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結構分析

雙偏壓長扁柱偏心距放大系數的簡化估計方法

馬澤峰, 許建立

2023, 39(2): 1-10.

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截面高寬比在1~4之間的柱定義為扁柱。扁柱截面兩向尺寸差距越大,兩主軸方向長細比相應相差越大。當柱長度較長時,這種差距會導致不同的軸力作用效果,若同時考慮加載角度、軸力水平、軸力偏心距、截面高厚比以及材料非線性本構關系的影響,扁柱的二階效應問題將變得更為復雜。以單偏壓長柱考慮二階效應的偏心距放大系數η理論為基礎,借助OPENSEES有限元分析程序,對上述影響因素進行大樣本、變參數、多水平的擬合分析,并與試驗結果進行對比驗證,據此定量統計、擬合各參數對偏心距放大系數η的影響。得到的η擬合公式可作為雙偏壓長扁柱的設計依據。

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結構分析

土磚木混雜結構南洋傳統民居可靠性鑒定的難點與對策

熊海貝, 孫瑾煜, 郝軍

2023, 39(2): 11-21.

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房屋可靠性鑒定是傳統民居保護的重要環節。對具有南洋傳統特色的土墻-磚柱-木樓屋蓋的混雜結構民居可靠性鑒定進行系統性的梳理與研究,分析該類結構民居的建筑、結構特點和檢測要點,總結檢測鑒定工作的特點、難點,針對難點提出相應對策,并以174幢該類型特點房屋的可靠性鑒定為例,對上述提出的建議和對策進行說明,為土-磚-木混雜結構房屋的可靠性鑒定提供基礎資料和參考借鑒,以期在保證房屋結構安全的前提下,盡可能保存房屋的使用價值、減少加固干預。

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結構分析

高強螺紋鋼筋錨固結構設計優化

張志紅, 孫長軍

2023, 39(2): 22-29.

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為了改善結構組件的疲勞性能,對高強螺紋鋼筋、張拉螺母與墊板結構進行了有限元分析及其結構優化。優化參數主要有五個,分別為墊板內孔直徑、張拉螺母長度（墊板以下的長度）、墊板厚度、張拉螺母整體外徑與張拉螺母下端外直徑。通過控制變量法,得到單個參數對相關結構受力的影響,最終綜合得到結構的最優尺寸,并驗證此最優尺寸的結構滿足受力要求。通過分析得出優化后的高強螺紋鋼筋錨固結構應力值比優化前均有所降低,同時優化后高強螺紋鋼筋的螺牙受力更加均勻的結論。

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結構分析

大型壓剪試驗機結構設計

吳晨輝, 施衛星

2023, 39(2): 30-37.

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大型壓剪試驗機是建筑抗震領域重要的試驗設備,主要用于足尺試件檢測。以某一壓剪試驗機的性能和功能要求為目標,詳細研究并設計了一50MN大型壓剪試驗機的主體結構和主要結構構件,該試驗機由豎向加載系統、水平向剪切加載系統兩部分組成。設計過程中對于出現的局部結構問題進行了研究,并提出了針對性的解決方法。利用有限元分析軟件Abaqus對試驗機主體結構和主要結構構件進行建模和加載分析,得到了試驗機強度和剛度等整體結構性能滿足要求的安全可靠結果。該試驗機具有出力大、量程大、穩定性和安全性好等優點,可主要用于原比例試件的壓剪試驗和相關特殊試驗。

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結構分析

大直徑直線鋼頂管管周受力特性數值模擬研究

黃智剛, 林一庚, 劉鍇鑫, 葉金美

2023, 39(2): 38-45.

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鋼頂管作為薄壁結構,受力時與土體變形協調,故現有規范在計算鋼頂管土壓力時存在缺陷。通過ABAQUS有限元軟件分析了不同參數設置下鋼頂管土壓力和摩阻力的數值大小與分布情況,并提出鋼頂管側向土壓力的修正系數。模擬結果表明：DN2000鋼頂管在113 kPa的豎向土壓力作用下,水平向變形可達管徑7‰,產生水平土體附加抗力;鋼頂管土壓力值與管道徑厚比、埋深比呈顯著正相關,土體變形模量的增大限制了管側土壓力的增加;側向土壓力系數隨管側變形呈指數增長;單位長度管壁摩阻力隨徑厚比和埋深的增加而上升,而管側土變形模量對摩阻力的影響幾乎不計。

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結構分析

懸帶式城市人行天橋中的受力性能分析及減振方案設計

何帆, 蔣坤, 李瑞然

2023, 39(2): 46-55.

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懸帶橋是以受力性能好的纜索或鋼拱肋為主要受力體系,結合輕薄梁體的一種新型橋梁結構。目前懸帶橋尚未被廣泛推廣應用,設計及施工等均無法找到足夠多的案例作為參考,故深入研究懸帶橋的應用具有重要的意義。以珠海市梅華路的懸帶橋人行天橋為工程背景,采用Midas Civil建立懸帶橋有限元模型,依據國內外現行規范,對結構整體穩定性、強度、撓度、局部構件和自振頻率等方面進行驗算,并提出一種安裝調諧質量阻尼器（TMD）的減振方案,可為懸帶橋的推廣與應用提供參考。結果表明：在全橋受力分析中,該橋的整體穩定性、強度、撓度、局部構件的驗算均可滿足國內現行的規范要求;當在橋梁跨中設置TMD進行減振后,橋梁豎向大振動加速度減少了87.6%,橋梁橫向大振動加速度減少了87.9%,可以滿足人致振動CL1級舒適性要求。

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抗震與抗風

基于一階振型參與系數等效的減隔震橋梁地震反應簡化分析方法

彭天波, 梁力

2023, 39(2): 56-63.

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為了提高減隔震橋梁簡化體系的精度,提出了基于一階振型參與系數等效的簡化方法,采用雙自由度體系來模擬橋墩,保證簡化前后橋墩結構的一階振型質量、一階振型剛度和一階振型參與系數一致。為了說明該方法的合理性,分析了不同簡化方法得到的減隔震橋梁前兩階動力特性,并采用非線性時程分析方法,對比了不同墩高下該方法與其他簡化方法的響應誤差。結果表明：相比其他簡化方法,本文提出的簡化方法前兩階動力特性與原結構更接近,且地震響應誤差更小。

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抗震與抗風

基于耐震時程法的輸電塔抗震性能評估

尹勝強, 李嘉祥

2023, 39(2): 64-72.

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為研究輸電塔結構在地震作用下從彈性、彈塑性至倒塌過程中不同階段的性能水平,建立兩塔三線體系數值模型,提出了一種基于耐震時程法的極限性能易損性分析方法以全面評估輸電塔的抗震性能。先用逐步增量動力分析方法評估耐震時程法的合理性,以位移系數作為極限損傷指標進行破壞等級劃分,建立基于耐震時程法的概率模型進行易損性分析并獲取不同地震強度下輸電塔的超越概率。結果表明：耐震時程法能較好地預測不同地震強度下輸電塔的響應,相對于IDA方法可以極大地提高結構的計算效率;9度地震烈度下該輸電塔生命安全受影響的概率小于2%,表明該塔抗震性能較好。因此對輸電塔進行抗震性能分析時可以采用耐震時程法以加快計算效率。

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抗震與抗風

長周期地震動作用下RC框架-剪力墻劇場結構彈塑性響應分析

王超群, 汪學智, 田佳甲, 吳桐, 王博

2023, 39(2): 73-80.

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劇場結構為一種典型的功能復雜、樓板局部不連續且跨度較大的結構。為了研究RC框架-剪力墻劇場結構在長周期地震動作用下與普通地震動作用下的響應差異,以某劇場為例,選取14條典型長周期地震動與7條普通地震動進行彈性及彈塑性時程對比分析。結果表明：長周期地震動作用下結構不能滿足小震彈性的需求,觀眾廳、舞臺樓板大開洞周圍剪力墻及框架柱損傷較為嚴重,附屬層以上豎向構件的損傷大于附屬層以下。最后,提出了考慮長周期地震作用時的合理控制指標,并針對性地提出了結構的抗震措施建議。

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抗震與抗風

浪花藝術館樓面振動控制技術

潘寵平, 巫振弘, 方國威

2023, 39(2): 81-86.

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浪花藝術館的建筑平面形似風車,在核心筒交接處設置了三個挑向大海的戶外露臺。結構體系為鋼筋混凝土剪力墻與鋼結構桁架。針對結構大懸挑導致的樓面振動問題,在最大懸挑樓面反梁位置和懸挑端部共布置了8個豎向調諧質量阻尼器（TMD）進行結構豎向振動的控制。通過有限元數值模擬分析了人行激勵下的樓面振動響應,并通過現場實測分析驗證其振動控制效果。結果表明：TMD對樓面振動起到了良好的控制效果,顯著提高了樓面豎向振動舒適度。

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試驗研究

帶肋圓管X型相貫節點靜力性能研究

李澤豪, 周鋒, 王偉, 謝偉, 應天益, 岳貴平

2023, 39(2): 87-96.

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加勁肋可以提高鋼管相貫節點的靜力性能,然而目前國內外對帶肋圓管X型相貫節點的研究較少,本文根據試驗建立了帶肋圓管X型相貫節點的有限元模型,并進行參數化分析,以研究加勁肋對節點靜力性能的影響。研究發現加勁肋能夠使節點相貫區域的應力分布更加均勻,從而節點區域的最大應力得到明顯降低,可以有效提高節點的靜力承載能力,并且加勁肋的方向、數量以及厚度的變化都會對節點的靜力性能產生影響。同時,由于加勁肋的存在,主管管壁的變形受到限制,傳統的以主管管壁變形來判定節點是否發生破壞的方式不再適用,因此本文提出了新的判定節點發生破壞的方式。

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試驗研究

鍛壓式半灌漿套筒結構設計及單向拉伸性能試驗

鄭志濤, 楊皓東, 徐穎, 涂剛要, 郝留照

2023, 39(2): 97-106.

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針對裝配式預制構件連接部位受力特點、安裝控制難點及套筒加工工藝、原材料、成本等問題,基于冷鍛壓和熱處理工藝,設計新型鍛壓式半灌漿套筒,按照規范要求制作對中連接試件和偏心連接試件,通過單向拉伸試驗對接頭連接試件極限承載力、殘余變形、最大總伸長率等力學參數以及套筒表面應變分布規律等進行研究分析。結果表明：試件破壞均為連接鋼筋拉斷破壞,各項參數指標均滿足JGJ 107—2016 Ⅰ級連接接頭的相關要求;試件破壞荷載-位移曲線與鋼筋原材相似,包含彈性階段、屈服階段、強化階段和連接鋼筋頸縮斷裂階段,但試件屈服臺階和強化階段曲線均較鋼筋原材長,灌漿接頭可靠性更高;套筒對灌漿料具有主動約束作用,在一定程度上增加灌漿錨固段鍛壓凹槽數量,有助于提高套筒對灌漿料的軸向滑移約束和徑向膨脹開裂約束作用。

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試驗研究

斜撐安裝位置對車站吊架橫向抗震性能影響的試驗研究

靳永福, 閆超, 楊澄宇, 蔡雪松

2023, 39(2): 107-115.

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地鐵車站中的吊架用于掛載風管、水管、通訊電纜等設備。在地震過程中,由于設備自身的質量會引起較大的水平向地震慣性力,有可能導致非結構構件的失效破壞,進而影響地鐵車站的使用。目前針對地鐵車站內非結構構件的研究相對較少,非結構構件的動力響應、破壞機理不明確,缺乏成熟的抗震設計方法。本文采用擬靜力試驗的方式,對三種斜撐安裝形式的地鐵車站吊架的抗震性能進行了研究。通過分析試驗現象、滯回曲線和應變數值,并結合有限元數值模擬結果,討論了不同試件的受力特點和破壞機理。根據結果,建議將橫向斜撐安裝在中間一檔橫梁位置以充分發揮斜撐的抗震性能;試驗中發生的破壞都是由于連接件錯位滑脫或連接件自身剪斷/拉斷破壞造成的,在實際工程中宜重點關注。

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試驗研究

寧句城軌預應力預制橋墩抗震性能試驗研究

郭建強, 鄧向振, 龐明銳, 卓為頂, 劉釗

2023, 39(2): 116-126.

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采用預制拼裝技術可以加快橋梁的施工速度和提高施工質量,近年來也逐漸受到地鐵工程界的關注。由于對預制橋墩抗震性能的擔憂,很難在重要工程和強震區采用。本文以寧句城際軌道預制拼裝橋墩為背景,開展現澆、預制和預應力預制橋墩的抗震性能試驗研究。結果表明：有粘結預應力可明顯提高預制橋墩的強度、極限位移、位移延性和抗震自恢復性,減小單圈耗能能力,可有效地抑制預制橋墩的柱腳滑移。通過在纖維有限元模型中引入零長度滑動彈簧單元,解釋了周期性的銷栓-摩擦效應。預制橋墩的模擬滯回曲線與試驗滯回曲線吻合較好,能有效模擬滯回曲線捏縮現象。當預制橋墩應用在中高地震區時,建議采用預應力筋。

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試驗研究

有軌電車車輛段上蓋建筑振動實測及舒適度評價

盧家森, 李旖旎, 張其林

2023, 39(2): 127-134.

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對兩個典型的有軌電車車輛段上蓋建筑在列車荷載下的結構振動進行了實測,通過合理測點布設,得到了典型測點的振動加速度時程。選取最大Z振級、1/3倍頻程鉛垂向振動加速度級和豎向四次方振動劑量作為綜合評價指標,采用基于快速傅里葉及其逆變換和計權用傳遞函數的計算方法,對兩個典型的有軌電車車輛段上蓋建筑的振動舒適度進行了評價,得到了上蓋建筑的振動頻率分布規律、振動舒適度評價。有軌電車在車輛段上蓋建筑的振動中心頻率在20~40 Hz之間,其主頻率在30 Hz附近;當有軌電車在大平臺樓面運行時,車輛段上蓋建筑應采取有針對性的減振措施,才能使上蓋建筑振動舒適度在合適的范圍;而當有軌電車在地面運行時,通常不需要采取措施,車輛段上蓋建筑振動舒適度就能滿足要求。

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試驗研究

鋼纖維增強高性能混凝土的韌性研究

陳致遠, 唐子釗, 章紅梅

2023, 39(2): 135-141.

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為了解和進一步提高鋼纖維增強高性能混凝土的韌性,本文以環保型材料礦渣粉及平直型、端勾型兩種類型鋼纖維的優化配伍,對所配置高性能鋼纖維混凝土進行了力學性能測試試驗。通過立方體抗壓強度試驗、壓縮韌性試驗和彎曲韌性試驗,研究了兩種鋼纖維增強高性能混凝土的強度、韌性等力學特性。研究結果表明：鋼纖維的摻加對于混凝土的受壓破壞形態影響顯著,混凝土的抗折強度有明顯提升,混凝土的壓縮韌性和彎曲韌性有顯著改善;端勾型鋼纖維對混凝土的韌性的提升優于平直型鋼纖維。

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試驗研究

2205雙相不銹鋼疲勞損傷聲發射研究

門進杰, 李東杰, 蘭濤, 王家琛, 郭琳穎

2023, 39(2): 142-153.

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2205雙相不銹鋼以其強度高、耐腐蝕、耐高溫等優點成為橋梁結構的新興材料,但其在疲勞荷載下的損傷問題對整體結構安全性能影響很大。為了明確2205雙相不銹鋼材料在疲勞荷載下的損傷發展情況,本文對3組相同矩形截面試件進行了三種不同應力比的拉伸疲勞損傷試驗,同時進行聲發射信號采集,通過聲發射經歷圖分析探討了聲發射振鈴計數及能量與試件裂縫發展程度的關系,并且采用裕度指標對試驗過程進行了評估。結果表明,隨著應力比的增大,聲發射特征參數的循環周次有了一定的增長,且試件損傷進程放緩;同時裕度評價指標的變化范圍逐漸減小,說明該指標可以較好地表征試件的疲勞損傷發展情況。基于試驗和分析結果建立聲發射累計振鈴計數-疲勞裂紋長度的疲勞損傷模型,通過該模型得出的計算裂紋與實際裂紋發展趨勢較為吻合。故本文研究成果可為2205雙相不銹鋼材料疲勞損傷檢測和評估提供依據。

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試驗研究

基于AR譜估計的瓷支柱絕緣子結構振動聲學檢測技術研究與試驗

趙洲峰, 鄒君文, 朱航宇, 嚴飛, 裘呂超, 唐志峰

2023, 39(2): 154-160.

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振動聲學儀器采集到的絕緣子檢測信號需要通過頻譜分析來得到特征信息,進而判斷絕緣子的損傷狀態。現有的頻譜分析多采用經典譜估計法,存在譜線分辨率低、譜泄露、虛假譜峰等問題,降低了缺陷檢測準確率,且誤報率偏大。本文采用自回歸（AR）模型這種參數化的現代信號處理方法,通過采集220 kV瓷支柱絕緣子振動聲學檢測信號,建立AR模型,采用Yule-Walker方程計算AR參數,得到了瓷支柱絕緣子檢測信號的AR功率譜。實驗結果表明：相比于經典譜估計,AR譜估計的絕緣子檢測信號處理方法具有更高的譜分辨率,譜線平滑,結合AR譜的對數標尺圖,提高了振動聲學法檢測瓷支柱絕緣子缺陷的準確率。

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地基基礎

抗拔工程樁的裂縫控制及配筋設計

鄧濤, 葉井亮, 董靜祎

2023, 39(2): 161-164.

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對于埋深較大的建（構）筑物,抗拔樁樁身配筋通常由裂縫控制。因規范中并未明確給出抗拔靜載試驗最大加載值,在工程實踐中,各設計人員的取值也不盡相同。若試驗加載值取得較大則造成工程樁的配筋率過大,若試驗加載值較小又不能保證樁抗拔承載力的安全儲備。結合以往的工程實踐,給出了幾種安全可靠、經濟合理的抗拔樁配筋設計及驗收檢測的方法,同時也對現行規范關于工程樁試驗荷載及地下水浮力下的裂縫計算給出了建議。

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結構加固與改建

嘉興老火車站及炮樓結構修繕改造的設計研究

周彬, 張婷鈺

2023, 39(2): 165-172.

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嘉興老火車站及炮樓位于嘉興市火車站片區,為嘉興市級歷史保護建筑。在修繕及改造過程中,針對歷史文保部分的修繕,歷史文保部分的改造及非文保部分的改造,結構分別做出了不同的修繕和改造處理,為后續類似項目提供了參考和借鑒。主要結論為：（1）提出的木構件的干縮裂縫、脫榫和磚墻裂縫的處理方式是合理的,施工簡單,安全可靠。（2）提出的歷史保護建筑采用內襯混凝土框架結構的加固方式,既保證歷史文保建筑的整體性,滿足建筑功能需求,同時也提高其整體的抗震性能。（3）針對改造部分,采用新建內置混凝土框架體系保存了既有外墻,體現原有建筑的外立面風貌。同時新建屋面采用鋼木懸索屋架,彰顯了結構的魅力,是新舊結構結合的完美展現。

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設計方法與研究

基于ETABS和LINGO軟件的超高層混凝土框架-核心筒結構優化研究

施昊翔, 朱杰江

2023, 39(2): 173-179.

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超高層混凝土框架-核心筒結構優化程序將主體結構造價作為目標函數,將位移約束和構件強度約束同時作為約束條件,并調用ETABS和LINGO進行整體優化。程序通過層間構件歸并、結構對稱性和標準層劃分控制優化變量的數量。通過算例分析,程序基本實現超高層混凝土框架-核心筒結構優化的自動化,具有較好的工程應用價值。

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設計方法與研究

杭州市某婦產科醫院連體結構方案比選及科研樓設計

邵冰, 姚峰, 藺軍, 鄒海濤, 楊琪

2023, 39(2): 180-187.

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杭州市某婦產科醫院連體結構整體造型復雜,存在多項不規則項,為超限高層建筑。結合各塔樓特性,經過多遇地震、罕遇地震作用下方案對比,最終選用了連廊兩端滑動可恢復連接的弱連接方案。項目建設分兩期進行,一期科研樓計算分析采用了單塔計算和連體計算包絡設計;鋼樓梯采用了可滑動的銷軸滑動連接,保證了地震發生后生命線的安全;連接體牛腿預留長度400 mm,既滿足連體結構弱連接的要求,又兼顧一期科研樓使用期間美觀。

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設計方法與研究

嘉興火車站南廣場裙房鋼結構設計

孫洋, 劉冰

2023, 39(2): 188-196.

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嘉興火車站南廣場裙房為多層鋼框架結構,局部為雙向彎曲的大坡屋面。介紹了地上裙房鋼結構的基本情況、結構布置和基本設計參數。針對柱網無法下落的上部“飛碟”建筑,創造性地提出了加強型全轉換結構設計方案,有效地減少了“飛碟”圓盤各柱腳的豎向變形差異,進而減少了對上部結構構件產生的次應力。為了解決雙向彎曲梁翼緣無法對齊焊接的問題,采用自主創新的梁梁剛接節點,并利用MIDAS FEA NX軟件對關鍵節點進行有限元分析,保證力流傳遞的可靠性。考慮到部分鋼柱無法下插至地下室或者在地下室外包后會影響建筑空間使用,提出了幾種特殊做法的剛接柱腳做法。此外,運用BIM三維協同設計和Rhino三維模型的邊界控制技術,能夠有效地節約工期并減少后期修改和返工。

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設計方法與研究

傳統風格建筑云溪塔結構設計

車順利, 賈俊明, 吳琨

2023, 39(2): 197-204.

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云溪塔是渼陂湖景區特色建筑之一,為傳統風格塔建筑。傳統塔形建筑常以木或磚石結構為主,創新性地采用了砌體與鋼筋混凝土結構相結合的結構形式。闡述了該項目建筑特點,介紹了結構定案,進行了結構計算分析,給出典型節點相關構造。在繼承傳統建筑風格的基礎上,運用現代建筑結構材料,創新結構形式,在滿足建筑造型及功能的基礎上,大大提高了塔型結構的相關性能,為類似工程提供設計參考。

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