超高桥塔的气弹模型风洞试验及其等效静力风荷载

为研究超高桥塔的气弹模型风洞试验方法及其等效静力风荷载,根据某实际工程中的超高桥塔建立了有限元模型,进行了动力特性计算,进而设计了相应的气弹模型,并开展了风洞试验。在此基础上,开展了超高桥塔风致振动的非线性时程计算,并基于阵风荷载因子法,对比了以位移、内力和应力为单一目标的超高桥塔的等效静力风荷载。结果表明:斜风作用下的桥塔风致振动比较显著,其影响随着风速的增大而愈加明显;当风向角为75°~90°时,超高桥塔将在风速为35~50 m·s^(-1)的区间发生顺桥向的侧弯涡振,但幅值较小;基于应力的阵风荷载因子比基于位移或内力的阵风荷载因子更加稳定,这使得基于应力的等效静力风荷载要优于基于位移或内力的等效静力风荷载,比较适合于超高桥塔。

基底隔震高层建筑风振响应和等效静风荷载

基于高层建筑风荷载规范,建立了基底隔震高层建筑在风荷载下的运动方程,推导得到了结构风振响应均方根.通过3栋高度不同的隔震高层建筑工程案例,对比分析了它们隔震前后的结构动力特性和顺风向风致响应;提出了与非隔震建筑等效静风荷载在表达形式上一致的基底隔震建筑等效静风荷载公式,其中对风振因子简化公式进行了修正.结果表明:结构隔震后在初始刚度弹性范围内的振动频率降低,阻尼比减小,振型在隔震层位置存在滑移,因此结构各响应较非隔震建筑增大;提出的背景因子简化公式可精确估计隔震结构风振系数,同时也可用于加速度的计算.该研究为高层隔震建筑在弹性范围内的风振验算提供了参考.

风与地震作用下平面索网幕墙系统的动力性能研究

平面索网幕墙被广泛应用于大型公共建筑中,因具有阻尼小、刚度低、非线性强等特点,其在强风与地震作用下易出现索力突变、变形过大、面板损伤等不利现象。建立了索网幕墙系统的精细化数值模型,量化了风、地震作用下相邻主结构对幕墙动力性能的影响,分析了两种灾害共同作用下的索网动力响应及面板、密封胶安全状态,计算了幕墙的风振系数并与规范参考值进行对比。研究结果表明:考虑主结构影响的索网幕墙的频率平均减小了12%,地震作用下中部拉索的峰值位移比为6.5,远大于风致响应,计算索网幕墙的地震响应时不可忽略主结构的影响。两种灾害共同作用时,索网位移的增幅大于索力的增幅,位移响应对外部激励变化更加敏感,且位于幕墙顶部的玻璃面板与密封胶的应力均超过设计强度,应在运维过程中予以重点关注。此外,对索网幕墙风致响应结果进行数理统计,得到了可供工程设计参考的风振系数。

装饰条干扰下超高层建筑表面风压系数及风荷载体型系数研究

为解决因幕墙装饰条对超高层建筑外表面风压分布造成干扰使其分布不均衡导致的装饰条掉落问题,基于Davenport脉动风速功率谱及拟合函数、LES湍流模型和《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)的推荐计算公式,利用计算流体动力学方法对装配不同型号装饰条的超高层建筑进行三维风场流体模拟。研究了超高层建筑及装饰条自身表面的风压分布特征和装饰条风荷载体型系数随其横截面体型特征及布置间距变化的规律。结果表明:超高层建筑外表面平直区域风压极值增高,拐角过渡区域风压极值降低,配置装饰条能够改善建筑表面拐角区域风压突变现象;当装饰条横截面为矩形时,其正侧表面的风荷载体型系数随截面高度增大而增大,横截面为梯形时,其侧表面的风荷载体型系数随下底的减小而减小,风荷载体型系数随装饰条间距变化的趋势不明显。

架空输电线路荷载规范中导线风荷载的分析

《架空输电线路荷载规范》正逐步代替旧规范。成为重要的设计依据,主导今后架空输电线路工程中杆塔荷载的设计工作。本文主要研究《架空输电线路荷载规范》中线条风荷载的计算,通过对脉动风以及阵风系数、档距折减系数与风振系数等新系数的研究,解析系数背后的物理意义,并将其与旧规范计算结果进行比较。

36米跨局部开口雨棚风荷载数值模拟研究

随着我国经济与建筑事业的快速发展,高速铁路的需求日益提升。在恶劣天气下,为了使游客能在站台上正常候车,应在站台的上方设置雨棚。为明确36m跨局部开口雨棚风荷载体型系数,文中基于CFD数值模拟方法对雨棚表面体型系数进行研究分析,利用Realizable k-ε湍流模型对雨棚进行数值模拟研究,详细研究了不同风向角对雨棚表面风压分布规律及体型系数分布的影响。计算分析结果表明,由于来流的冲击作用,导致体型系数极值出现在雨棚迎风边缘处。雨棚表面的风压分布会随着风向角的变化而变化,随着风向角的逐渐增大,极值逐渐减小。在不同风向角风的作用下,雨棚两侧往往受到相反的作用力,这可能会导致局部开口雨棚沿站线方向产生扭转,从而影响结构的稳定性,研究结果可为此类结构的抗风设计提供参考依据。

某网球中心轮辐式张弦梁屋盖结构设计与分析

某网球中心屋盖由环形雨棚和中央屋盖组成,两者的平面投影为同心的椭圆形,环形雨棚采用钢桁架结构,中央屋盖经过方案比选采用轮辐式张弦梁结构,均上覆半透明PTFE膜。首先对屋盖的风荷载、积雪荷载、温度荷载取值进行了研究,然后在上述基础上对中央屋盖张弦梁拉索的初始预应力值确定、支座形式、整体稳定性、防连续倒塌、关键节点进行了专项分析。结果表明:中央屋盖自重平衡时,长、短轴张弦梁拉索轴力最大分别为745、490kN;中央屋盖采用径向滑动,切向固定铰支座形式较为合理,其中径向允许位移限值为30mm。采用静力失稳模态法引入整体初始几何缺陷,对网球中心中央屋盖进行双非线性稳定性分析,网球中心屋盖稳定承载力系数满足安全要求;采用拆除构件法中的非线性动力方法进行防连续倒塌分析,网球中心屋盖不会因为张弦梁拉索破断而出现连续倒塌;对网球中心屋盖关键节点进行了专项设计和精细的有限元分析,节点安全可靠。

2022年北京冬奥会国家雪车雪橇中心遮阳棚结构体系设计研究

国家雪车雪橇中心是中国首次设计建造的雪车雪橇项目场馆,是2022年北京冬奥会设计难度最高、施工难度最大的项目之一,是世界上首个设置于山体南坡的雪车雪橇场馆。国家雪车雪橇中心由遮阳棚、赛道、基础三部分组成,遮阳棚为整个赛道的遮阳系统,也是一个主要设计亮点。为解决山体南坡太阳辐射的问题,实现建筑外观、功能与结构的有机统一,首次采用了新型大悬挑钢木组合遮阳棚结构。对该新型结构体系的选型、构造、受力机理及设计流程进行了研究,并通过整体数值分析及局部精细有限元分析,探究了该新型结构在不同设计工况下的受力响应,并验证了该新型结构体系的可行性。

典型覆冰形状下输电线路风荷载影响研究

风荷载对输电线路覆冰监测精度的影响显著,需要对不同覆冰形状下导线风荷载进行研究。该文总结了6种线路典型冰形,通过计算流体力学方法得到各覆冰形状下导线的气动阻力系数,在此基础上研究了覆冰发展过程中覆冰形状、扭转角和覆冰类型对导线风荷载的影响规律,并计算了各气象冰区下不同冰形的覆冰增大系数,与现行规范进行比较并给出了取值建议。结果表明,各冰形气动阻力系数受到冰厚、扭转角、风速的影响,新月和扇形覆冰阻力系数受三者影响均较大,D形和椭圆形主要受到扭转角的影响,而圆形覆冰受三者影响均很小;在导线覆冰发展过程中,新月形和椭圆形覆冰在扭转角为90°时风荷载最大,0°时最小,扇形和D形覆冰则在扭转角为0°时最大,60°和90°时最小,且混合淞的风荷载大于雨凇;对于同一条输电线路,其风荷载在新月形和椭圆形覆冰且扭转角为90°时达到最大;对于各气象区,采用现行规范中的覆冰增大系数取值进行输电线路设计将会在部分冰形覆冰情况下存在风险和隐患,对于大多数普通线路,建议结合不同冰区的主要冰形和不同线路类型的扭转情况,并综合考量经济性和安全性进行系数选取,针对重要枢纽线路,需要保证任何覆冰情况下均安全运行,推荐取值为3.5~3.6。

基于HFFB试验高耸结构风荷载谱高度修正系数及风振分析

分段估计法作为一种重要的非线性振型结构高频天平(high-frequency force balance,HFFB)试验模态力计算方法,可以对结构脉动风荷载的空间分布进行估计。该文章抛弃了分段估计法中无量纲风荷载谱沿高度不变的假定,提出了一种可以考虑荷载谱沿高度变化的方法。以Kaimal脉动风谱为例提出并推导了无量纲风荷载谱沿高度变化的修正系数,并以某真型输电塔架为算例,结合HFFB试验,分析了修正系数对结构响应计算的影响。研究结果表明,修正前后位移响应的背景分量计算值差异很小,但共振分量差别明显,偏差幅度达25%。对柔度较大的高耸结构,其共振分量在总响应中占比较高,需考虑荷载谱沿高度的变化;对于沿高度减小或增大的风速谱而言,现有荷载谱沿高度不变的分段估计法将高估或低估结构的位移响应。本文方法具有更高精度和更广的适用性。

浙江交投金融中心结构设计要点与分析

浙江交投金融中心塔楼总高210m,位于杭州钱江世纪城核心区块单元,项目塔楼体型为“玉贝”状,建成后将成为钱塘江岸的标志性超高层建筑。塔楼各层平面为变化的弧形平面,外框柱为逐层向内收进的弧形斜柱。本文根据项目特点及规范选取了设计参数与抗震性能目标,采用YJK和ETABS软件研究了塔楼结构动力特性;采用MIDAS Gen软件对穿层斜柱进行屈曲分析,并求得可靠的柱长度计算系数,采用实体有限元方法对弧形柱节点进行应力分析。针对塔楼弧形平面特点探讨了塔楼在风洞风荷载与规范风荷载作用下的结构响应。为研究地震作用下塔楼各构件屈服机制,补充7度大震作用下弹塑性分析。分析表明,塔楼结构体系、构件及节点可靠,抗风性能良好且抗风设计经济,各构件抗震延性良好。

基于弯剪梁模型和Von Karman风速谱的高层建筑风振系数实用算法

为使风振系数计算中采用的振型函数更符合高层建筑振型特点且易于计算,采用基于弯剪梁模型的高层建筑基本振型简化算式,同时采用Von Karman与高度有关的风速谱模型和Davenport与频率有关的空间相关性模型,建立高层建筑风振系数计算的实用算式,并通过算例与我国现行荷载规范中的风振系数算式进行比较。结果表明,该方法考虑了不同高层建筑振型的特点,既提高了计算精度,简单实用,又便于与国际主流荷载规范接轨。

风荷载脉动对门刚梁、柱应力比影响的案例分析

对门式刚架结构而言,其以往设计通常不考虑风荷载脉动影响,且较多屋面的活载按以往规范《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》取0.3 kN/m^(2)。本文考虑风荷载脉动的增大效应,并计入屋面活载提高的影响,以某既有门刚结构为例,采用PKPM软件计算风振系数,对8种工况下门刚梁、柱的应力比进行对比分析。结果表明:实际求得的风振系数值明显大于现行规范《工程结构通用规范》规定的风荷载放大系数最小值1.2,但与屋面活载提高相比,风荷载脉动的增大效应对门刚梁、柱应力比的影响较小;当屋面恒、活载较大时,可适当忽略风荷载脉动对门刚梁、柱应力比的影响。

不同规范斜拉索风荷载计算方法对比研究

为深入了解斜拉桥斜拉索的风荷载计算方法以提高斜拉索风荷载计算精度,对中国规范、日本规范和ESDU中斜拉索风荷载计算方法进行对比。在此基础上,以苏通长江公路大桥为背景,计算单个索面A1~A34斜拉索的横、顺桥向风荷载,定量分析不同规范斜拉索风荷载计算结果差异。结果表明:对于阻力系数,ESDU考虑因素更全面;对于动力放大系数,日本规范比中国规范更精细;斜拉索的顺桥向阻力小于横桥向阻力,但不同规范两者之间的比例不同;不考虑动力放大作用时,对于单索面横桥向阻力,ESDU<日本规范<中国规范,考虑动力放大作用时,中国规范<日本规范;对于单索面顺桥向阻力,中国规范最大。整体而言,关于斜拉索风荷载的计算结果,中国规范和日本规范比ESDU更偏保守。

单/双承力索桥梁接触网设计风荷载研究

为解决桥梁接触网设计风荷载取值问题,提出桥梁接触网设计风速及风荷载的修正方法。通过桥梁节段及风屏障缩尺模型风洞试验,确定某桁架桥梁接触网的桥梁断面及风屏障的风速修正系数;通过刚性节段模型测力风洞试验,确定了单承力索、双承力索、接触线、单线单导和双线单导等不同布置形式接触网的体型系数;根据试验测试的修正系数,计算按本文修正方法计算的设计风荷载取值与规范值对比。研究结果表明:考虑桁架梁断面及桥上风屏障后,桥面接触线位置处风速修正系数取1.13,承力索位置处风速修正系数取1.14,可知桥梁断面及风屏障会提高接触网设计风速;不同布置形式接触网体型系数按不同风速工况的包络值,接触线取1.4,单承力索取1.5,双承力索取1.75,明显大于现行规范的取值1.2。根据试验测试的修正系数计算的接触线、单承力索和双承力索设计风荷载结果是现行规范的1.46倍、1.6倍和1.86倍,表明桥梁接触网设计风荷载取值会比普通接触网显著增加。研究成果可为桥梁接触网设计阶段风荷载取值提供参考,为我国电气化铁路接触网设计规范的条文修订提供支撑。

机械式立体停车库结构设计与工程实践

由于场地空间限制,机械式立体停车库常采用单跨框架结构体系,但该结构体系在水平力作用下(风与地震作用,但主控是风荷载),基底的零应力区非常大,存在倾覆风险。单跨结构的短边方向变形较大,需要采取必要的抗风措施限制风荷载作用下的位移。基于深圳地区开展机械式立体车库结构设计,根据项目的结构特点,采用多种结构计算软件对比分析,发现只有采用抗拔桩基才能满足实际的受力需求,可有效解决结构整体倾覆的问题。同时,采用外包式柱脚也可提高结构整体的稳定性。

球冠形屋盖平均体型系数估算研究

球冠形屋盖广泛应用于现今工程中,但其在结构整体计算模型中的风荷载计算往往较复杂繁琐。在此,基于《建筑结构荷载规范(GB 50009—2012)》相关公式,通过数学推导,得出球冠形屋盖的等效集中风荷载及其沿投影面积的平均体型系数,并通过有限元算例核对计算结果的准确性。结果表明:风荷载作用下,球冠形屋盖沿顺风向投影面积的平均体型系数介于0~0.59之间,远小于常规建筑的1.3~1.4;风荷载作用下,球冠形屋盖沿竖直投影面积的风吸力平均体型系数介于-1.0~-0.5之间。

超高层建筑风荷载影响因素分析

文章分析了影响超高层建筑风荷载的各种因素,包括建筑高度与风荷载关系、建筑外形对风荷载的影响、周边环境对风荷载的影响,以及结构柔度与刚度对风荷载的影响。同时,通过对实际工程案例进行探讨,提出了不同类型超高层建筑风荷载影响因素的解决措施,以供参考。

基于抗风压性能的建筑外窗碳排放计算方法研究

外窗是建筑碳排放量化计算过程不可忽视的一部分,而抗风压性能作为影响建筑外窗安全性的关键因素,也对其碳排放产生着重要影响。以抗风压性能为导向,依据建筑外窗较易获得的基础信息如窗框长度等将窗户各主要组成部分分别与其建立联系得到对应的碳排放计算方法,并以标准和市场常见的窗户形式配以铝合金、塑料、木制窗框以及中空、单层玻璃为例进行了建筑外窗碳排放因子的更新和完善。为使建筑外窗碳排放实现快速便捷计算,以抗风压性能、外窗面积等因素为基础进行了碳排放预测模型的建立,以供相关研究参考和使用,同时为建筑碳排放、碳减排相关策略的科学制定提供指导。

沿海输电线路抗风能力评估探讨

设计风速是架空线路设计的基本要素之一,设计风速取值越高,铁塔抗风能力就越大,发生超越设计风速的事件概率越低。文章提出以杆塔抗风可靠度、设计气象荷载重现期、荷载因子3个因素为基础开展输电线路抗风能力的方法。