CN109726488B - 建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法。该评估方法包括步骤S1：对于扩建建筑群进行风洞试验，获取所述扩建建筑群的表面压力分布；步骤S2：根据所述表面压力分布的结果，进行有限元数值分析；步骤S3：根据所述有限元数值分析来计算内力结果并进行组合，计算时变配筋；步骤S4：将所述时变配筋与实际施工配筋比较，若实际施工配筋不能够包络所述时变配筋，则进行结构加固；否则，则认为安全并形成评估报告。该评估方法能够反映结构中每一个构件实际受力情况及所需的理论配筋程度，从而有效提高安全性的新建结构抗风安全性。

Description

建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法

技术领域

本发明涉及建筑群体扩建后的建筑工程安全评估的技术领域，特别是涉及一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法。

背景技术

全球气候变化使得风致灾害非常显著。随着城市建筑群的拓展和工业建筑群的扩建，越来越多的高耸和大跨结构被设计规划，因此，抗风问题也日益突出。英国渡桥电厂在较低的风速作用下冷却塔发生倒塌，风致干扰效应非常显著。随着建筑群规模的扩大以及不同阶段科研推进，相应的规范发生改变。随着第四代结构设计理念的推进，结构可靠度被更多的考虑。

随着经济发展的推进，不同阶段的建筑规模变化较大，建筑的高度不断突破。目前800多米的高楼提进了规划，工业双曲冷却塔也从100米突破到250米，新规划的结构往往超过前期结构规模，新建结构对于既有结构的风荷载干扰问题非常突出。

目前，现有规范均以风荷载参数评价既有建筑的抗风安全性，然而风荷载往往很难反映结构实际受力情况。对于复杂建筑结构，现有的风荷载参数考核标准很难保证其结构安全性。

因此，针对现有技术中风荷载参数评价抗风安全性无法反映实际受力情况而达不到保证安全性的技术问题，有必要提供一种能够反映结构中每一个构件实际受力情况及所需的理论配筋程度，从而有效提高安全性的新建结构抗风安全性的评估方法。

发明内容

针对现有技术中风荷载参数评价抗风安全性无法反映实际受力情况而达不到保证安全性的技术问题，本发明实施例提供一种能够反映结构中每一个构件实际受力情况及所需的理论配筋程度，从而有效提高安全性的新建结构抗风安全性的评估方法。该新建结构抗风安全性的评估方法通过风洞试验对于厂区风环境进行重新测试，然后进行数值计算，对与既有塔结构安全性进行评估，并提出评估结果和相应地改善建议。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法包括：步骤S1: 对于扩建建筑群进行风洞试验，获取需评估的既有建筑的表面动态压力分布；步骤S2：根据所述表面动态压力分布的结果，进行有限元瞬态动力计算分析；步骤S3：根据所述有限元瞬态动力计算分析来计算时变内力结果并进行组合，计算时变配筋；步骤S4：将所述时变配筋极值与实际施工配筋比较，若实际施工配筋不能够包络所述时变配筋，则进行结构加固；否则，则认为安全并形成评估报告。

作为本发明的进一步改进，步骤S4中的结构加固包括增加结构抗力性能和改变气动外形。

作为本发明的进一步改进，加固之后需要再次进行评估直到评估通过。

作为本发明的进一步改进，所述改变气动外形的方式为在外表面粘贴粗糙元的方式，所述增加结构抗力性能的方式为不改变结构主体受力构件，在其表面采用配筋并喷混凝土和设置加劲肋的方式。

作为本发明的进一步改进，步骤S2包括：对于步骤S1所获得表面压力值采用POD分解方法进行插值，将获得的风压时程数据加载在有限元模型上面，进行有限元数值分析，得到步骤S3中的每个时程的内力结果。

作为本发明的进一步改进，步骤S3包括：将所述内力结果中的轴力和弯矩进行组合计算配筋，得到每个时程点的配筋结果，对于配筋结果采用具有预设保证率的配筋极值来作为在此刻风向角下的配筋结果。

作为本发明的进一步改进，所述评估方法适用于求解环向所有来流角度的时程配筋。

作为本发明的进一步改进，所述实际施工配筋采用混凝土钢筋检测仪获得。

本发明具有以下优点：

本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法通过风洞试验对于建筑群风环境进行重新测试，然后进行数值计算，对与既有结构安全性进行评估并提出评估结果和相应地改善建议。进一步地，本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法解决现有技术中建筑群扩建中既有结构安全评定的多准则问题以及多准则之间的差异问题，提出精细化计算获取极值配筋的方案能够真实反映实际结构受力性能。进一步地，本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法提出了包括增加结构抗力性能和改变气动外形的两种加固方法，有效地解决既有结构风致干扰不安全性的问题，并且实施高效便捷，有效降低造价。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例中一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法的流程示意图；

图2为图1所示实施例中精细化算法相关细化步骤的流程示意图；

图3为图1所示实施例的另一种表述流程示意图。

实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明第一实施例中一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法的流程示意图。该建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法包括四个步骤，每个步骤的具体内容如下所述。

步骤S1: 对于扩建建筑群进行风洞试验，获取需评估的既有建筑的表面压力分布。

步骤S2：根据所述表面动态压力分布的结果，进行有限元瞬态动力计算分析。在该步骤中，对于步骤S1所获得表面压力值采用POD分解方法进行插值，将获得的风压时程数据加载在有限元模型上面，进行有限元瞬态动力计算分析，得到步骤S3中的每个时程的内力结果。

步骤S3：根据所述有限元瞬态动力计算分析来计算内力结果并进行组合，计算时变配筋。在该步骤中，将内力结果中的轴力和弯矩进行组合计算配筋，得到每个时程点的配筋结果，对于配筋结果采用具有预设保证率的配筋极值来作为在此刻风向角下的配筋结果。此刻风向角下的配筋结果即为时变配筋。

步骤S4：将所述时变配筋极值与实际施工配筋比较，若实际施工配筋不能够包络所述时变配筋极值，则进行结构加固；否则，则认为安全并形成评估报告。在该实施例中，结构加固包括增加结构抗力性能和改变气动外形。改变气动外形的方式为在外表面粘贴粗糙元的方式，粘贴附属格栅，增加表明粗糙度进而降低风荷载。增加结构抗力性能的方式包括钢支撑加固和增加结构截面两种方式。钢支撑加固方式采用冷却塔外表面或内表面设置环向和纵向刚支撑肋条，增加结构截面方式主要有通过配筋之后再在表面喷混凝土，以增加结构截面配筋率和截面面积提高抗力性能。在该实施例中，结构加固之后需要再次进行评估直到评估通过。进一步地，在改变气动外形的结构加固后，需要再次进行风洞试验。在该实施例中，实际施工配筋采用混凝土钢筋检测仪获得。

本发明实施例所提供建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法适用于求解环向所有来流角度的时程配筋。在该具体实施例中，将环向来流角度等分为16个方向，最终采用Sadek-Simiu法进行极值求解，得到每个来流角度下极值配筋，最终对其取外包络为最大配筋值。

在本发明实施例中，步骤S1至步骤S3的过程可以被统称为精细化算法。如图2所示，为图1所示实施例中精细化算法相关细化步骤的流程示意图。精细化算法首先采用风洞试验进行表面压力测试，然后对于测试得到的压力值采用POD的方法进行插值，将获得的风压时程数据加在有限元模型上面，得到每个时程的内力结果，对于内力中的轴力和弯矩进行组合计算配筋，得到每个时程点的配筋结果，对于配筋结果采用具有一定保证率的配筋极值，推荐为在该风向角下的配筋结果。采用以上方法，对于环向所有来流角度的时变配筋进行求解，这里对于环向来流角度等分为16个方向，最终采用Sadek-Simi法进行极值求解，得到每个来流角度下极值配筋，最终对其取外包络为最大配筋值。

具体的评估过程为：

通过POD分解的方法，将风洞试验所测得风压时程转化为对应于冷却塔结构有限元模型的风荷载时程。即把风压函数

分解为只与位置相关的特征向量和只与时间相关的主坐标函数/>

，其中x，y表示位置坐标，t表示时间坐标。

（公式1）

其中，特征向量

可以由下列方程获得：

（公式2）

其中，

为风压协方差矩阵，/>

为特征值，主坐标函数则可由下式求得：

（公式3）

通过对特征向量进行插值然后按照公式1即可得到分布测点位置的风压时程，后根据公式4得到有限元节点处的集中荷载，其中

是与平均风速，风剖面幂指数、投影方向向量以及单元投影面积相关的函数。

（公式4）

对结构进行有限元瞬态动力计算获得相应动态内力时程之后，将每个单元在时程上的所有内力值输入，对于时程上的所有内力值逐个按照偏心受力构件通过规范方法计算纵向钢筋面积，以得到单元配筋时程，对时程上的每一个点求解单位配筋面积。

通过有限元计算的单元配筋时程，需要在时程上按照保证率方法进行统计分析，得到每个单元在时程上的配筋极值，配筋极值的计算采用峰值因子法。峰值因子的取值对于不同的分布有不同的方法：

（公式5）

在环向的各个单元得到的单元配筋包络值取最大值，得到在一种工况下沿塔高的配筋包络线，其主要过程通过公式6概括，其中

为时程参数，/>

为环向角度参数，/>

为高度项参数，/>

为将不同的风荷载加载角度下结果取极值的过程函数，首先在/>

三个参数下得到一个风向角下的配筋极值包络线，之后通过函数/>

可以得到每一层模板在多个不同风荷载加载角度下的结构设计安全所需的配筋包络图。对于本项研究工作的冷却塔而言，塔筒配筋涉及环向内侧、环向外侧、子午向内侧和子午向外侧四个位置上的配筋要求。

（公式6）

既有结构的配筋采用混凝土钢筋检测仪进行检测，然后将既有结构配筋结果与极值配筋进行对比，如果极值配筋结果小于既有结构配筋结果认为是安全的，如果极值配筋结果大于既有结构配筋结果需要启动加固方案。

加固方案主要采用改变气动外形的方法和改善结构抗力性能的措施，其中改善气动外形的方法为在结构表明粘贴格栅的方式降低表明压力分布，而改善结构抗力性能的措施有在表明配筋并喷混凝土的方法和设置钢加劲肋的方法，从而提高安全性。

图3为图1所示实施例的另一种表述流程示意图。由于图3只是将图1所示实施例的细化流程都在图3中进行表述，实质的流程步骤和内容还是和图1所示实施例相同，此处不再赘述。

本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法通过风洞试验对于建筑群风环境进行重新测试，然后进行数值计算，对与既有结构安全性进行评估并提出评估结果和相应地改善建议。

本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法解决现有技术中建筑群扩建中既有结构安全评定的多准则问题以及多准则之间的差异问题，提出精细化计算获取极值配筋的方案能够真实反映实际结构受力性能。

本发明实施例所提供的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法提出了包括增加结构抗力性能和改变气动外形的两种加固方法，有效地解决既有结构风致干扰不安全性的问题，并且实施高效便捷，有效降低造价。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法，其特征在于，

所述评估方法包括：

步骤S1：对于扩建建筑群进行风洞试验，获取需评估的既有建筑的表面动态压力分布；

步骤S2：对于步骤S1所获得表面压力值采用POD分解方法进行插值，将获得的风压时程数据加载在有限元模型上面，进行有限元瞬态动力计算分析；

步骤S3：根据所述有限元瞬态动力计算分析来计算内力，包括轴力和弯矩，进行内力组合，来计算时变配筋，对结构进行有限元瞬态动力计算分析获得相应动态内力时程之后，将每个单元在时程上的所有内力值输入，对于时程上的所有内力值逐个按照偏心受力构件通过规范方法计算纵向钢筋面积，以得到单元配筋时程，然后将单元配筋时程按照保证率的方法进行统计分析，得到每个单元在时程上的配筋极值；

步骤S4：将所述配筋极值与实际施工配筋比较，若实际施工配筋不能够包络所述配筋极值，则进行结构加固，所述结构加固包括增加结构抗力性能和改变气动外形，所述改变气动外形的方式为在外表面粘贴粗糙元的方式，所述增加结构抗力性能的方式为不改变结构主体受力构件，在其表面采用配筋并喷混凝土和设置加劲肋的方式；否则，则认为安全并形成评估报告。

2.根据权利要求1所述的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法，其特征在于，加固之后需要再次进行评估直到评估通过。

3.根据权利要求1所述的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法，其特征在于，所述评估方法适用于求解环向所有来流角度的时程配筋。

4.根据权利要求1所述的一种建筑群体扩建后新建结构抗风安全性的评估方法，其特征在于，所述实际施工配筋采用混凝土钢筋检测仪获得。

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