开合屋盖结构设计荷载取值研究

开合屋盖是一种较为新颖的结构形式,国内外尚无相应的结构设计规范。在国内外开合屋盖结构工程经验与相关研究成果的基础上,并结合工程实践,对开合屋盖结构设计荷载取值方法进行了较为全面的论述。开合屋盖结构需要对全开、全闭及运行过程状态分别进行计算分析,且应考虑出现故障时活动屋盖可能处于非对称状态等不利位置。积雪荷载对结构设计的合理性与活动屋盖的运行均有很大影响。当屋盖处于全开状态时,屋顶洞口周围的脉动风压将显著增大。提出了确定结构设计温差的计算方法,并分析了温度对驱动控制系统可能产生的不利影响。引入了有效使用年限的概念,对活动屋盖处于非基本开合状态与运行状态的地震作用可进行适当折减。应注意台车驱动系统的转向轮、端止缓冲器等对固定屋盖的集中反力作用。     

国家网球馆开合屋盖结构阻尼比研究

对于大跨空间结构(混合结构)的等效阻尼比目前还没有统一的取值方法,一方面是因为混合结构由不同材料组成,其各部分的阻尼机理和振动特性不同,导致混合结构阻尼机理更为复杂;另一方面目前常用的复阻尼理论中,由于复刚度矩阵的存在最后往往得出复数,计算复杂。因此,文中从阻尼比的本质出发,以能量的角度计算开合屋盖混合结构的阻尼比,并以国家网球馆——钻石球场为工程背景,对其开合屋盖结构在地震作用下的结构特性进行分析,研究开合屋盖结构处于不同开合状态下的阻尼比发现,一致阻尼比的均值都小于模态阻尼比的均值。其中开合屋盖全闭状态时两者的差值最小,在其他几种开合状态下,两者相差在2%~7%范围内,说明一致阻尼比的方法更能反映结构的耗能特性,同时可以考虑结构的质量和刚度等参数,从而能够得到更加合理的结构阻尼比。研究结果可为精确计算开合屋盖结构的阻尼比以及同类开合屋盖结构在地震作用下地震响应分析提供参考。     

旋转开合屋盖体系运动全过程协同分析

旋转开合屋盖与支承结构之间相互作用明显，需要对两者进行协同分析。为了开展不同开合程度下和运动全过程中旋转开合屋盖与支承结构间的协同分析，提出了基于有限质点法的旋转开合屋盖体系协同分析方法。该方法可以同时考虑旋转开合屋盖与支承结构之间的接触碰撞与摩擦，以及驱动荷载的作用，并采用对称结构分析模型简化以提高求解效率。采用该方法对杭州奥体网球中心旋转开合屋盖体系进行了协同分析，结果表明：该方法可以较好地反映旋转开合屋盖体系不同开合程度下和运动全过程中的结构响应；相较于开启状态，该结构在闭合状态下受力更为不利；在运动全过程中，轮轨间相互作用致使振动，动力效应不可忽视；运动速度越大，结构响应振动越明显，应根据运动速度选取合适的自重荷载增大系数。     

大跨度开合网格结构的动力相互作用分析

以一种新型的大跨度空间开合网格结构为对象,研究了该结构不同开合状态下的动力特性,采用时程分析法研究了该结构动内力、地震应力系数变化规律;并与非开合结构进行了对比分析,研究了地震作用下动力相互作用的影响。研究结果表明,开合结构的整体刚度尤其是竖向刚度较非开合结构略小：开合结构的可动屋盖在不同位置对开合结构的自振特性有一定的影响。     

开合屋盖结构设计关键技术研究

结合作者完成的开合屋盖工程设计经验,对开合屋盖结构设计的关键技术进行了较为全面的论述。屋盖的开合方式应根据建筑方案、使用功能、自然条件、运营管理等因素综合确定,应明确规定活动屋盖开合的基本状态;从结构安全与经济性的角度来看,将抵抗荷载与作用最有利的活动屋盖位置作为基本状态较为合理;活动屋盖应采用整体刚度较小、对边界条件不敏感的柔性结构,对安装误差与结构变形具有较大的适应能力;固定屋盖,尤其是轨道桁架应具有较大的刚度,并严格控制施工精度;活动屋盖位于全开、半开及全闭三种状态的荷载取值存在很大差异,需要分别进行计算分析;应考虑活动屋盖与固定屋盖之间的相互作用,轨道桁架、台车及连接部件应在罕遇地震作用下保持弹性;在活动屋盖处于非基本状态或行走过程中,地震作用可适当折减;应通过对多种驱动方式进行技术经济比较,确定活动屋盖开合驱动与控制系统,系统应便于操作与维修,驱动控制系统的维护管理工作对保证活动屋盖运行的可靠性与耐久性非常重要。图15表2参19     

国家网球馆“钻石球场”开合屋盖结构设计

国家网球馆是一座带有开合屋盖的现代大型体育场馆。在设计中提出开合屋盖的性能指标与设计荷载取值方法。屋盖开合状态对风荷载敏感,需要通过风洞试验确定风压分布与脉动特性。活动屋盖运行过程中台车反力不断变化,需要通过对其移动过程分析,找出最不利位置。研究了各种开合位置的结构动力特性,采用时程法与振型分解反应谱法分析活动屋盖在多遇地震作用下的响应。此外,在活动屋盖移动对固定屋盖轨道桁架变形影响分析的基础上,提出一种适用于圆形平面带矩形洞口结构的起拱曲面方程。     

开合屋盖结构变形及振动特性的模型试验研究

由于对自动化开合的要求,移动式开合屋盖通常需要引入机械系统、运行控制系统,使得整个结构成为一个较为复杂的耦合系统。以贵阳西南国际商贸城一期工程天窗开合屋盖为研究对象,建立该开合屋盖结构1∶10缩尺的物理模型,通过开展不同条件下的物理模型试验来研究该屋盖结构在运行状态下的变形及振动特性。试验结果表明:随着外部荷载的不断增加,结构变形也在不断地增大;但是屋盖结构的变形量值较小,基本处于线弹性范围之内,试验变形与弹性理论计算结果较为吻合。同时屋盖结构的振动加速度随着荷载的增大而增大,并且在屋盖启动、刹车或转向时,结构振动加速度有明显的突变效应。     

玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工监测研究

玻璃天窗开合屋盖结构是未来商业建筑的一种重要发展趋势,本文结合贵阳市西南国际商贸城玻璃天窗开合屋盖结构施工与监测,介绍了玻璃天窗异于其他开合屋盖结构体系的特点。由于其屋面材料具有自重大、易劳损的特点,玻璃天窗开合屋盖结构的制作、拼装和定位直接影响到开合机械运行的安全和稳定,故此类玻璃天窗开合屋盖结构的拼装和定位要求具有更高的安装精度。本文对玻璃天窗开合屋盖结构的构件制作、工艺流程及控制要求、屋盖结构支座定位、钢结构箱梁拼装及吊装方法、玻璃天窗网架及轨道安装方法等关键技术进行了总结。同时,还对工程现场的屋盖体系在不同受力工况和运行状态下振动信号和振动频率进行了监测研究,分析结果表明此项目开合屋盖拼装定位控制的施工方法和工艺流程完全能达到开合机械运行的精度要求,确保了玻璃天窗开合屋盖体系的安全和稳定,也为其他同类工程的玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工提供了参考依据。     

上海旗忠体育城网球中心开合屋盖导轨的风荷载

在分析上海旗忠体育城网球中心开合屋盖静动力风荷载的基础上,本文重点研究了屋盖导轨在风载下的支反力.屋盖静力风载由数值风洞模拟得到,屋盖叶片平均风升力值与风洞试验结果进行了比较,两者结果基本一致;细致分析了在不同开合状态和不同风向下导轨支撑点处支反力的变化规律,给出了不同状态下导轨四个支撑点处的支反力,为导轨抗风设计提供依据.     

长沙黄花国际机场T2航站楼出发大厅抗震性能分析

长沙黄花国际机场T2航站楼出发大厅长400m,宽84m;下部结构采用组合框架结构,屋盖采用曲面空间管桁架结构。屋盖长度超长,且结构两主轴方向刚度差异较大,需进行抗震性能化设计。对结构进行了多遇地震作用下的弹性反应谱分析、单点及多点时程分析及罕遇地震作用下的弹塑性时程分析。结果表明：在多遇地震作用下,结构均处于弹性状态,最大弹性层间位移角满足规范要求;在罕遇地震作用下,结构的最大弹塑性层间位移角满足规范要求;下部组合框架的塑性铰出现在梁端,框架柱均处于弹性状态;屋盖钢结构主桁架部分上下弦杆出现轻微屈服,部分关键构件轻度损坏,地震后稍加维修即可正常使用,结构抗震性能较好,满足既定性能目标。