超高延性混凝土无筋拱壳结构设计与建造

2021年中国第十届花卉博览会竹藤馆展厅为异形拱壳形态,壳体厚度为75mm,采用无配筋超高延性混凝土(UHDC)材料及3D打印模板+喷射混凝土工艺建造而成。UHDC具有高抗拉强度、高延性,使得无配筋设计成为可能。本项目系国内首次在建筑结构中完全采用UHDC材料且无配筋建造的案例;3D打印模板技术配合喷射混凝土工艺,实现了异形拱壳结构的数字化精准建造。主要对展厅结构的设计与建造进行了简单介绍,并基于UHDC材料性能,对无配筋拱进行了有限元分析。结果表明:设计荷载下壳体应力小于材料的设计强度,满足无筋设计的要求;水平及竖向荷载下UHDC壳的极限承载力分别达到17倍和9倍设计基准荷载,且在水平及竖向极限承载力分析中,壳体表现出了良好的变形能力。

大跨度混凝土拱壳声屏障结构设计研究

北京朝阳站至五环路段(里程DK14+400~DK15+050)封闭式声屏障垂直轨线方向的结构跨度约40m,采用大跨度混凝土拱壳结构形式。结构拱形由斜线+圆弧+抛物线组成,满足建筑限高和景观要求;在拱顶抛物线段设置预应力平衡拉索,以平衡高位局部拱结构的推力,显著改善主拱结构和拱脚基础的受力状态。主拱之间的混凝土薄壳采用预制装配式壳板,通过优化SP预应力空心板和主拱结构的连接节点构造,提升主体结构施工效率的同时保证结构连接的可靠性。设计过程中,充分考虑施工组织方案,按照多个施工阶段进行包络设计;主拱结构各阶段的变形验算均满足规范要求,进行了拱结构的整体稳定性分析。主拱基础采用设反倾角的重力式混凝土条形基础形式,基础设计过程中充分考虑各种不利设计工况,充分保证基础设计的安全性。

大跨度局部自平衡混凝土拱壳结构专项分析研究

京沈客专在北京朝阳站段(里程DK14+400~DK15+050)封闭式声屏障采用结构跨度约40m的大跨度混凝土拱壳结构形式,主拱结构之间应用单向简支的SP预应力预制板,主拱高位设置预应力拉索形成局部自平衡体系。针对预制壳板安装和预应力拉索张拉的工序开展不同施工方案对比分析,对比不同施工方案对应的结构受力和配筋设计情况。利用规范公式近似计算主拱混凝土的收缩应变和徐变应变,开展考虑混凝土收缩徐变的施工模拟分析,对收缩徐变造成的结构受力状态变化进行详细的研究。利用考虑塑性铰的动力时程分析方法分别对结构单体中间跨和边跨进行断索专项分析,研究了主拱结构的抗连续倒塌能力以及拉索更换的可行性。研究表明:考虑混凝土的收缩徐变,预应力拉索会产生一定的索力松弛,跨中段主拱的轴力也会有所下降,但不影响主拱结构受力的安全性。中跨或边跨发生断索时主拱结构均不会发生倒塌破坏,通过设置连系梁,混凝土拱壳结构具有较高的安全冗余度。

带混凝土壳的复杂拱形钢框架结构分析设计

京沈客专在北京朝阳站段(里程DK16+700~DK16+800)封闭式声屏障采用带混凝土壳板的复杂拱形钢框架结构,通过合理的地上结构方案和桩基基础方案,在避让既有电缆管沟的条件下实现大跨度封闭式声屏障的功能要求。设计时对混凝土壳的模拟方式进行了详细研究,确定完全壳板刚度和折减壳板刚度包络设计的原则。对整体结构开展了稳定性分析和抗连续倒塌分析,确保结构具备足够的安全冗余度。针对声屏障的使用环境,分别从振动速度响应和构件疲劳应力方面评估了列车振动对声屏障结构的影响。针对超长混凝土壳板进行了温度工况专项分析,通过应用抗拔不抗剪栓钉有效控制了温度工况下的混凝土开裂问题。通过多项专项分析和设计措施,确保了声屏障结构设计的安全性和合理性。

拱形屋顶图书馆结构设计分析

阳江市某拱形屋顶图书馆主体结构为钢筋混凝土框架结构体系,上部屋盖为大跨度钢筋混凝土拱形结构。对拱形屋顶图书馆项目特点和结构布置原则进行了论述。利用盈建科YJK和MIDASGen两种分析软件对整体结构进行小震弹性计算和中震验算,以及小震弹塑性时程分析。对底部弧形剪力墙和楼板大开洞的楼板应力等关键构件进行专项的有限元软件分析。计算分析结果表明:整体结构的各项性能指标均满足要求,验证了结构体系的合理性,构件分析结果和承载力复核符合使用要求,设计安全可靠。

复杂随形拱壳混凝土结构施工过程模拟与方案优化

考虑随形拱壳混凝土结构形状复杂、施工过程受力变化大等因素的影响,结合现有混凝土结构施工方案和施工过程数值模拟方法,建立了大型复杂随形拱壳混凝土结构施工阶段模拟的有限元分析模型,有效模拟了大型复杂随形拱壳混凝土结构施工阶段的受力状态。通过计算各阶段模板支撑体系荷载设计值和拱壳结构的内力大小,并调整模板拆卸方式和拱壳上部结构施工次序进行施工方案优化设计。分析结果表明,通过改变逐层模板拆卸方式和拱壳上部结构施工次序,能调控模板支撑体系和拱壳结构受力的状态,优化后的施工方案既能满足模板支撑体系设计要求,又能保证拱壳结构的安全性。

混凝土折板式拱网壳动力特性的参数化分析

折板式拱网壳是由V形折板拱壳网格化而得的新型混凝土空间网格结构,本文采用有限元方法分析纵向两端开敞结构的动力特性,并了解结构整体刚度的主要影响因素。结果表明:屋盖的低阶振型以竖向振动为主,刚度薄弱位置出现在开敞处,因此横向矢高对结构整体刚度的影响较小,而V形密肋折板拱自身的矢高对结构整体刚度的影响较大;横向脊(谷)线拱作为屋盖的主要传力结构,增强其刚度可以明显提高结构的整体刚度;纵向脊线是结构的振动节线,其刚度变化对结构整体刚度影响不大;空腹桁架上弦作为V形密肋折板拱的拱脚边缘支承结构,提高其刚度几乎不改变屋盖结构的整体刚度;提高密肋梁的刚度会同时增大结构质量,因此密肋梁的刚度改变几乎不影响结构基频;由于有限元模型中屋面板中面与梁中面重合,板厚改变不影响结构的基频,屋面板可作为结构的刚度储备。

京沈高铁北京朝阳站至五环路段全封闭声屏障结构设计

京沈高铁北京朝阳站至五环路段为降低铁路给周围小区居民带来的噪声影响,采用全封闭式声屏障体系,总长约1.8 km。对该段全封闭式声屏障设计进行深入研究,包括平面、立面布置,现浇壳板与预制壳板对比,拱肋与壳板协同作用研究,拱结构配筋方法研究,声屏障地基及基础设计等。声屏障主体采用不等跨拱式混凝土框架结构形式,采用常规设计软件计算存在较大难度,通过编程提高该类结构的设计效率;拱脚基础采用重力式挡墙形式,设置基底逆坡抵抗水平力,降低工程造价。研究提出一套行之有效的铁路封闭声屏障设计方法,解决了铁路声屏障结构设计问题。

从高斯拱到混凝土壳体一体化结构设计

某项目下沉庭院壳体结构跨度约35m,跨度方向形态为悬链线,垂直跨度方向为起伏的波浪形态。依靠两侧四对斜柱支撑。结构形态设计受“高斯拱”启发,通过结构概念方案阶段的壳体找形与力流分析,确定了天窗形态的力学逻辑与开设位置。简要介绍了方案阶段与建筑师的关于结构形态的推导演绎,以及该工程的主要计算结果,对结构关键部位进行了实体有限元分析以及整体稳定分析,依据分析结果在壳体波谷设置预应力钢筋以减小跨度方向的壳体拉应力。后处理通过读取内力结果,利用自编程序批量计算配筋信息,保证结果准确性的同时也为后续分区配筋设计提供了基础数据。

钢筋混凝土大跨度拱结构施工技术——以山西大同大学体育馆工程为例

山西大同大学体育馆设计有两道跨度115 m的钢筋混凝土拱,用以承受上部屋盖结构,整个体育馆尺寸为104×80 m,是目前国内跨度最大的钢筋混凝土拱结构.本文主要介绍该拱拱的施工方法.

瞭望塔基座大厅混凝土结构设计

北京瞭望塔由5个单塔组成,各塔身之间利用疏散通道设置4道连接桁架,将5个单塔连接为整体,建筑体型非常复杂。瞭望塔包含基座大厅、塔身、顶部塔冠三部分。底部为混凝土基座大厅,基座大厅屋盖结合建筑采光天窗造型,采用交叉编织混凝土梁板结构,有效保证水平力的传递。基座大厅范围内将上部塔身钢管混凝土筒壳改为钢板组合剪力墙,可以显著增强结构的侧向刚度,有效解决了塔身结构嵌固深度不足的问题。基座大厅入口大厅采用混凝土拱壳,最大跨度近50m,上部最厚覆土12m,边界条件与受力情况复杂,采用加肋方式提高承载力,减轻结构自重。

山西大同大学体育馆屋盖设计与施工

论述了山西大同大学体育馆网壳与拱架结构设计及施工,介绍了工程特点及设计和施工中涉及的问题及解决方法,实践证明,该工程通过采用合理的设计与施工方案保证了各项工程的质量。

银川火车站站房混凝土拱壳结构稳定性能分析

混凝土拱壳结构可以满足建筑所要求的复杂外形,并能很好利用混凝土的受压性能,在实际工程中有众多的应用。银川火车站站房采用了三个清水混凝土拱壳结构,壳体纵向最大跨度27m,体型较为复杂,受力性能特殊。运用通用有限元程序ANSYS对混凝土壳体进行分析,确定其失稳模态,得到拱壳结构对于外载的反应以及自身屈曲性能,探讨了混凝土壳体结构非线性有限元计算的可行性,所得分析结果可为类似结构设计提供依据。

大同大学体育馆钢网壳与钢筋混凝土拱设计

大同大学体育馆位于大同大学本部校区内,为学校的标志性建筑,平面由两侧的两个半圆形和中间矩形组成,其平面尺寸为104m×80m,网壳展开面积为8 100m2,支承在钢筋混凝土空间曲梁及钢筋混凝土拱上。介绍了体育馆网壳与拱架结构设计中涉及的问题及解决方法。

天津商业大学新建体育馆屋盖环桁架拱支单层网壳结构分析与设计

天津商业大学新建体育馆屋盖采用环桁架拱支单层网壳结构体系。结合体育馆屋盖建筑造型,进行了环桁架、拱桁架及单层网壳等的结构布置;依据相关规范考虑各种荷载效应及荷载组合,进行了环桁架拱支单层网壳静、动力性能的分析和设计;对环桁架拱支单层网壳进行了非线性稳定性分析,通过跟踪缺陷结构非线性平衡路径,确定了结构的稳定承载力;最后详细分析了支座水平刚度对环桁架拱支单层网壳结构性能的影响,并建立结构整体模型,分析了下部结构对屋盖钢结构受力性能的影响。分析结果表明,环桁架拱支单层网壳具有很好的承载能力和变形性能,能安全、可靠地完成使用功能。

黄骅新城婚庆礼堂结构分析

黄骅新城婚庆礼堂是一座具有现代风格的教堂建筑,其不同区域分别采用了框架结构、大跨度钢筋混凝土拱柱及钢筋混凝土拱壳结构,为增强其稳定性,不同结构形式之间未设缝,组成一个混合结构体系,属于特别不规则结构。采用有限元软件SAP2000对结构进行了详细的分析,分析结果表明:整体结构满足抗侧力要求,各部分受力合理,主体结构安全可靠。