绿色低碳·韵律和谐——上海宛平南路75号科研办公楼的一体化外围护设计与建造

上海市徐汇区宛平南路75号科研办公楼改扩建项目以钢框架为结构主体,立面形式和谐,韵律平稳,与预制外围护系统的建构特性高度一致,在满足固定容积率的特定条件下,设计开放式一体化集成外围护墙板系统,探索多功能一体化外围护系统在绿色低碳建筑工程中的应用。从构造设计、性能优化、建造难点等维度,系统总结结构、装饰一体化水泥基外围护系统的关键技术点,为国家节能减排与新型工业化双轨并进的建筑技术发展提供技术支撑。

基于多模态的耗能减震设计

为了解决平面不对称结构基于性能的减震设计问题,提出基于多模态的耗能减震设计方法。基于多模态的设计方法将结构的性能目标用多阶模态表示。引入各阶模态等效单自由度体系的最大位移幅值之比,将结构的性能表示成关于第1阶模态等效单自由度体系的位移幅值的函数,并由结构的性能目标值确定第1阶模态等效单自由度体系的允许最大位移幅值。继而根据位移反应谱确定第1阶模态的阻尼比,确定附加阻尼比及阻尼系数。计算阻尼系数提供给各阶模态的等效阻尼比,依据阻尼比修正最大位移幅值之比和模态的相关系数,进行迭代计算直到阻尼比满足精度要求。由迭代收敛时的附加阻尼比确定阻尼系数,该阻尼系数就是结构满足性能要求需要的阻尼系数。

基于改进Ritz法的耗能减震高层建筑结构地震响应分析

用改进Ritz法计算耗能减震高层建筑结构的地震响应。改进Ritz法采用基于外荷载空间分布的Ritz向量和基于外荷载频率的Ritz向量。其中,基于外荷载空间分布的Ritz向量用Lanczos法形成。基于外荷载频率的Ritz向量则用外荷载主频的平方进行特征值平移后再用Lanczos法形成。文中还给出上述两种Ritz向量的截断标准。之后用改进Ritz法的Ritz向量对结构动力方程进行线性变换。由于耗能减震高层建筑结构的阻尼是非比例阻尼,广义阻尼矩阵是非对角矩阵,所以文中采用拟力实模态法对线性变换后的耦联动力方程进行求解。最后的算例说明该方法用于耗能减震高层建筑结构的地震响应分析是有效可行的。

预应力结构中预应力筋偏移的影响分析

根据预应力筋孔道和预应力筋的匹配要求,计算确定常用预应力筋重心偏移孔道中心的距离。在此基础上,对一孔布置6股钢绞线和12股钢绞线的两种情况,分别计算考虑和不考虑预应力筋重心偏移时预应力筋的等效荷载、综合弯矩、各跨跨中的预应力摩擦损失和总损失以及预应力引起的柱上弯矩。对计算结果进行比较分析,建议在设计有粘结预应力结构时,尤其是超长结构和宽扁结构,要考虑预应力筋重心偏移的影响。

预制预应力超高性能混凝土梁的有限元分析

采用ABAQUS软件建立预制预应力超高性能混凝土梁的精细有限元模型,模拟预应力超高性能混凝土梁静载试验,有限元计算结果和试验实测结果吻合良好,验证了有限元模型的可靠性。基于有限元模型,分析预应力筋的初始预拉力和超高性能混凝土材料抗拉强度对梁抗弯承载力的影响,结果表明:相同配筋条件下,当预拉应力大于1000MPa(0.53f_(ptk))时,调整预应力筋的初始张拉力不影响极限抗弯承载力;当预拉应力小于870MPa(0.46f_(ptk))时,预拉应力越高,超高性能混凝土梁的抗弯极限承载力越大;无预应力的梁承载力比预应力梁低。超高性能混凝土抗拉强度从7MPa提高到9MPa,预应力梁抗弯承载力提高3.6%,超高性能混凝土抗拉强度对预应力梁抗弯承载能力影响不大。分析工字形预应力超高性能混凝土梁的稳定性,结果表明,工字形预应力超高性能混凝土梁容易发生面外失稳,且面外初始缺陷值是梁稳定的敏感参数,实际应用时,应加强工字形预应力超高性能混凝土梁的面外约束,提高其稳定性。

体外预应力索的破坏及其修复与更换

介绍了可换索体系对各组成部分的要求。分析了体外索在自然灾害环境下劣化破坏的原因:在腐蚀环境下,体外索腐蚀导致其力学性能发生变化,甚至发生应力腐蚀破坏和氢脆或疲劳腐蚀破坏;火灾环境下,钢筋力学性能劣化;动荷载作用下,体外索产生疲劳破坏。针对不同的情况,提出了相应的体外索修复、二次张拉和更换的方法。

约束(侧向)对预应力结构设计影响的研究

阐述了预应力次轴力的本质,分析了影响次轴力的因素。公式推导与算例分析说明,将约束引起的预应力次轴力考虑为预应力损失进行设计时,会使有粘结预应力结构的设计偏于不安全,而在无粘结预应力结构设计中则偏于保守。因此,设计预应力框架结构时,应将侧向约束考虑为作用在截面重心的次轴力,而不是预应力损失。

体外预应力混凝土结构耐久性问题探讨

分析了体外预应力钢筋的腐蚀机理和混凝土劣化原因 ,在此基础上评述现阶段采取的体外预应力筋的防腐、减振措施以及混凝土耐久性的改善措施。最后 ,结合体外预应力筋的电化学腐蚀原理 ,指出当前体外预应力混凝土结构在耐久性方面仍存在的问题 。

有效预应力分布对预应力结构的侧限影响分析

预应力混凝土结构的侧限影响与结构形式、梁柱线刚度和施工方法等因素有关,对于是否与有效预应力的分布有关尚没有相关讨论。改变柱梁的线刚度比、摩擦系数进行计算分析发现,侧向约束影响系数将随着梁柱线刚度比的减小而减小,随着摩擦损失的增大而增大;忽略有效预应力的分布得到的结果与实际情况有偏差,这种偏差随着梁柱线刚度比的减小而增大,随着摩擦损失的增大而增大,因此预应力作用受侧向约束的影响应考虑有效预应力的分布。建议直接考虑次内力影响进行预应力混凝土结构的设计计算。

预制混凝土夹心保温墙应用研究进展

预制混凝土夹心保温墙由内叶墙、保温层和外叶墙组成,三者通过连接件形成结构保温一体化墙板。文中介绍了国内外常用连接件的分类和连接件试验研究,包括抗拔试验、抗压试验、抗剪试验等,归纳总结国内连接件的试验结果,并与实际工程连接件的设计内力进行比较,连接件的承载能力远大于设计内力值。国内外学者对预制混凝土夹心保温墙抗弯性能进行大量研究,并提出不同的组合效应指标判断内外叶墙共同作用程度。国内外已有的抗弯试验研究表明,预制混凝土夹心保温墙抗弯性能介于组合墙和非组合墙之间,抗弯承载能力满足风荷载设计值要求。此外,文中介绍国内关于预制混凝土夹心墙的设计依据标准以及实际工程应用存在的问题,展望双面叠合夹心保温墙进一步研究需要探索解决的问题,包括大气温差荷载下的翘曲变形、抗火性能和连接件耐久性。

地铁运行区域新建建筑全过程实测与数值模拟

以邻近地铁线路的某新建建筑为例,对从项目动工至建筑封顶过程中的主要节点进行全过程实测,得到地铁经过时自由场地及施工不同阶段建筑内部各楼层的振动数据。建立单体的有限元模型,采用不同的激励输入方式进行数值模拟,并将计算结果与实测结果进行对比验证,以获取既有地铁运行区域拟建建筑施工前振动预测的有效方法。在数值分析过程中,针对环境振动,提出了"原位激励"的概念。分析结果表明:一致激励输入仅适用于建筑平面尺寸较小时进行初步预测;原位激励与多点激励的输入方式计算结果准确可靠,可满足设计各个阶段的振动预测需求;根据不同的需求可分别选择采用原位激励或多点激励的输入方式进行振动预测;采用自由场地实测结果作为输入激励进行振动预测时,可将计算结果根据不同的建筑类型进行修正。该研究成果可对既有地铁运行区域拟建建筑施工前进行振动评价提供参考。

低层双面叠合夹心保温剪力墙结构抗震设计数值模拟方法研究

以足尺低层双面叠合夹心保温剪力墙试验楼为研究对象,基于ABAQUS研究双面叠合夹心保温剪力墙结构的数值模拟方法,并建立有限元模型,通过对比计算自振频率和实测自振频率验证数值模拟方法的可行性。另外,建立有、无外叶墙模型,分别进行模态分析和推覆分析,研究外叶墙对双面叠合夹心保温剪力墙结构动力特性、抗侧刚度和抗震承载力影响,结果表明,外叶墙和桁架筋连接件对结构动力特性影响有限,可提高结构抗震承载力;对有、无外叶墙模型分别进行弹性时程分析,结果表明,两个模型的基底剪力最大差值为9.4%,有外叶墙模型基底剪力不一定比无外叶墙模型大。综上分析,建议低层双面叠合夹心保温剪力墙结构进行抗震设计时,可简化为无外叶墙结构进行地震内力计算。

低层双面叠合夹心保温剪力墙结构动力弹塑性分析研究

基于足尺模型振动台试验,对低层双面叠合夹心保温剪力墙结构进行动力弹塑性分析,并对数值计算结果和振动台试验结果进行对比,结果表明,有限元计算的结构响应及构件损伤情况基本和振动台试验结果相吻合,7度罕遇地震时该结构基本处于弹性状态,8度罕遇地震时构件损伤发展,9度罕遇地震时结构进入弹塑性状态,但变形满足大震不倒的要求。对有外叶墙模型和无外叶墙模型的动力弹塑性计算结果进行对比,随着输入地震波峰值加速度增大,两者结构响应发展趋势基本一致,无外叶墙模型的结构位移响应略大于有外叶墙模型,两者构件损伤位置和损伤发展趋势基本一致,无外叶墙模型墙体损伤程度略大。分析结果表明,在结构弹塑性状态下,外叶墙和桁架筋对结构抗震能力具有一定贡献,降低结构在地震作用下的损伤。

无锡会展中心钢结构屋盖稳定分析

本文对无锡会展中心大跨度钢结构屋盖进行稳定性分析,分析内容包括单榀空腹桁架的线性屈曲分析、带初始缺陷的几何非线性屈曲分析和几何非线性弹塑性屈曲分析。分析结果表明:几何非线性和初始缺陷对空腹桁架的稳定性影响比较小,而材料非线性对稳定性的影响比较明显。依据分析结果,本工程采取相应的技术措施。对采取技术措施后的结构进行稳定分析,结果表明,采取技术措施后,结构满足安全的要求。

某既有地下室上新建钢结构高层连接节点的探索和实践

钢结构柱脚的锚固连接节点是既有地下室上新建钢结构高层的设计关键,同时也是整个上部结构的嵌固端部位。以上海市某一改扩建医院项目为例,选取三个典型节点,对嵌固端部位的新型钢柱连接节点设计进行了有限元分析和节点缩尺模型试验。结果表明:该新型节点设计可以有效传递上部结构的柱底内力,达到中震不屈服的抗震性能目标,且具有较高的安全储备。同时,针对该节点设计的特点,文中也给出了可行的施工方案。

基于设计使用年限和位移的耗能减震加固设计

依据加固设计使用年限确定抗震设防烈度,继而确定抗震加固设计的地震加速度峰值。用结构的目标位移表示结构的性能目标,提出基于位移的耗能减震加固设计方法。根据结构的目标层间位移角及其对应的结构变形曲线确定结构各层的位移,在此基础上,将多自由度体系等效成单自由度体系。依据位移反应谱确定单自由度体系在已定水准地震动下满足位移要求所需的总阻尼比,该阻尼比可以近似认为是多自由度体系满足性能要求所需的总阻尼比。总阻尼比减去结构的阻尼比得到阻尼器的等效阻尼比。根据阻尼器的等效阻尼比确定阻尼器的阻尼系数,并对阻尼系数进行优化分布。最后用文中提出的方法对某钢框架结构进行加固设计。

南昌绿地国际博览中心结构设计

南昌绿地国际博览中心屋面采用大跨度空间钢桁架体系,在屋面上方设置波浪形的曲线构架,主立面采用668m长的拉索幕墙结构,拉索幕墙由单向垂直跨越的预应力拉索体系支承,拉索预应力加载在由V形柱支撑的转换桁架上。针对V形柱及抗连续性倒塌性能做了重点分析。考虑到建筑物体量巨大,受高度及体型的影响,建筑物周围风环境状况复杂,因此对主体结构及幕墙风洞试验进行了研究,风洞实验结果表明,围护结构的屋面最大负风压是规范值的1. 8倍,墙面最大正风压为规范值的1. 6倍。