朱忠义:刚柔相济,打造安全高效的建筑“骨架”

记者:2020年12月,卢塞尔体育场登上卡塔尔中央银行新发行的面额10里亚尔纸币。2022年12月18日,卡塔尔世界杯决赛在主体育场卢塞尔体育场举行,阿根廷总比分7-5战胜法国,夺得冠军。卢塞尔体育场也随之出圈。作为该体育场大跨度结构设计团队的负责人,请问其设计最大的亮点是什么?朱忠义:北京建院承担了卢塞尔体育场钢结构和屋顶大跨度索膜结构设计,这是中国企业首次担纲世界杯场馆的结构设计。索膜结构是其最大亮点。奥运会和世界杯不仅是体育健儿的盛会,也是展示体育建筑技术发展的舞台。

考虑土-结构相互作用的大跨度空间结构抗震研究进展

考虑土-结构相互作用(SSI)的大跨度空间结构抗震研究对于实现大跨度空间结构精确化分析,保障结构抗震安全性具有重要意义。为了更好地应用已有大跨空间结构考虑土-结构相互作用的研究成果,分别对土-结构相互作用研究分析方法、框架结构SSI效应影响分析、地下-土-地上结构相互作用研究现状、大跨度空间结构与下部支承体系协同工作及考虑SSI对大跨度空间结构动力性能的影响等方面的研究成果进行了梳理。结果表明:已有土-结构相互作用分析方法及计算模型对于大跨度空间结构的适用性有待商榷;框架结构SSI效应和大跨度空间结构与下部支承体系协同工作的研究相对成熟,其成果可供借鉴;带有大型复杂地下结构的大跨空间结构SSI效应显著;现有研究多以数值模拟为主,试验技术的发展对大跨空间结构土-结构相互作用抗震理论的验证至关重要;未来需要进一步研究实用的简化计算模型及分析方法、地下结构-土-大跨度空间结构体系、强震失效倒塌机理及减隔震研究、试验研究、参数分析、复杂效应耦合等。

折线形单层柱面网壳的稳定分析

折线形单层柱面网壳结构是一种新型的空间结构形式。本文采用几何非线性有限元法,系统地分析了四边支承的折线形单层柱面网壳结构的稳定性,并与光面单层柱面网壳的稳定性作了比较,得到了不同参数对网壳结构极限荷载的影响。

烟台体育中心体育场罩棚结构设计

烟台体育中心体育场罩棚跨度45m,由两片月牙造型的空间结构组成,采用骨架和张拉结合的膜结构,主受力结构由带大型拉压杆的立体桁架和跨度284m的拱架组成。结构的杆件选用圆钢管,节点为相贯焊接节点,膜材选用PVC材料。结合具体的结构设计,详细介绍了罩棚的结构体系;分析了结构的静力性能、动力特性以及温度对结构的影响。对结构稳定的研究结果表明结构稳定满足规范要求,不会发生整体屈曲。介绍了结构优化和节点设计的基本内容。

折板网壳的几何非线性分析

折板网壳是一种新型的网格形式。在介绍几种适用于矩形平面形状的折板网壳基础上 ,进一步将这种结构与平板网架在强度、刚度、稳定性和经济性方面作了比较分析。结果表明 ,该种结构具有良好的受力性能。此外 。

球面组合网壳结构的几何非线性稳定分析

本文利用组合结构有限元法进行了球面组合网壳结构的几何非线性稳定分析，给出了Ｔ．Ｌ．坐标系下空间梁单元和满足离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ假定的三角形板壳元的非线性刚度矩阵，并利用柱面弧长法有效跟踪了结构的荷载－位移曲线。本文详细分析了４０ｍ跨度的球面组合网壳及其特例──带肋壳、光面壳及钢网壳的变形路径、位移形态和临界荷载，得到了一些有价值的结论。

单层穹顶网壳结构的几何非线性跳跃失稳及分歧屈曲的研究

本文对单层穹顶网壳进行了几何非线性稳定分析，推导了Ｕ．Ｌ．坐标系下的几何非线性空间梁单元，采用以柱面孤长法为主的自动加载策略，求解结构的平衡路径。目前国内对网壳结构分歧屈曲的研究尚很少，本文利用位移扰动法，进行了一些探讨，求得扁拱和Ｋ６－２型穹顶的分歧路径，同时详细分析了４０ｍ跨大型穹顶网壳在不同荷载作用下的稳定性。

新疆体育场环形斜拉结构研究

新疆体育场罩棚跨度64m,呈飞碟形,采用环形斜拉结构体系。结构的弦杆选用矩形钢管,腹杆选用圆钢管,节点为相贯焊节点。结合具体的结构设计,详细介绍了罩棚的结构体系,根据结构特点,优化传力途经,使结构下弦内力峰值降低67%;在保证结构整体性的前提下,对环向杆件与主桁架连接以及内环连接形式进行优化,也降低了杆件应力。研究了结构变形和钢索内力的特点,表明结构具有比较明显的空间作用;介绍了结构的动力特性和预应力对结构变形的影响。

大开口环形空间索桁架结构研究

大开口环形空间索桁架结构是由内环索将平面索桁架连成整体的一种索杆张力结构,目前世界上已有几个大型体育场采用了这种结构体系。介绍了这种结构体系的稳定性分析理论和自应力模态计算方法,研究了这种结构体系自应力模态的特点和力学性能。分析表明结构空间性能好,内力分布均匀,对非对称荷载有较强的适应能力,并具有较高的承载能力。

电子设备的可靠性分析与预测

可靠性是研究产品失效规律的一门新兴科学。本文就电子设备可靠度的两个因素,阐述了可靠度的分析方法,并分别给出了系统可靠度的数学模型。

大跨度索结构关键技术与工程应用

针对建筑品质提升、建筑造型和建筑功能日趋多样化与复杂化等新需求,项目组产学研结合,发展完善了大跨度索结构技术体系。创新发展了大跨度索结构设计理论,解决了索结构设计的关键难题;研发了新型高效索结构体系、节点和产品,攻克了复杂索结构高效承载的技术难题;创新了索结构施工理论、方法和装备,解决了新型索结构安装提升难题,施工效率大幅提升;研制了索结构新型监测成套技术,攻克了钢索绝对应力的精准监测难题。成果支撑了2022年卡塔尔世界杯主体育场、苏州奥体中心体育场、大连梭鱼湾足球场、三亚体育场等大型工程的建设,取得了显著的经济、社会和环境效益。

HP8510B矢量网络分析仪绘制目标曲线的一种新方法

本文介绍了在HP8510B矢量网络分析仪上绘制目标曲线的一种新方法。并给出了用控制器中BASIC5.0编写的源程序。

大跨度空间结构抗风分析的数值风洞方法

数值风洞方法可为复杂形体结构的风压分布确定和结构风振系数选取等提供非试验性的依据。基于计算流体动力学理论,以空间结构为对象,研究数值风洞技术。数值模拟了不同空间结构形体表面及其周围的风场,计算了结构风载体型系数,并与风洞模型实验成果比较,验证数值风洞计算结果的正确性。研究了因其他结构物存在引起的结构风场和结构体型系数变化,探讨了用数值风洞模拟技术鉴别风洞模型试验可能存在的误差及其原因。基于结构表面等压线划分结构受风区域,并以面积加权平均计算得到区域体型系数。还分析了结构多风向角下的结构风载体型系数。

首都国际机场3号航站楼屋面雪荷载分布研究

采用两相流理论模拟风荷载雪漂作用,认为空气相和雪相的关系为单向耦合,雪在风(空气相)的作用下发生漂移.对通用计算流体动力学软件FLUENT进行了二次开发,计算了在风作用下积雪发生迁移后屋盖表面的雪压分布,并对雪荷载改变量以及雪压分布的规律进行了分析,为结构设计提供了依据.

忆南仁东先生

北京时间2017年9月15日23时23分，“中国天眼”（FAST）首席科学家、总工程师南仁东先生病逝，享年72岁。

空间结构风场风载的数值模拟

基于计算流体动力学理论的空间结构风场风载数值模拟方法,研究了具有复杂体型的空间结构形体表面及其周围的风场,确定空间结构的风压分布,进而得到结构表面风载体型系数,并与相应风洞模型实验结果比较,结果验证了数值模拟方法的正确性.利用数值方法模拟了当存在阻挡建筑物时目标建筑物周围风场和表面风载体型系数的改变,分析了风场变化的原因,讨论了何种情况下必须考虑阻挡建筑物的影响.又基于结构表面等压线将结构表面划分为结构受风子区块,并以面积加权平均计算得到各子区的风载体型系数,为抗风设计提供了可靠依据.

矢量网络分析仪的功能扩展与应用

本文介绍了在分析测量曲线数据存储结构的基础上，采用以HP8510B矢量网络分析仪控制器改写测量曲线的方法，实现了绘制目标曲线的崭新功能。并以绘制调试幅度均衡器时所需的S21目标曲线为例，详细阐述了绘图的方法步骤，并给出了用控制器中BASIC5．0编写的源程序。

某大型机场航站楼结构风载体型系数的数值模拟

以昆明新机场航站楼工程为背景,基于Fluent软件建立计算模型,采用标准k-ε湍流模型,数值模拟结构表面风场风压,并与风洞试验结果对比,获取结构风载体型系数.分析了不同风向角下屋面风载体型系数的分布和产生机理.计算结果表明:计算流体动力学(CFD)数值模拟方法可以较为准确地反映结构表面实际风压的分布规律,但数值方法结果比风洞试验结果的绝对值略偏大;在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.根据当地风环境条件数值计算并经比较分析而获得的最不利风压分布,可应用于工程抗风的初步设计.

大跨柔性空间结构风压和耦合风效应分析

研究大跨柔性空间结构的表面风压和流固耦合风效应。引入流体运动控制方程和大涡模拟湍流模式,提出风与结构的流固耦合方程的迭代求解过程。提出张拉索膜结构的加载预应力态、稳定态和耦合态等三个受载状态概念和统一形式的动力方程表达。以某典型索穹顶结构为例,采用以风时程为荷载的动力响应时程方法、单向耦合算法和双向耦合算法,开展结构风效应的数值计算和比较。研究发现,动力响应时域方法和单向耦合算法的结构平均位移计算结果基本相同,但前者的结构风振系数较大。双向耦合算法的结构平均位移计算结果小于前两种方法,但风振系数在三种方法中最大。

国家体育馆2022冬奥新建训练馆摩擦摆隔震设计

国家体育馆新建训练馆为大跨度楼盖结构,为提高其抗震性能、降低温度效应,在主桁架两端底、东西两侧柱顶及剪力墙的牛腿上设置摩擦摆隔震支座,同时在桁架支座处对称设置电涡流阻尼器。针对新建训练馆采用的摩擦摆隔震支座与电涡流阻尼器组合隔震系统,进行了隔震结构在非抗震工况下的受力分析,以及小震、中震、大震下的非线性时程分析。隔震分析结果表明:摩擦摆隔震支座可大幅降低结构在地震作用下的受力,提高结构的抗震性能;对于超长、支承刚度较大的结构,可显著减小结构的温度效应。通过采用电涡流阻尼器,避免了油缸漏油问题,提高了隔震系统的耐久性。