橋梁與高層建筑結構的案例
OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用
在復雜超高層結構設計中，利用OptiStruct的優化功能，可針對設計的不同需求對結構構件尺寸進行優化，并根據靈敏度分析的結果評估各設計變量對目標函數的敏感度。本文以兩個超高層項目的結構優化為例，分別介紹了OptiStruct在結構剛度優化，造價優化和周期優化上的應用。
曹倩_OptiStruct在超高層建筑結構優化中的應用.pdf
考慮高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計研究
摘 要：傳統的建筑有限元網格劃分、基于SMMS模型的節點承載力分析方法，沒有考慮狀態變量，而導致建筑物的荷載分析結果與實際不符等問題。為此，提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。根據建筑物豎向和水平荷載作用下的彎矩，對高層建筑物鋼結構框架的節點所受力的機理進行分析。構建高層建筑鋼結構框架節點三維模型和有無支管情況下的有限元模型，分析有無支管有限元模型的荷載-位移關系，確定構建過程中節點參數與支管的關聯性。計算模型單元上下端狀態變量的傳遞關系，整合狀態變量，確定鋼結構框架荷載，并以此作為依據進行失穩判定，完成鋼結構框架節點承載力分析。由實驗結果可知，該方法在X、Y、Z三個方向的承載力與實際值最大分別相差2 kN、1 kN和1.5 kN,具有精準分析結果。
關鍵詞：高層建筑;鋼結構;框架節點;承載力;三維仿真;
近年來，國內外學者對高層建筑鋼結構的節點穩定問題進行了大量的探討。文獻[1]提出的基于有限元網格劃分的節點承載力分析方法，構建狗骨式節點模型，結合有限元網格劃分節點位置，并使用千斤頂在懸臂兩側施加荷載，通過傳感器測量獲取分析結果；文獻[2]提出的基于SMMS模型的節點承載力分析方法，結合應變修正平均應力，構建SMMS模型，并通過各個韌性參數，對節點承載力分析。然而，上述這兩種方法沒有考慮到支撐節點的承載力問題，使得總承載力計算結果與實際情況不符。為此，本文提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。
1 工程概況
本工程選擇一座以鋼筋混凝土為主的多幢高層建筑物為研究對象，該建筑物2號樓地面以上8層，建筑樓面高43.2 m。3號樓A區地面以上9層，建筑樓面高45.6 m。2號樓和3號樓A區之間有一條大約28 m長的通道相連，構成了一個連通的結構，該結構的連廊采用鋼桁架結構。
展開 供CAD橋梁工程建筑的結構設計軟件Bentley Bridge2009
LEAP Bridge 由具有專業代碼規格知識和掌握專業設計方法的工程師開發而成，這些工程師們在提供頂尖橋梁工程技術方面積累了 20 多年的豐富經驗。該解決方案支持廣泛的數據交換和額定載荷行業標準。
作為對通用 CAD 系統的一大改進，PowerRebar 提供多種動態參數化設計工具，可用于處理任何復雜程度的鋼筋布置。這個獨立的二維/三維解決方案可以自動創建混凝土鋼筋模型、詳細設計和生成鋼筋表并支持全系列的國際設計標準。
PowerRebar 是一套完善的鋼筋混凝土解決方案，具有二維詳細設計、三維建模、鋼筋表生成、繪圖和出圖功能。可應用于多種不同的結構類型，如從建筑和地基到橋梁和海上結構。
此二維/三維軟件可為您在辦公室進行的詳細設計減少數百小時的工作量。Bentley Rebar 充分利用了 MicroStation 平臺，提供了一個功能強大的混凝土詳細設計和生成鋼筋表系統。
動態檢索標準鋼筋詳細信息自動根據平面圖、截面圖和立面圖生成三維鋼筋模型采用智能參數詳細設計，高效快速地響應最后一刻所需做出的設計更改。
展開 淺談高層建筑地基沉降及控制措施 附GB55003-2021 建筑與市政地基基礎通用規范下載
引言：
在實際施工過程中，建筑地基的施工質量極易設計不周到以及施工工藝不完善等因素的影響，地基的不均勻沉降導致混凝土結構出現不同程度的裂縫，從而對建筑物的正常使用產生不利的影響。因而加強對建筑地基不均勻沉降造成的裂縫進行分析，滿足建筑地基施工的實際需求，有助于減少建筑物的安全隱患。
1.地基不均勻沉降引起墻體裂縫
高層建筑的全部荷載最終通過基礎傳給地基,而地基在荷載作用下，其應力隨深度而擴散，深度愈深，擴散愈大,應力愈小;在同-深處，也總是中間最大，向兩端逐漸減小。也正是由于土壤這種應力的擴散作用，使房屋地基產生不均勻沉降。當高層建筑修建在淤泥土質或軟塑狀態的粘性土上時，由于土的強度低、壓縮性大，房屋的絕對沉降量和相對不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設計的比較大,整體剛度差而對地基又未進行加固處理，那么墻體就可能出現嚴重的裂縫。當房屋地基土層分布均勻，土質差別較大時，則往往在不同土層的交接處或同一土層厚薄不一處出現較明顯的不均勻沉降。造成墻體開裂，其裂縫上大下小，向土質較軟或土層較厚的方向傾斜。
2.建筑物沉降觀測
在高層建筑工程中，必須及時掌握建筑物的沉降情況，以便及時發現影響其下沉的原因，這樣不僅能提前采取措施，保障建筑物使用的安全性，還能給往后合理設計提供寶貴資料。所以，在現代高層建筑建設過程中，不管是在施工階段,還是投入使用后，必須進行沉降觀測。
2.1布置觀測點
在建筑物沉降觀測中，觀測點的布置與建筑物的大小基礎形式和地質條件等方面是息息相關,其位置和數量能全面的反應建筑的沉降情況，所以，通常來講，在現代民用建筑工程中,是沿房屋的周圍每隔6-12m設立-點另外,在房屋轉角及沉降縫兩側也應布設觀測點。當房屋寬度大于15m時，還應在房屋內部縱軸線上和樓梯間布置觀測點。
展開 
高層建筑地震分析案例賞析
采用功率譜密度（PSD）的隨機振動的地震分析
高層建筑抗風設計的幾個問題
外維護結構損壞主要由下列原因造成：（1）由于風力太大，高層建筑，特別是高層鋼結構建筑層間側移過大；（2）群樓的狹管效應引起；（3）風致效應引起；（4）面板強度不夠引起；（4）設計不合理引起（包括：造型奇特、迎風面太大、玻璃沒有夾膠等）。
▲ 提升高層建筑抗風能力的措施
1、控制建筑物的造型：最好的建筑平面就是最沒有特色的圓柱體或者正多棱柱。若是正方形，角部宜切掉了一小部分，使平面形狀沒有直角或者銳角。建筑外表面也要盡量的光滑，各種裝飾性的突起要盡量避免。仔細觀察一下全球400米以上的超高層建筑，絕大多數也都是這個造型。
2、優化結構構件：高層建筑一般是結構柔度大，自振頻率比較低，如果與風振頻率接近，在風的作用下振幅就會很大（共振）。改變自振頻率有很多辦法，最直接的辦法就是通過優化結構構件（梁、柱、剪力墻、支撐）的尺寸和布置，把結構的自振頻率控制在合理的范圍內，使得建筑在風的作用下保持較好的舒適性。
3、增加減振裝置：超高層建筑，因為高寬比太大，結構太柔，僅通過結構設計調節，難于有效改變結構的自振頻率。特別是鋼結構建筑，阻尼比較小，需要在一些特殊的部位設置風阻尼器（TMD、質量調節阻尼器），或設置阻尼墻、偏心支撐、屈曲約束支撐等耗能構件，達到減少風致效應、提高舒適度的目的。
一、控制建筑物的造型
風是紊亂和隨機的，風對建筑物的作用十分復雜，規范中關于風荷載值的確定，適用于大多數體型較規則、高度不太大的單幢高層建筑。對風敏感的高層鋼結構建筑，及高層鋼結構建筑群，其體型宜做專項設計：
單體建筑的體型系數應盡量小。其體型應有利于建筑物減少受風面積，從而減少風荷載對建筑物的影響。單體建筑要有合理的流線，使風產生不了風旋渦，避免建筑物產生風振，即使產生渦流，也要能減少建筑物的搖擺振動。
展開 百米高層建筑模型時程分析 ￥65
百米高層建筑模型時程分析
高層建筑地下室抗浮施工技術
高層建筑地下室抗浮施工技術
摘要：隨著高層建筑的大量興建，人們對其地下空間的開發利用越來越重視，資金投入比重不斷增大，地下室正朝著多層和超深的規模發展。為了充分利用建筑紅線內的地下空間，多數地下室的占地面積會遠大于上部建筑塔樓，造成一部分地下室上部沒有足夠的建筑重量來壓浮，永久抗浮安全度往往不夠，近年高層建筑地下室整體或局部上浮的工程事故時有發生，給國家和建設單位造成了巨大的損失。本文結合具體的工程實例，介紹了高層建筑地下室抗浮施工技術，以期對高層建筑地下室抗浮問題的解決提供有價值的參考。
關鍵字：深基坑 新型抗浮錨桿
High rise building basement anti floating construction technology
Abstract: with the construction of a large number of high-rise buildings, people on the underground space development and utilization of more and more attention,investment proportion increases unceasingly, the basement is toward thedevelopment of multilayer and ultra deep scale.
展開 高層建筑框架剪力墻鋼筋施工
三、剪力墻中鋼筋的錨固
在剪力墻結構鋼筋工程中，構件的承載力主要是通過計算鋼筋用量以及合理布置鋼筋來體現，而對結構的抗震構造措施等，則體現在鋼筋的錨固上。對于鋼筋工程施工來說，鋼筋的錨固是一個關鍵施工技術要點。
（1） 鋼筋的最小錨固長度。剪力墻結構中的鋼筋錨固必須要按照規范規定滿足最小錨固長度，這樣才能確保結構的構造措施。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》中的規定，在抗震地區中剪力墻結構鋼筋的最小抗震錨固長度LaE為：抗震等級為一、二級時取1.15La； 抗震等級為三級時取1.05La； 抗震等級四級時取1.0La。
（2） 水平分布鋼筋錨固。剪力墻水平分布鋼筋應伸至墻端，并向內水平彎折10 d后截斷，其中d為水平分布鋼筋直徑。當剪力墻端部有翼墻或轉角墻時，內墻兩側的水平分布鋼筋和外墻內側的水平分布鋼筋應伸至翼墻或轉角墻外邊，并分別向兩側水平彎折后截斷，其水平彎折長度不宜小于15d。在轉角墻處，外墻外側的水平分布鋼筋應在墻端外角處彎入翼墻，并與翼墻外側水平分布鋼筋搭接。措接長度為1.21a。帶邊框的剪力墻，其水平和豎向分布鋼筋宜分別貫穿柱、梁或錨固在柱、粱內。
（3） 豎向分布鋼筋的錨固。剪力墻的豎向分布鋼筋通常都錨固在基礎的墻體或者地下室的基礎上。當上下墻體等厚時，剪力墻結構的豎向分布鋼筋適宜錯開搭接； 當上下墻體厚度不等時，則剪力墻結構的豎向分布筋直接伸入基礎或者地下室的墻板中錨固，其最小錨固長度按最小搭接長度取值。
四、剪力墻中鋼筋的連接
剪力墻結構鋼筋工程中，鋼筋連接方法主要有綁扎連接、機械連接以及焊接連接，其中尤其以綁扎連接居多。因此本文著重探討剪力墻中鋼筋的綁扎連接要點。
（1） 豎向分布鋼筋。
展開 夜間高層建筑起火“老大難”？無人機滅火系統大有作為
此次演示目的是檢驗無人機滅火系統整體實戰能力，包括夜間發射、真實高層火情撲救等。
截至目前，該無人機滅火系統共計完成11次飛行試驗，發射滅火彈70余枚，對無人機穩定性、滅火彈侵徹能力、滅火彈滅火效果、滅火彈安全性等主要功能進行了充分驗證。2020年9月無人機滅火系統完成了國家消防裝備質量監督檢驗中心的全部60余項檢測項目，檢測結果均為合格并已取得檢驗證書。
圖
為真實高層火情撲救 航天科工供圖
無人機滅火系統團隊相關負責人表示，該無人機滅火系統具備群體協同消防作戰能力，項目團隊今后將著力開展滅火系統的體系化建設，結合地面消防設備載車、地面發控設備研制，無人機將探索攜帶滅火彈、救援彈、探測彈，突破相關關鍵技術并完成試驗，實現滅火、偵查、搜索、救援等主要研制目標，力圖成為同產品在消防救援領域的領路者，在消防救援領域達到國際一流水平。
<完>
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北京國際無人機系統產業博覽會UAS EXPO CHINA為每年舉辦一屆，先后得到了廣大主流無人機系統科研生產單位的積極參與，產生了巨大的社會效益和經濟效益，經過多年的歷練發展已成為我國無人機領域公認的重要交流平臺。2021北京國際無人機系統產業博覽會將于7月9日-11日在北京亦創國際會展中心再度榮耀亮相，是集學術交流、展覽展示、商業洽談、飛行表演、模擬體驗于一體的高檔次、大規模、較權威的綜合性專業活動，對于推動國內無人機科技創新、加強國際間的交流與合作、促進航空航天和無人機產業健康發展將發揮重要的橋梁作用。
展開 夜間高層建筑起火“老大難”？無人機滅火系統大有作為
此次演示目的是檢驗無人機滅火系統整體實戰能力，包括夜間發射、真實高層火情撲救等。
截至目前，該無人機滅火系統共計完成11次飛行試驗，發射滅火彈70余枚，對無人機穩定性、滅火彈侵徹能力、滅火彈滅火效果、滅火彈安全性等主要功能進行了充分驗證。2020年9月無人機滅火系統完成了國家消防裝備質量監督檢驗中心的全部60余項檢測項目，檢測結果均為合格并已取得檢驗證書。
圖為真實高層火情撲救 航天科工供圖
無人機滅火系統團隊相關負責人表示，該無人機滅火系統具備群體協同消防作戰能力，項目團隊今后將著力開展滅火系統的體系化建設，結合地面消防設備載車、地面發控設備研制，無人機將探索攜帶滅火彈、救援彈、探測彈，突破相關關鍵技術并完成試驗，實現滅火、偵查、搜索、救援等主要研制目標，力圖成為同產品在消防救援領域的領路者，在消防救援領域達到國際一流水平。
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高層建筑大渦模擬的一般流程及典型案例
在高層建筑抗風研究中，得到建筑表面風壓時程是至關重要的。CFD作為風洞試驗的輔助乃至替代手段，必須能夠解析建筑表面風荷載的隨機時程序列。鑒于此，雷諾平均（RANS）方法并不適用于研究此類問題，因為RANS方法從原理上無法求解流場的隨機脈動成分，僅在求解平均流場和平均風荷載方面有一定的適用性。大渦模擬（LES）的求解尺度鑒于二者之間，顧名思義，大渦模擬僅求解“大渦”，對于“小渦”則采用亞格子模型求解。“大渦”與“小渦”的過渡往往位于慣性子區的上界，這對于高層建筑風荷載的計算已經具有相當好的精度。
圖1 不同湍流模型的求解尺度
高層建筑大渦模擬的一般流程及典型案例
CAD模型準備
準確無誤的CAD模型是后續網格劃分的基礎，特別是對于比較復雜的外形，需要筒子們在繪制CAD幾何模型時多操點心。以AutoCAD為例，在繪制好三維模型后，可以輸入acisout命令，將三維模型輸出為.sat文件，以便網格劃分軟件讀取。值得注意的是，為了后續網格劃分方便，可以將流域范圍一同建入幾何模型，流域的具體尺寸可依照文獻或經驗確定。
展開 高層建筑減震緩沖—鋼絲繩隔振器
高層建筑減震緩沖—GRY-200A型艦載鋼絲繩隔振器
鋼絲繩隔振器是由鋼絲繩繞成螺旋狀并固定在沿螺母布置的兩塊金屬板之間制作而成的。它是一種具有非線性特性和干摩擦阻尼的新型隔振器，采用多股鋼絲按一定方向纏繞而成的鋼絲繩作為彈性元件，具有明顯的遲滯特性，其能量耗散來源于鋼絲間的摩擦、擠壓、滑移。
GRY-200A型鋼絲繩隔振器是GRY系列鋼絲繩隔振器中的一種型號，該型號由30圈直徑為2.4mm的不銹鋼鋼絲繩沿著上下兩個特制圓形夾板繞制而成，能夠承受的最大靜載荷為200N(20.41kg)，具有耐腐蝕、耐沖擊、耐高低溫等性能，廣泛被用于艦船設備、海洋平臺、髙層建筑、海洋平臺、核工業裝置及工業各種動力機械的隔振。
命名方式
尺寸表
型號
A(mm）
B（mm）
C（mm）
H（mm）
D（mm）
單重（kg）
GRY-200A
128
9
170
40
3.2
0.6
結構圖
展開 在百米以上高層建筑滅火，旋翼無人機實現了
該項目研發的國內首臺應用于消防滅火救援的115kg載荷縱列式雙旋翼燃油動力無人機，為百米以上高層建筑室外空間火災撲救和外墻保溫材料火災撲救提供了一種有效的解決方案。項目研制的無人機滅火救援綜合裝備實現了高層建筑室外空間滅火技術的創新和突破，無人機搶險救援綜合裝備為消防救援隊伍空中物資運輸保障能力和應急搶險救援效能提升提供了技術保障。該項目的順利驗收標志著國產大載重無人機滅火和應急救援裝備即將進入從科研開發到成果轉化的快速通道，為提升國產消防應急救援裝備高、精、尖水平提供科技助力。
應急管理部消防救援局組成由中航工業沈陽飛機設計研究所項目總設計師宗寧研究員為組長，中國消防救援學院紀任鑫副教授、常州市消防救援支隊王士軍支隊長、上海市消防救援總隊訓保支隊朱建偉支隊長、遼寧省消防救援總隊柴崑皓高工為成員的績效評價專家組。在聽取項目組工作報告、審查相關資料、現場質詢討論后，專家組認為，項目研制的115kg載荷縱列式雙旋翼燃油動力無人機具有載荷自重比大、抗后坐力性能強、續航時間長的特點；研制的適配無人機平臺的高壓液體系留滅火裝置具備持續穩壓噴射的特點；專用儲壓滅火裝置具備自動泄壓、電動啟閉噴射的特點；專用承載運輸車輛設置的自動升降平臺可實現裝備的快速展開作業；研制的系列化模塊化應急搶險救援吊艙，具備適用于多災種救援場景的特點。專家組一致同意該項目通過績效評價，并建議在滅火救援實戰中進一步開展示范應用，提升裝備的綜合性能。
百米以上高層建筑室外滅火技術在國內外消防救援領域尚屬空白。研制消防無人機滅火救援裝備既是保衛我國經濟和社會安全發展的需要，也是國產消防應急救援裝備高科技化發展的需要。據了解，該項目研發的消防無人機滅火救援綜合裝備集成了電動偵查無人機、大載重無人直升機、承載運輸車輛、滅火救援模塊，具備高空滅火、火場偵察和救援等功能。
展開 高層建筑附著腳手架在爬升過程中的動力響應分析
腳手架是建筑結構施工或外墻裝飾作業中一種較為重要的輔助施工設施。超高層建筑腳手架架體構造部分由傳統的扣件式鋼管腳手架發展而來，然而與傳統腳手架不同的是，超高層建筑中的附著腳手架在作業中除了承受豎向荷載作用外，水平風荷載亦起主要作用。
為考察此類腳手架在風荷載作用下的動力響應，本文以某實際工程為例，選取典型的腳手架區間，采用ANSYS軟件進行有限元建模和動力響應分析。
單元架體跨度取5.3m，跨度內立桿縱距1.5m，橫距0.8m，步高1.9m，共9步半，支架離墻距離0.4m，腳手架總高度19m，樓層高度110m，寬度33.4m,項目所在地風壓是0.35kN/m2，地面粗糙度為D類。
拉桿采用link8單元；框架采用beam189單元,硬拉結約束采用彈簧單元combin14，其中彈簧剛度取10000N/mm，材料屬性:彈性模量2.1e5N/mm,泊松比0.3，密度7850kg/m3，結構有限元模型如下：
首先對該結構進行了常規的靜力分析，靜力分析時的主要荷載包括結構的自重，活荷載按作業水平投影面積0.5KN/m2考慮，風荷載按照荷載規范P58-59計算，荷載組合取1.2恒+1.4風+1.4*0.7活，最后得到的位移云圖如下，可見靜力分析情況時，結構最大位移大約34mm。
風荷載按照成分來分一般分為平均分和脈動風，在靜力計算時，脈動風按風振系數加到平均風壓上考慮，而在進行動力時程分析時，則應把脈動風按隨機荷載來考慮，利用諧波疊加法采用Matlab編制響應程序，即可得到迎風面不同標高處的風速時程曲線。
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