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。     

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。     

超长大跨结构多点激励的若干问题研究

多点地震激励对超长大跨结构地震反应分析有重要意义,视波速是多点地震激励的重要参数,目前其确定方法尚无统一认识,并且多点地震激励分析中未考虑基础刚度对结构的影响。文章分析影响视波速取值的因素,给出了视波速的取值方法,并提出地震反应分析中考虑基础刚度的模型及基础刚度的计算方法。以某机场航站楼设计为工程背景建立计算模型,采用时程分析法进行考虑基础刚度影响的一致与多点地震激励,分析视波速以及基础刚度对超长大跨结构多点激励的影响。结果表明,视波速的大小将直接影响结构受多点激励影响的强弱,工程中应重视视波速的合理取值;基础刚度对超长大跨结构行波效应的影响由结构底部向上递减,对结构下部楼层的影响较为显著;刚性基础可能会高估多点地震激励对结构最大楼层总剪力、层间位移角以及框架柱内力的影响,而屋盖构件内力反应受基础刚度的影响不大。     

航站楼使用阶段钢结构温度取值研究

为了准确确定大跨度钢结构在使用阶段的温度作用和方便钢结构温度变化模拟分析,对厦门高崎机场T4航站楼屋盖钢结构夏季的温度进行了全面测试,提出太阳辐射与室外气象温度的日变化计算模型。根据气象条件、室内分层温度控制方法以及屋面构造做法,通过CFD模拟技术研究高大空间温度场沿高度方向的变化规律,并在天窗部位考虑了太阳辐射的影响。结果表明:金属屋面具有良好的保温隔热性能,室内与室外钢结构的最高温度均与最高气温非常接近,钢结构昼夜温差主要受室外气温变化的影响;受到太阳辐射的影响,天窗部位钢结构的温度明显高于最高气温;CFD模拟计算得到高大空间空气温度沿竖向分布的结果与实测值的变化趋势相一致,顶部热滞留区的温度明显高于等温空调区,计算温度与实测温度相对误差为5%~10%;通过实测与模拟分析,可以较为合理地确定在使用阶段大跨度钢结构的温度,该方法可供类似大型公共建筑设计时参考。     

波纹状悬挑大跨屋盖的风荷载特性

采用同步测压风洞试验技术,对相同尺寸的波纹状悬挑屋盖、光滑表面悬挑屋盖风荷载进行了研究,重点讨论了波纹形状对悬挑屋盖风荷载的影响。风压分布云图表明,波纹形状没有改变风荷载的主要作用机制,但加剧了来流在屋盖前缘的分离。通过积分得到了对屋盖主体结构抗风设计起控制作用的弯矩系数,相对于光滑表面悬挑屋盖,最不利风向角下波纹状悬挑屋盖的平均弯矩系数增加23%,脉动弯矩系数增加20%,但波纹形状减缓了脉动风荷载在折算频率0.1~0.2范围内的能量集中。波纹形状对风压极值影响较大,特别是对围护结构抗风设计起控制作用的负压极值,波纹状悬挑屋盖较光滑表面悬挑屋盖增加13%。进行波纹状悬挑屋盖抗风设计时,不考虑波纹形状的影响是不安全的。     

上海中银金融中心双塔结构关键问题研究

上海中银金融中心采用巨型支撑-框架-核心筒结构体系,南、北塔楼平面均为狭长的平行四边形,弱轴方向的刚度与强轴方向的相差悬殊;塔楼上部单侧悬挑长度27 m,结构存在偏心;双塔距离较小,对风荷载取值影响显著。通过静力分析与动力弹塑性分析研究单侧悬挑塔楼结构的力学特性,其中双塔风荷载体型系数与风振加速度由风洞试验确定。分析结果表明：立面巨型支撑可以显著提高结构的侧向刚度,明显减小层间位移角和扭转位移比;塔楼悬挑锥体一侧的弹塑性变形显著大于另外一侧的,故非对称结构需要在正、负两个方向进行地震激励;通过对南、北塔楼进行罕遇地震作用下的相对位移分析,最终确定悬挑锥体尖点之间的距离为1.5 m;南、北塔风荷载互相影响,对于狭长平面的塔楼,当长边为迎风面时,风荷载与顺风向风振响应均较大,背风侧塔楼风荷载效应显著减小;当短边方向为迎风面时,横向风振效应较为显著;提出的筏板双向多排钢筋与钢管混凝土钢柱的连接构造以及巨型支撑-角柱节点,两连接形式传力可靠,适用性强。     

大直径钢管混凝土柱-H形钢梁节点设计研究

在传统内环板节点的基础上,提出一种适用于大直径钢管混凝土柱的梁柱节点。为了避免内环板宽度过大造成混凝土浇筑困难、用钢量较大的问题,在内环板焊接拉结钢筋,既可以减小钢材用量又便于在钢管柱内设置钢筋笼。为避免与钢梁翼缘焊接处的钢管表面发生层状撕裂,局部加大梁端翼缘宽度,并通过分析合理确定梁端扩翼宽度与扩翼角度。采用非线性有限元软件,对节点构造与应力分布、变形性能的关系进行分析。通过对比分析得到梁端的刚域长度,并对刚域长度与框架梁抗弯刚度的关系进行研究。为了验证该类节点设计的合理性,进行钢管混凝土柱-H形钢梁缩尺模型试验。有限元分析与缩尺模型试验结果表明,节点拉结钢筋可以提高内环板传力的有效性,有效减小节点区柱壁应力,当梁端扩翼宽度为1.5倍梁翼缘宽度、扩翼角度为1∶6时,节点区柱壁应力明显低于H形钢梁的应力,满足“强节点弱构件”的抗震设计理念。节点刚度对钢管混凝土柱-H形钢梁框架结构的侧向刚度影响显著,当梁端刚域长度约为钢柱直径的0.4倍时,框架梁的抗弯刚度可增加40%以上。节点抗震性能良好,可以实现“强节点弱构件”的抗震设计理念。     

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。     

雄安站大跨度钢结构设计与研究

雄安站站房建筑造型新颖,屋盖面积巨大.结合建筑方案特点,高架候车厅与站台雨棚的屋盖均采用单层正交结构体系,结构布置与建筑功能高度契合.针对结构的特点与高抗震设防烈度要求,提出根据构件部位与受力特点分段确定抗震构造措施的方法,有效减小结构用钢量.通过分析轴压比、径厚比与长细比对钢管柱变形性能的影响,对支承雨棚的钢柱屈服变形角与极限变形角进行适当放松.将等厚箱形柱改为上部壁厚小、下部壁厚大的变阶形式,构件外形尺寸保持不变,在抗侧刚度相等的条件下,节约钢材的效果较好.提出一种腹板带加劲肋的薄壁箱形梁,通过在腹板设置纵向槽形加劲肋、横向加劲肋以及缀板的方式,保证构件具有较高的稳定承载力,便于加工制作与现场安装.研发的屋面与连桥的连接方式,在保证结构竖向承载能力的同时,可以有效适应相邻结构之间的大位移.罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析和防连续倒塌分析结果表明,结构满足大震不倒的性能目标,个别构件失效不会引发结构连续倒塌.