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复杂形态高层悬挑钢结构分析与设计

王钢 赵才其 刘文卿 李希望 郑弘扬

王钢, 赵才其, 刘文卿, 李希望, 郑弘扬. 复杂形态高层悬挑钢结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 35-42. doi: 10.13206/j.gjgS22121502
引用本文: 王钢, 赵才其, 刘文卿, 李希望, 郑弘扬. 复杂形态高层悬挑钢结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 35-42. doi: 10.13206/j.gjgS22121502
Wang Gang, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang, Zheng Hongyang. Analysis and Design of a Complex⁃Shaped High⁃Rise Cantilevered Steel Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 35-42. doi: 10.13206/j.gjgS22121502
Citation: Wang Gang, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang, Zheng Hongyang. Analysis and Design of a Complex⁃Shaped High⁃Rise Cantilevered Steel Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 35-42. doi: 10.13206/j.gjgS22121502

复杂形态高层悬挑钢结构分析与设计

doi: 10.13206/j.gjgS22121502
详细信息
    作者简介:

    王钢,博士,一级注册结构工程师,硕士生导师,主要从事复杂钢和铝结构工程设计方法与建造技术研究。 Email:707509167@qq.com

Analysis and Design of a Complex⁃Shaped High⁃Rise Cantilevered Steel Structure

  • 摘要: 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。
  • [1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计标准:GB/T 50011—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2024.
    [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2012.
    [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 钢结构设计标准:GB 50017—2017[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2018.
    [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 空间网格结构技术规程:JGJ 7—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
    [5] 王钢,赵才其,颜鹏. 异型空间桁架+单层网壳复合结构分析与设计[J]. 建筑结构,2022,52(增刊1):597- 602.
    [6] 马智刚,崔光海,汪静,等. 大跨单层异形钢网壳整体稳定承载力分析[J]. 钢结构(中英文),2021,36(8):28- 34.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-15
  • 网络出版日期:  2025-10-27
  • 刊出日期:  2025-08-22

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