宽连梁剪力墙及其抗震性能研究

提出一种通过加大连梁两侧或单侧宽度的方式,用以解决连梁受剪承载力不足的问题。基于连梁抗弯刚度等效的原则,可以有效避免连梁刚度增大,地震作用随之增大的现象。对宽连梁剪力墙结构在多遇地震作用下的层间位移角、动力特性、侧向刚度、连梁内力等进行分析,验证了宽连梁对改善连梁剪压比的作用。对普通连梁与宽连梁构件进行了弹塑性有限元分析,将其滞回性能、骨架曲线等进行比较,证明了宽连梁的变形能力和延性明显优于普通连梁。最后,通过对剪力墙结构的弹塑性时程分析,对宽连梁在高层结构中的抗震性能进行研究。分析结果表明：通过增加连梁宽度的方式能够有效提高连梁的受剪承载能力;与相同抗弯刚度的普通连梁相比,宽连梁的跨高比增大,其转动能力、延性与耗能能力明显增强;罕遇地震作用下宽连梁剪力墙结构在最大层间位移角、塑性铰分布、连梁剪力、受剪承载力等方面均显著优于普通连梁剪力墙结构。     

使用高层建筑结构设计软件时需要注意的问题

目前在高层建筑结构设计工作中，大都采用三维空间有限单元分析程序进行结构内力计算与构件截面配筋设计，本文简要提及了一些设计人员在使用同层建筑结构计算软件时应该注意的问题，并对国内高层建筑结构分析软件的发展方向发表一些个人的看法。     

正方形断面钢管混凝土短柱轴心受压极限承载力的研究

本文根据钢管混凝土柱轴压实验及有限元分析的结果，首次提出正方形断面钢管混凝土短柱轴心受压极限承载力计算模型．该模型将钢管视为平面应力状态，将核心的混凝土划分为双轴受压区与三轴受压区，利用Ｍｉｓｅｓ屈服曲面以及复杂应力状态混凝土的强度理论，可将钢管混凝土柱的承载力表示为钢管模向应力的函数．根据塑性理论中的下限定理，即可确定钢管混凝土柱的极限承载力。     

国家体育场扭曲箱形构件拉伸试验

为研究国家体育场钢结构扭曲箱形构件的抗拉性能,完成了2个1/4缩尺试件在单调拉伸荷载作用下的试验与参数影响计算分析,试件的变化参数为加劲肋间距。试验结果表明:试件的拉力-位移曲线呈双线性特征,试件受拉屈服发生在靠弯曲中心一侧的上翼缘与相邻腹板;受拉屈服荷载为1100kN;两个试件的弹性抗拉刚度分别为593kN/mm与614kN/mm;屈服后强化段抗拉刚度分别为39kN/mm与36kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的6.6%与5.9%;卸载刚度均为930kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的157%与151%。加劲肋间距从300mm减小到225mm,试件的抗拉刚度增加了5%,刚度提高有限。有限元计算结果与试验结果基本一致。     

国家体育场桁架柱外柱节点试验研究

国家体育场焊接箱形截面桁架柱外柱节点中采用了内设加劲肋的K型搭接节点,且部分节点与次结构腹杆相连接。为考察此类构造复杂的桁架外柱节点的静力承载性能,分别进行了无次结构和有次结构外柱节点的1∶4缩尺模型试验和有限元分析。本文详细介绍了节点试验的试验方法和结果,给出了节点的应变发展规律、受力性能和破坏模式。试验结果和有限元分析结果表明,采取了内设加劲肋等加强措施的桁架柱外柱节点具有较高的承载性能,节点强于杆件。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

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。