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东京一个悬臂玻璃天蓬的设计

  • 新型夹层玻璃和丙烯酸叶片结构
  • 线性静态自重,热负荷和风荷载评估
  • 地震分析


日本的东京国际广场的购物中心以其独特的10.6 m长的悬臂玻璃天蓬著称。Dewhurst Macfarlane and Partners利用LUSAS Civil&Structural帮助进行评价自重、风和地震荷载作用下的初步天蓬设计。


概   述

该天蓬为通向Yurakucho地下停车场的8m×4.8m宽的楼梯井提供遮挡。这个结构由多根悬臂梁组成,每根悬臂梁包含4个跨中和端部铰链在一起的零件梁,它们形成一个拱。每个零件梁由叠层玻璃板和丙乙烯薄板组成,丙乙烯薄板的数目由悬臂梁固定端部的4块减小到自由端部的1块。这些薄板由40mm直径的无应变钢铰连接到T型支架上,以为玻璃板提供支承来形成玻璃天蓬结构。在天蓬端部,V型无应变钢支架将各个悬臂梁连接到遍布天蓬全宽的水平梁上。


建   模

LUSAS Civil&Structural被用来研究天蓬在静动力荷载下的响应。对自重、梯度温度效应以及正反面的风荷载下的结构效应进行了研究。利用薄板单元模拟悬臂梁的薄板,顶层嵌板和支承支架,利用深梁单元模拟连接基础,连接单元模拟玻璃板和无应变钢铰之间的连接情况。


地震分析

为了得到天蓬在地震荷载下的反应,在进行当地期望地面加速度下的谱分析后进行了自然频率分析。考虑了两种不同的阻尼水平。初始的自然频率分析得到玻璃顶棚嵌板的大量振型,从而使对整体效应更敏感的高阶整体振型难以提取出来。为了克服这个问题,采用了一种叫做Guyan Reduction的技术以过虑掉低能量的振型,而只保留更重要的整体振动。


优化设计

利用LUSAS中大量的图表、轮廓和绘图工具,提取了结构挠度、连接处的力和弯矩,以及屋顶嵌板和悬臂构件的应力等用于优化设计。抗震分析中发现,谱响应分析得到的连接力及相应的应力要远大于静力荷载下的值。这主要是在由于CQC取值时考虑了3个方向,包括静力荷载下没有考虑的侧向荷载。完工后,该玻璃天蓬已经经受住了两次台风和一次里氏6级地震的考验。



“在该项目中使用LUSAS Civil&Structural使得我们可以比用一些更常规的模型和手工分析更自信的确定结构在地震荷载下的响应,并进行风和恒载作用下的验证分析。”

——Tim MacFarlane,Dewhurst MacFarlane and Partners合伙人

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