某复杂钢结构网架设计方法研究

某复杂钢结构网架在建筑上造型独特,结构上存在许多大跨度、大悬挑部分,杆件受力情况复杂;结构受风面积大、阻尼比小,自振周期又与自然风的卓越周期非常接近,属于风敏感结构.从结构找形、数值风洞和结构整体有限元分析3个方面介绍该工程的钢结构网架设计,总结该类结构的设计要点:利用反向重力荷载找形技术保证网架杆件受力的合理;在方案阶段通过数值风洞仿真计算获得建筑物表面的风荷载数据,提高有限元计算的可信度;利用通用有限元软件ANSYS对结构进行静力分析、温度分析及动力分析.为方案评定和进一步深化设计提供参考.     

蚕茧形大跨度煤棚钢结构施工技术

华润某电厂为双条形空间网架结构,结合现场施工条件及工期限制,经多种网架拼装方案的对比,择优采用“对称分块拼装高空散装”的施工工艺。考虑到双条形平行网架对风荷载比较敏感,采用有限元软件Fluent分析了不同风向角下煤棚结构表面的风荷载体型系数。经CFD分析得到：半球与弧线屋盖交界处附近体型系数约为–0.6,通风天窗顶部体型系数取–1.5。考虑到蚕茧形网架结构施工复杂,采用3D3S软件对空间网架的拼装过程进行杆件内力验算,计算结果显示,结构应力及位移均在设计值范围内,构件杆件的超应力杆数和超长细比杆数均为零,具有富足的施工安全储备。     

文山民族大剧院钢结构设计

文山民族大剧院外罩幕墙为折纸造型,建筑形式复杂。结构设计时进行了提炼和抽象,化繁就简形成基本结构骨架,并优化杆件布置,使结构既能利于建筑找形,又能形成合理的受力体系。对钢结构进行全面建模计算,分析各工况下受力状态,控制杆件内力,保证结构承载力和整体稳定。同时对复杂节点进行精细化有限元建模分析,保证复杂节点安全。     

金强国际赛事中心体育馆结构设计与分析

金强国际赛事中心体育馆下部为钢筋混凝土框架-剪力墙结构;上部为椭圆形双坡钢结构屋面,采用双向正交平面桁架组成的正放网架结构,最大跨度为109.700m.对主体结构、大跨屋盖钢结构以及支座选型做了详细的方案比较,重点介绍了分析和设计中涉及的关键问题,并采用多种有限元软件对结构进行了各种荷载工况下的整体受力分析,同时对结构的关键节点进行了分析.分析结果表明,结构能够满足预设性能目标,屋盖杆件应力比、变形及整体稳定性均能满足设计要求.     

某行政楼飘带状网架及K形桁架吊装施工技术

对某行政楼61m跨"飘带"状网架和56m跨K形桁架整体吊装施工方案进行分析,采用有限元软件MIDAS分别对网架和桁架的同步吊装、不同步吊装、风荷载作用和卸载整个施工过程进行数值模拟研究和挠度监测。研究结果表明,网架和桁架杆件应力与吊点位移均满足要求,说明整体吊装施工方案可行。     

天津某博物馆结构设计

简要介绍了天津某博物馆结构设计,采用有限元软件SAP2000对主体外围钢结构(环形坡道)、屋顶网架及内部混凝土结构进行了建模计算,分析了各种荷载组合工况作用下结构的受力性能。计算结果表明主体结构变形及主要杆件应力等技术指标均满足规范要求。此外,分析表明建立整体分析模型能更好地模拟内部混凝土结构对主体结构的影响,真实反应结构实际受力状态。     

某既有网架支座弹性刚度取值研究

为解决网架计算分析中支座约束状态的设置问题,以一既有网架为例,通过YJK-GAMA和3D3S进行了快速建模,考虑恒荷载、风荷载和温度荷载,研究5种不同的支座约束条件对网架变形、支座反力和杆件内力的影响。研究结果表明：网架支座约束状态对于网架结构变形、受力有很大的影响;分部建模与整体建模的计算结果相比有一定偏差,建议采用整体建模进行计算分析;当采用分部建模计算时,单独采用模型2或者模型3的杆件内力结果进行设计都会导致部分杆件承载力不足,应取内力包络值来进行设计。     

武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构风致疲劳性能分析

以武汉体育中心游泳馆屋顶网架结构为研究对象,分析其在随机风荷载作用下的疲劳损伤性能。先根据该结构风洞试验结果结合数值模拟得到作用在结构上的风荷载,再利用ANSYS对结构进行应变时程分析,通过雨流计数法进行应变循环历程统计,最后基于Miner损伤准则计算总累加损伤和估算疲劳寿命。据此编制了适用于网架结构疲劳分析的程序,可计算出所有杆件在不同工况下的风致疲劳损伤值和疲劳寿命。为了研究结构在损伤情况下的疲劳性能,分析获得了不同风向角下的易损杆件,假设这些杆件首先发生刚度降低,来分析结构完好、有损伤结构在设计风速和良态风速下的疲劳性能。结果表明:在设计风速下结构完好时,有杆件会发生疲劳损伤或破坏;随着结构刚度降低,发生疲劳损伤和破坏的杆件数量大幅增加;即使是在良态风速下,随着结构刚度降低,在100年建筑使用寿命内也出现了杆件疲劳损伤和破坏;对网架结构来说,特别是当结构有损伤服役时,风致疲劳是结构巨大安全隐患,应引起高度重视。     

宿迁开发区光电中心光电塔结构设计

宿迁开发区光电中心光电塔结构采用交叉网格筒中筒钢结构体系,基础形式为桩基础。光电塔表皮为复杂异形曲面,塔处于高烈度区且受风荷载大,如何确定结构的空间布置、设计复杂结构及其连接节点为设计难点。介绍了光电塔结构体系、杆件截面形式及设计目标;基于MIDAS Gen,YJK软件对上部结构进行了计算以确保分析结果的可靠性,在计算时除考虑恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用外,还考虑了温度作用,并对结构的整体稳定性进行了分析;对典型复杂节点受力性能以及基于CATIA二次开发技术进行节点设计及其施工图生成进行了初步介绍。计算结果表明设计目标均满足规范要求。     

复杂随形拱壳混凝土结构施工过程模拟与方案优化

考虑随形拱壳混凝土结构形状复杂、施工过程受力变化大等因素的影响,结合现有混凝土结构施工方案和施工过程数值模拟方法,建立了大型复杂随形拱壳混凝土结构施工阶段模拟的有限元分析模型,有效模拟了大型复杂随形拱壳混凝土结构施工阶段的受力状态.通过计算各阶段模板支撑体系荷载设计值和拱壳结构的内力大小,并调整模板拆卸方式和拱壳上部结构施工次序进行施工方案优化设计.分析结果表明,通过改变逐层模板拆卸方式和拱壳上部结构施工次序,能调控模板支撑体系和拱壳结构受力的状态,优化后的施工方案既能满足模板支撑体系设计要求,又能保证拱壳结构的安全性.     

泰州火车站无站台柱大跨拱形钢雨棚结构设计

江苏泰州市火车站大跨拱形钢雨棚为无站台柱雨棚,大跨度雨棚主体结构采用钢管混凝土柱与空间倒三角钢管桁架,为风敏感体系。通过风洞试验和风振分析确定工程设计参数,采用三维有限元模型进行内力分析,包括温度作用和水平推力对超长大跨拱形结构的影响,并对结构的整体稳定性进行分析,同时采用合理的支撑体系保证结构的整体刚度。     

Wind suction effect on long-span stiffened steel truss bridges during erection

During the erection of long-span steel truss bridges, the bridge decks and the steel truss girders are commonly constructed simultaneously in order to shorten the construction period, leading to wind suction effect on the decks when wind strikes. This effect may have a remarkable influence on the wind-resistant behavior of stiffened steel truss bridges which hold long-span cantilevers during erection, as wind suction can act together with the gravity load to increase the structural response. However, neither current codes nor studies have taken this effect into account. This paper is intended to investigate the wind suction effect and its influence on the static wind-resistant behavior of stiffened steel truss bridges during construction. Two wind tunnel tests, including a high-frequency base balance (H-FBB) test and a synchronous multi-pressure sensing system (SM-PSS) test, were carried out with the world's longest arch-stiffened steel truss bridge as a model. On the basis of the experimental results, two net pressure coefficients which could be used to determine the wind suction are proposed. A finite element analysis considering the wind suction effect is also performed, through which the wind suction influence on the model bridge during erection is obtained.     

封闭式组合屋面膜结构找形分析研究

应用有限元程序ANSYS对郑州大学西亚斯国际学院篮球馆组合屋面膜结构进行找形分析,确定满足建筑初步设计造型要求的膜的形状,且膜上的应力分布比较均匀。通过对封闭式组合屋面膜结构的找形分析,探讨此类膜结构找形过程中单元划分、边界处理、弹性模量取值等处理方法,提高找形效率。在考虑支承体系对找形结果影响的基础上,进行协同找形分析,对比说明协同找形分析的必要性。     

安装过程中风吸力对大跨加劲钢桁桥的影响

在大跨钢桁桥的安装过程中,为缩短工期,桥面板和钢桁梁常同时施工,这将导致风吸力对桥面板产生影响,从而影响安装过程中含大跨悬臂梁的加劲钢桁桥的抗风性能,因为风吸力与自重共同作用会增大结构响应。然而,现有规范和研究都没有考虑这种影响,故需研究风吸力对安装过程中加劲钢桁桥的抗风静力性能的影响。以世界最长的拱加劲钢桁桥为模型,进行2个风洞试验:高频底座天平试验和同步多点压力传感系统试验。基于试验结果,建立2个净压力系数以确定风吸力。通过确定安装过程中风吸力对桥梁的影响,建立了考虑风吸力的有限元模型。     

面向全站信息模型的变电构架集成设计软件

随着电网工程技术的不断进步,全站信息协同的要求越来越迫切。为研发具有自主知识产权的变电构架集成设计软件,并面向全站信息模型(Building Information Modeling,BIM)实现各专业间的设计协同工作,选用ObjectARX技术在AutoCAD平台上进行二次开发,建立了针对变电构架结构设计的3DPtower软件。软件实现了变电构架的有限元分析、规范校核等功能,并通过工业基础类(1ndustryFoundation Classes,IFC)数据接口实现了工程模型的数据交换;软件基于设计结果可完成信息模型(BIM)的三维实体的数字拼装;可完成复杂钢节点的参数化造型和编辑技术;实现了基于BIM的结构材料信息、加工信息、造价信息等的建筑工程数据管理,以及BIM与施工图、加工图的实时、一致性关联。某特高压变电站项目的应用说明,该变电构架集成设计软件实现了信息模型的理念,成为变电全站信息协同有力的技术支撑,提高了工程设计效率。     

单坡大跨度钢屋架考虑空间作用内力分析

结合抚顺特钢大棒材连轧生产线技术改造工程中的大跨度钢屋架设计,利用结构设计软件SAP2000建立有限元模型,对单榀钢屋架和考虑空间模型钢屋架的内力进行分析。计算结果表明,在相同荷载作用下,钢屋架按空间建模考虑空间作用进行内力分析时,其上弦杆和部分直腹杆的内力值有所减小,钢屋架设计用总钢量降低8.8%左右。分析结果可为同类型工程应用提供参考。     

钢管桁架结构大间隙焊缝相贯节点性能试验与理论研究

河南艺术中心艺术墙与屋面钢结构均采用钢管相贯桁架结构体系。复杂建筑几何造型、运输变形、焊接变形、安装误差等多方面因素,使钢管相贯节点处腹杆相贯线与弦杆间隙远超过规范要求。为解决大直径、相贯线大间隙焊缝的圆钢管相贯节点安全问题,选定2个节点制作足尺试件进行试验研究,相贯线处间隙取30mm并按拟定的焊接工艺施焊;建立节点三维实体有限元模型进行弹塑性有限元分析;通过对比分析,确认工程大直径钢管、大间隙相贯节点的安全性,同时验证了规范公式及有限元分析方法对该类节点设计的适用性,对钢管相贯节点承载力(破坏)判定准则进行了探讨。     

锦绣中华百艺广场大跨度挑棚结构设计研究

深圳锦绣中华百艺广场挑棚结构采用四边形空间钢管桁架和斜拉索组合的杂交结构,钢管桁架最大悬挑长度为32m。为了加强结构在风荷载作用下的整体稳定,通过反复调整承重索和稳定索的内力和桁架的截面,对结构进行了强度和刚度的优化设计。介绍了该结构的风洞试验结果,结构计算、设计及主要构造措施,并给出了在荷载作用下的结构反应和受力特点。     

Structural assessment of current steel design models for transmission and telecommunication towers

The usual methods of structural analysis involved in the design of steel telecommunication and transmission towers tend to assume a simple truss behaviour where all the steel element connections are considered hinged. Despite this fact, the most commonly used tower geometries possess structural mechanisms that could compromise the assumed structural behaviour. A possible explanation for the structure stability is related to the actual behaviour being close to semi-rigid connections instead of the assumed hinged connections. This paper proposes an alternative structural analysis modelling strategy for the steel tower design considering all the actual structural forces and moments combining three-dimensional beam and truss finite elements. Comparisons of the two above-mentioned design methods with a third method based on the use of spatial beam finite elements to model the main structure and the bracing system on two actually built steel telecommunication towers (40 and 75 m high steel towers) are described. The comparison is based on an extensive parametric study of the tower geometry in order to access the structural tower ultimate and serviceability limit states.