- 王钢;万芬莉;罗峰;赵才其;
泉州郑成功公园铜马塑像于2004年正式建成并对外开放，至今已超过20年。在长期使用过程中，未对塑像的结构进行定期检查和维护，铜像表面已有多处受损及漏水现象，导致内部主体钢结构及铜板后面的副支架系统严重锈蚀，因此需对塑像的内部进行全面检测。采用超声测厚仪和游标卡尺等仪器对结构进行检测，钢管壁厚通过锈蚀损失了2 mm左右，球节点的实测壁厚较原设计壁厚平均降低了1～2 mm，钢板损伤厚度均为1 mm。根据施工图纸和实测结果建立整体结构评估模型，计算结果显示马背部分钢板的应力远超钢材设计值，人身和披风大部分杆件应力比远大于1.0,X向风荷载作用下的位移比远大于1/150，即主体结构的强度和刚度均存在超限情况。采用实测厚度在ABAQUS中建立节点有限元分析模型，结果显示身体节点和左后腿节点的应力均已超过钢材强度设计值。采用2个半圆截面的加固件与原锈蚀钢管进行贴合加固，有限元模拟结果显示加固件与圆钢管可以共同工作，从而提高构件的抗压和抗弯承载性能。钢板采用了贴板焊接的加固措施，有限元分析证实贴板与原钢板的应力分布大体一致，即贴板可与原钢板共同工作。在相邻杆件和球节点之间增设圆环状加劲板，并通过有限元分析证明加劲板可有效参与荷载传递，从而实现对节点的加固补强。根据采取的加固措施，在MIDAS/Gen中建立加固后的结构分析模型，然后施加现行规范的荷载组合工况，完成整体结构加固分析。结果表明，采取加固措施后的整体结构强度及刚度指标均满足现行相关规范的要求。使用RWIND建立数值风洞模型，获取结构在X向和Y向时程风荷载作用下的风压分布，然后将风压施加至结构分析模型进行抗风稳定分析。结果显示，X向和Y向临界荷载系数分别为10.7和25.9，远大于JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》限值（4.2）。严重锈蚀，因此需对雕像的主体进行健康检测及评估，并根据评估结果采取对应的加固措施。原结构马腿顶部标高为10.5 m，马背标高为14.5 m，马头标高为23.4 m，顶部人手标高为28.5 m。马腿混凝土自重、外挂铜面板、副支架及主刚架合计4030 kN。原设计时按GBJ 9—87《建筑结构荷载规范》设计，基本风压为0.6 kN/m~2，场地类别为B类，原设计风振系数为1.44，高度系数为2.33。抗震设防烈度为7度~([6])，地震加速度0.15g，设计分组为第三组，场地类别为Ⅲ类，同时考虑水平与竖向地震作用的组合。现设计规范~([7])与原设计
2025年08期 v.40;No.320 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 1819K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 王钢;张鑫强;谢明典;赵才其;
某机场T3航站楼由中央大厅和两侧长廊组成，结构总平面轮廓尺寸为411 m×416 m，由下部混凝土高层结构和顶部大跨钢结构屋盖构成。根据建筑平面布置，在两侧长廊设置结构缝，结构缝与大厅长边延长线重合，从而将整体建筑分为3个结构区。中间区域长度和宽度分别为411、200 m，属于超长和体型复杂的超限结构，应充分考虑地震行波效应和复杂多变的风载分布，对结构进行多点激励的地震和风振响应分析。结构的前3阶振型为两个方向水平振动和竖向振动，振型分布较为规则，主要对X向、Y向和Z向的地震作用较为敏感。在进行后续多点激励的行波效应分析时，行波方向主要为X向和Y向，每组波行进时同时向结构施加X向、Y向和Z向3条地震波，主方向、次方向和竖向地震波的峰值按照1∶0.85∶0.65的比例施加。结构柱行波效应影响系数大于1.0的总占比为37%，屋盖钢结构行波效应影响系数大于1.0的总占比为5%。由于钢结构屋盖的整体刚度较好，且屋盖重力荷载全部传递至结构柱，导致结构柱对地震动更为敏感。多点激励的基底总反力远小于一致激励，二者比值的均值为0.45。这是由于考虑行波效应时，各杆件振动步调不一致，基底剪力叠加时有部分相互抵消。结构行波效应影响系数取值如下：角柱取1.6，边柱取1.5，其余柱取1.4；屋盖钢结构支座附近构件取1.4，其余构件取1.2。经过风洞数值分析，得到了不同风向角（0°、45°、90°、135°及180°）风荷载作用下建筑物表面的风压系数。结果显示，屋盖由于体型复杂，同时存在风压力和风吸力的作用，风压分布极不规律。因此在对屋盖钢结构进行风振分析时，应充分考虑各个风向角作用下的时程风压作用。基于此，根据风洞数值分析结果提取屋盖各点的时程风压，并将其转化为时程节点荷载施加至结构分析模型，结果表明：屋盖钢结构在风压时程荷载作用下竖向位移最大，后续进行风振系数计算以竖向位移为控制工况；屋盖钢结构在不同风向角时程风压作用下的风振系数为1.38～1.55，风振系数的设计建议值为1.5。
2025年08期 v.40;No.320 12-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K] [下载次数：52 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王钢;陈桥生;赵才其;刘文卿;李希望;李文;张艳超;郑弘扬;
位于长春影视文创孵化园区的影视研学基地采光顶，长方向跨度为85 m，短方向跨度为61 m。该采光顶形状奇特，且直接坐落于分布不规则的外围框架柱顶，从而导致该采光顶受力极为复杂。在进行采光顶结构选型时主要考虑了2种方案，分别为钢桁架结构和单层铝合金网壳结构。考虑到单层铝合金网壳具有自重轻、美观和施工难度低等优势，最终采用单层铝合金网壳采光顶结构，选用铝合金板式节点。由于单层铝合金网壳采光顶结构较为复杂，需采用MIDAS/Gen模型和RFEM模型分别进行结构计算，并通过计算结果对比来校核模型的准确性。对比结果表明：2个模型的前3阶振型和前3阶屈曲模态高度吻合，其自振周期和特征值误差极小，即2个模型的精度可以满足计算需求。另外，本采光顶网壳自振振型和屈曲模态均是整体振动和整体屈曲，即采光顶网壳的结构布置合理。采用MIDAS/Gen模型开展单层铝合金网壳弹性分析，结果表明杆件在荷载基本组合作用下的最大应力为112 MPa，大部分杆件的应力处于80 MPa以内，满足GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》要求。在荷载标准组合（恒荷载+活荷载）作用下，本结构的最大位移为119 mm，该位移与跨度的比值为1/512，小于JGJ 7—2010《空间网格结构技术规范》限值1/400，表明本结构满足强度和刚度需求。采用RFEM模型对本结构开展双非线性稳定分析，对其稳定性承载力进行验算。初始缺陷的分布形态取各工况对应的最低阶屈曲模态，缺陷幅值取跨度的1/300。经计算各工况作用下的荷载临界系数最小值为2.5，大于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》限值2.0。为此，采用拆除构件法开展整体结构抗连续倒塌分析，倒塌工况选择双非线性稳定分析中率先失效的2根杆件作为初始失效杆件。由倒塌分析结果可知，当最先失稳的2根构件失效后，周围杆件的应力水平基本没有变化，即不会引起结构的连续性倒塌。提取关键杆件进行特征屈曲分析，根据欧拉公式推导出其计算长度系数为1.47，并输入至整体设计模型，验算关键杆件的强度。验算结果表明大部分杆件的应力比小于或等于0.5，结构具有足够的安全储备。建立典型节点有限元分析模型，得到该节点在荷载设计值作用下的应力状态，证实各部分应力均满足相关规范要求且具有较大安全储备，符合“强节点、弱杆件”的结构设计理念。
2025年08期 v.40;No.320 20-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 1297K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王钢;袁良健;赵才其;刘文卿;李希望;
本工程为国内最高石雕塑结构之一，总高度为62 m，占地面积4200 m~2。雕像的外轮廓表面，采用厚度为30～50 cm的花岗岩石材，并采用砌筑与干挂相结合的连接方式，与石材相连的混凝土墙厚度达80 cm左右，因此结构外挂荷载极大。经前期方案设计，决定采用由型钢混凝土梁、柱构成的异形框架结构，内部设置剪力墙，手臂、肩膀及头部等部位采用钢结构。对本工程超限项进行审查，结果显示存在扭转不规则、凹凸不规则、尺寸突变及局部不规则的情况。综合考虑建筑的功能和规模，最终设定抗震性能目标为C级，部分关键构件提高至B级。通过YJK和MIDAS Gen模型得到了结构的前3阶振型。结果表明：本工程的结构布置合理，具有足够的抗扭刚度。通过多遇地震弹性计算，YJK和MIDAS模型所得结构指标误差均值仅为3.9%，表明计算模型的准确性。本工程在多遇地震作用下各项指标均满足相关规范要求：最大层间位移角为1/893，小于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》限值（1/800）；最小剪重比为5.7%，大于GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》限值（3.28%）。；刚重比最小值为14.6，远大于JGJ 3—2010限值（1.4）;X向和Y向在多遇地震作用下抗倾覆力矩与倾覆力矩比值分别为4.17和3.79，为无零应力区。通过开展风洞试验，获取了各层在风荷载作用下的水平剪力，并施加至YJK模型，所得风荷载最大层间位移角小于JGJ 3—2010限值。根据设防地震性能目标，本工程在设防地震下关键构件需要满足抗弯弹性及抗剪弹性。剪力墙角柱和框架柱均采用型钢混凝土柱，满足抗剪及抗弯弹性的性能目标。剪力墙连梁需增设交叉斜筋来满足抗剪不屈服的性能目标。上部钢结构在设防地震作用下应力比均小于0.8，满足设防地震弹性的性能目标。将上部钢结构的上下弦杆与支座处型钢混凝土柱中的十字型钢直接相连，保证上部钢结构的荷载可以有效传递至下部型钢混凝土结构。本工程采用SAUSGE进行罕遇地震弹塑性分析。结果表明：结构在罕遇地震作用下的X和Y向地震剪力约为多遇地震时的2.3倍，结构整体耗能能力较好；X方向结构的最大弹塑性层间位移角为1/166,Y向为1/204，均小于JGJ 3—2010限值（1/100）；底部剪力墙轻微损坏，连梁轻度破坏，上部剪力墙大部分轻微破坏，部分中度及重度破坏，连梁中度破坏。显然，连梁先于剪力墙破坏，且下部墙体损坏程度低于上部，剪力墙布置合理。但上部重度破坏的剪力墙需设置加固钢板。对于空间桁架而言，进行屈曲分析时并不关注其稳定安全系数，而应通过屈曲模态找到相对薄弱的部位并进行加固。上部钢结构屈曲分析结果表明，前3阶屈曲模态均为局部屈曲，分别为两侧手臂及头部屈曲，需对屈曲部位进行加固。本工程采取在钢结构与吊挂钢结构之间灌注混凝土层进行加固，同时可为钢结构提供防腐蚀保护措施。为避免外部吊挂石材的连接在地震中发生破坏，防止石材掉落造成下部人员伤亡，对单片石材的连接性能开展了振动台试验。试验结果表明，本工程所采用石材与主体结构的连接方式，能承受多遇地震、设防地震及罕遇地震的作用。
2025年08期 v.40;No.320 27-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1229K] [下载次数：14 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王钢;赵才其;刘文卿;李希望;郑弘扬;
本工程为铸铜人物雕像，整体外形呈高层悬挑状，其结构形式为异形空间桁架结构。该人物雕像主要分为竖直身体部分及水平悬挑披风两部分。竖直身体部位高度为32 m，采用层高约为2 m的竖向叠放空间钢桁架。悬挑披风的悬挑长度为24 m，采用宽度约为2 m沿水平排列布置的空间钢桁架。考虑到各部分杆件的受力特征及施工便利性，竖向部分钢桁架的上下弦杆采用工字型截面、腹杆采用圆钢管，悬挑部分钢桁架的杆件均采用圆钢管。鉴于本结构的特殊性，采取了抗震性能化设计与稳定验算相结合的整体结构分析方法，并且针对重要节点开展了有限元分析，从而有效确保结构设计结果的安全性。根据结构的特性确定了本结构的抗震性能目标，竖向部分的抗震性能目标为设防地震弹性、罕遇地震不屈服，水平部分的性能目标为多遇地震弹性、设防地震不屈服、罕遇地震部分屈服。多遇地震弹性分析结果表明，在充分考虑铸铝蒙皮效应时，本结构的位移满足JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》要求。设防地震等效弹性分析结果显示，竖向部分的杆件应力比均在0.85范围之内，水平大部分杆件的应力比处于0.7范围之内，满足设防地震性能目标。本结构的弹塑性时程分析结果显示，披风处构件的延性系数可达0.96，身体部分构件的延性系数最大值为0.78，底层柱的延性系数均小于0.2，均满足罕遇地震抗震性能目标。采用特征值屈曲分析法和双非线性稳定分析法开展了整体结构的稳定验算。特征值屈曲分析结果表明前3阶屈曲模态集中于悬挑披风竖向变形屈曲，该屈曲模态符合悬挑结构的结构特征。双非线性稳定分析的荷载工况分别为恒载+满布活载（工况1）、恒载+半布活载（工况2）、恒载+风载（工况3），计算结果表明3种工况的临界荷载系数分别为2.1、2.7、3.2，均大于规范限值2.0。水平披风跨中和竖向身体腹部的部分杆件均进入塑性阶段，即率先屈服部位的杆件将是本结构失稳破坏的薄弱环节。竖向部分关键节点采取设防地震弹性荷载设计值，水平部分关键节点选用设防地震不屈服荷载设计值，基于此，建立典型节点有限元模型。通过有限元分析得到了关键节点在设防目标荷载设计值作用下的应力状态：竖向部分关键节点的最大应力为264.4 MPa，水平部分关键节点的最大应力为292.97 MPa，均保持在弹性阶段，满足抗震性能目标。
2025年08期 v.40;No.320 35-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1336K] [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 王钢;赵才其;刘文卿;谢明典;陈强;郑弘扬;
本工程为某机场导航台，其建筑外形呈下窄上宽的不规则喇叭形，高度约60 m，顶部宽约60 m，底部宽约27 m，腰部宽约10 m。由于本建筑的高度和悬挑尺度大，迎风面头重脚轻，顶部风荷载占比大，所以对结构的抗风极为不利。充分考虑本建筑的航管使用功能和高大悬挑超限特征，需要对其开展风洞试验研究、风洞数值模拟及风振响应分析。通过对缩尺比为1∶100的风洞模型进行风洞试验，在导航台的表面合理布置测压点，测点的布置均基于建筑的外形特征、风向以及后期分析，对结构高差变化较大处、边缘、凹凸拐角以及大悬挑等位置采取了加密布置。试验结果表明：圆形截面的风压系数在正对风向（0°）时达到正峰值，即呈现风压力的作用形式；在两侧（±90°）达到负风压系数峰值，由两侧向北侧（180°）负风压系数值逐渐降低，均呈现风吸力的作用形式；最底层及中间细腰处风压系数较为接近，屋顶处风压系数明显降低。使用Dlubal-Rwind计算软件进行足尺风洞数值模拟，结果表明，数值风洞和试验的风压系数分布规律基本一致，迎风面均为正值，两边侧面达到负值，背面均为负值，符合圆形截面的风压分布规律。通过数值风洞获取了建筑屋盖的风压系数，屋盖顶面的竖向风压系数均为负值，其中在近风端绝对值达到峰值，然后顺着风向逐渐减小。屋盖底面的风压系数在近风端为正值，两侧和背风端为负值。基于有限元分析软件ABAQUS建立结构风振响应分析模型，根据风洞试验测量得到脉动风压结果，采用时域直接积分法对该结构抖振响应进行分析，顶部钢结构阻尼比为1%，下部混凝土核心筒和悬臂梁均采用5%，根据结构的前两阶振型，计算得到各部分的瑞利阻尼参数。顺风向的水平位移随着层高的增加逐渐增大，最大水平位移发生在屋盖钢结构层。横风向的水平位移在下部核心筒范围内基本保持一致，在屋盖钢结构层发生最大水平位移。竖向位移主要集中于屋盖钢结构层，靠近风荷载来向端发生竖直向下的位移，背离风荷载来向出现竖直向上位移。根据JGJ/T 338—2014《建筑工程风洞试验方法》中的相关计算公式，给出了本结构的水平体型系数、竖向体型系数及风振系数建议值，这些建议值可指导本结构后续的分析与设计工作。
2025年08期 v.40;No.320 43-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1415K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 高辉;王钢;周霞菊;唐威;赵才其;
某酒店工程在两座塔楼间设置高空双层钢桁架连廊，跨度69.5 m，总质量3485 t，采用Q420GJC箱型截面构件。受场地限制（仅20 m×70 m作业面）及机械成本控制，选用钢柱支撑平台拼装滑移工艺，累积滑移3次后整体提升。通过分阶段拼装滑移和整体提升过程分析，并结合施工过程监测来确保结构安全。将桁架结构分为4个滑移单元（单元1～4），采用“累积滑移安装”的方式进行安装。根据滑移流程建立滑移分析模型，首先只施加自重荷载提取各支点反力，换算成摩擦力并施加至滑移分析模型。计算结果表明，滑移过程中桁架最大竖向位移均为-4.8mm，最大应力比0.112，结构滑移过程中强度和刚度均满足要求。根据滑移过程的分析结果提取支点反力和摩擦力并施加于滑移梁分析模型，结果表明，竖向位移最大值出现在边缘滑移梁，最大竖向位移为-7.3 mm，支撑构件的最大应力比为0.789，滑移梁的位移和应力比均小于限值。根据分析结果，在桁架和滑移梁滑移过程中应力和位移较大位置设置监测点，监测结果表明滑移过程中各测点的应力和位移均小于计算结果。滑移至设计位置下方后进行同步提升施工阶段，利用周边塔楼结构柱设置提升支架，安装提升设备作为提升上吊点，在桁架结构上弦上设置下吊点，并在下吊点处设置加强杆件。吊点微调处理对结构进行调平后开始正式提升，提升过程中每提升5 m暂停并进行结构姿态调整，直至提升至设计位置。根据提升工艺和结构布置建立提升过程分析模型和提升支架分析模型。结果表明在提升过程中只要保证不同步提升值不大于25 mm，即可忽略不同步效应对结构安全的影响。结构最大位移发生于跨中部位，最大竖向位移为20.8 mm，提升桁架最大应力比0.269，加固杆件最大应力比0.723，提升支架最大竖向位移和最大应力比分别为-7.2 mm和0.783，提升结构及支架的强度和刚度均满足要求。根据分析结果，在桁架和提升支架提升过程中应力和位移较大位置设置监测点，监测结果表明提升过程中各测点的应力和位移均小于计算结果。
2025年08期 v.40;No.320 51-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2315K] [下载次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]