水滴形大跨钢屋盖结构风洞试验和风振分析

自然风经过大跨结构时,由于结构屋顶形状不规则,通常会引起柔性屋面的振动,因此针对大跨屋面结构抗风设计需要考虑风压分布和风振响应。以陕西省水务集团矿泉水生产车间为工程背景,制作了1∶200的刚性模型,通过刚性模型风洞试验测得该水滴型大跨钢屋盖结构的表面风压,研究了屋盖表面典型测点及整体的风压分布规律。基于风洞试验数据,对结构进行风振时程分析,得到了屋盖表面的风振响应和风振系数。结合刚性模型风洞试验和风振分析,深入研究了水滴形大跨屋盖结构的风压分布规律和风致振动特性,并总结了其共性规律。

不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

杭州电竞中心车辐式索承网格屋盖结构设计

索承网格结构是一种新型空间结构形式,广泛应用于大跨度空间结构中。针对杭州电竞中心车辐式索承网格屋盖结构进行分析和设计,采用MIDAS有限元软件进行索张拉施工方案设计与仿真,采用ABAQUS有限元软件进行稳定性分析和大震动力弹塑性分析。分析结果表明:在施工过程各个阶段,屋盖钢结构构件应力比始终小于1,索拉力小于索破断力的30%;施工完成时,与设计值相比,屋盖结构最大竖向位移和索内拉力的误差分别为6%和4%;屋盖结构稳定安全系数为9.63,单层网壳结构稳定安全系数为31.2,均大于规范规定的2.0,屋盖结构稳定性满足要求;初始缺陷对本工程单层网壳的影响很小;在大震作用下,屋盖结构构件均未出现塑性变形,且预应力拉索不退张。

贝壳形屋盖风压系数密度峰值聚类分区研究

鉴于贝壳形屋盖表面风压分布的特殊性,提出基于快速搜索技术的密度峰值聚类风压系数分区方法。以某贝壳形屋盖表面风压分布试验结果为基础,进行密度峰值聚类风压系数分区,采用SD有效性指标验证分区数的合理性,并与改进k-means聚类分区结果进行对比。结果表明:密度峰值聚类风压系数分区以风压系数相对距离、局部密度和综合指数为特征参数,能较好反映屋面风压分布特性,有效保证类聚合性和类类分离性;相较于改进k-means分区法,不同风向角下密度峰值聚类得到的分区数与SD最优聚类数接近;密度峰值聚类分区结果能更准确反映贝壳形屋盖表面风压分布特性,充分体现测点风压系数局部密度和相对距离特征值较大的基本原则,对于贝壳形屋盖的风压系数分区具有更好的适用性;贝壳形屋盖密度峰值聚类分区最大负风压系数在-0.59~-1.74之间。

不同间距串列双球壳屋盖风荷载干扰效应大涡模拟

采用基于空间平均的大涡模拟方法,以串列双球壳屋盖为对象,研究了对不同中心间距下串列屋盖的风致干扰效应。首先,将球心距为160 m的双球壳屋盖大涡模拟结果与风洞试验进行对比,验证了数值模拟方法及参数的有效性;其次,对比分析球心间距分别为160 m和190 m时双球壳屋盖表面的风压分布特征,研究了不同中心间距对球壳屋盖表面平均和脉动风压分布的影响;最后,结合非定常绕流风场,研究了中心间距对串列双球壳屋盖风荷载的影响机理。结果表明:考虑的中心间距下,串列双球壳屋盖的平均和脉动风压系数的变化趋势类似;上游屋盖的遮挡效应减弱了下游屋盖迎风面的正压,但当间距比较小时,下游屋盖的阻塞作用会加剧上游屋盖的流动分离,使得顶部天窗的局部风吸力明显增加;随着间距的增大,上游屋盖背风面的分离涡由小尺度条带涡变化为大尺度弧形涡,使得屋盖顶部天窗、上游屋盖背风面和下游屋盖迎风面的风压脉动更为显著。

重庆江北机场T3B航站楼大厅屋盖钢结构提升施工技术

重庆江北机场T3B航站楼大厅屋盖钢结构为异形三维曲面造型焊接球网架。由于周边飞机不停航,且由于构造复杂、结构高差大、跨度大、杆件数量多,给屋盖钢结构施工带来很大挑战。基于方案探讨和专家论证,提出一种优化施工方案:大厅钢屋盖划为7个提升分区,每个分区在楼面拼装为提升小分块,通过二次及多次累积提升进行施工。施工前运用BIM技术进行工序预演,并采用3D3S,MIDAS Gen软件进行数值模拟分析,为施工的准确性和安全性提供有力支撑。

合肥新桥国际机场T2航站楼主楼钢结构屋盖整体提升完成

1月30日14点58分,在北京城建集团工程总承包部合肥新桥国际机场T2航站楼工程施工现场,历经6小时连续提升作业,重达8660t、投影面积约4.3万m2的钢结构屋盖在提升14.6m后到达标高41.8m的高度,标志着工程主楼钢结构屋盖完成整体提升,工程建设取得关键性进展。钢结构屋盖整体提升完成为今年8月如期实现外立面亮相封闭断水,顺利推进室内工程奠定了良好的基础。

基于改进K-means算法的大跨屋盖结构表面风荷载分区研究

针对K-means算法进行大跨屋盖结构表面风荷载分区中存在的分类数k值需凭经验事先给定以及所有初始聚类中心均需随机选取带来的分类情况数过多、从中寻找最优分类结果工作量大且效率低的问题,提出基于改进K-means算法的大跨屋盖结构表面风荷载分区方法。首先,建立分类数k与其相应测点风荷载的误差平方和(Sum of the Squared Errors:SSE)关系曲线,引入手肘法基本思想,实现最优分类数kst值的精准识别;其次,在首个初始聚类中心随机选取基础上,引入轮盘法基本思想,完成对剩余初始聚类中心的高效选取;然后,根据类内紧凑、类间分散的原则,通过类内紧凑性判定指标S(k)和类间分散性判定指标D(k),构造并借助SD(k)值有效性检验,得到最优的风荷载分区结果;最后,以北京奥林匹克网球中心大跨悬挑屋盖结构为例,针对风洞试验所得风荷载测试结果,采用所提方法对其表面最不利风压系数进行分区计算,并与传统K-means算法进行对比,结果表明,所提方法能够高效实现大跨屋盖结构表面风压分区计算,具有较好的工程应用价值。

西安咸阳国际机场T5航站楼钢屋盖旋转提升施工技术

西安咸阳国际机场T5航站楼钢屋盖采用大跨异形空间网架结构体系,结构造型独特,场地条件复杂,工期紧,施工难度大,质量要求高。介绍项目施工的重难点及方案选择,同时对施工过程中涉及的关键技术进行重点说明,主要包括异速等比同步旋转提升施工技术、大面积异形网架屋盖提升措施、旋转提升分区檩托及马道安装定位技术、全过程施工模拟计算分析技术、施工健康监测技术等。

福建圆形土楼悬挑屋盖风荷载特性及气动抗风措施研究

福建圆形土楼悬挑屋盖属于风敏感结构,且处于我国台风多发区,为提升结构的风灾防御水平,保障其抗风安全,采用CFD数值模拟方法对屋盖表面风荷载分布特性进行研究,同时提出了增强其抗风性能的气动抗风措施。研究表明:圆形土楼悬挑屋盖迎风面风压较大,其中,内、外悬挑屋盖端部风压系数绝对值最大,分别达到1.5和0.75,属于风荷载敏感部位;在外悬挑屋盖端部加设竖直挡风板和波纹挡风板均可以一定程度地卸载上述风荷载敏感部位的风压值,综合比较,设置波纹挡风板较竖直挡风板对风压卸载效果更好;对于设置波纹挡风板,当其相对高度h/Hj=0.05(h为波纹挡风板高度,Hj为地面到屋脊处距离)、倾角θ=-45°、波纹圆弧半径R=5.5 m时整体对屋盖表面风压卸载效果最优,其内、外悬挑屋盖端部风压系数卸载率分别达到40.1%和54%,原因在于倾斜布置的波纹挡风板对悬挑屋盖表面来流起到阻挡作用,使得气流撞击形成的漩涡从屋盖悬挑端转移到挡风板表面,同时波纹的存在降低了内、外悬挑屋盖表面气流漩涡强度,从而达到卸载屋面风荷载的效果。

预应力倒三角管桁架钢屋盖滑移施工技术

广交会展馆四期展馆扩建工程地处城市核心区,环境复杂,铁、隧、馆多重结构交互。工程体量大,结构复杂,施工难度大,总工期仅644d,在同类工程中工期最短,工期履约压力大。其中展厅屋盖钢结构为预应力倒三角管桁架结构,钢构体量大。针对此屋盖钢结构特点、难点,从缩短工期、高效建造方面开展研究,创新提出超长大跨度钢桁架分段等节奏滑移施工技术,即展馆两侧附属混凝土结构先行施工,提供滑移支撑体系,屋盖钢结构滑移与展厅下部2层主体混凝土结构同步施工,实现了展厅屋盖钢结构提前插入安装,各专业平面、立面穿插施工,缩短了关键线路工期;研发了基于装配式、自稳定高空平台的大跨度钢桁架拼装技术,实现超长大跨度重型钢桁架分单元快速拼装;针对主体结构作为滑移支撑体系两侧异标高的特点,设计双向滑移轨道,并研制滚针式滑靴及动力系统,确保滑移安全稳定;应用倒三角预应力钢绞线快速穿束和张拉技术,解决了超长预应力筋穿束张拉与高空滑移技术难题;液压同步控制系统与智能施工监测确保了大跨超重钢桁架屋盖滑移的应力、应变可控,按方案模拟过程平稳进行。

联排凹曲面屋盖的风荷载特性试验研究

为了探究凹曲面屋盖的风荷载特性并为实际工程提供抗风设计参考,对3种联排凹曲面屋盖进行刚性模型风洞测压试验,系统分析联排数及风向角对凹曲面屋盖升力系数、平均风压系数和极值风压系数的影响.结果表明:屋盖整体升力系数随着联排数的增加不断降低,各屋盖的升力系数受风向角影响较大.在不同联排数及风向角下,屋盖整体承受向上的风吸力,屋盖的平均风压系数表现出复杂的波动性;在迎风屋盖边缘处的气流分离现象明显,导致该处存在较大风吸力;越远离迎风侧的屋盖,平均风压系数的波动越小,稳定于-0.1.联排数对极值风压系数的影响不可忽略,尤其是极小值负压系数,边缘屋盖分区极小值负压系数的最小值为-5.1,中间屋盖分区极小值负压系数的最小值为-3.3.基于试验结果,总结给出不同联排凹曲面屋盖分区的平均风压系数和极值风压系数.

单层网壳屋盖整体滑移施工关键技术

北京星火站枢纽区屋盖采用单层菱形网格结构,采用异位拼装、整体滑移施工方案,支撑体系主要由网格巨柱及V形撑组成。基于此,主要介绍钢结构施工关键技术,包括菱形网格屋盖拼装单元吊装、拼装,屋盖整体滑移,双螺栓扭转网格巨柱拼装单元吊装、拼装。基于施工全过程分析,验证施工方案,确定施工方案的可行性。

Tilt-up建筑波纹钢板屋盖平面内抗震设计方法研究

Tilt-up建筑体系是一种由钢筋混凝土墙板、屋盖、内部承重柱组成的“盒式”受力体系。屋盖作为重要的结构构件,不仅承受平面外荷载,还承受由地震作用产生的水平力。论文分析了屋盖平面内受力机理,介绍了美国ASCE 7规范、IBC规范中Tilt-up结构波纹钢板屋盖平面内抗震设计方法,对华盛顿地区某Tilt-up建筑波纹钢板屋盖进行了设计研究,为我国引入Tilt-up建筑体系提供参考。

厦门翔安国际机场航站楼三重檐屋盖提升施工技术

在厦门翔安国际机场航站楼建设项目中,屋盖钢结构分上中下3层,上下重叠部分面积大、屋檐高,施工难度大。综合土建施工工艺、施工场地条件、工期等要求,选用满堂脚手架进行安装,并将上层屋檐与船形桁架相连。为保证整体稳定性和施工精度,上层屋檐采用液压提升,中层、下层屋檐安装选用分块吊装或全部分块液压提升方案,控制结构稳定提升。在保证安装质量和精度的前提下,减少施工成本、缩短工期。

广交会展馆四期扩建工程展厅钢结构屋盖设计

广交会展馆四期扩建工程项目展厅的钢结构屋盖由珠江散步道、标准展厅和卡车通道组成。为了满足业主对标准展厅跨度及净高的功能要求,对5种钢结构屋盖的结构体系进行比选,最终采用了下弦设置穿心式预应力钢绞线的倒三角形立体桁架的结构体系。对所采用的结构体系的基本设计信息进行介绍,并对其进行了荷载分析、施工模拟分析及屋盖抗连续倒塌分析。结果表明所采用的结构方案在满足业主需求的情况下是安全可靠且经济合理的,各项指标均满足规范要求。

襄阳东站钢屋盖超多杆连接节点设计与足尺模型试验研究

襄阳东站屋盖南北向长358m,东西向最大跨度86m,采用焊接球钢网架,整体不设变形缝,南端开设瀑布造型大洞口,由于屋盖结构超长、不连续、大悬挑及瀑布造型使得钢屋盖空间受力十分复杂,特在分叉柱柱顶沿南北向设置加强杆以加强屋盖瀑布区洞口两侧边缘约束刚度及改善结构整体受力性能。钢屋盖瀑布区悬挑端分叉柱柱顶节点相连杆件达12根之多,该节点作为屋盖结构的关键节点,其受力状态尤为复杂,创新地采用了半铸造半相贯焊连接形式并采取了构造加强措施,针对该超多杆连接节点进行了足尺模型加载试验验证,详细介绍了试验加载装置、加载方案、试验现象及试验结果,并进行了有限元对比分析。结果表明有限元对比分析结果与加载试验吻合较好;该超多杆半铸造半相贯焊连接节点构造合理、承载力高,薄弱部位出现在与铸造本体相连的接长钢管上,满足强节点弱构件、强连接弱构件的设计要求。

机场复杂空间曲面钢网格结构屋盖施工关键技术

针对乌鲁木齐地窝堡国际机场换乘中心屋盖钢结构造型复杂、用钢量大、施工精度要求高、支撑结构形式多样等特征,提出复杂空间曲面钢网格结构施工技术与控制方法。综合开发超大型整体提升技术、分段拼装技术、数字化预拼装与管理技术等,高效解决了复杂异形钢结构施工难题。利用有限元软件MIDAS与ANSYS进行了施工全过程数值分析,对提升施工全过程中各构件内力与变形进行了验证,结果表明,各构件内力与变形均满足设计要求,成功完成了复杂空间曲面钢网格结构施工。

树形支撑双向倾斜钢屋盖施工全过程仿真分析与监测

陕西某下沉式广场屋盖采用树形支撑双向倾斜钢屋盖结构体系,整体由斜交H型钢网格板、树形撑杆以及钢筋混凝土柱组成。为了保证钢屋盖在整个施工过程中的安装精度和安全性,依据拟定的施工方法和施工顺序建立数值仿真模型,对钢屋盖的吊装、卸载的全过程进行施工仿真分析。并且对比分步加载成型和一次加载成型结构的力学性能,揭示施工过程对结构受力及变形的影响,进一步验证了施工过程的安全性以及结构成型的合理性。在现场对关键节点的竖向位移进行了监测,并且将数值模拟值与实测值进行对比,总结了施工全过程位移变化规律。现场监测与数值模拟结果有效验证了施工方案的合理性和可靠性,可为同类工程提供借鉴。

大跨屋盖结构风荷载分布特性技术研究

现代建筑行业背景下,客观上促进了我国建筑工程领域内大跨屋盖结构的发展,并在多年发展中形成了多样性的形式,有着跨度大、自重轻、几何外形复杂的特点,属于风敏感结构。同时,针对大跨屋盖结构的周边风场绕流进行分析,同样伴随着复杂性特点,这使得大跨屋盖结构中往往容易出现旋涡脱落、再附、分离、气流撞击等问题,一般适用于拟定常假设,且在大跨屋盖结构表面风荷载特性进行描述的过程中同样不适用来流风荷载特性。因此,要求面对大跨屋盖结构的表面风荷载特性做好更深入地分析考量,对大跨屋盖结构的真实风荷载描述模型进行建立,在模型的导向下完成抗风设计。实践中,可对CFD数值模拟方式进行应用,提高分析研究结果的精准性。