别建模进行计算,与整体的计算相比会有误差。以贵州省威宁体育馆为工程背景,整体建模分析,检验钢结构网架、钢结构幕墙和下部结构各自单独设计采用的主要设计指标、假定条件是否与本次上、下部结构整体分析相同。为设计人员的结构作为参考。     

莲花穹顶的温度效应分析

济南奥体中心莲花体育馆弦支穹顶结构为目前世界上跨度最大的肋环型布索形式的球面弦支体系.弦支穹顶结构为一新型的大跨度空间结构体系,该体系在正常使用过程和施工张拉过程中的温度作用影响不容忽视.本文采用单独钢结构模型和整体结构模型两种计算分析模型对温度作用的影响做了初步分析.钢筋混凝土构件和钢结构构件(包括索)由于材料导热系数、热膨胀系数、截面尺寸及构件体积等的差别其中面的温度时程变化并不是同步同幅的,本文参考大体积混凝土的温度梯度变化模式、济南当地的气象统计资料及本工程结构健康检测的实测数据对莲花穹顶的温度效应做了对比分析并给出了初步结论和建议.     

钢筋混凝土核心筒——钢网壳结构抗震分析

通过对钢筋混凝土核心筒———钢网壳结构进行数值模拟,探讨该体系在地震作用下的协同工作性能。地震时,网壳和核心筒振动不协调,两者之间的连接处容易发生破坏。结果表明,这种上部钢网壳结构,下部钢筋混凝土结构体系,在地震力的作用下,网壳结构的变形比较明显。     

组合空腹梁的静力特性研究

提出了一种新的组合空腹板结构形式,它由下层交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成。为研究该类结构的静力特性,对组合空腹板的组成单元——组合空腹梁进行了足尺模型试验,侧重研究组合空腹梁下层钢肋、上层混凝土板的内力分布规律;对组合空腹板建立了基于空间梁单元与壳单元的混合元计算模型、空间壳单元计算模型两种有限元分析方法,对试验模型进行了理论分析。将试验数据、两种有限元计算方法的计算结果进行了比较。研究结果表明,组合空腹梁的内力分布均匀,能较好地发挥材料强度,具有刚度大、整体性好的特点;对简支组合空腹梁,其下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,弯曲应力在总应力中占了较大的比例;研究结果同时也验证了理论分析的可靠性。     

广州亚运城体操馆结构设计

广州亚运城体操馆屋盖结构体系由比赛区直腹杆拱架体系、训练区桁架体系和飘带区单层网壳三个大单元构成,各单元通过内外环梁和H形钢梁连接。将上部钢结构与下部混凝土结构进行整体建模计算,通过节点有限元分析确定了直腹杆拱架节点刚接形式,总结了判断节点刚度的标准。通过精细分析,确定了主要受力构件——柱和直腹杆拱桁架各杆件的计算长度。对支撑体系进行优化设计,确定结构抗侧刚度。通过大悬臂端铺设应力蒙皮板计算分析,表明应力蒙皮板起到了一定的抗震作用。最后对本工程进行了弹塑性时程分析,考察了整个结构大震下的受力特征,分析表明支撑钢屋盖的内环柱及外环柱均处于弹性状态,下部混凝土柱基本处于弹性状态。     

西安国际展览中心钢结构设计

西安国际展览中心钢结构采用直接焊接的钢管结构 ,包括带斜拉索的大跨度空间桁架、装饰网壳和门厅抗风桁架等几部分。各楼层的梁板柱 (包括悬挂斜拉索的立柱 )为钢筋混凝土结构。由于结构形式复杂 ,结构分析采用整体空间模型 ,并采用了较为合理的相贯节点和销钉连接形式 ,可供其他工程参考     

预应力装配式高耸风电塔架受力性能研究

预应力装配式高耸风电塔架下部为预制装配式混凝土塔筒,上部为钢塔筒,上端锚固于法兰环,下部锚固于基础内部。在风电塔架体内沿环向均匀布置竖向预应力拉索,张拉后将上部钢塔筒和下部装配式混凝土若干塔筒连接为整体。针对中间转换部分,采用转换段法兰环、变截面混凝土、预制混凝土竖向缝以及水平缝等连接构造。为研究该结构及各连接构造的受力性能,开展精细化有限元分析、拉索107次高周疲劳性能试验以及1∶3大比例尺模型试验,得到了结构关键部位的力学响应和破坏模式等。结果表明：设计荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒表现出弹性特征,可以安全地承受设计荷载;极限荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒段承载力储备充足,且上部钢塔筒先于混凝土塔筒段出现屈曲破坏,混凝土塔筒与钢塔的承载力比例设置合理,避免了混凝土塔筒先于钢塔筒破坏,验证了结构体系和连接构造设计的可行性;疲劳试验及有限元分析结果表明拉索能承受107次的疲劳次数,满足抗疲劳安全性要求。     

大跨度空间屋盖管桁架钢结构分析

本文以某体育会展中心为例,介绍大型空间结构屋盖管桁架钢结构设计的关键技术,包括钢结构整体计算、结构稳定性计算(包括线性屈曲分析和非线性屈曲分析)、弹性时程分析、铰接支座的受力分析和铸钢空心球节点承载力验算的计算分析结果.由于上部钢结构和下部混凝土结构材料特性的差异,对上部钢结构和下部混凝土整体模型进行了分析计算.     

乌鲁木齐国际机场T3航站楼结构设计

乌鲁木齐国际机场T3航站楼主楼为钢与混凝土混合框架结构。本文介绍了主楼屋盖双层网壳钢结构设计。大跨度双向弯曲面网壳钢屋盖结构布置轻盈通透,创造出了一个开阔、明亮的大空间体,结构设计最大限度地满足了建筑造型及使用功能要求。     

组合肋壳非线性分析

组合肋壳是一种新型组合空间结构形式,基于非线性有限元理论,利用空间梁单元和曲边壳单元,考虑结构非线性影响,推导了T.L.坐标系下结构单元刚度矩阵,采用增量迭代法和弧长法对整个受力过程进行全过程跟踪,得到组合肋壳的极限承载力,并对结构承载力影响因素进行了系统分析,最后与带肋钢筋混凝土薄壳以及光滑混凝土壳体进行了比较.分析结果表明,随着矢跨比和截面尺寸的增大、边界条件接近刚性,组合肋壳的极限承载力增大;与其它两类壳体相比,由于组合肋中钢肋的存在,使得组合肋壳整体刚度增大,承载能力提高,结构的薄膜内力分布更为合理.     

上海世博会中国馆结构弹塑性时程分析

上海世博会中国馆东方之冠建筑造型和结构体系独特,结构为复杂大跨大悬挑钢-混凝土混合结构,主体结构为四个混凝土筒体,上部楼屋面采用混凝土梁板体系、型钢梁-混凝土板梁板体系和钢桁架梁-混凝土板梁板体系。由于上部结构悬挑较大,结构1阶振型为扭转振型,不满足现行建筑抗震设计规范的要求。采用NosaCAD2005有限元程序建立整体结构分析模型,压弯构件采用纤维截面模型,墙体采用非线性平板壳单元,以反映构件非线性复杂受力情况。通过7度多遇和7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构的变形、内力、破坏情况的发展历程。计算结果表明,小震情况下,结构构件未出现损坏;大震情况下,结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,筒体构件损坏顺序和分布较为合理,能在一定程度上耗散地震输入能量。出现塑性铰的杆件未超过极限承载能力,结构可以满足"小震不坏"、"大震不倒"的抗震设防要求。最后根据构件的受力或损坏情况,给出了设计改进建议。