结构工程师

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结构分析

考虑开洞的现浇混凝土空心楼盖经验系数法

钱惠雅, 秦璞, 林峰

2025, 41(4): 1-8. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0001

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工程中现浇混凝土空心楼盖常开设洞口,目前的经验系数法没有考虑洞口的影响。本文以典型3×3跨的箱体内模空心楼盖为研究对象,利用ABAQUS软件完成了270个算例分析。研究了洞口位置、洞口面积比、板跨度比和梁板相对抗弯刚度比对空心楼盖弯矩分配系数的影响,得到了计算板带各控制截面的弯矩分配系数以及柱上板带的弯矩分配系数,并与规程中的建议值进行了对比。结果表明：空心楼盖开洞削弱洞口所在截面的截面刚度,洞口所在截面弯矩分配系数减小,相应地其他截面的弯矩分配系数增大。在开洞情况下,规程建议的内跨和端跨控制截面弯矩分配系数总体偏安全,而柱上板带弯矩分配系数偏于不安全,建议采用本文提出的考虑开洞的柱上板带弯矩分配系数。

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结构分析

集中荷载作用下钢筋混凝土梁箍筋有效性系数研究

袁健, 刘浩龙, 罗文海

2025, 41(4): 9-15. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0002

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为了确定集中荷载作用下钢筋混凝土梁中箍筋的应力情况,本研究采用ATENA软件开展钢筋混凝土试验梁受剪性能非线性有限元分析。通过收集整理158根集中荷载作用下剪跨比不小于2.5的钢筋混凝土有腹筋梁剪切试验数据,利用经校验的有限元模型计算了承载能力极限状态下临界斜裂缝所穿越箍筋的应力。结果表明,从承载能力极限状态的角度看,45°桁架模型严重低估了箍筋的抗剪作用。建议《混凝土结构设计标准》（GB/T 50010—2010）将钢筋混凝土梁受剪承载力设计公式中的箍筋有效性系数取为1.25,并修正混凝土项。

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结构分析

安德固插销式脚手架连接节点的抗弯性能研究

牟争强, 陈小龙, 赵炳震, 赵伟, 杨茜, 赵中伟

2025, 41(4): 16-24. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0003

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近年来安德固（ADG）脚手架的应用日益普及,而脚手架中节点的破坏导致事故频发,其结构的安全性和稳定性引发了广泛关注。本文通过ANSYS软件建立了安德固脚手架节点半刚性有限元模型,并验证了有限元模型的准确性。通过数值模拟对ADG中插销材料本构、插销插入深度、U型卡厚度、插销厚度对抗弯承载力的影响进行了研究,得到以下主要结论：随着插销材料屈服强度的增加,抗弯承载力增大;U型卡厚度的增加也会提高节点的抗弯承载力,并对初始抗弯刚度产生一定影响;而插销厚度和插入U型卡深度对抗弯承载力无影响。该研究成果为ADG脚手架系统的结构优化设计提供了重要参考依据。

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结构分析

基于深度学习的水下混凝土结构表观缺陷智能化识别研究

张东林, 叶锡钧, 陈德津, 骆堪辉

2025, 41(4): 25-30. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0004

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受水体浑浊度、水下光线、水流速度等复杂因素的影响,传统的人工检测方法难以对水下混凝土结构的表观缺陷实施精确的检测与识别。本文提出基于深度学习算法的水下结构表观缺陷智能化识别技术,通过模拟复杂水域环境建立水下结构典型表观缺陷的数据库,再由图像增强算法进行小样本数据扩充和预处理,最后通过YOLOv5 （You Only Look Once）目标识别算法实现不同类别缺陷的自动化识别与定位。结果表明,该技术能够取得良好的效果,平均精度均值mAP值、查准率（Precision）都达到了83%以上,在一定程度上能解决因水下场景复杂、采集样本量少而导致的模型识别精度不高的问题。

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结构分析

混凝土构件表面裂缝分割的改进SegFormer方法

龚玉磊, 张亚丽, 章红梅, 王爱华

2025, 41(4): 31-40. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0005

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混凝土结构常常会产生表面裂缝,及时对这些表面裂缝进行检测对结构状况评估有重要意义。本文提出了一种改进SegFormer的方法,用于表面裂缝的分割。该方法利用SegFormer模型的网络架构和创新模块（CA）,在解码器部分加入了坐标注意力机制模块,其中创新性地引入了沿对角线方向池化,显著提升了模型在像素级预测时对细长形状空间关系的理解能力。通过对公共数据集Concrete3k的实验结果进行对比,改进SegFormer模型展现出最高的IoU值,表明其在裂缝分割任务中表现最佳,在参数量较低的情况下,改进SegFormer模型仍能保持高性能。

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结构分析

裂缝宽度控制下不同筋材强度利用率研究

孟春光

2025, 41(4): 41-50. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0006

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在一般非预应力筋混凝土结构构件设计中,承载力极限状态计算和裂缝宽度验算是规范的两项主要计算内容。受裂缝宽度控制验算的影响,部分构件中的筋材往往不能达到承载力极限状态计算时所采用的材料抗拉强度设计值,因此筋材的选择和数量配置需要综合考虑两者的影响。本文针对不同强度等级的钢筋及不同类型的纤维增强复合筋,根据相应设计规范的承载力极限状态计算公式和裂缝宽度控制验算公式,推导了恒载、活载、水浮力等荷载作用下矩形截面非预应力受弯构件和轴拉构件裂缝宽度控制的筋材强度利用率计算公式,并给出了相应的数值求解方法,为从宏观角度把握裂缝控制对材料强度的利用情况创造了条件。最后,编制程序,将计算结果绘制成图,对计算结果的规律和设计中的注意事项进行总结,为结构设计优化和材料选用提供依据。

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结构分析

安全壳整体性试验过程壳内气体状态仿真分析

曹舟, 范兴朗, 江宇

2025, 41(4): 51-56. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.20250627.001

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针对安全壳整体性试验充压速率提升后引起的壳内气体物理状态变化的评估问题,首先基于计算流体动力学分析方法建立了某核电机组精细的安全壳壳内流体域仿真分析模型,然后采用安全壳整体性试验历史数据对模型的可靠性进行验证;基于验证后的模型对充压速率提升至45 kPa/h后安全壳壳内气体物理状态进行了仿真计算。结果表明,充压过程中安全壳壳内气体总体上呈缓慢流动,气体最大平均速度仅为0.245 m/s;充压过程安全壳壳内气体温度呈非线性变化,充压过程引起的壳内气体平均温度升高12.85 K;充压过程中壳内气体压力总体上分布均匀,除充压孔附近1.8 m范围外,其余区域压力梯度均不超过5 Pa。

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抗震与抗风

屈曲约束支撑与自复位支撑-框架结构抗震韧性评估对比研究

施乔译, 肖意, 吕西林

2025, 41(4): 57-68. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.20250703.002

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地震灾害对城市社会经济影响显著,传统抗震设计难以满足现代建筑抗震韧性需求,因此建筑抗震韧性受到广泛关注,而自复位支撑作为一种新型抗震构件,其抗震韧性优势亟待量化研究。本文基于《建筑抗震韧性评价标准》（GB/T 38591—2020）,对屈曲约束支撑（BRB）钢框架建筑和自复位支撑钢框架建筑进行抗震韧性评估及对比。结果表明,两种结构的抗震韧性评级均为一星。自复位支撑结构在控制残余位移角和最大层间位移角方面表现更优,BRB结构在控制峰值楼层加速度方面表现更佳。现行《标准》未能充分考虑残余位移对韧性的影响,建议未来标准改进时纳入相关指标。本研究为新型抗震结构体系的韧性评估提供了参考依据,对推动建筑抗震韧性标准的完善具有重要意义。

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抗震与抗风

新型框架-阻尼框筒结构体系在地铁上盖开发中的应用研究

甘懿德, 顾伟华, 崔家春

2025, 41(4): 69-79. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0009

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框架-阻尼框筒结构是一种以“框架-钢板阻尼墙”来近似代替核心筒、框架承担全部竖向荷载的新型结构体系。本文针对框架-阻尼框筒结构在地铁上盖开发中应用的可行性进行研究。多遇地震分析和罕遇地震弹塑性时程分析结果表明,经过良好设计的地铁上盖框架-阻尼框筒结构体系弹性层间位移角和弹塑性层间位移角均能满足地铁上盖结构和框架-剪力墙结构限值要求;罕遇地震作用下阻尼墙充分屈服耗能,地铁上盖整体结构的附加阻尼比可达1.82%,盖上结构的附加阻尼比可达3.45%,具有良好的消能减震效果;与常规框架-核心筒结构相比,框架-阻尼框筒结构取消了核心筒,减少了盖上结构恒载,改善了转换层和盖下结构受力,有利于盖下结构及转换层设计,是一种适用于地铁上盖开发的性能优良的新型结构体系。本文还讨论了盖下结构对框架-阻尼框筒结构性能的影响。相比于嵌固地面时,地铁上盖框架-阻尼框筒受鞭梢效应的影响,高楼层地震响应被放大,在结构设计时应适当提升高楼层的阻尼墙刚度及承载力,以充分发挥阻尼墙的耗能能力。

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抗震与抗风

非岩性地基钍基熔盐堆厂房楼层反应谱分析与优化

吕方宏, 陈晓明, 何军

2025, 41(4): 80-90. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0010

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本文提出了匹配反应谱和包络功率谱的人工地震波混合模拟方法;详细给出了水平及竖向地震作用下人工边界5个面等效应力大小及方向;利用EERA软件进行了土层反应计算,得到自由场不同场地深度的地震反应;建立了钍基熔盐堆厂房及土体的有限元模型,进行了考虑土-结构相互作用效应的地震响应分析;提出了竖向楼层反应谱优化方法。结果表明：提出的人工地震波混合模拟方法有较高的目标设计反应谱匹配精度,且能很好地包络目标功率谱密度;相对于水平方向,由于楼板局部振动特性不同,竖直方向楼板反应谱会在楼板局部振动固有频率附近出现峰值,对核设备抗震分析带来不利影响;通过调整结构局部布置,改变楼板局部振动特性,可以改善该部分楼板的竖向反应谱。

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试验研究

过载防护型黏滞阻尼器的振动控制机理及试验研究

张世明, 吕西林

2025, 41(4): 91-101. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0011

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基于隔震支座和附加阻尼器的组合隔震系统可有效隔离地震作用,并一定程度控制隔震层变形响应。然而,在多水准地震作用下,基于传统黏滞阻尼器的组合隔震系统易呈现过高的阻尼控制力而削弱隔震效果。鉴于此,本文提出具有过载防护功能的黏滞阻尼器（VD-OP）及其组合隔震系统,开展了设计加工及试验测试工作,建立了基于试验数据校正的VD-OP非线性阻尼和过载防护特性的力学模型,明确了VD-OP组合隔震系统的隔震有效性和多水准振动控制优势。研究结果表明,本文所提出的VD-OP系统具有速度依赖的非线性阻尼机制和力限制功能,能够有效避免高水准地震作用引起的过大阻尼力,提高隔震效率,并控制隔震结构的加速度响应。本文提出的基于性能的设计方法可为VD-OP系统的实施提供实用指导,为高烈度区的结构减隔震设计提供参考。

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试验研究

先张法UHPC-NC组合小箱梁设计与弯曲性能试验

董夏鑫

2025, 41(4): 102-110. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0012

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基于超高性能混凝土（UHPC）的优异性能,本文提出一种轻型化、工业化的UHPC-普通混凝土（NC）先张预应力组合小箱梁结构。该结构通过瑞士超高性能纤维配筋混凝土规范与中国桥梁规范验算,满足A类预应力构件要求,较同跨径NC小箱梁减重达30%。为验证组合梁弯曲性能,设计并开展1片UHPC组合梁受弯破坏试验。试验表明：普通钢筋屈服时,底缘UHPC完成受拉应变强化,拉应变为1 930~2 100 με,裂缝细密且宽度小于0.2 mm;钢绞线屈服是梁刚度退化的转折点,此时顶缘UHPC压应变小于1 060 με（低于其极限压应变）;钢纤维此后滑移退出工作,受拉区应力重分布;最终破坏模式为顶板NC压溃,组合梁位移延性系数为2.3。根据试验缩尺比推算,考虑原型梁自重及结构重要性系数1.1,基本组合下汽车荷载分项系数可取2.03（高于规范值1.4）,频遇组合下汽车荷载频遇值系数可取0.87（高于规范值0.7）。研究表明：先张法组合梁显著提升了UHPC截面预应力效率,其与UHPC的裂后协同工作性能良好,可满足工程设计要求。

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试验研究

含粉煤灰陶粒高延性水泥基复合材料研发与有限元模拟

董智福, 谭海龙, 余江滔

2025, 41(4): 111-121. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.20241120.001

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本研究选取不同粒径的粉煤灰陶粒作为粗骨料,制备含粗骨料的高延性水泥基复合材料（Coarse Aggregate-Engineered Cementitious Composites,CA-ECC）,分析了陶粒粒径对CA-ECC压缩和拉伸性能的影响。结合细观和微观试验,分析了CA-ECC高拉伸变形能力形成机制。基于随机骨料模型建立了CA-ECC细观数值模拟,在验证模型可靠性的基础上,开展了参数分析,阐述了陶粒的不同特征对CA-ECC拉伸性能的影响机理。结果表明：CA-ECC能维持良好的拉伸变形能力,当粒径在5~8 mm时,CA8-ECC的拉伸变形可以达到11%。观察断面后发现,裂缝在陶粒内部扩展过程中容易产生偏转和分叉,形成比常规ECC更密的裂缝。通过有限元分析发现,分布在ECC基体中的小粒径陶粒可以诱导损伤的扩展,使ECC基体损伤发展充分。此外,结合荷载条件下材料内部应力分布情况确定了良好的界面性能、合适的陶粒弹性模量和粒径是保证CA-ECC高变形能力的前提条件。

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试验研究

基于深度学习叩诊方法的钢筋混凝土构件损伤识别

刘威, 付继东, 章红梅

2025, 41(4): 122-129. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0014

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钢筋混凝土构件在现代建筑工程中占据重要地位,其损伤状态与建筑整体安全性息息相关。传统损伤检测手段主要依赖人工经验判断,在检测结构损伤时面临精确性与及时性不足的困境。本研究提出一种创新的基于深度学习技术的叩诊方法,通过整合声学信号与深度学习算法,实现了钢筋混凝土构件损伤状态的自动化精准识别。本文以钢筋混凝土剪力墙为研究对象,构建了涵盖多种损伤状态的剪力墙声学数据集,运用卷积神经网络（CNN）提取声学特征,再借助分类算法判别损伤状态。通过试验验证,所提出的基于深度学习的叩诊法在剪力墙构件损伤识别的准确性与效率方面表现优异,展现出优异的应用潜力与工程应用前景,为钢筋混凝土构件损伤识别领域提供了一种高效且无损的全新解决方案。

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试验研究

金属波纹管及灌浆材料对电磁弹式索力传感器性能影响的试验研究

许国泰, 魏巍, 段元昌, 段元锋, 杨丁

2025, 41(4): 130-136. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0015

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为探究金属波纹管对电磁弹式索力传感器测量体内预应力时的影响,本研究搭建了电磁弹式索力传感器测试平台,完成了拉力标定试验。评估了考虑金属波纹管的电磁弹式索力传感器测量误差及重复性指标,并分析了管道灌浆材料对电磁弹式索力传感器输出拉力值的影响。由金属波纹管下电磁弹式索力传感器的测试结果可知：全量程相对误差的范围为-0.81%~0.49%,重复性指标小于1.0%;此外,灌浆前后电磁弹式索力传感器的测量误差均小于±1.0%,表明灌浆材料对电磁弹式索力传感器输出拉力值未呈现出明显影响。以上结果表明,针对金属波纹管,电磁弹式索力传感器表现出在体内预应力检测方面的适用性及准确性。

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地基基础

混煤仓基于静压桩托换的止沉纠倾研究

杨少帅, 张乾, 高志刚, 贺涛, 兰哲, 钱思众, 秦卿, 张程华

2025, 41(4): 137-148. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0016

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本研究基于某实际工程项目,利用静压桩托换技术对混煤仓地基进行加固补强,过程中采用迫降法对混煤仓进行纠倾。纠倾过程中影响复合地基差异沉降的因素较多,致使地基沉降量难以控制,纠倾效果的稳定性不易保证。针对上述问题,本文通过现场试验、数值模拟等方法,对变幅重载作用下混煤仓的止沉纠倾技术进行系统性研究,研究结果表明：①通过单桩承载力试验,静压桩满足地基加固补强的承载力需求;②导坑开挖致使复合地基应力释放产生沉降,沉降变形与开挖体量正相关;迫降纠倾阶段复合地基的沉降在导坑周边存在较为明显的集中现象,随深度的增加复合地基沉降线性减小;③对混煤仓纠倾主要影响因素进行敏感性分析,得出混煤仓纠倾效果主控因素敏感性次序为：纠倾荷载>托换范围>开挖面积>开挖深度。

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地基基础

桥梁沉井基础竖向承载力及破坏机理研究

吴意诚, 彭天波

2025, 41(4): 149-160. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0017

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沉井基础因具有良好的受力特性,被越来越多的国内外跨海和跨江桥梁用作桥塔、桥墩的基础。本文采用数值模拟和理论分析的方法,对桥梁沉井基础在砂土中的竖向承载力和破坏机理进行了研究。首先,通过数值模拟研究了沉井平面尺寸、埋置深度和土体有效内摩擦角等因素对沉井基础竖向极限承载力和基底土体破坏模式的影响。随后,推导了沉井基础底部竖向极限承载力的理论计算公式。基于数值模拟结果,进一步提出了考虑埋深、埋深比、长宽比及土体内摩擦角等因素的基底破坏形态几何参数拟合公式。本文的数值模拟结果表明,当沉井基础达到竖向破坏时,沉井基础底部承载力在总承载力中的贡献超过90%,沉井基础底部的土体呈现出明显的局部剪切破坏形态。将基底土体破坏形态的几何参数代入沉井基础底部竖向极限承载力理论计算公式,可在桥梁沉井基础初步设计阶段计算其底部的竖向极限承载力。

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工程施工

预制箱梁湿接缝维修及预养护技术研究

曹传彩, 胡睿, 倪艳春

2025, 41(4): 161-169. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0018

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预制混凝土小箱梁因其结构轻巧、施工高效及造价低廉在国内得到广泛应用。由于湿接缝与小箱梁混凝土强度存在差异,在施工过程中容易引发收缩徐变差异,导致早期开裂。因此,需选用适宜的材料进行修补及预养护。为比较不同类型材料的力学性能,本文选取了东方雨虹PCC-501、凯顿T1、赛柏斯浓缩剂三种水泥基渗透结晶防水涂料,环宇秀朴-SP界面剂,环宇秀朴SJ40F和西卡31CFN两种高强砂浆,依据相关规范开展了湿基面粘结强度试验、抗压抗折试验等。此外,针对不同涂刷顺序制定了12组现场实桥涂刷方案,并通过现场施工分析总结了最佳施工次序。研究结果显示,在水泥基材料中,东方雨虹的湿基面强度最高,凯顿的抗渗能力最强;界面剂的14 d拉伸粘结强度超过最低标准;在高强砂浆材料中,西卡31CFN在抗折、抗压和抗拉强度方面均表现最优。在现场施工过程中,采用水泥基渗透结晶型防水材料、界面剂和高强砂浆的涂刷顺序效果最优,但不同材料的最优组合形式仍需进一步深入研究。

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结构加固与改建

剪力墙无支撑置换加固应力滞后效应研究

王理军, 刘玉涛, 黄山, 尤克泉

2025, 41(4): 170-178. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0019

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剪力墙无支撑置换加固技术在加固工程中的应用越来越多,但其设计难度较大,尤其是应力滞后效应的计算,尚无简单可靠的方法。本研究基于基本假定,以两批次与三批次置换为例,推导了应力滞后效应计算公式。以实际工程为例,利用有限元软件采用生死单元模拟了剪力墙的置换过程。结果表明：推导的应力滞后效应公式计算结果与有限元结果较接近,误差在10%以内;置换阶段,轴压比最大值出现在最后一批待置换墙体拆除前阶段;使用阶段,轴压比最大值出现在第一批置换墙体中;调整墙体分段方式,可以起到优化无支撑置换加固的效果;在施工阶段满足最大应力比的前提下,第一批次置换墙体长度较大时更合理。

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设计方法与研究

上海中学体育馆大跨超限结构设计

马泽峰

2025, 41(4): 179-186. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0020

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根据现行法规、规范和标准,位于地震重点监视防御区的上海中学体育馆需采取三水准三阶段设计,以满足多遇地震完全可使用、设防烈度地震可正常使用、罕遇地震基本可使用的性能目标。同时,结合屈曲约束支撑的布置,实现以减震器率先屈服耗能,作为第一道抗震防线保护主体结构的减震设计效果。本文针对篮球馆大跨楼面的舒适度、楼板平面完整性及大跨转换桁架单榀结构等重点问题予以专项分析。考虑建筑特点制订适合的装配式结构策略,满足相关政策规定。分析结果表明：体育馆结构抗震性能良好,关键构件安全、可靠,可以实现预设的“三水准”抗震性能目标;合理设置的屈曲约束支撑能起到抗震“保险丝”的支撑及耗能作用;设置调谐质量阻尼器可有效改善篮球馆大跨屋面的舒适度;装配式钢网模夹心保温墙体的应用大幅提高了预制率。本文的设计方法可为类似工程的结构设计提供参考。

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设计方法与研究

某大跨度单层网壳结构设计关键技术研究

秦薇, 胡坚尉, 施凌拢

2025, 41(4): 187-195. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0021

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本文介绍了浙江省嘉兴市公共服务项目单层网壳结构设计中的几个关键问题,包括网格及构件选择、结构基准曲面提取及网格划分、支座形式、主要荷载的确定、结构受力分析以及节点的设计等。结果表明,合理的单层钢网壳结构形式,可以在较小杆件尺寸的前提下承受较重的屋面陶板体系;利用Rhino软件的Grasshopper组件,可精确控制模型数据;通过对计算内力的分析统计,设置了不同的支座形式,以控制支座造价;利用空间形状及建筑功能,合理设置结构构件及柱子,达到了稳定网壳结构的目的。计算过程也综合考虑了风洞试验的风荷载数据及温度应力的作用,并将合并建模与单独建模计算结果包络取值,应力比、位移、稳定性、节点强度等计算均满足规范要求。

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设计方法与研究

大跨度斜拉结构在上海美的全球创新园区中的设计与应用

李明菲, 邢佳宇, 曲宏

2025, 41(4): 196-206. https://doi.org/10.15935/j.cnki.jggcs.202504.0022

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上海美的全球创新园区以两座相互咬合的L形塔楼组成,每座塔楼分别以7个钢筋混凝土核心筒支撑,悬浮于空中。筒体间纵向设置大跨度斜拉结构,端部设置46 m大跨悬挑桁架,中部纵向结构向两翼设置悬挑的扁担式桁架,通过托柱和吊柱构建各层框架结构。结构借鉴斜拉桥的思路,采用斜拉索与桁架相结合的方式,并对斜拉索施加预应力,减小大跨斜拉结构的变形和内力。整体结构体系新颖,属于规范未列入的特殊类型超限高层建筑。设计设定了较高的抗震性能目标,并通过详细的计算分析和技术论证,验证了结构体系的合理性和防连续倒塌能力,实现了预设的抗震设防目标。针对双索与结构的特殊连接节点,进行了有限元细化分析和足尺节点试验,验证了节点的安全性和可施工性。进行了模拟施工分析,验证施工可行性,并确定分批张拉的控制索力,为施工提供支撑。

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