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JP-2026514553-A - 空間立体吊り廊下及びその最適化方法

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Abstract

本発明は、室内階層通路間を接続する吊り廊下を含む空間立体吊り廊下であり、室内階層通路の縁部にはすべて斜交グリッド柱が設けられ、吊り廊下は、上から下に向かって複数の固定区間と複数の橋面区間を含み、固定区間又は転角区間はいずれもノード接続部品を介して対応する橋面区間に接続される。本発明では、さらに、実施可能な部分的な試験を通じて、廊下構造の受力性能を初歩的に把握した上で、廊下のシミュレーションモデルを構築し、モデルパラメータを繰り返し最適化して調整した後、初歩的な受力性能計算を行い、事前に実施した部分試験の結果と比較する。もし計算結果が試験結果とほぼ一致すれば、該当モデルが優れていることが証明され、最適化後のモデルが得られる。このモデルを用いて、廊下の他のより複雑な性能を解析する。本発明の最適化目的は、空中廊下の構造と受力をより安全で信頼性が高く、快適なものとすることである。

Inventors

  • 鄭 志涛
  • 李 勝
  • ▲どん▼ 紅亮
  • 沈 文兵
  • 李 闖
  • 彭 万軍
  • 施 旭光
  • 謝 福美

Assignees

  • 中建五局第二建設有限公司

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20240523
Priority Date
20240411

Claims (10)

  1. 室内階層通路間を接続する吊り廊下（１）を含む空間立体吊り廊下であり、 室内階層通路の縁部にはすべて斜交グリッド柱（３）が設けられ、 前記吊り廊下（１）は、上から下に向かって複数の固定区間（１０１）と複数の橋面区間（１０２）を含み、隣り合う２つの固定区間（１０１）の間には少なくとも１つの転角区間（１０３）が設置されており、前記固定区間（１０１）又は転角区間（１０３）はいずれもノード接続部品を介して対応する橋面区間（１０２）に接続され、 転角区間は複数の斜懸垂杆（１１３）を介して対応する斜交グリッド柱（３）に接続されており、各橋面区間（１０２）はそれぞれ複数の垂直懸垂杆（１１２）を介して上部の鋼製屋根（２）に接続されていることを特徴とする空間立体吊り廊下。
  2. 各橋面区間は水平面に対して角度αをなしており、αの範囲は０°＜α＜６０°とすることを特徴とする、請求項１に記載の空間立体吊り廊下。
  3. 前記ノード接続部品は、対応する橋面区間（１０２）に埋設された第１Ｔ型鋼板（１１４）と、対応する固定区間（１０１）又は転角区間（１０３）に埋設された第２Ｔ型鋼板（１１５）とを含み、前記第１Ｔ型鋼板（１１４）と第２Ｔ型鋼板（１１５）の左右両側は、いずれもエネルギー減衰部材（１１７）を介して着脱可能に接続され、前記エネルギー減衰部材（１１７）はさらに補強接続板（１１８）と着脱可能に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間立体吊り廊下。
  4. 前記エネルギー減衰部材（１１７）の中間位置の上下側は内凹型構造を有し、かつ中間位置の水平方向には腰形状の溝（１１９）を設け、 前記補強接続板（１１８）の中間位置の水平方向にアーチ型溝を設け、アーチ型溝は対応する腰形状の溝と合わせされ、両者はボルトによって固定されることを特徴とする、請求項３に記載の空間立体吊り廊下。
  5. 前記斜交グリッド柱（３）は室内施設の周囲に取り付けられており、全体として「Ｘ」型構造、「Ｋ」型構造又は「Ｙ」型構造で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空間立体吊り廊下。
  6. 前記最適化方法は以下のステップを含み、 Ｓ１、まずモデルを構築し、初歩的な最適化を行い、 Ｓ１１、吊り廊下の位置と寸法を特定し、 Ｓ１２、吊り廊下構造のパラメータと荷重形式を初歩的に設定し、吊り廊下の全体シミュレーションモデルを構築し、 Ｓ１３、恒荷重条件下における吊り廊下の静力計算を検証し、 Ｓ１４、得られた懸垂杆の軸力値と廊下の全体変形情報に基づき、規格と比較し、結果の合理性を検証し、不合理な場合はステップＳ１２に戻り、再計算を行い、関連係数を調整し、構造寸法を更新し、シミュレーションモデルの合理性と正確性が確認されるまで繰り返し、逆に、次のステップに進み、 Ｓ２、次に懸垂杆の最適化を行い、 Ｓ２１、与えられた懸垂杆軸力の設計値に基づき、懸垂杆の材料と数量を確定し、 Ｓ２２、有限要素ソフトウェアを用いて懸垂杆の断面積を反復計算し、 Ｓ２３、最適化プロセスが収束するかどうかを判断し、最適化プロセスが収束しない場合はステップＳ２１に戻り、懸垂杆の材料、数量及び位置を再確定し、最適化プロセスが収束する場合は懸垂杆断面積の最適パラメータを出力し、 Ｓ２４、懸垂杆の材料密度と体積に基づき、公式を用いて懸垂杆の質量と長さの具体的な値を算出し、 Ｓ２５、最適化シミュレーションモデルを構築し、構造全体の安全性を検算し、吊り廊下の全体変形情報を抽出し、 Ｓ２６、懸垂杆の受力と廊下構造全体の変形状況が合理的かどうかを判断し、懸垂杆軸力が規格の限界値を満たすかどうかを判断し、全ての要求を満たす場合は、次のステップに進み、いずれかの要求を満たさない場合は、ステップＳ２２に戻り、二次的なパラメータ最適化を再実行し、 Ｓ３、最後に快適性の全体解析を行い、 モード解析方法又は過渡解析方法、あるいはモード解析方法＋過渡解析方法の方式を用いて分析を行い、既知の規格における動的応答値の制限値の規定と比較し、快適性要件を満たすかどうかを判断し、もし快適性要件を満たさなければ、ステップＳ２の懸垂杆の最適化に再入ることを特徴とする、請求項１－５のいずれか１項に記載の空間立体吊り廊下の最適化方法。
  7. 前記ステップＳ２２における断面積の反復計算の具体的な方法は以下の通りであり、 Ｓ２２１、有限要素プログラムにおいて、杆単元の温度差を変更することにより、懸垂杆の引張力Ｆ Ｔ をシミュレートし、すなわち、棒部材の軸力をシミュレートし、ここで、引張力Ｆ Ｔ は軸力設計値Ｆ Ｎ にほぼ等しく、 Ｓ２２２、懸垂杆材料の線膨張係数をα Ｔ と定義し、材料の種類に応じて、関連する値を選択し、 Ｓ２２３、懸垂杆材料の弾性係数をＥと定義し、材料の種類が既知であるため、弾性係数Ｅは確定され、 Ｓ２２４、最後に、懸垂杆の単元温度差△Ｔを変更することにより、反復演算を行い、材料の断面積Ａ ｉ を得り、
  8. 前記ステップＳ２４における懸垂杆の質量と長さの計算方法は以下の通りであり、 公式（２）～（４）を用いて懸垂杆の質量と長さの関係を得り、具体的な方法は以下の通りであり、 公式（２）と公式（３）から公式（４）を導出し、すなわち、懸垂杆の質量ｍと長さｌの関係を得り、材料の種類が既知であるため、すなわち、材料の密度ρが確定し、懸垂杆の体積Ｖが確定し、密度ρと断面積Ａｉを公式（４）に代入し、懸垂杆の質量と長さの具体的な比例関係を得り、 次に、公式（４）で得られた懸垂杆の質量と長さの比例関係を公式（５）に代入し、懸垂杆の質量と長さの具体的な値を得る。具体的な方法は以下の通りであり、 公式（５）中、Ｆ Ｎ は懸垂杆軸力の設計値であり、既に確定し、ｆ １ とｆ ２ は懸垂杆の第１次と第２次の固有周波数であり、これは所与の値であり、γは地震作用分項係数であり、最終的に懸垂杆の質量と長さの具体的な値を算出することを特徴とする、請求項７に記載の空間立体吊り廊下の最適化方法。
  9. 前記ステップＳ２５の具体的な操作方法は以下の通りであり、 まず、得られた懸垂杆の具体的な質量と長さに基づき、最適化後の有限要素シミュレーションモデルを構築し、構造全体の安全性を検算し、 次に、「恒載＋活載＋温度＋収縮クリープ」の最不利な組み合わせ効果を考慮し、有限要素シミュレーションソフトウェアを用いて、最適化後の吊り廊下の構造を検算し、結果を出力し、吊り廊下全体の変形情報を抽出することを特徴とする、請求項６に記載の空間立体吊り廊下の最適化方法。
  10. 前記ステップＳ３におけるモード解析の具体的な方法は以下のステップを含み、 まず、廊下構造が自由振動する際持つ基本的な振動特性を得り、これには、振動の固有モード、固有周波数と振型などのパラメータが含まれ、 次に、既知の振動快適性評価指標に基づき、廊下構造の快適性が要件を満たすかどうかを評価し、主に、固有周波数と加速度の２種類があり、 もし固有周波数が要件を満たせば、快適性は規格の要件を満たし、加速度の検証は不要であり、もし固有周波数が要件を満たさなければ、加速度を判断する必要があり、制限値に達せれば規格の要件を満たし、逆に満たさないことを特徴とする、請求項６に記載の空間立体吊り廊下の最適化方法。

Description

本発明は、鋼構造建築の技術分野に関し、具体的には、空間立体吊り廊下及びその最適化方法に関する。 国家経済の急速な発展と人々の建築美学に対する関心の向上、ならびに建築機能に対するニーズの増加に伴い、各地で様々な大型施設が建設され、社会の各分野の発展を促進している。人々の健康、知識、交流、娯楽及び探求に対するニーズを満たすと同時に、観光客の観光体験も極めて重要である。現在の大型施設における観光通路は比較的狭く、観光客の視野が制限されるため、見学中に良好な視覚体験を得ることができない。典型的な空間立体交通体系である橋梁体系は、視野が広く、しかも観光客の見学に便利であり、特に大型施設の観光通路として適している。しかし、この体系をそのまま大型施設に適用すると、空間的な制限があり、構造体系が複雑で多様であるといった問題が生じる。 新規通路体系の発明に関して、出願人は初期に室内折れ線吊り橋構造の特許技術を開示している（特許文献１）。この技術において、折れ線吊り橋の橋板（橋面区間に相当）は第１接続部品を介して階層通路と接続され、第１接続部品には固定板とボルトが含まれる。つまり、橋板と階層通路との間の接続は固定板とボルトの組み合わせで行われており、かつ対応する減衰部材が設けられていないため、橋板に力が加わった場合、橋板と階層通路との間の安定性に影響を及ぼす。吊り橋体系と大型施設体系が有機的に関連付けられておらず、吊り橋構造の全体的な耐震安定性と快適性を確保することが難しい。 新規通路構造体系の最適化に関して、特許文献２には、ケーブルストレス橋の全体構造解析のパラメータ化の最適化方法が開示されている。この方法は、側スパンとベクトル高さを影響因子として導入し、これらの２つの変数を変更することで、ケーブルストレス橋の索力を調整して、最適化の目的を達成する。また、特許文献３には、ケーブルストレス橋の索力の最適化方法が開示されており、この方法では恒荷重剛度を基にケーブルストレス橋構造の影響マトリックスを形成し、その後反復解析を行うことで、ケーブルストレス橋の理想的な索力を得る。上記の２つの特許文献はいずれも、懸垂杆の索力を最適化することを出発点としているが、実際の現場施工において、懸垂杆の索力の印加は作業員に依存するため、理想的な状態に印加することが難しい。また、上記で開示された２つの特許文献はいずれも、ケーブルストレス橋の懸垂杆の索力の最適化のみを考慮しており、懸垂杆の位置、材料、数量、寸法などの要素や、構造全体の快適性を考慮しておらず、そのため構造全体の安全性、耐久性及び快適性を確保することができない。 以上のように、人々の建築体系に対する多様なニーズを満たすとともに、構造体系の安全性、快適性および技術的な実施可能性を確保するために、大型施設の観光ニーズに適合した空間立体吊り廊下及びその最適化方法の開発が急務である。 中国特許第１０３９６７１３１号明細書中国特許出願公開第１０８８７５２８６号明細書中国特許第１０４８９９３７７号明細書 本発明の実施例における空間立体懸吊廊道全体の構造模式図である。本発明の実施例における懸吊廊道の上面構造模式図である。本発明の実施例における懸吊廊道の正面構造模式図である。本発明の実施例におけるノード接続部品の構造模式図である。本発明の実施例におけるノード接続部品の部分拡大図である。本発明の実施例におけるノード接続部品の部分構造模式図である。本発明の実施例における垂直懸垂杆の部分構造模式図である。本発明の実施例においてノード接続位置に減衰部材を設置しない場合のＭｉｓｅｓ応力雲図である。本発明の実施例においてノード接続位置に減衰部材を設置した場合のＭｉｓｅｓ応力雲図である。本発明の実施例におけるモデル構築及び初歩的な最適化の構造フローチャートである。本発明の実施例における懸垂杆最適化の構造フローチャートである。本発明の実施例における快適度全体解析の構造フローチャートである。 本発明の実施例の目的、技術的解決策および利点をより明確にするために、以下では本発明の実施例を参照し、当該実施例における技術的解決策を明確かつ完全に説明する。明らかに、ここで説明する実施例は本発明の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労働を行わないで得られるすべてのその他の実施例は、本発明の保護範囲に属する。 図１を参照すると、空間立体吊り廊下は、吊り廊下１、上部の鋼製屋根２、斜交グリッド柱３および主体構造板４を含んでいる。このうち、吊り廊下１は屋内施設のアトリウムに配置され、上部の鋼製屋根２は施設の頂部に固定され、斜交グリッド柱３は施設の周囲に配置されている。斜交グリッド柱３は上から下に配置され、屋内階層の主体構造板４を支えるために用いられる。 図１、図２および図３を参照すると、吊り廊下１は複数の固定区間１０１、複数の橋面区間１０２、複数の転角区間１０３、垂直懸垂杆１１２および斜懸垂杆１１３を含んでいる。このうち、橋面区間１０２の具体的な設置数は、屋内階層の高さ、橋面区間１０２、水平面傾斜角、ならびに階層の高さによって決定される。各組の橋面区間１０２はすべて上方へ傾斜して配置され、各組の橋面区間１０２と水平面の間には角度αが存在する。ここで、αの値の範囲は０°＜α＜６０°であり、かつ各組の橋面区間１０２の上方には上方へ進む階段が設けられている。 図４、図５および図６を参照すると、本出願の橋面区間１０２と転角区間１０３はノード接続部品を通じて接続されており、また、橋面区間１０２と固定区間１０１もノード接続部品を通じて接続されており、この２か所の接続原理は同じである。 以下では、橋面区間１０２と固定区間１０１の間の接続を例に、両者間のノード接続部品の接続関係を説明する。ノード接続部品は具体的に第１Ｔ型鋼板１１４と第２Ｔ型鋼板１１５を含んでいる。このうち、第１Ｔ型鋼板１１４は橋面区間１０２の予留区間であり、第１Ｔ型鋼板１１４と橋面区間１０２はコンクリートで一体打設成形されている。一方、第２Ｔ型鋼板１１５は固定区間１０１の予留区間であり、第２Ｔ型鋼板１１５と固定区間１０１はコンクリートで一体打設成形されている。 第１Ｔ型鋼板１１４と第２Ｔ型鋼板１１５は密着しており、その両者の接続部分の前後両側にはエネルギー減衰部材１１７が取り付けられている。前後両側のエネルギー減衰部材１１７には四つの円弧穴が開けられており、左側の二つの円弧穴はいずれも締結ボルト１１６を通じて第２Ｔ型鋼板１１５に接続され、右側の二つの円弧穴はいずれも締結ボルト１１６を通じて第１Ｔ型鋼板１１４に接続される（ここでの左右方向は図５を参照図とする）。ここで、円孔ではなく円弧孔を採用した理由は、ボルトが力を受ける過程で一定の緩衝作用を果たし、エネルギー放出および橋面区間１０２の安全と安定を達成するためである。エネルギー減衰部材１１７の中間部分、と上下両側はいずれもアーチ形の内凹構造となっており、このデザインによりエネルギー伝達を低減することができる。この部品はＡＢＡＱＵＳソフトウェアを用いて検証されている。また、エネルギー減衰部材１１７の中間位置には横方向に腰形状の溝１１９が開けられており、腰形状の溝１１９の外部には補強接続板１１８が設けられている。補強接続板１１８の対応する位置にも同様にアーチ形の溝が開けられており、このアーチ形の溝は腰形状の溝１１９に対応しており、両者はボルトで補強される。最後に取り付けが完了した後、頂部に蓋板を取り付けて、接続部分の隙間を覆い、後続の点検作業を容易にすることができる。ここでの腰形状の溝とアーチ形の溝のデザイン目的も、ボルトが力を受ける過程で一定の緩衝作用を果たし、エネルギー放出および橋面区間１０２の安全と安定を達成するためである。 以下ではＡＢＡＱＵＳを用いて、上記のノード接続部品の有効性を検証する。四角形の板と当社が設計したエネルギー減衰部材１１７の消エネルギー効果を比較することで、部品の有効性を検証する。ＡＢＡＵＱＳの分析によって得られたＭｉｓｅｓ応力雲図の結果から分かるように（図８と図９を参照）、当社の設計した減衰部材は、減衰部材がない場合（単一の接続四角形鋼板）に比べて、受ける応力の分散が小さい。減衰部材がない場合、応力が５００ＭＰａに達して部品自体の限界強度を超え、大破壊が発生する。一方、減衰部材を設置した場合、応力は３７５ＭＰａに達していて限界強度に達しておらず、部品は安定している。これは、中部のアーチ形部分が周囲から伝わる応力を有効に放出し、全体の部品が安定して応力を受けるようにしたためである。 図１を参照すると、上部の鋼製屋根２はグリッド式で施設の屋根部に取り付けられており、垂直懸垂杆１１２を支える役割を果たしている。この上部の鋼製屋根には組合せトラス鋼製屋根工法が採用されている。現場の条件、工事の特徴、施工コストなどの要素を考慮すると、高空散装、全体吊り上げ、屋根全体スライドなどの施工方法を採用するのが難しいため、本出願ではＢＩＭ技術を用いて、鋼製屋根のＸ－ｓｔｅｅｌモデルを構築し、三次元ＣＮＣ加工、仮組立、吊り上げシミュレーションなどを実現している。これにより、吊り上げ精度を確保するだけでなく、操作の難易度を低減している。上記の設計により、鋼構造の空間部材を正確に位置決めし、特殊ノードを合理的に最適化することが可能となる。さらに、鋼製屋根が建物内部に位置し、吊り上げ設備の進入が困難な状況を考慮し、本出願では吊り上げ用の予備穴を設ける方法を採用している。具体的には、地下室天板に予備穴を設け、外壁に通路を確保し、クレーンを地下室のアトリウムに直接進入させて吊り上げ作業を行う。これにより工期を短縮し、コストを節約し、技術的な効果が顕著である。さらに、鋼トラスをセグメントに分けて吊り上げることで、単一部材の吊り上げ重量を軽減しており、安全性と信頼性を確保し、かつ施工が簡便である。 図１を参照すると、本出願の斜交グリッド柱３は「Ｘ」型に施設の周囲に取り付けられており、施設の階層間を支える役割を果たしている。本出願の斜交グリッド剛性コンクリート柱の取り付けには、足場組み立てや一体組立工法ではなく、タワークレーンと大型オートクレーンを使用した吊り上げと比較し、吊り上げ用の予備穴を設ける方法を採用しており、セグメントに分けて全体吊り上げを行っていることは、技術的な効果が顕著である。剛性コンクリート柱は、自己充填コンクリートによる一括打ち込み成形を採用し、施工工程を減らし工期を短縮し、コンクリートの接合部分の二次処理費用を回避している。また、斜交グリッド剛性コンクリート柱の取り付けにはＢＩＭ技術を最大限に活用しており、鋼構造と複雑なノードの最適化を行うことで、鋼材の節約が可能であるだけでなく、作業難易度を低減し、工期を短縮できる。 斜交グリッド柱３は「Ｙ」型又は「Ｋ」型の構造を採用してもよく、本出願では具体的な形状を限定しない。作業者は現場の状況に応じて決定する。 空中廊下構造は、橋面区間１０２、転角区間１０３、固定区間１０１、垂直懸垂杆１１２、斜懸垂杆１１３及び対応する欄干で構成される。転角区間１０３と固定区間１０１によって空中廊下は複数の橋面区間１０２に分割される。上から下まで、開始位置と終了位置はいずれも固定区間１０１であり、隣り合う２つの固定区間１０１の間には少なくとも１つの転角区間１０３が設置される。転角区間１０３は自由に片持ち張り出し、終了位置の固定区間１０１のみ地面に接続され、それ以外の固定区間１０１はすべて階層の主体構造板４に接続される。転角区間１０３は複数の斜懸垂杆１１３を通じて斜交グリッド柱３に接続され、橋面区間１０２は複数の垂直懸垂杆１１２を通じて上部の鋼製屋根２に接続される。 なお、垂直懸垂杆１１２の上端はアイプレートとピンで鋼製屋根２に接続されており、垂直懸垂杆１１２の中部