惠州市会展中心主体结构设计研究

惠州市会展中心是惠州市重点项目"三馆一场"之一,该工程为大型复杂展览建筑,上部主体结构主要分为两个部分,展厅和波浪型屋盖。展厅采用钢筋混凝土筒体+钢管混凝土钢框架混合结构体系,屋盖采用单层柱面钢网壳结构,单层网壳屋盖通过人字形斜撑支承在剪力墙端柱上。重点介绍了展厅结构及屋盖单层网壳结构的构成,对整体结构进行了多工况的变形受力性能分析,对典型节点及复杂节点进行了精细的有限元分析,阐述了会展结构的一般设计方法,得到了一些设计经验。     

基于单柱子结构模型的型钢混凝土异形柱框架抗震性能混合试验研究

为研究实腹式型钢混凝土异形柱框架结构的抗震性能,以一榀三层两跨异形柱中框架为原型进行整体结构抗震混合试验。基于试验装置构建的OpenSees-OpenFresco-MTS混合试验系统,分别选取底层十字形截面中柱和T形截面边柱作为试验单元,利用四联杆设备对其进行加载,其余部分作为计算单元基于OpenSees软件进行时程分析。通过观察不同试件的受力过程及破坏特征,分别获得试验单元和整体框架的动力反应,对比分析了其滞回特性、累积耗能及刚度退化等,并对震损柱进行拟静力试验。研究结果表明：型钢混凝土十字形中柱和T形边柱试验单元及整体框架的滞回曲线饱满,耗能能力强;震损柱的前期刚度下降迅速,后期刚度下降平缓,破坏时刚度约为初始平均刚度的30%;基于不同试验单元下整体框架的耗能结果初始状态和最终状态趋于一致,体现了混合试验方法的正确性及经济性。     

环肋型悬挑桁架在某体育场钢结构罩棚中的应用

某体育场结合建筑屋盖的连续造型,采用"环肋型悬挑桁架+外圈立体桁架约束环+端部钢拉杆+局部柱间V形支撑"的结构体系。该结构体系充分利用屋盖曲面的整体面内刚度,并在外圈设置一道立体桁架的约束环,以形成良好的整体刚度。其中,屋盖曲面的面内刚度由其各榀悬挑桁架上弦连续的交叉斜撑提供。屋盖钢结构体系仅通过铰接钢柱脚支承在2层混凝土楼盖上,与下部混凝土结构为相对独立受力体系,避免两者之间的不利影响。重点介绍这种结构体系的静力性能、非线性极限荷载分析及抗连续倒塌性能分析设计。     

常德高铁站房结构设计

常德高铁站是常益长正线线路上的重要站点,站房分为下部混凝土结构和上部钢屋盖。屋盖采用Γ形刚架作为主要支撑结构,一方面斜柱有效地增加了结构的抗侧刚度,另一方面也与桃花盛开的建筑意象相契合,其结构形式经历了立体三角形桁架、箱桁结合实腹梁、箱形实腹梁3轮方案的推敲演变。针对天窗区域连系桁架拱形下弦的矢高取值,采用Grasshopper+SAP2000联动程序进行自动化参数找形,得到结构受力性能和建筑空间效果均优的平衡点。通过ABAQUS壳单元模型与SAP2000杆单元模型的对比分析,验证了利用SAP2000截面设计器对变截面的异形截面构件分析的准确性,同时对Γ形刚架进行了弹塑性极限承载力分析,结果满足要求。Γ形刚架形态舒张有力,结构受力合理,实现了建筑与结构的完美结合。     

恩施青云崖游客中心钢结构设计

恩施青云崖游客中心采用钢框架+单层平板网格屋盖结构体系,对其结构设计中的方案选择、屋盖杆件受力和验算、结构极限承载力、关键部位加强构造措施等进行分析研究。结果表明,菱形网格柱可较好地满足建筑及整体刚度要求,平板网格结构杆件可忽略轴力影响按受弯构件设计,整体结构具有较大安全冗余度,且符合喇叭柱重要构件破坏滞后一般构件的概念设计;加强构造措施能有效保证计算假定实现和结构安全。     

世博会主题馆钢结构设计与分析研究

主题馆作为2010年上海世博会 “一轴四馆”核心建筑群的重要组成部分,建筑平面南北向217.8m、东西向288.0m,其中,西侧展厅为126m×180m无柱大空间。针对屋盖跨度大、整体结构超长且平面不规则等特点,对屋盖结构体系选型和下部框架支撑体系选型进行了详细比选,最终,屋盖采用了由索撑张弦桁架与立体桁架组成的长度为270m的4跨连续梁结构,下部钢框架采用了钢支撑与粘滞阻尼支撑形成的混合支撑框架体系。对结构设计中的一些关键问题进行了分析研究,得到以下结论：与局部抽空方案相比,屋盖满堂支撑方案下结构整体性较好;滑动支座与预应力拉索的合理应用,提高了屋盖结构效率,同时释放了屋盖对下部结构水平推力;混合柱间支撑方案既满足结构抗侧刚度的要求,同时有效降低了超长结构温度作用内力;东侧展厅变截面箱梁方案综合兼顾了建筑形式、结构受力以及设备管线穿行的要求。     

广州亚运城体操馆结构设计

广州亚运城体操馆屋盖结构体系由比赛区直腹杆拱架体系、训练区桁架体系和飘带区单层网壳三个大单元构成,各单元通过内外环梁和H形钢梁连接。将上部钢结构与下部混凝土结构进行整体建模计算,通过节点有限元分析确定了直腹杆拱架节点刚接形式,总结了判断节点刚度的标准。通过精细分析,确定了主要受力构件——柱和直腹杆拱桁架各杆件的计算长度。对支撑体系进行优化设计,确定结构抗侧刚度。通过大悬臂端铺设应力蒙皮板计算分析,表明应力蒙皮板起到了一定的抗震作用。最后对本工程进行了弹塑性时程分析,考察了整个结构大震下的受力特征,分析表明支撑钢屋盖的内环柱及外环柱均处于弹性状态,下部混凝土柱基本处于弹性状态。     

贵州省亚高原体育训练基地攀岩馆结构分析及设计

贵州省亚高原体育训练基地攀岩馆屋盖造型为两个有高差的半边椭圆球,是国内外场馆建筑中较早采用带高差两个半边椭圆球屋盖的场馆;场馆采用椭球形凯威特K6单层网壳结构+立体拱架+竖向平面交叉桁架组合的杂交结构体系,下部为钢筋混凝土框架-剪力墙结构.主要介绍了钢屋盖的结构选型及结构布置.采用多模型的计算分析方法,对结构进行设计分析并验算钢屋盖的稳定性;对复杂相贯节点的受力性能进行计算分析,并对比分析半边椭圆球单层网壳结构与完整椭圆球单层网壳结构的受力性能差异,另外介绍了该项目风洞试验、风荷载取值方法.分析结果表明,带高差两个半边椭圆球屋盖结构布置合理,其受力特性与完整圆的网壳结构受力性能存在较大差异.     

盐城机场候机楼改造工程钢屋盖结构设计及其关键问题的研究

盐城机场候机楼改造工程钢屋盖采用空间三角形桁架结构体系,屋盖下部混凝土结构刚度不对称并且屋盖两端要求在较小的截面下达到较大的悬挑.本文介绍了该钢屋盖结构的结构设计,对解决结构刚度不对称造成的不利影响的不同方案进行了比较,结果表明在下部刚度突变处采用销栓的活接连接可有效地改善结构的受力.为达到建筑要求并兼顾屋面结构布置,采用特殊的主檩条截面,对该截面的构造安装及整体稳定性等问题进行了探讨,为类似工程提供有价值的参考.     

某高铁站大跨空间结构设计

徐州东站扩建项目使用功能主要为侧式站房和高架候车室,整体结构由下部钢筋混凝土框架及上部大跨度钢屋盖组成,钢屋盖平面投影尺寸为191m×227m.高架候车区钢屋盖跨度75m采用倒三角钢桁架,侧式站房入口处钢屋盖跨度112m、两侧悬挑31m,采用W形钢桁架结构.为保证主桁架的稳定及增加整体屋盖刚度,屋盖设置了Y向倒三角次桁架及刚性屋面支撑;上部大跨度钢屋盖分别支撑于高架候车室钢管混凝土柱顶、侧式站房钢管混凝土柱顶、通高幕墙柱顶及入口处通高4根空间桁架柱顶,各类柱抗侧刚度差异较大,本工程通过局部设置滑动支座进行了整体抗侧刚度的调平;入口通高空间桁架柱也作为关键构件进行重点分析设计;本工程整体结构超长,温度对钢屋盖、支座及竖向构件将产生不利影响,本文对其进行了分析论述.     

重型钢结构厂房屋盖系统方案比较

针对某吊车吨位达到650t的重型钢结构厂房,比较了桁架屋盖体系和楔形梁屋盖两种方案的结构自振周期、屋盖用钢量、主结构变形、主要构件应力比、屋盖刚度对实腹式上柱受力的影响,以及按照平面框架分析和空间分析两种情况下结构变形。比较和分析结果表明,采用楔形梁方案能满足结构整体受力性能的要求,没有增加屋盖的用钢量,且变形满足现行规范要求。屋盖刚度、变阶柱刚度比值对上柱受力影响较大。对空间分析中振型阶数的选取进行了探讨,结果表明,进行空间分析时,振型阶数的选取对结构反应影响较大。     

济青高铁青岛红岛站钢屋盖结构设计

济青高铁青岛红岛站站房采用建桥合一的钢-钢筋混凝土混合框架结构.广场层、承轨层与两条正线桥之间设缝脱开,候车层按不设缝设计.高架候车层上的钢屋盖为保证使用功能整体不设缝,中部采用倒三角形空间管桁架,南北浪花造型采用空间网格结构,二者之间通过矩形过渡桁架连成一个整体.结构设计时,进行了温度作用单工况分析、多点输入地震反应时程分析补充计算、钢屋盖整体稳定分析、钢屋盖极端荷载受力分析、钢屋盖施工模拟分析、典型节点有限元分析,还进行了结构罕遇地震动力弹塑性分析、防连续倒塌分析等.分析结果表明,钢屋盖结构设计安全合理、抗震性能良好.     

某会展中心钢屋盖结构设计

某会展中心是集会议、展览、商务、餐饮、娱乐等多功能于一体的现代化城市会展中心。包括五个展厅、综合下沉广场和会议中心,总建筑面积约9万m2,展厅跨度66m,柱距9m,主体结构形式拟采用钢筋混凝土框架及大跨钢屋盖结构,屋盖承重体系采用倒三角形空间管桁架结构,设计中分别建立了钢屋盖上部独立模型和下部混凝土加屋盖钢结构的整体模型,针对屋盖结构稳定性,进行了几何非线性稳定分析,同时对支撑主桁架的框架柱按性能目标C进行性能化设计,结果表明,结构方案合理,安全可靠,达到了建筑结构的完美结合。     

某会所结构设计与分析

某会所为地上2层、地下1层的坡屋面框架结构,通过设置变形缝,结合建筑立面要求优化结构的布置,并采取合理的构造措施,使结构计算结果符合规范要求.该工程大部分屋盖采用钢结构,根据建筑坡屋面造型采用相贯节点圆钢管桁架和H型钢梁相结合的结构体系,不仅与建筑形态吻合,而且结构受力合理.通过整体分析和对屋盖钢结构的有限元分析表明,结构具有良好的安全性和经济性.     

独角兽岛启动区展厅钢结构设计及BIM应用

独角兽岛启动区展厅建筑造型突破常规,多重曲面的流线造型构建成复杂的空间异形造型.平面近似椭圆形,立面及屋盖采用独特的空间自由曲面.整个外罩形成以中庭漏斗网格筒、外围立柱、外环曲线立体桁架及单层网格组成的多重复杂空间结构;屋盖和采光中庭网格筒室内空间结构构件外露,采用大高宽比特窄翼缘焊接矩管单层网格结构实现建筑、结构、幕墙完美结合.介绍了本工程的结构体系,屋盖方案演变及杆件截面优选,对结构进行了单体模型及总装模型分析,论述了结构的变形、内力和应力分布特点、整体稳定性分析,对单层网格结构中各类节点的适用性进行比较,选取关键节点进行有限元应力和刚度分析,确保节点的受力可靠.同时鉴于结构平面、空间关系复杂,对该项目进行了BIM设计,并介绍了本工程BIM正向设计流程及其创新应用.     

苏州奥体中心体育场钢屋盖结构设计

苏州奥体中心体育场钢屋盖结构为马鞍形轮辐式单层索网结构,跨度260m。对双层索网和单层索网进行了选型对比,对索网进行了找形分析。为了考虑柔性屋面结构与风荷载之间的耦合作用,进行了气弹性模型风洞试验研究。柱脚销轴和铸钢采用了高强材料,减小了构件尺寸,达到美观效果。对部分V形柱边界条件进行释放,弱化了结构刚度,减小了基础沉降差异对钢屋盖结构受力的影响。对结构进行了考虑几何非线性和材料非线性的整体稳定分析。进行了柱脚节点的创新设计,并对其完成了有限元分析和节点试验。进行了柔性屋面大变形对附属结构影响研究,设置了钢屋盖健康监测系统。上述计算分析、试验和监测系统保证了结构的受力安全,可供类似工程设计提供参考。     

复杂型钢混凝土结构钢筋绑扎施工技术

国家体育馆总建筑面积8.09万m2,地下1层、地上4层;结构体系为型钢混凝土-钢支撑-框架剪力墙混合结构,钢屋盖结构形式为单曲面、双向张弦桁架钢结构;建筑外围由78根型钢柱、437根型钢梁、278组钢支撑(其中八跨为双重支撑)组成;柱高22.940～37.133m,在角部及柱顶部布置柱间钢支撑,柱间支撑长度均超过10m,最长达15.17m;柱型钢截面主要为王字形,梁型钢截面为H形,框架结构如图1所示.     

钢管混凝土异形柱抗侧刚度的计算

钢结构住宅设计中,为避免室内露柱露梁,可采用钢管混凝土异形柱框架,但钢管混凝土异形柱如何参与计算成为制约结构计算的难点。分析了等面积代换和等弯曲刚度代换成矩形截面钢管混凝土柱存在的缺陷,利用平截面假定和叠加原理,通过异形柱在纯弯曲状态下的变形分析,推导了钢管混凝土异形柱的抗侧刚度,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明,对于存在对称轴的等肢厚T形和十字形截面,将其按等弯曲刚度等代成矩形截面计算其抗侧刚度是可行的,而对于L形截面和非对称T形、十字形截面,则需要考虑扭转影响。     

随州南站屋盖结构设计和分析

随州南站站房采用24个伞状单元体呈现银杏叶的造型,结构设计时以H形截面弦杆形成的异形钢桁架作为主受力骨架,结合分叉圆钢管、吊杆、水平圆管桁架等形成完整单元体结构。单元体结构与顶部波浪形正交钢梁体系连接,形成了站房屋盖整体结构。屋盖结构体系复杂,单元体根部尺寸收缩,采用屈曲分析得到了结构的屈曲模态及屈曲因子,第一阶屈曲模态位于伞状单元体结构根部位置,并进一步对屋盖结构进行了荷载-位移全过程分析,以保证屋盖结构的整体承载力。设计时在单元体结构中采用了十字工形组合钢柱及鼓形节点,利用有限元分析和试验的手段对此两种特殊结构构造进行了验证,以确保关键部位的承载力。单元体结构外表皮采用张拉索-膜结构形成的金黄色ETFE膜完整呈现了建筑效果。     

深圳国际会展中心超大特殊展厅结构设计

深圳国际会展中心是深圳市委市政府布局深圳空港新城"两中心一馆"的三大主体建筑之一,该工程为大型复杂展览建筑。超大特殊展厅作为该项目体量最大的一个5万m~2展厅,屋盖结构采用空间管桁架结构体系,下部采用钢框架结构体系。详细介绍了超大特殊展厅钢结构屋盖结构体系的构成,对整体结构进行了动力特性和变形受力性能分析,对在大跨空间结构设计中起控制作用的结构稳定问题进行了分析和研究,对典型复杂铸钢节点和悬挑三角桁架连接节点进行了有限元分析。结果表明,超大特殊展厅钢屋盖结构选型合理,结构安全可靠并具有较好的经济性,可为相关工程设计提供参考。