索端弹簧刚度对索网受力性能的影响分析

由于关于索网幕墙端部加弹簧装置的研究很少,因此,对如何选取索端弹簧刚度以及弹簧在索受力过程中有何种作用是索网幕墙设计工作十分关注的问题。为此,基于北京奥体南区3号地项目前期索网计算模型,在保证外荷载和各索预应力或索网最大挠度不变的条件下,分析了弹簧刚度对索网受力性能的影响。结果表明:在外荷载相同时,弹簧刚度越小,竖索的轴力和竖向支座反力越小,对满足竖索及与竖索相连主体结构的承载力要求越有利,但同时会引起横索轴力和竖索最大挠度或竖索初始预应力的增大;弹簧刚度越小,竖索的内力越不均匀,并且这种不均匀程度主要与竖索承受的重力荷载有关,而与初始预应力和挠度变化无关;弹簧刚度越小,弹簧参与整体受力的程度越大,但不能以弹簧与索的线刚度比值1作为划分弹簧参与整体受力程度的依据;满足设计要求的弹簧刚度不唯一。     

考虑节点刚度影响的新型大跨弦支穹顶结构温度效应分析

以1种新型大跨弦支穹顶结构为对象,采用有限元软件MIDAS/Gen800,在计算温度作用对结构基本静力性能影响的基础上,通过参数化分析,研究节点刚度对温度作用下弦支穹顶结构的构件内力、结构挠度和支座反力等响应的影响规律。结果表明:焊接空心球节点刚度对网壳靠中心部位杆件应力温度响应的影响较大,而水平支座约束刚度对网壳靠外部杆件应力温度响应的影响较大;从变化率上来看,焊接空心球节点刚度对外圈环索内力温度响应的影响较小,对内圈环索内力温度响应的影响较大,而水平支座约束刚度对各圈环索内力温度响应的影响程度相近。     

单向索的索端弹簧刚度和索截面估算方法

为了得到弹簧刚度和索截面面积的估算方法,针对含索端弹簧的单向单层索网幕墙的受力特点,引入两个假定,并利用结构力学原理,推导得到其工作状态下的内力、挠度的求解算式。结合索端弹簧刚度减小,会引起索中轴力减小和跨中挠度增大的特点,综合考虑相关规范的规定,推导得出3种不同情况下的索端弹簧刚度及索截面的快速计算式,并且总结了索端弹簧刚度、外荷载、索长对索截面、索初应变取值的影响规律。     

大跨度索穹顶结构抗火性能分析

根据内蒙古伊旗全民健身体育中心工程设计的需要,对大跨度索穹顶结构进行抗火性能分析。以温度-结构耦合为基本方法,基于大空间空气升温模型,考虑高温下材料的非线性,分析了结构在不同火灾工况下的响应,得到火灾下索穹顶结构变形、节点位移、杆件预应力损失的基本规律。研究表明：肋环型索穹顶结构侧向刚度较弱,对偏心火灾敏感,火灾下的挠度超限和侧向变形是导致结构失效和非结构构件提前破坏的主要原因;脊索尤其内脊索是火灾下预应力损失较为严重的杆件,中撑杆侧向位移控制是肋环形索穹顶结构抗火设计的重点。针对肋环形索穹顶结构侧向刚度较弱的缺点,在中撑杆上节点部位加设一道环向杆件进行结构体系的改进,可使结构的抗火性能得到较大改善。     

点支式柔性支承体系与玻璃面板共同作用的理论与试验研究

主要研究点支式玻璃幕墙中索杆和索网柔性支承体系与玻璃面板的共同作用。首先分别对有玻璃面板参与工作和无玻璃面板参与工作的索杆和索网支承结构体系进行理论分析,在理论分析的基础上,对鱼腹式桁架（索杆体系）点支式玻璃幕墙进行了现场试验,并和理论分析结果进行了比较,表明玻璃面板对支承体系有明显的刚度贡献。在进行幕墙设计时应考虑玻璃面板对支承体系的刚度贡献。同时也验证了本文理论分析的正确性。     

两个弯剪型抗侧力体系的线性相互作用

本文对两个弯剪型抗侧力结构在水平荷载作用下的共同工作进行了分析。推导了基本微分方程并得到了水平均布荷载下的解析解。算例表明,一个结构的抗弯刚度参与另一个结构共同工作的能力受到自身抗剪刚度的影响;反之,一个结构的抗剪刚度参与另一个结构共同作用的能力也受到自身抗弯刚度的影响。本文还提出了一个简单的、利用两个弯剪型子结构作为独立结构在水平力作用下的挠度,构造双重弯剪型结构在相同水平力作用下水平挠度的方法,对比表明,这种构造出来的挠度与精确解挠度非常接近。通过这种构造模型,对双重弯剪型结构之间的相互作用可以获得非常直观的了解和理解,本文建议了一个串联一并联电路来帮助理解双重抗侧力结构之间的共同作用。     

斜拉型悬索结构形式与受力特性研究

将索桁架和斜拉结构进行组合,构造一种新型索结构体系,即斜拉型悬索结构。张拉背索对结构施加预应力,通过找力和找形得到了结构的初始预应力态,在此基础上进行了结构在满跨和半跨均布荷载作用下的静力、动力特性研究及参数分析,并对该新型索结构体系进行了风振响应计算。研究表明：结构静力荷载 位移关系呈非线性双折线,结构刚度的转折点对应于稳定索边段的退拉松弛;结构的低阶振型表现为桅杆的水平振动叠加屋盖的竖向振动,高阶振型中桅杆水平方向参与很少;增大背索截面面积可有效提高结构刚度和自振频率,稳定索、斜拉索面积对自振频率影响不大;背索预应力值对结构的静力特性影响是线性的,在所有索段具有拉应力时,预应力值对结构动力特性基本无影响,若索出现松弛则结构刚度急剧退化,自振频率陡降;桅杆高度增大,结构刚度下降,桅杆高度对结构的低阶振型和频率影响较大;矢跨比对屋盖竖向对称振动的第2振型有影响,而对反对称的第1振型基本无影响;斜拉型悬索结构的风振系数介于1~2之间。     

幕墙结构概念设计及玻璃挠度计算

随着大跨度空间建筑幕墙的迅猛发展以及现代建筑的奇异造型,使得幕墙结构变得越来越复杂。因此,以大跨度钢结构、索结构、玻璃结构及其组合结构等高难度的幕墙结构型式,在幕墙设计中得到全方位应用。无论是传统的框架式玻璃幕墙,还是大跨度的点支式玻璃幕墙、单元式玻璃幕墙,其结构在幕墙设计中的地位日显突出,尤其是幕墙结构概念设计已成为设计中的关键环节,同时,玻璃幕墙挠度计算也显得更为重要。笔者根据近几年主持和参与的10余项会展中心、商务楼幕墙工程实践,就幕墙结构设计及玻璃挠度计算方面谈一些认识。     

车辐式张拉结构体型研究与设计

掌握车辐式张拉结构的找形方法和了解体型对结构受力性能的影响,是设计该类轻型屋面的关键,为此结合理论推导和数值模拟方法对这两方面展开研究。首先,引入力密度法用于结构初始平衡态的确定,提出“由形找力再找形”的思路,从而避免了拓展力密度法收敛性差的缺点,成功实现了马鞍形车辐式张拉结构的找形分析。然后,分别从内外环平面投影、外环空间形态以及索桁架形式等多个角度对单、双层车辐式结构的体型进行比选,分析不同体型结构的适用性和结构刚度的主要影响因素。研究结果表明：内外环形状相似对车辐式结构最为有利;马鞍形外环的高差对结构刚度影响很小;凸索桁架能有效提高结构刚度,但应注意避免侧向失稳。     

雅安天全体育馆金属屋面索穹顶设计研究

四川雅安天全体育馆座席数约2700座,中部直径77.3m的圆形大跨屋盖采用了金属屋面索穹顶结构.对屋面材料的选取进行了介绍,结构选型研究对比分析了肋环型索穹顶、带垂直支撑肋环型索穹顶、葵花型索穹顶和葵花+肋环型索穹顶等四种形式的索穹顶,得到了优选的葵花+肋环型索穹顶.研究了金属屋面檩条的协同工作性能,发现当檩条作为结构的一部分时,其受力状态类似于单层壳体,对结构刚度的贡献很大,承担了大部分荷载,导致檩条用钢量较大,当檩条不参与协同工作时,更加经济.对选用索穹顶的静力性能、动力性能、极限承载力、抗震性能、节点分析设计、张拉施工和健康监测等关键技术要点进行了阐述,可为同类工程提供参考.     

单层索网点支式玻璃幕墙的静力性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究，通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响，得到了一些有实用意义的结论。     

Influence of damages on static behavior of single-layer cable net supported glass curtain wall: full-scale model test

The single-layer cable net supported glass curtain wall has been applied in many building structures all over the world. In service, it will inevitably be subject to various damages. To study the influence of such damages on the static behavior of the single-layer cable net supported glass curtain wall, a full-scale model with the outside outline size of 4.85 m × 4.85 m and 4 × 4 grids is designed and tested. Two kinds of damages that are the cable prestress loss and cable anchorage end failure are led into the structure model during the test, and their influence has been investigated. The stiffness contribution of glass panels to the single-layer cable net supported glass curtain wall structure with or without damages and its change have been tested and analyzed. The results show that the maximum change rate of nodal deflection is 13.78% for the damage of cable prestress loss, while the change rate of nodal deflection is between 7% and 22% for the damage of cable anchorage end failure. The influence degree of the damages depends on the ratio of the structure initial stress stiffness change caused by damages to the total stiffness of the structure. The stiffness contribution of glass panels increases with the load increase. Under the same loading condition, the stiffness contribution of glass panels to the damaged structure is greater than that to the intact structure. The stiffness contribution of glass panels reduces the effect of the damages on the structural displacement and the cable tension force, but the glass panel could break if its stiffness contribution is too large.     

单层平面索网幕墙结构玻璃与索网协同工作的动力性能研究

采用模型试验和理论分析的方法对单层平面索网玻璃幕墙结构玻璃与索协同工作的动力性能进行研究。首先通过结构自振特性试验研究玻璃对于索网结构频率、振型以及阻尼的影响,然后提出了动力荷载作用下玻璃与索网的协同工作机理,据此建立玻璃与索网协同工作的数值模型,采用该模型从理论上分析了结构的自振特性。理论分析和试验结果表明:玻璃的抗弯效应对结构第一阶模态影响较小,对结构的高阶模态影响比较明显;索网 玻璃结构的阻尼远大于索网的阻尼,玻璃幕墙结构的阻尼比主要是由玻璃提供的。     

单层索网幕墙中玻璃与索协同工作的数值模拟

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论。     

单层正交索网结构承载性能研究

采用了数值模拟的方法对考虑玻璃与索协同工作的单层平面索网玻璃幕墙结构静力性能进行研究,通过参数分析讨论了玻璃自重、拉索截面积、网格数、风荷载、拉索预应力等因素对玻璃贡献的影响,得到了一些有实用意义的结论.     

Dynamic performance of cable net facades

Model tests and finite element analyses were conducted to study the performance of cable net facades with glass panels under dynamic loadings. The effects of the glass panels on the free vibration frequencies, damping and dynamic responses of the cable net facade were investigated using dynamic characteristics and shaking table tests. Based on the test results, a mechanism to describe the glass panels working in coordination with the cable net was proposed. Under the proposed mechanism, a numerical model of the glass panels working in coordination with the cable net was established, and the corresponding analyses of the dynamic characteristics and seismic responses of the cable net facade were performed. The present study shows that the bending stiffness of the glass panels has little effect on the first mode of the cable net facade, but its effect is substantial on the high modes. For the damping of the cable net facade, the glass panels play a dominant role. The seismic response of the cable net facade on most occasions is mainly reflected by the symmetric modes; the first vibration mode is dominant.     

淮安大剧院主体结构设计

淮安大剧院位于7度抗震设防区,设有1 230个座席。建筑整体由上、下两个不同心的空间椭圆组成,建筑总高度为19.425~28.074m。主体结构在观众厅周边及舞台平面转角部位适当布置剪力墙形成钢筋混凝土框架-剪力墙结构。根据建筑体型需要,入口门厅采用斜柱钢结构体系,下端采用型钢混凝土柱与之过渡,并与下部混凝土构件可靠连接,屋面支座与主体结构铰接,在增大钢结构整体刚度和稳定性同时减小水平力作用下对混凝土结构的影响。建筑周边设置单向预应力拉索玻璃幕墙,最大拉索长度18m,单索拉力较大达到590kN,前厅采用外挑钢梁及自平衡钢立柱、后台及侧台周边采用钢筋混凝土外挑桁架作为拉索幕墙支座。经计算分析,设计满足相关规范要求。     

泰达市民广场多折面钢结构及拉杆桁架支承体系和膜结构设计与研究

天津泰达市民广场多折面大斜坡由两折面钢结构桁架与三折面拉杆桁架幕墙支承结构及置于二者之上的六块骨架式膜结构组成。对两折面钢管桁架与三折面幕墙支承结构体系的传力路径、受力特点进行了分析和探讨,并基于建筑美观的要求,提出了大斜坡钢结构沿纵向设置伸缩缝释放温度应力的铰接-滑移节点及连接形式;应用多链杆一体化计算模型研究了膜材与骨架支承体系之间的相互作用,并通过模态分析揭示了其刚度分布;分析了结构设计中特殊节点的受力机理并提出了节点的设计及构造方法。     

用于点支承玻璃幕墙的单层平面索网结构设计

单层平面索网结构常用于点支承玻璃幕墙的支承结构。基于单索幕墙拉索的切线刚度的特点和有限元分析,对索的截面面积、预应力、温度变化及变形控制等因素对单层平面索网结构性能的影响进行探讨。