轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术研究

为研究适用于体育场建筑的大开口轮辐式单-双层混合索网结构成形关键技术，以乐山奥体中心体育场为研究对象，介绍了结构构形，分析了自重与预应力作用下结构的力学特点，提出了整体牵引提升、分批张拉锚固的总体成形方法，并采用非线性动力有限元分析方法，对比优选了径向索张拉的最后锚固批次和双层索网撑杆的安装时机，进行了全过程张拉成形分析。结果表明：混合索网结构与单层和双层索网结构受力特点存在较大差异，径向索索力最大值出现在单层索网区域两侧，索夹两侧环索索力最大差值出现在单双层交界处；为减小径向索张拉锚固力值和索夹两侧环索索力差值，确定径向索的分批张拉锚固顺序为上径向索、单径向索、下径向索，并确定在分批张拉锚固上径向索之后，张拉锚固单径向索之前安装撑杆；全过程张拉成形分析结果验证了成形方法的有效性和安全性，研究成果已成功应用于实际结构中。     

单层平面索网结构找形分析

由于横索悬垂、复杂边界和不对称张拉等因素影响,大尺度单层平面索网玻璃幕墙中出现玻璃安装困难和索力耦联等问题。提出了单层平面索网结构的找形问题,并分析了该问题的独有特点和解决的必要性。针对此类找形问题,文中对非线性有限元逆迭代法进行推广,提供了方便实用的解决方法。为了提高迭代的收敛速度,引进了找形差值修正比例因子矩阵,并给出了该矩阵元素的具体计算公式。算例证明,该方法精确实用,表明单层索网玻璃幕墙支承体系的找形分析非常必要,而且经找形后的索网索力分布更均匀,减少了两个方向索力的耦联,提高了索网结构的安全性和经济性。     

单层索网玻璃幕墙与主体结构地震响应的整体分析

点式玻璃幕墙单层索网柔性支承体系将晶莹通透的建筑玻璃和简洁细小的单层索网有机结合,成为建筑与结构设计融合经典.而当前关于单层索网点式玻璃幕墙抗震性能研究甚少,尤其是主体结构对其地震响应的影响.本文针对不同的主体结构和单层索网的耦合模型,对单独索网地震响应研究进行整体分析.分析结果表明:耦合模型的自振特性具有一定的独立局部自振特性;主体结构对单层索网的地震二次输入影响受主体结构和单层索网自振特性的影响,主要表现为二次输入频谱特性和输入幅值的不同;主体结构对单层索网的地震响应较大,可不同程度的放大或者减弱地震作用;主体结构对索网高阶振型具有激发效应.因而对现有规范玻璃幕墙设计不考虑主体结构的做法提出了挑战,为进一步研究主体结构对幕墙的影响提供参考.     

单层马鞍形无内环交叉索网结构受力性能研究

为提升内环索网结构抗连续倒塌能力与经济性,提出一种单层马鞍形无内环交叉索网.该新型索网具有抗连续倒塌能力强、鲁棒性好等优势.首先介绍了单层马鞍形无内环交叉索网的结构形式并给出了该结构的数学表达式;然后采用大型通用有限元软件ANSYS对单层马鞍形无内环交叉索网进行参数化建模、找形分析和结构设计,并采用生死单元法对该索网断...     

扬州体育公园游泳跳水馆预应力双层索网结构设计与施工

扬州体育公园游泳跳水馆屋面结构采用了预应力双层索网结构,该工程索网规模较大、构造复杂,其设计及施工均具有一定难度。简要介绍了该工程的设计及施工过程,包括结构设计和节点深化设计结果,整体施工方案和预应力施加方法,并给出了仿真计算结果和现场监测结果。最后总结了此类结构的设计和施工技术特点。     

人民日报社报刊综合楼索网幕墙预应力设计与施工研究

人民日报社报刊综合楼索网幕墙结构属于超高曲面索网结构,鉴于此类结构拉索超长、索网整体呈曲面外形的特殊性,其设计和施工均不同于常规平面索网。重点阐述了该索网结构的设计和预应力施工,设计上采用了有限元法建立了包含边界结构的整体计算模型,针对此类超高曲面索网结构的特点,总结了设计要点,进行了多工况荷载组合计算,最终设计满足承载力和变形的要求。施工上,一方面将整片索网根据边界柱分为若干个区域,张拉时整体按照一边到另一边的顺序张拉,单个区域按照从两边到中间的顺序张拉;另一方面,通过将单根通长曲线拉索分8段来设计,以实现索网的造型和保证结构的安全。采用有限元软件对施工过程进行模拟计算分析,实际施工时采取监测手段来校核施工模拟计算的结果。实践证明文中所述的设计和施工方法切实可行,并取得了预期的建筑效果。     

单层双向正交马鞍形索网结构施工仿真计算研究与应用

单层双向正交索网结构是由两个方向的正交拉索组合而成的索网体系,其成型过程与约束形式、成型方法等密切相关,需要通过大量仿真计算分析来确定成型方法.国家速滑馆屋盖是由单层双向正交马鞍形索网、环桁架及幕墙索组成的组合结构体系,结构跨度为124 m×198 m,是目前世界上最大跨度的单层双向正交索网结构.为了制定行之有效的施工方案,采用有限元软件MIDAS/Gen,对该索网结构的施工过程进行了详细的仿真计算分析,对多种成型方法进行了比选,并对不同的支座约束形式进行了计算分析,最终确定了"地面组装索网,承重索整体提升,稳定索同步张拉"的施工方法.对该施工成型方法进行了全过程仿真计算分析,成型过程中支座仅承受竖向力,配重挂完后,进行支座锁死.计算结果与实际监测结果的对比分析表明:采用该索网成型方法不仅可以保证结构成型状态满足图纸要求,而且可以确保施工过程的安全可靠.     

冬奥会速滑馆单元板块式屋面的工程应用

针对单层索网主体屋面结构的受力特征和变形特点,文章分析比较了单层索网主体屋面结构应用整体式混凝土屋面、压型金属板屋面、单元式屋面板块等三种类型屋面的优缺点。单元板块式屋面作为适应单层索网主体屋面结构的附属构件,有效的解决了两者之间的构件内力及变形相互影响问题,可资后续类似工程项目借鉴参考。     

大跨度车辐式单-双层混合索膜结构施工模拟分析

介绍单一双层混合索网结构的安装方案、施工过程中的技术难点、拉索布置的主要安装步骤,采用确定索杆系静力平衡状态的非线性动力有限元法对结构进行模拟计算.计算结果表明,双层索网的上径向索锚接就位,此时上环索距离下环索的空间高度远不够安装撑杆,需吊机辅助提升上环索,保证撑杆安装空间;环索最大不平衡力均出现在单双层交界的环索索夹处,整个建模分析过程中结构体系始终处于弹性应力状态,外围结构安全.     

支承在弹性边界上的双曲面单层索网玻璃幕墙设计与施工

中国航海博物馆中央帆体结构为新型杂交结构,其最大亮点是位于东西帆体之间的双曲面单层索网幕墙.作为世界上首例支承在弹性边界上的双曲面单层索网玻璃幕墙,其设计与施工无先例可循,存在极大的技术风险.围绕双曲面单层索网玻璃幕墙的设计与施工,本文系统介绍了结构初始形态的确定、使用状态下的结构安全度分析、风洞试验研究、关键节点构造研究、张拉成型过程模拟、施工关键步骤等一系列问题,对同类结构的设计与施工具有借鉴价值.     

车辐式张拉结构体型研究与设计

掌握车辐式张拉结构的找形方法和了解体型对结构受力性能的影响,是设计该类轻型屋面的关键,为此结合理论推导和数值模拟方法对这两方面展开研究。首先,引入力密度法用于结构初始平衡态的确定,提出“由形找力再找形”的思路,从而避免了拓展力密度法收敛性差的缺点,成功实现了马鞍形车辐式张拉结构的找形分析。然后,分别从内外环平面投影、外环空间形态以及索桁架形式等多个角度对单、双层车辐式结构的体型进行比选,分析不同体型结构的适用性和结构刚度的主要影响因素。研究结果表明：内外环形状相似对车辐式结构最为有利;马鞍形外环的高差对结构刚度影响很小;凸索桁架能有效提高结构刚度,但应注意避免侧向失稳。     

索穹顶无支架提升牵引施工技术及全过程分析

索穹顶施工是将索杆系经由无应力组装状态、低应力松垂状态向高应力成型状态转变的过程。基于索穹顶无支架提升牵引施工方法,在地面组装内拉环和脊索网,随后续提升牵引在低空组装其它索杆系;以外压环为支座利用工装索交替提升内拉环和牵引外脊索,直至外脊索与外压环连接就位,对外斜索同步张拉结构成型。该方法高空作业少、张拉效率高。基于非线性动力有限元的索杆系静力平衡态找形分析方法,建立整体运动方程,通过一级动力平衡迭代和二级模型更新迭代,由初始静力不平衡态,经由动力平衡态收敛于静力平衡态,并通过总动能峰值及时间驻点确定、时间步长自动调整和静力平衡态检验等,保证分析结果的稳定和高效。结合索穹顶实际工程进行了提升牵引和张拉全过程分析及扰动稳定分析,研究结果表明：索杆系位形经历了分别与提升牵引、牵引张拉初期和张拉后期对应的悬垂、调整和刚化3个阶段;脊索网呈“ω”形是保证索杆系低应力悬垂位形稳定的重要条件之一;位形调整阶段存在“拐点”,拐点的位形稳定性在全施工过程中最弱,在高矢跨比索穹顶中应特别关注。     

中国航海博物馆曲面幕墙单层索网结构设计

中国航海博物馆单层曲面索网结构设计及分析难度大,利用ANSYS软件进行了索网网格优化、找形、复杂节点有限元分析、强度和防松弛验算、索网变形验算等工作,以实现索网造型和保证结构的安全.索端球铰装置的设计也可为同类项目提供参考.     

适时考虑索找力的索膜结构找形方法

实际索膜工程的找形分析,不仅要得到稳定的结构形态,还要得到合适的索的预张力分布。基于非线性有限元找形理论,提出适时考虑索找力的索膜结构找形方法。首先根据是否考虑及何时考虑索找力,分3种情况对一个小品膜结构进行找形分析,发现只有适时考虑索找力的找形方法可以得到形态稳定、索张力分布合理的结构形态。然后采用新方法对大型索膜结构"佛山世纪莲花"体育场屋盖结构进行分析,发现新方法可以快速有效地对大型索膜工程进行找形和找力分析。     

Geiger型索穹顶结构模型抗连续倒塌试验研究

索穹顶结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构连续倒塌。为了解索穹顶结构的抗倒塌性能,并找出影响该结构体系抗连续倒塌性能的关键构件,采用拆除构件法对跨度6 m的Geiger型索穹顶结构模型进行了抗连续倒塌试验研究。结果表明：单根构件破断后,除个别构件外,其他大多数构件的内力均减小;不同工况下,产生最大竖向位移的节点随破断构件的位置不同而不同,单根构件破断引起的结构最大竖向位移为跨度的1/14;影响索穹顶结构抗连续倒塌性能的关键构件是环索及外斜索;对于同类型构件,构件失效位置对结构抗倒塌性能的影响由内向外依次增大;保证外圈环索不失效是索穹顶结构抗倒塌的关键。     

郑州奥体中心体育场钢结构设计研究

郑州奥体中心体育场为6万座大型体育场,体育场屋盖钢结构南北向约为291.5 m,东西向约为311.6 m,最大悬挑长54.1 m。屋盖钢结构由全球悬挑长度最大的大开口车辐式索承网格结构、双层网架、平面桁架和我国跨度最大的弧形三角形巨型桁架连廊4个部分组成。针对大开口车辐式索承网格结构,通过对静力性能的8项主要影响因素进行参数分析,获得优化的结构方案;借助几何和材料双非线性全过程分析确定内环杆为结构的稳定敏感区;结合屋面体型考虑极端气候下积雪的不利工况以保证结构的安全性;采用拆除构件法研究了结构抗连续倒塌的能力。针对三角形巨型桁架结构,采用三角形桁架上弦、双层网架下弦、内侧单层腹杆、外侧双层腹杆的布置,形成了中间开敞空间,满足建筑使用要求;采用多种工况综合考察巨型桁架的人致振动,设置调频质量阻尼器(TMD)实现有效减振。考虑施工过程时变的影响,结合BIM技术,形成了设计施工一体化技术。采用总装模型分析体育场钢结构的抗震性能,研究表明钢结构在多遇地震和设防地震作用下能保持弹性,在罕遇地震作用下可达到不屈服的性能目标,具有良好的抗震性能。     

大开口车辐式索承网格结构构建及其受力机制和找形研究

提出了大开口车辐式索承网格结构，其适用于体育场、足球场等大跨空间屋盖结构体系。介绍了该结构的型体构成和基本受力原理，并对结构的受力机制进行探讨。该结构由刚性网格、索杆体系、内环带桁架及内环悬挑网格组成，其中张拉索杆为刚性网格提供竖向支撑，刚性网格起到压环作用，结构在水平面内为一自平衡体系；内环带桁架将径向索承结构联系在一起，增加结构的空间整体性，提高了结构的刚度和承载力；内环悬挑网格增加刚性网格压环宽度，进一步提高了结构的承载力。分析了现有找形方法存在的问题，提出了适用于该结构体系，并可保持撑杆竖直、控制撑杆高度的找形方法，并编制计算程序，通过算例验证了该找形方法的有效性。     

深圳宝安体育场索张拉结构精度控制的若干措施

深圳宝安体育场索膜结构采用车辐式索张拉结构与膜结构的组合,其中车辐式索张拉结构采用预应力全封闭钢索,膜结构采用PTFE玻璃纤维膜材料.体育场的外环为马鞍形状,结构体型复杂,钢索的长度全部不可调节,显著加大了工程设计及施工难度.为达到设计方对施工成型后的结构精度要求,在深化设计中解决了恒载及预应力下整体模型重建、钢结构安装状态和制作状态的模型制作、钢索索长确定等课题.施工过程中通过对钢索的标示线管理、索夹的高强螺栓预张力管理、36点同步张拉及4点同步张拉的实施管理,保证了工程质量,达到了设计的精度要求.通过对最终施工形态与设计形态的比较分析,得出了在钢结构的制作安装误差、钢索的制作安装误差满足设计要求的情况下,采用定长索的做法可以满足设计要求的结论.     

单层折面空间网格结构风荷载特性及等效静风荷载研究

对单层折面空间网格结构的表面风压分布和风振响应特性进行研究,采用荷载 响应相关法(LRC)与惯性力法计算结构的等效静风荷载,并分析了其计算精度,结果表明：在迎风面的体育场屋盖部分,气流在经过迎风面屋盖檐口后发生明显分离,形成漩涡,此处的平均负风压和脉动风压最大;整个屋面的绝大部分表面风压都表现为负压。增加肩谷环后,结构横向刚度提高较大,结构的1阶和2阶振型由原来的结构整体水平振动变为罩棚前端内环端部的局部竖向振动;在单层折面空间网格结构的风振响应中,参与结构振动振型较多,需要考虑多阶振型影响,且参与结构振动的主要为低阶振型;在脉动风荷载作用下各振型耦合作用较小;用LRC与惯性力法得到的单层折面空间网格结构等效静风荷载,计算精度可满足工程要求。