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英国曼彻斯特灯塔——使用 Oasys GSA 进行复杂建模
项目概述
光之塔是一座 40 米高的冷却塔，支撑并封闭位于曼彻斯特市中心的新热电联产 (CHP) 能源中心的五个排气烟道。该能源中心为当地几座建筑提供低碳能源。由于该能源中心位于英国一个著名城市的中心，因此迫切需要建造一座引人注目且建筑风格有趣的烟道塔。Arup 使用 Oasys GSA 作为该项目的主要结构分析软件包。
塔的外围外壳由 6 至 8 毫米厚的激光切割钢板制成，这些钢板经过弯曲和焊接，形成坚固的外壳。这确保了结构能够抵抗屈曲，而无需任何额外的加强筋。外壳的穿孔图案经过优化，以反映结构中的应力流动，穿孔和褶皱使塔不易受到风效应（如涡旋脱落）的动态响应。

塔中的应力主要通过外壳的外缝传输，这种流动遵循斜交格构图案通过外壳的弯曲部分。穿孔图案的原理是将应力减小位置的材料从接缝处移除。随着风力和重力的减小，塔的坚固性会随着高度的增加而降低。
如何证明GSA 的价值？
这种独特结构的设计是多方面的，包括几何形状的参数优化、详细的屈曲和动态评估，这有助于精心开发几何形状。在设计的早期阶段，Arup 和建筑师在数字工作流程的帮助下共同开发了壳体波纹和穿孔的几何形状，以确定结构上的最佳形式。参数化工具用于及时生成和分析几何形状的几种变体，这使设计团队能够研究壳体形状变化对其强度和刚度特性的影响。

Arup 工程师在项目期间面临的一个关键挑战是找到一种可靠的方法来分析复杂的壳体几何形状。在项目的初始阶段，需要生成几何形状的多种变体，以便优化壳体。在接下来的详细设计阶段，需要高度详细的模型，以确保正确理解塔的结构性能。
在 GSA 中生成并分析了一个详细的 3D 有限元模型。塔使用壳单元网格表示，所有穿孔都经过明确建模。鉴于结构的独特性，这被认为是唯一能够以足够高的准确度提供信心理解结构行为的方法。

在项目的初始阶段，使用 GSA API 的脚本用于快速生成具有多种壳几何变体的模型，以便快速优化结构。与手动构建模型相比，这种方法节省了大量时间。

GSA 还用于计算结构的动态特性、识别应力集中并对模块连接进行详细分析。
通过结合详细的有限元分析 (FEA) 模型、简化模型和手工计算，验证了塔的结构性能。使用详细的非线性材料模型来验证屈曲能力。

灯塔是建筑、工程和钢结构制造的综合成果，为曼彻斯特的基础设施增添了实用性和标志性。该结构克服了规模和外观的障碍，将能源基础设施转变为美观的建筑，从而除了提供低碳能源外，还提升了市中心的形象。
如果没有高度灵活且清晰易读的结构分析软件，这个项目就不可能实现，而 GSA 正是满足这些要求的首选软件。

该项目入围了 2022 年结构奖的候选名单。

在此处了解有关 Oasys GSA 的更多信息。

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