多国荷载规范中平屋盖及球形屋盖体型系数取值探讨

风荷载体型系数一直是风工程和风荷载规范研究专家关注的主要问题之一.本文首先总结了各国荷载规范中风荷载规定的差异,并就平屋盖和球形屋盖的风载体型系数对比了中国规范(GB50009-2001)、美国规范(ASCE7-98)、加拿大规范(NBC-1995)和日本规范(AIJ-2004)中的规定.最后结合大跨度平屋盖与球形屋盖的风洞试验,给出了球形屋盖和平屋盖的风载体型系数取值建议,为大跨屋盖结构的抗风设计提供了参考资料.     

大跨屋盖表面局部体型系数和峰值风压研究

基于大跨平屋盖和马鞍屋盖风洞测压试验,利用面积时程法得到全风向下屋盖最不利局部体型系数,并将计算结果与我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》进行对比分析,同时采用Davenport峰值因子法、Hermite矩模型理论,分别计算高斯区、非高斯区峰值因子,得到屋盖表面最不利峰值风压。结果表明:我国GB 50009—2012中关于围护结构局部体型系数的规定不尽合理,在屋盖迎风前缘拐角区域明显低估了风吸力;对于迎风前缘中部区域,规定的局部体型系数过于保守;对于屋盖的中心区域,采用单一系数低估了迎风拐角区域与中心区域交界处的体型系数。为此,基于风洞试验和理论计算结果,参考日本AIJ-2004,对两类屋盖的全风向最不利局部体型系数和峰值风压系数进行了分区界定并给出相应的建议值。     

剧院建筑预应力屋盖设计

以某剧院屋面为例，针对单跨、大跨度预应力井字梁屋盖介绍了结构选型、内力计算、预应力钢筋设置，以及一些计算与设计中需要注意的问题。     

超高层双塔建筑体型系数风洞试验研究

文章以北京东直门交通枢纽暨东华国际广场商务区项目双塔写字楼为研究背景,对该双塔结构的体型系数进行了风洞试验研究。根据试验结果进行了后处理,给出了双塔结构的不同部位的体型系数,和依据国家建筑结构荷载规范给出了东华广场项目关心建筑物表面的50年及100年重现期的最大、最小风荷载。最后根据试验结果给出了相关设计建议,能够为双塔结构玻璃幕墙以及围护结构设计提供指导,并对类似工程有一定的借鉴作用。     

大容量柔性直流换流站大跨度重型屋盖阀厅钢结构设计研究

厦门大容量柔性直流换流站阀厅为大跨度重型屋盖钢结构,由于阀厅结构的复杂性和重要性,采用Midas软件对结构进行建模、计算和设计。文章分析了阀厅结构的应力、变形及抗震能力。结果表明,该阀厅结构形式安全合理,满足规范和使用要求,具有良好的抗震性能。同时,计算结果显示,大跨度钢屋架采用重型屋盖时,竖向地震对结构的轴力影响较为显著,在构件设计时应特别注意。     

东方艺术中心钢结构屋盖设计

本文介绍了东方艺术中心钢结构屋盖的设计。在结构分析、主要节点的处理、材料的使用、焊接方法、涂装设计等方面作了阐述，供同行参考。     

大跨度平屋盖表面风荷载体型系数研究

通过平屋盖刚性模型风洞测压试验,基于分离泡作用机理,以顺风向及横风向风压为研究对象,对屋盖表面的风压特征进行分析,进而提出合理的分区体型系数。①基于顺风向平均、脉动风压变化曲线和脉动风压谱,发现分离泡作用下的平屋盖表面可以分为主涡作用区、次级涡作用区以及旋涡脱落区;②提出风压相关长度的概念,计算横风向互相关长度,结果表明在旋涡作用范围内,各相关长度相差无几,超出旋涡区后风压相关长度出现衰减;③基于面积平均压力的概念计算刚性平屋盖表面的分区体型系数。通过面积平均压力的累积概率曲线对准定常理论和我国《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)中的规定系数-0.6进行验证,发现在分离泡作用下准定常理论是适用的,我国规范在迎风前缘附近的强吸力区和屋盖中后部分别低估和高估了实际体型系数;将本文的体型系数取值与美国规范(ASCE7-98)、加拿大规范(NBC-1995)以及日本规范(AIJ-2004)进行对比,发现本文的体型系数计算结果与美国规范较为接近。     

国家体育场大跨度屋盖结构风振系数研究

迄今为止,大跨度屋盖结构的风振系数均为上吸风引起的风振效应,对于某些情况是不安全的。针对国家体育场大跨度屋盖结构自重效应较大的特点,本文提出了大跨度屋盖下压风振系数的定义与合理的取值范围,提出了背景响应和共振响应的振型能量参与系数的计算方法和振型选取方法,利用振型叠加法分析了国家体育场屋盖结构的随机风振响应及风振系数,为国家体育场屋盖结构风振系数的确定提供了科学依据。     

城市户内变电站建筑整合设计研究

通过将整合思维引入城市户内变电站建筑设计研究,建立城市户内变电站建筑设计的目标体系,并对变电站建筑整合设计的主要方面:用地系统、围护系统、室内系统、结构系统、设备系统的特点和设计要点进行分析,力求对城市户内变电站进行系统分析,提高城市户内变电站建筑设计的整体性和有效性。     

典型钢筋混凝土仿古建筑屋盖结构设计

提出了典型钢筋混凝土仿古建筑屋盖结构的实用设计方法,论述了结构形式与组合扭壳的区别和荷载传递机理,提出了双铰人字拱按双铰折线拱方法计算的曲率影响系数和异形截面梁的截面设计计算。     

低矮建筑屋面风荷载分区体型系数研究

对11种坡度、3种高深比和3种宽深比的总共99个低矮建筑进行了刚性模型测压风洞试验,利用试验结果并借鉴国外荷载规范对屋面进行分区,给出了计算屋面主体结构风荷载各分区体型系数。分析了坡度、高深比和宽深比对分区体型系数的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了坡度、高深比和宽深比3参数的拟合,并将拟合公式计算值和多国规范给定值进行了比较,验证了拟合公式的可靠性,同时发现中国荷载规范给出的部分区域的体型系数值偏小。最后根据试验值并参照国外荷载规范给出了中国荷载规范中计算屋面主体结构风荷载分区体型系数的建议值。     

海口火车东站体型系数研究

海口火车东站的站房和站台雨棚结构跨度大、外形特殊、结构自重轻,受风力影响较大,在强风作用下风荷载分布复杂,无法直接通过规范或借鉴已有资料获得其风荷载的有关参数,通过对其模型进行风洞试验,以确定其上风荷载的有关参数,并根据试验结果对其体形系数进行分析,为抗风设计提供参考。     

复杂体型大跨屋盖结构的风荷载分布

以某航站楼为例,结合平屋面分析复杂体型的屋面对风压分布的影响;结合规范值探讨幕墙外表面的附着物和周围建筑对其体型系数的影响。得出的主要结论:屋面受风最不利的位置在由柱状涡或锥形涡控制的迎风区域;屋面形状对风压影响很大,凸出部分负风压较大,凹进部分负风压很小;悬挑屋面在迎风时产生“上吸下顶”的叠加作用,其他风向为“上吸下吸”的抵消作用;幕墙外表面的附着物和周围U形排列的房屋都会增加幕墙的正风压。     

外形几何参数对低矮建筑双坡屋盖升力系数极值的影响

对一系列低矮建筑双坡屋盖的刚性模型测压风洞试验数据进行了处理,研究了屋盖升力系数极值的特征,讨论了最不利屋盖升力系数随建筑外形几何参数的变化规律。研究结果表明,屋盖坡角的变化对最不利屋盖升力系数有重要影响：对高宽比相同的低矮建筑,屋面最大升力系数随屋盖坡角增大而减小,且建筑的厚宽比越大,这种趋势越剧烈;最不利屋盖升力系数随着建筑高宽比的增大而增大,但这种增大的趋势随着屋盖坡角的增大而减小。基于这些数据,用多参数最小二乘法将最不利屋盖升力系数拟合成了屋盖坡角、建筑高宽比和厚宽比的函数形式,并对拟合函数进行了误差分析。所得结论及拟合公式可为低矮建筑的结构设计及相关荷载规范的制订和修改提供参考。     

台州体育中心屋盖的风振系数计算

针对大跨网架屋盖风致振动问题 ,采用时程分析方法 ,在有限元建模的基础上 ,直接采用风洞试验的数据 ,计算了台州市体育中心屋盖结构的竖向位移风振系数 ,得到了一些大跨屋盖位移风振系数的变化规律     

大尺度高低跨柱面屋盖的风压系数分区研究

针对大尺度高低跨柱面屋盖体系风压分布变化梯度较大、跨间相互干扰以及此类屋盖风压分区无相关规范可查阅等问题,在得到各种风向下最不利极值风压的基础上,采用K-means聚类的风压系数快速分区方法将高低跨柱面屋盖表面划分为多个区域,并计算了各区域的分区风压系数。同时,在高低跨柱面屋盖风压系数分区研究过程中,对K-means方法的k值取值范围和最佳k值确定方法进行针对性改进。结果表明,高低跨柱面屋盖的边缘属于风敏感部位,而中间部分风压变化较小,因而在进行大尺度平屋盖抗风设计时,采用聚类方法进行风压分区更为合理。     

凉都体育场屋盖平均风压与风振系数研究

结合凉都体育场的建筑造型和周围环境,采用Realizablek-ε湍流模型对屋盖的平均风压进行了数值模拟,得到屋盖的平均风压分布.利用MATLAB编制了线性滤波器的自回归法(AR法)的脉动风速时程模拟程序,模拟了屋盖节点的脉动风速时程;并结合屋盖的平均风压和脉动风速时程数值模拟结果,编制了时域法风振效应分析程序,分析了牛角形屋盖的风致响应规律,得出了屋盖的位移风振系数.研究了屋面荷载、平均风速、结构阻尼比等参数对牛角形屋盖风振系数的影响,得出一定偏差范围内可忽略上述参数取值偏差对牛角形屋盖风振响应影响的结论.     

大连国际会议中心屋盖设计

大连国际会议中心屋盖采用管桁架空间结构。考虑屋面板布置的不规则性,桁架节点为刚性节点,采光部分用相贯管节点,其余部分尽量采用焊接球节点,个别形状复杂的节点采用铸钢节点或组合节点。由于屋盖支座分布不均匀,造成屋盖周边出现不规则的悬挑,变形很大。为节约钢材和建筑的美观,屋盖周边与幕墙柱相连,采用相容性分析,幕墙柱参与支承屋盖的作用,大大减小屋盖挠度。支座下部采用钢管组合柱支承,支座为球铰节点,限制位移、放松转动,满足设计要求。     

球面屋盖围护结构风压极值相关性与折减系数研究

以矢跨比为1/6、支承高度为200mm的大跨球面屋盖为模型进行风洞试验,运用极值统计理论对风压极值相关性进行了定性和定量分析,运用结构变量法求得了联合保证率为78%的风压极值,并根据一元极值的风压极值算得折减系数,分析结果表明,在球面屋盖顺风向中心线范围内,屋盖背风面的折减系数均大于屋盖迎风面的折减系数。进一步研究了风压极值折减系数与风压极值相关性,得到折减系数与相关性度量呈正比。     

襄阳科技馆钢结构屋盖设计

襄阳科技馆钢结构屋盖为空间异形结构,屋盖造型似星云状,由三个空间曲面围合拉伸而成,结构体系为空间交叉网格体系。屋盖结构分别支承于主屋脊线环梁、2层楼面周边环梁及内部核心筒顶部铰接支点上。屋盖建模采用Rhino及Grasshopper的参数化建模手段,采用SAP2000软件进行了包括温度作用、风荷载、地震作用在内的整体力学性能分析,并利用ANSYS软件进行了考虑屋盖几何非线性和材料非线性的整体屈曲分析及关键节点的数值模拟分析,验证了该屋盖体系具有良好的抗震性能,满足设计要求。