国家体育场大型柱脚-混凝土承台设计研究

根据国家体育场大跨度钢结构柱脚的受力特点，提出一种适用于大型钢结构的新型半埋入柱脚形式。在柱脚-混凝土承台模型的有限元分析与柱脚锚固件的锚固性能试验的基础上，形成了大型柱脚-混凝土承台的设计方法。该类柱脚在国家体育场钢结构中的实际应用情况表明，本文提出的柱脚形式与设计方法对于大型钢结构具有很好的适用性和广泛的应用前景。     

国家体育场大跨度钢结构罕遇地震性能分析

采用杆端塑性铰模型、动力弹塑性分析法和静力弹塑性分析法对国家体育场大跨度钢结构罕遇地震作用下的性能进行了分析。三维动力弹塑性分析的输入包括4组地震记录和1组人工地震波;静力弹塑性分析包括单向、双向和三向推覆共12种工况。结果表明,罕遇地震作用下,国家体育场大跨度钢结构最大位移小于其限值;主结构的塑性铰主要出现在桁架柱,数量很少,且屈服程度较轻;次结构的塑性铰数量少,极少数铰的强度下降至残余强度;结构的整体刚度没有下降,承载能力未达到最大。国家体育场大跨度钢结构设计达到了预定的抗震设防性能目标。对静力和动力弹塑性分析两种方法的结果进行了比较,探讨了静力弹塑性分析合适的加载模式,为大跨度钢结构的静力弹塑性分析提供了参考。     

扭曲箱形构件的空间坐标表示法

国家体育场屋盖结构的几何构型非常复杂,立面和肩部构件均为扭曲箱形构件,在设计中采用了三维建模软件CATIA解决复杂建筑结构的空间建模问题。由于扭曲箱形构件在建筑工程中极少应用,传统的制图方式已经无法表达其几何形状,本文提出一种适合于扭曲箱形构件的节点坐标表示法,通过构件棱线上的特征点、端点或与其他构件的交点,采用三次B样条曲线拟合构件的棱线,以获得扭曲箱形构件连续光滑的轮廓线。本文给出了空间坐标法误差控制原则、控制点间距计算方法、曲率突变点的处理方法等。最后,文中给出了施工图表示方法与数据检验的实例。     

高层建筑结构分析的样条单元法

本文针对高层建筑结构的特点，提出一种能广泛适用于高层建筑结构分析的样条单元法。在考虑单元的分片样条插值时，适当地选择纵向与横向样条插值函数的次数，从而有效地减少了计算自由度。与传统的有限条法相比，本文的样条单元能够很方便地处理具有不规则开洞与边界条件的结构形式。剪力墙与筒体结构的计算实例表明，这种单元具有优越的静动力性能。     

超长大跨结构多点激励的若干问题研究

多点地震激励对超长大跨结构地震反应分析有重要意义,视波速是多点地震激励的重要参数,目前其确定方法尚无统一认识,并且多点地震激励分析中未考虑基础刚度对结构的影响。文章分析影响视波速取值的因素,给出了视波速的取值方法,并提出地震反应分析中考虑基础刚度的模型及基础刚度的计算方法。以某机场航站楼设计为工程背景建立计算模型,采用时程分析法进行考虑基础刚度影响的一致与多点地震激励,分析视波速以及基础刚度对超长大跨结构多点激励的影响。结果表明,视波速的大小将直接影响结构受多点激励影响的强弱,工程中应重视视波速的合理取值;基础刚度对超长大跨结构行波效应的影响由结构底部向上递减,对结构下部楼层的影响较为显著;刚性基础可能会高估多点地震激励对结构最大楼层总剪力、层间位移角以及框架柱内力的影响,而屋盖构件内力反应受基础刚度的影响不大。     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

鄂尔多斯东胜体育场活动屋盖驱动与控制系统设计

在鄂尔多斯东胜体育场活动屋盖中采用钢丝绳驱动系统,对传统的钢丝绳驱动方式进行了重大改进,卷扬设备牵引相对较远一侧的活动屋盖,传力直接明确,作用于固定屋盖的反力显著减小,驱动可靠性提高。在活动屋盖每榀桁架端部设置2个台车,形成扁担效应,增加了结构的稳定性,减小单个台车的荷载,大大降低了轨道桁架杆件与轨道梁的局部压力。台车设置了竖向变形与横向变形调节装置,确保活动屋盖运行平稳,可以有效避免单个台车超载。开合控制系统具有完善的信号采集、监控以及诊断功能,通过均布荷载与纠偏控制,可以实现高精度同步控制,具有完备的安全应急保证系统,保证开合操作在各种紧急情况下的安全性,此外,还针对该工程制定了详细的活动屋盖运行管理规定。鄂尔多斯东胜体育场投入使用后,活动屋盖运行情况良好,在驱动与控制系统方面的成果可供类似工程参考。     

波纹状悬挑大跨屋盖的风荷载特性

采用同步测压风洞试验技术,对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究,重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明,波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制,但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数,相对于光滑表面悬挑屋盖,最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%,脉动弯矩系数增加20%,但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大,特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值,波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时,不考虑波纹形状的影响是不安全的。     

航站楼使用阶段钢结构温度取值研究

为了准确确定大跨度钢结构在使用阶段的温度作用和方便钢结构温度变化模拟分析,对厦门高崎机场T4航站楼屋盖钢结构夏季的温度进行了全面测试,提出太阳辐射与室外气象温度的日变化计算模型。根据气象条件、室内分层温度控制方法以及屋面构造做法,通过CFD模拟技术研究高大空间温度场沿高度方向的变化规律,并在天窗部位考虑了太阳辐射的影响。结果表明:金属屋面具有良好的保温隔热性能,室内与室外钢结构的最高温度均与最高气温非常接近,钢结构昼夜温差主要受室外气温变化的影响;受到太阳辐射的影响,天窗部位钢结构的温度明显高于最高气温;CFD模拟计算得到高大空间空气温度沿竖向分布的结果与实测值的变化趋势相一致,顶部热滞留区的温度明显高于等温空调区,计算温度与实测温度相对误差为5%~10%;通过实测与模拟分析,可以较为合理地确定在使用阶段大跨度钢结构的温度,该方法可供类似大型公共建筑设计时参考。     

结构改造工程中的基础加固技术

本文提出了独立基础加固的两种实用方法，扩大基底面积法及附加壳体法，对这两种方法的计算理论与技术要点进行了论述，并给出了相应的工程实例。