廊桥钢结构设计

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1、第七届全国现代结构T程学术研讨会廊桥钢结构设计罗尧治喻莹余佳亮袁爱芬江成舟渐旺大学建筑-[程卞硫杭州3l0027)(宁渡市郭抖}建筑设

2、十院宁渡315000)摘要；近年来，廊桥结构逐渐发展成为一种新的结构形式。本文主要介绍宁波南部商务区核心区水街地块廊桥钢结构设计。由于该结构体型特殊，本文利用数值风洞技术模拟r廊桥所处的风环境，得出了结构表面的风压分布，文中介绍了结构计算模型的确定过程，并对结构的受力特点进行了分析，供类似工程设计参考。关键词：庳耩，数值风洞，结构设计．受力分析一、引言廊桥是我国古代建筑中较为常见的一种桥梁建筑，常见

3、于浙闽地区、四川和广西等山区和水系比较发达的地区。有屋盖的过道叫廊，有廊的桥叫廊桥，廊桥将廊和桥的基本功能结合起来，主要用于交通、游憩和造景。近年来，廊桥不仅仅出现在桥梁建筑中，连接高层建筑的廊桥(也称为连廊或连体)已经逐渐发展成为一种新的结构形式。通过-发置廊桥，一方面将不同建筑物连在一起，使其在功能上取得联系；另一方面廊桥独特的外形带来了建筑上强烈的视觉效粜。本文主要介绍宁波南部商务区核心区水街地块廊桥钢结构的设计。该结构的体形较为复杂，本文采用数值风洞技术(cFD)对结构所处的风环境进行了模拟，确定了结构的表面风压。由于廊桥要

4、协调各建筑物之间的共同作用，受力复杂，因此结构设计的难度一般较大。本文介绍了结构计算模型的确定过程，并对结构的受力特点进行了分析。二、工程概况本工程为宁波南部商务区核心区水街地块廊桥。该廊桥位于商务区内3#楼和4#楼之间，与3#楼相邻侧底部由交叉钢柱支撑，与4#楼相邻一侧底部由钢结构框架支撑，如图l。廊桥部分(包含下部支撑)和两侧结构完全脱开。桥身总体高度14．8m，共三层，建成后作景现餐厅使用。项部标高34．7m。廊桥结构总跨度71．5Ⅲ，净跨度55．1m。该工程设计使用年限为50年，基本雪压0．35kN／m2，地震设防烈度为6度

5、，设计基奉加速度为0059。结构基本风压O．6I【N／m2，场地类别为B类。三、结构表面风压分布的数值模拟由于此结构体型较为复杂，无法在规范中准确查得结构的体型系数，因此采用数值风洞对结构所处的风环境进行模拟，确定了结构表面的风压分布。大气边界层中的近地面风是一种低速的近似不可压缩的湍流流动。在进行数值模拟的过程中，采用三维、不可压缩、稳态条件下的质量守衡方程和动量守衡方程作为其基本控制方程，附加上适当的湍流模型来封闭整个方程组，最终求解得到我们想要的物理参量。工业建筑2007增刊筇七届全围现代结构工程学术研讨会图1廊桥效果图标准的

6、k一￡模型在工程界中有着较为广泛的应用，但是该模型是基于各向同性的黏性假定，在风围绕钝体建筑物绕流的情况下有着明显的缺陷，因此本文选用丁Yakhot及(№ag提出的RNGk吒模型。该模型修正了湍动黏度，反映了主流的时均应变率，效果相对于标准k_e模型有着明显的改进。’另外值得注意的是，无论标准的k．￡模型还是RNGk_e模型都是针对充分发展的湍流有效。即适合于高雷诺数的湍流流动。但在建筑物表面附近的流动，雷诺数较低，湍流发展并不充分，湍流的脉动影响不如分子粘性影响大。针对这⋯情况，本文采用1}平衡擘而函数对近擘面的湍流进行了特殊的处

7、理。根据廊桥的空间尺寸，取用900m×650m×2伽lIn的长方体作为计算区域。边界条件如下：(1)入流边界!来流假定为B类地貌剪切流，地貌粗糙度系数确定为a=O16，风速削面表达式用指数规律描述：，，丫驴H。I孟Jo-”式中，v。o为离地面10m高度处的甲均风速，取为20州s；也为离地面z高度处的平均风速。来流湍流特性通过直接给定湍流动能k和湍流耗散率￡的方式按下式定义：3七=3(y．·，)’，2；占=0．094七2，f。(3．2)式中，I为湍流强度，，为湍流尺度，对此我围现行荷载规范还没有给出相应的表达式，可参考日本规范取：f：

8、=o．1(z，z6)““”：f：=100(z／30)。5(3．3)式中，磊为梯度风l每度，对B类地面为350米。。(2)出口边界条件：在布置计算流域时，人为加大了建筑物到出流面的距离，以保证出流处湍流的完全发展，采用完全发展出流边界条件。(3)流体域顶面和两侧面：采用对称边界(symmetry)以逼近实际环境。(4)地面及建筑物表面：设置为无滑移的壁面条件。权衡计算机资源，模拟过程中选用了分离式求解器，通过sIMPLEc算法来解决压力与速度的耦台问题。由于直接采用高精度的计算方法容易造成解的振荡，故先用一阶精度迭代200次获得较为接

9、近真实解的值，然后转为二阶精度继续迭代．最终得到稳定的解。得到场中的压力后，根据风压系数的含义，得到各点风载体形系数：巳2赢㈣，式中肌为各点的风压值，”Jo为参考高度10m处的风速值，由于来流风速采用了梯度形式，故该G。中已经包含丁高