结构设计

  • 软土地区56m深圆形基坑的优化设计与实践

    王卫东;徐中华;宗露丹;朱雁飞;翁其平;

    上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程中的苗圃竖井基坑直径30m,挖深56.3m,为软土地区超深圆形基坑工程。由于原设计逆作内衬墙方案多达15个施工工况,施工组织难度大,提出了竖向设置5道环梁的顺作优化方案。基坑开挖前采用三维m法,考虑土与结构共同作用的三维有限元法分别对优化方案和原设计方案进行了模拟分析。结果表明:优化方案的地下连续墙满足承载力要求,验证了优化方案的可行性。采用优化方案实施的苗圃竖井基坑实测数据与计算结果规律基本一致;地下连续墙侧向变形很小,对周边建(构)筑物影响也很小;地下连续墙表现出以环向轴压为主、竖向受弯为辅的受力性态。苗圃竖井基坑采用顺作优化方案,实施顺利并取得了良好的技术经济效果,为软土地区类似超深圆形基坑工程设计和施工提供了借鉴。

    2022年10期 v.52;No.574 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 3333K]
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  • 基于力学原理的南京江北A1地块超高层结构设计

    黄永强;周建龙;张洛;罗遥;汪大绥;傅晋申;杨成栋;陈颖智;

    南京江北A1地块超高层项目的建筑高度为499.8m,采用带伸臂桁架加强层的巨型拱支框架-核心筒结构。与已建成的超高层结构不同,本项目采用拱结构替代普通的环形桁架,实现了结构高效和建筑美观的融合。根据不同分区的结构布置和荷载,结合理论推导的合理拱轴线,以拱弯矩最小为设计原则确定了各分区的最优拱形。采用缓粘结预应力技术实现拱结构推力的自平衡,降低巨柱的次弯矩。对比了K形和X形伸臂桁架的结构效率,确定了最优的伸臂桁架布置。根据大震弹塑性分析结果,对加强层处核心筒墙体采取针对性加强措施。对在核心筒内采用C80高强混凝土的合理性进行了分析比较,可供类似超高层项目参考。

    2022年10期 v.52;No.574 11-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2665K]
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  • 苏州中南中心主塔楼结构设计

    王瑞峰;林晓宇;杨震;周建龙;刘晴云;王玄玄;肖鑫厚;陈凯芳;

    苏州中南中心主塔楼总建筑高度为499.15m,其结构体系为巨型框架-核心筒-伸臂桁架体系。重点阐述了苏州中南中心塔楼的主要结构特点及相关荷载取值,介绍了塔楼的抗震分析方法以及抗震性能目标,并对其进行了弹性阶段的地震作用分析。同时还介绍了附加阻尼系、高强混凝土以及伸臂桁架在本工程中的应用。分析结果表明,结构各项指标均满足规范要求,结构设计安全可靠。

    2022年10期 v.52;No.574 21-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1970K]
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  • 重庆塔结构设计

    张耀康;蒋本卫;周健;周慧;王静;曾洋;

    重庆塔是总高度430m的超高层建筑,建筑造型呈下大上小,采用钢管混凝土斜柱框架-核心筒-环带桁架结构体系,无伸臂加强层。对该工程结构特点与结构体系的选择进行了阐述,针对超限情况提出了相应的抗震措施以及抗震性能目标,依据相关规范及风洞试验结果,对结构设计方案及整体性能进行了详细研究,对斜墙转换、加强层比选、大直径钢管混凝土柱计算长度取值、防连续倒塌分析等进行了探讨。结果表明,整体结构及构件的抗震性能均能满足抗震性能目标要求,结构防连续倒塌分析满足要求,结构体系合理、有效、安全。

    2022年10期 v.52;No.574 27-33+79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2473K]
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  • 上海张江双子塔结构设计关键问题

    钱鹏;

    上海张江双子塔是由两栋高度及立面相同的超高层塔楼组成,结构高度为298m,采用框架-核心筒-环带桁架的结构体系,为超B级高度超限高层结构。双子塔的主要结构特点是为匹配幕墙立面,外框直柱和斜柱相结合形成交汇及分叉的复杂节点;此外,双塔均设置了两道环带桁架作为加强层,高区核心筒均有斜墙单侧收进。重点介绍外框斜柱承担剪力比、核心筒斜墙性能化设计、交汇及分叉柱的复杂节点设计、黏弹性阻尼器减震方案的可行性等关键问题。采用YJK、ETABS和SAUSAGE等软件进行整体弹性及动力弹塑性分析,并进行抗震性能化设计,对关键及薄弱构件采取针对性加强措施。选取其中一栋塔楼计算结果为例,结果表明:塔楼结构选型及布置合理,具有良好的抗风和抗震性能。

    2022年10期 v.52;No.574 34-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2664K]
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  • 金桥国培中心悬挂结构设计

    陈建兴;包联进;胡振青;谢玉昌;崔凡承;刘灿;

    为满足建筑立面和使用要求,金桥国培中心采用悬挂结构系统。悬挂结构系统由核心筒、悬挂桁架、吊柱和楼盖结构组成。结合项目特点,介绍塔楼结构选型以及悬挂系统各结构体系与布置。在核心筒中设置黏滞阻尼墙,减小主体结构承担地震作用,作为对单重抗侧力结构体系的一种有效加强措施。对悬挂结构的整体受力性能进行全面分析,验证结构性能整体指标均满足规范的要求。对悬挂结构的关键问题进行专项分析,包括楼板效应分析、活荷载不利分布分析、抗连续倒塌分析以及楼板振动舒适度分析等,评价局部结构受力的可靠性,并提出相应的加强措施。通过罕遇地震弹塑性时程分析,证明悬挂结构满足抗震性能要求。

    2022年10期 v.52;No.574 42-47+103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2118K]
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  • 矿坑生态修复利用项目长沙冰雪世界结构设计

    张耀康;周健;顾乐明;周慧;吴族平;许静;

    对矿坑进行生态修复利用的长沙冰雪世界工程,原为水泥采石场,主要建筑功能为室内滑雪场和屋顶露天水乐园,由于建造难度大,被称为“不可能完成的项目”之一。工程具有基础条件复杂、结构形式特殊、楼盖跨度大且荷载大、施工和地质条件限制多等特点,采用支承于坑底与坑壁的巨型结构形式。介绍了这一特殊项目的主体结构与坑底及坑壁关系、超大跨预应力混凝土梁设计、重荷载钢屋盖结构设计、受地质条件影响的动态设计调整等若干关键问题及设计措施。通过多种结构方案比选、大跨度混凝土与钢结构技术应用、设计与施工紧密结合,较好地实现了从坑底悬浮雪乐园和屋顶水乐园结构的建筑设计意图。

    2022年10期 v.52;No.574 48-55+41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2714K]
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  • 武汉绿地中心主塔楼外框巨柱设计研究

    季俊;周建龙;黄良;陆道渊;

    武汉绿地中心主塔楼建筑高度475m,采用了12根巨柱+核心筒+9道环带桁架+3道伸臂桁架+角部巨柱间支撑的抗侧力体系,其中巨柱外框结构是塔楼抗侧力体系及重力体系的重要组成部分。分析了塔楼体型在低区向外倾斜对巨柱设计的不利影响,给出了结构加强对策;开展了巨柱屈曲分析,得到了巨柱的计算长度,基于巨柱性能目标及计算长度进行了巨柱构件验算,验算结果可以满足规范要求;计算了巨柱考虑高强混凝土爆裂的耐火极限时间,耐火极限在7h以上;论述了综合考虑建筑利用率和结构抗侧效率最大化的巨柱定位设计方法;介绍了巨柱关键节点设计构造,ANSYS分析结果表明,关键节点的强度满足要求;对罕遇地震作用下巨柱损伤进行了动力弹塑性时程分析,研究表明型钢混凝土巨柱满足IO(立即入住)的性能目标。目前项目主体结构已经封顶,证明了上述分析、研究及设计对策保障了外框巨柱及整个结构的安全性。

    2022年10期 v.52;No.574 56-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1575K]
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  • 武汉绿地中心主塔楼异形环带桁架设计研究

    季俊;周建龙;黄良;陆道渊;

    武汉绿地中心主塔楼结构高度475m,采用了12根巨柱+核心筒+9道环带桁架+3道伸臂桁架+角部巨柱间支撑的抗侧力体系。环带桁架的弦杆在平面上紧贴弧形的建筑边界布置,在立面上随建筑的形体也有一定角度的倾斜;同时,相邻设备层之间的楼层次结构重力柱也支承于环带桁架上,使其成为中国目前400m以上级超高层建筑中首个兼作次结构转换桁架的空间异形环带桁架结构。通过分别建立ETABS杆系模型与ANSYS整体板壳有限元模型,研究了重力柱作用下空间异形环带桁架在竖向荷载下的受力特点以及相应的结构设计对策;基于空间向量理论并结合建筑需求,研究并建立了空间异形环带桁架的定位设计方法;针对重力柱与环带桁架连接关键节点,开展了节点构造设计,并进行了节点有限元分析;采用拆除构件法对环桁架进行了抗连续倒塌分析,以确保结构有合理的冗余度。目前项目主体结构已经封顶,证明了上述分析、研究及设计对策保障了异形环带桁架及整个结构的安全性。

    2022年10期 v.52;No.574 61-66+20页 [查看摘要][在线阅读][下载 2055K]
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  • 观音圣坛结构设计

    李烨;姜文伟;张蓉;郁晓铭;

    观音圣坛建筑外轮廓呈逐层内收的退台形式,主体结构采用曲线核心筒+转换桁架+混凝土拱顶的巨型框架结构体系,通过将主次结构分离来实现特殊的外立面建筑造型。对比分析了不同楼板及基础梁刚度,保证了巨型框架柱的水平力平衡;利用桩基抗剪承载力、基础被动土压力复核不同地震作用下基底剪力平衡的安全系数;采用了内埋钢骨斜撑的剪力墙,解决了竖向荷载下倾斜核心筒较大的附加弯矩以及与转换桁架的关键连接传力;子结构通过采用下部双层混凝土斜交网格+上部单层铝合金网壳的组合结构,实现结构与建筑室内一体化设计,同时采用下部、上部设置预应力环梁、网格找形来平衡底部水平力,提高上部开口部位竖向刚度及减小单层网壳的面内变形。结果表明结构体系合理、有效、安全。

    2022年10期 v.52;No.574 67-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 1952K]
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  • 新开发银行总部大楼塔楼结构设计

    郁晓铭;姜文伟;

    新开发银行总部大楼塔楼采用钢管混凝土柱框架-核心筒结构体系。外框大柱采用钢管混凝土柱并沿平面6个角点均匀布置;外框大梁采用钢桁架,分别在8、14、20、26层设置形成环带桁架,与外框大柱共同组成了巨型外框;核心筒平面为六边形并在6个角部设置了钢骨。塔楼以国内、外结构设计标准和银行、健康材料、室内环境等行业标准为设计依据,以建筑、结构高融合度为设计目标和理念,最终形成了巨型框架-核心筒结构体系。通过采用结构抗震性能化设计手段,以及同时考虑防连续倒塌的关键节点有限元分析、大跨楼盖人行振动舒适度分析等专项分析方法,研究和验证了巨型框架受力特点下该结构体系在本项目中的适用性及合理性,实现了金砖银行塔楼的高设计标准、高融合度、优异结构性能的预定目标。

    2022年10期 v.52;No.574 73-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 2290K]
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  • 上海久事国际马术中心项目主体结构设计

    王荣;李彦鹏;周健;

    上海久事国际马术中心项目体量小,场地较小且限高,但功能复杂,建筑效果要求高,各个结构单体各具特色。介绍了结构单体的划分和体系组成,结合项目特点、结构规则性及预制率要求,对不同结构单体采用了合理的结构体系。通过对常规平面桁架或空间桁架进行异化处理,马术赛场的两种钢屋盖分别选择用钢量较小的特殊空间桁架结构形式,既保证了建筑效果更贴合项目特点,又满足建筑外露钢结构屋顶的需求。对马术赛场单体的超限类型和程度进行分析,针对性地提出了有效控制安全的技术措施,整体结构及其薄弱部位的加强措施和预期的性能目标。介绍了自由曲面大开洞异形高标号清水混凝土壳、采用异形单层空间钢网格-核心筒结构体系的马术岛单体、群控升降式灯架设计等三个结构专项设计和研究,提出了设计建议和设计参数。各项分析论证结果表明,结构具有良好的抗震性能,抗震设计安全可行,并能满足正常的建筑使用功能要求。

    2022年10期 v.52;No.574 80-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 3133K]
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理论分析与方法研究

  • 扭转体型高层建筑结构受力性能分析

    周建龙;邱介尧;包联进;钱鹏;孙战金;何冰冰;

    随着高层及超高层建筑的不断发展,出现了扭转体型的结构。在承受荷载作用时,扭转体型结构受力与常规结构有较大的不同。搜集了国内外已经建成的扭转体型高层建筑结构的案例,并按照结构实现方式对其进行了分类。选择最具代表性的框架-核心筒结构体系作为研究对象,分析了扭转体型高层建筑结构的受力特点。对此类扭转结构独有的楼层附加扭矩产生原因进行了讨论,并提出变角度扭转框架-核心筒结构的附加扭矩计算公式。通过建立一系列的数值分析模型,从结构整体和构件受力两个层面对典型的扭转体型高层建筑结构在竖向重力荷载及水平地震作用下的受力性能进行了较为全面的分析。

    2022年10期 v.52;No.574 89-95+147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2204K]
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  • 航站楼建筑的不同尺度结构表达

    周健;张耀康;李彦鹏;顾乐明;杨笑天;彭超;

    为了深入探讨建筑与结构融合这一话题,根据结构表达的强烈程度,将结构表达分为大尺度表达、中尺度表达和小尺度表达三个类型,并总结出“本真、简洁、秩序、有机、通透、精致、异规、极限”八个关键词用以描述结构表达的不同风格。然后以多个机场航站楼项目的屋盖结构为例,分析了不同表达尺度情况下,建筑结构一体化实现的方式及各种结构表达风格在其中的呈现。最终得出,结构的表达是建筑整体表达的一个环节,需基于整体设计的理念进行取舍,并需要结构工程师与建筑师共同的努力才能达成。

    2022年10期 v.52;No.574 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 2208K]
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  • 密柱框筒结构的回归与新演绎

    包联进;严从志;童骏;

    框筒结构具有造型美观、实用灵活、受力合理以及整体性强的特点,在超高层建筑中得到了广泛应用。首先介绍了框筒结构的起源与发展;然后结合其受力特点介绍了其特有的“密柱深梁”的结构形式;最后通过对实际典型框筒结构案例受力特点的分析,论述了框筒结构在当前超高层建筑中的回归与演绎。结果表明:为满足建筑采光及通透性的建筑效果,采用开洞率较大的密柱框架,与核心筒组成“密柱框架+核心筒”结构体系,形成双重抗侧力体系,在增加结构适用高度的同时,也可以呈现良好的建筑视野效果。同时,为了追求室内无柱的效果,将密柱框架中的框架梁与框架柱内平,可以实现建筑与结构的完美统一。

    2022年10期 v.52;No.574 104-109+147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2735K]
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  • 高大立面幕墙骨架结构设计研究

    周健;杨笑天;

    现代建筑中高大的立面幕墙应用广泛,大多应用在机场航站楼、铁路车站、会展建筑、高端酒店等大型公共建筑。结合国内外机场航站楼等项目中的优秀幕墙设计案例和工程实践,按构件类型和传力路径对幕墙骨架结构进行分类评价,梳理设计幕墙支承结构体系的思考过程。由于高大幕墙的骨架结构直接外露,综合考虑结构特点、幕墙尺度、支承条件、建筑外观等因素,选择适用的、高效的骨架结构体系和构件形式,以及连接节点的精细化、一体化设计是影响幕墙设计方案优劣。

    2022年10期 v.52;No.574 110-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 2486K]
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  • 超高层建筑锥形体型与结构设计的关系

    包联进;陈建兴;童骏;钱鹏;

    超高层建筑的高度越来越高,建筑功能逐渐综合化,建筑体型趋向于复杂化,给结构设计带来很大挑战。从超高层建筑锥形体型的发展趋势,对建筑锥形体型与超高层结构设计的关系进行了阐述。首先,锥形体型建筑可以充分利用结构材料,减少建筑物风荷载作用,尤其是横风向动力响应。其次,锥形结构布置可有效提高结构抗侧力体系的效率。再次,锥形结构布置能够提高结构的整体性能,如结构稳定、外部框架结构刚度等。因此,锥形体型是超高层建筑功能与结构优化相结合的产物,也是今后超高层建筑结构设计发展的必然趋势。

    2022年10期 v.52;No.574 118-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1638K]
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  • 高层结构阻尼比取值对地震响应的影响规律及减震设计思考

    安东亚;周建龙;

    基于某实际工程案例,通过设置不同的计算模型,深入分析了阻尼比取值对高层结构地震响应的基本影响规律特征,在此基础上讨论了计算方法的合理选用以及消能减震设计的相关问题。结果显示,时程分析法与反应谱法两种方法反映出的阻尼比对地震响应的影响呈现较大差异性,通常时程分析法能获得更加显著的地震响应降低效果,并且这种差异性与结构的基本周期密切相关,基本周期越大则差异程度越大。讨论了脉冲型地震动对阻尼的敏感性,结果表明提高阻尼对脉冲型地震动输入响应的“削峰”作用不明显,阻尼作用更多体现在对后续振动衰减速度的影响上。最后提出一种新的减震计算分析流程,并建议了以位移为减震目标时的消能减震设计应对策略。

    2022年10期 v.52;No.574 123-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1905K]
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  • 框架-阻尼框筒结构体系技术研究

    崔家春;徐自然;徐继东;汪大绥;

    提出了一种由外框架、内框架和阻尼墙构成的新型框架-阻尼框筒结构体系。分析了阻尼墙对结构体系的刚度和阻尼贡献,推导了相应理论公式;研发了高承载力阻尼墙,并通过2个足尺试件的低周往复加载试验论证了其高承载力和高耗能能力;设计制作了2个两层单跨1∶2缩尺子结构模型,通过低周往复加载试验研究了框架-阻尼框筒结构体系的抗震性能。结果表明,框架-阻尼框筒结构体系具有优异的抗震性能,可应用于超高层建筑。

    2022年10期 v.52;No.574 129-135+128页 [查看摘要][在线阅读][下载 2314K]
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  • 不对称高层连体结构分析与设计

    闫琪;赵雪莲;陈建兴;朱晓东;

    连体结构的受力特点与单体结构相比有明显的差异,某些特殊连接形式的结构设计尤其值得探讨和研究。以两个实际工程案例为依托,针对其刚度不对称、高位连接、大跨度连接体等特点,分析并总结连体形式的选择、设计方法和优化加强措施等。在结构整体作用层面,提出巨型框架简化概念,并采用水平变形等指标评价扭转效应;在结构受力层面,对大跨度连接体受力、施工模拟、复杂节点设计等若干连体结构设计关键点进行了分析,并提出了对策。

    2022年10期 v.52;No.574 136-141+117页 [查看摘要][在线阅读][下载 2090K]
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  • 参数化技术在结构设计中的应用

    李彦鹏;周健;

    在结构参数化技术应用中,需要更加重视利用参数化技术提升与建筑专业配合的质量。结合具体工程案例,通过参数化技术原理和设计方法的介绍,探索针对不同设计阶段的应用场景。方案阶段可针对不同建筑方案进行快速建模计算、结构找形、力流可视化等工作以提高结构专业配合质量;初步设计阶段可通过单参数分析和曲面有理化等工作提高结构专业配合效率;施工图阶段利用网格优化和BIM辅助建模工具可提高出图效率。

    2022年10期 v.52;No.574 142-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2030K]
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