北京东方文化艺术中心单层索网幕墙设计与施工

对北京东方文化艺术中心单层索网幕墙设计与施工的全过程进行了分析,包括索网体系的有限元计算、幕墙四点支撑玻璃面板的有限元分析以及索网体系施工方法等内容.有限元计算结果验证了索网幕墙设计的正确性,同时说明.对索网体系进行有限元分析时,须对索网整体结构建模,以考虑边界条件对索网受力的影响.本文为索网幕墙的研究与应用提供了技术手段和参考资料.     

基于ANSYS的单层索网幕墙结构几何非线性有限元分析

单层平面索网幕墙结构是一种通过对拉索施加预应力,为幕墙结构自身提供刚度,抵抗平面外荷载的结构体系。由于索网结构质量轻,阻尼小,对风荷载及地震荷载所引起的振动作用不容小觑,所以设计时除考虑平面内玻璃自重外,风荷载和地震荷载也应加以考虑。本文基于北京中关村生命科学园项目单层索网幕墙结构设计和施工方案设计,初步拟定设计方案。计算作用于幕墙结构上的荷载,通过ANSYS14.0有限元软件采用更加先进的LINK180单元模拟不锈钢拉索,建立单层索网幕墙结构理论分析模型,充分考虑结构的初应力和几何非线性,对拉索的受力状态及拉索边界连接点的反力进行研究。计算幕墙自重和风荷载标准值作用下索网的挠度,确定产生最大挠度的位置及最大挠度值,依据规范要求,对索网最大挠度值进行验算;在组合荷载作用下,对索网结构中拉索承受的拉力进行计算,分别确定橫索和竖索产生最大拉力的位置和大小,依据规范对拉力值进行验算;计算索网结构与边界连接各点的反力,介绍过载保护器的工作原理及其在单层索网幕墙结构中的应用。通过模型计算结果验证了设计的可行性,分析幕墙结构在设计和施工中要把握的要点及需要注意的问题,对其它类似项目的设计和实施具有借鉴意义。     

成都露天音乐广场索网结构控制技术研究

以成都露天音乐广场主舞台索网工程为研究对象,从索网工程施工难点、质量控制方法、施工过程等几个方面进行了分析;该工程涉及了索网结构尺寸、组装、提升、张拉等方面的质量控制措施和原则.同时,针对受限空间索网施工难度大、周期长的问题,提出了合理的索网展铺和提升方法;并采用有限元分析与监控监测相结合的方式来保证索网施工的安全与质量.研究结果显示,索网结构成型后,索力大小以及结构主要控制点位移变化值均满足设计要求,双曲拱线性控制良好,索网施工效率提高了 26.7％.研究成果可为我国以后类似索网结构的加工制造及施工应用提供技术参考.     

江宁国家电网玻璃幕墙拉索结构设计与优化

南京江宁国家电网玻璃幕墙采用单层平面索网索结构,拉索为不锈钢材质,与常规玻璃幕墙相比,其具有索网面积大、变形控制难的特点.原索网结构由于不锈钢拉索应力松弛大、拉索高空张拉技术难等缺点,故需对其优化设计.通过调整索网结构布置、改变索材等,设计了几种优化方案并与原方案进行对比研究,包括索网结构内力和变形的对比分析,并考虑了结构局部变化对结构性能的影响.分析研究表明,索材替换对索网拉索的内力和变形影响不大,而索网支撑布置的变化对索网的结构性能影响较大.     

援柬埔寨国家体育场屋盖索网节点深化设计

援柬埔寨国家体育场屋盖索网结构形式新颖、传力路径复杂.而钢索节点作为索网结构的连接枢纽,结构的合理性和安全性直接影响整个索网的使用性能.针对索网结构特点,通过对索节点的多元化设计来满足索网结构使用性能,并通过对索节点进行力学分析,确保其满足安全使用的情况下,使结构受力更为合理.     

FAST索网张拉过程模拟分析及误差控制

500m口径球面射电望远镜(FAST)采用柔性索网作为反射面的支承结构,柔性索网结构的张拉过程模拟分析对于张拉成形阶段具有重要的指导作用.基于非线性有限元理论,针对FAST索网的结构形式和施工方案,提出了索网张拉过程的模拟分析方法.通过计算分析得到了索网在张拉过程中的位移和内力,计算结果验证了张拉方案的可行性.根据张拉过程中索网的内力变化,确定了FAST索网的误差调整方案.调索后,索力的实测值和计算值偏差在10%以内,说明调索效果较好.     

环形天线索网反射面成形方法研究

柔性索网是星载环形天线反射器的重要组成部分,其在环形桁架支撑下通过纵向索阵张紧作用形成具有特定精度要求的反射面.环形桁架、前/后索网与纵向索阵处于预应力平衡状态,索段张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度.本文针对反射面索网张力合理配置问题,提出基于ADAMS/MATLAB模拟分析新方法,以张力均匀性和形面均方误差为评价标准,将柔性索网和纵向索阵进行离散化建模,有效控制纵向索阵的张力值,实现前索网反射面的成形计算与分析.数值仿真结果表明,本文方法可快速实现指定反射面精度的索网张力调整,对工程应用具有指导意义.     

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.     

双曲索网结构极限能力影响因素分析

以双曲抛物面索网结构为研究对象,考虑索网结构在变形、失稳破坏期间的几何及材料非线性特性,采用钢绞线本构关系及ANSYS中索单元,对双曲抛物面索网在固定边界条件下承受静力荷载作用下的极限承载力进行分析,研究了索网结构中索的初索力及索网结构几何大小对索网结构承载能力的影响.结果表明,索网结构随着预应力比的增加,索网结构的承载能力逐渐下降,在半跨荷载作用下,索的极限承载能力相对于全跨荷载工况略有提高;随着预应力增大,两种荷载布置引起的极限荷载差别减小.在工程上,常用几何大小范围内几何尺寸对极限承载能力的影响不大.本文结果可供索网结构设计及施工时参考.     

某玻璃采光顶支承结构设计与施工过程模拟分析

在玻璃建筑中,单层索网用于屋面采光顶时很难做到大空间,因为水平布置的单层索网采光顶很难满足大跨度对刚度的要求.结合北京某建筑玻璃采光顶支承结构方案,提出一种多次杂交的结构支承体系,即单层索网+张弦梁杂交支承结构,以提高单层索网在其面外的刚度,然后对单层索网、张弦梁及杂交整体支承结构体系的设计指标进行了研究.另外,对本工程施工全过程进行模拟分析,包括张弦梁的安装、单层索网拉索的张拉、玻璃的安装等.     

温度作用下马鞍形索网结构的力学性能

马鞍形索网结构为新兴大跨度空间结构,温度是影响预应力空间结构力学性能的关键因素,跨度越大影响越明显。基于某马鞍形索网结构,建立了有限元计算模型,进行了温度作用下的力学性能分析和研究。计算结果表明,受温度作用的影响,索网结构力学性能的变化较明显,且与拉索类型的选取和线膨胀系数有关。     

台州大学风雨操场索网膜结构设计研究

台州大学风雨操场索网膜结构工程是一个大型复杂整体张拉索网膜工程,有较大的技术难度.本文首先介绍了该工程新颖的索网结构体系、膜面找形,然后优化索膜预张力设计,深入结构分析,并阐述索膜关键节点设计,概要介绍安装过程和控制方法,最后研究索制造定位长度误差对索网膜预应力和形态的影响.     

重庆江北国际机场超长单层索网幕墙结构设计

重庆江北国际机场航站楼主楼单索幕墙结构面积近10 000m2,并且一侧长度达到180m。其索网的支撑结构体系较柔,索网幕墙体系超长,给设计和张拉施工方案的制定都带来了较大难度。将屋面钢结构体系与幕墙结构体系整体建模,两者之间通过耦合实现水平联系,同步加载进行结构设计,以此考虑屋面钢结构对幕墙体系的影响。进行了超长幕墙结构体系跨越下部结构伸缩缝的受力分析,并得出由于柔性结构很强的变形适应能力,下部结构伸缩缝不会对幕墙结构体系产生破坏作用的结论。拉索幕墙的张拉方案必须与设计思路相互一致。对该超长单索幕墙张拉方案的原则也进行了介绍。     

新型索网体育场罩蓬风振响应频域分析

大跨索网结构节点数目庞大,在频域分析中不可能考虑结构全部振型,若考虑多阶振型的影响也难以包括所有主要贡献模态。结构往往存在对风振影响贡献较大的高阶振型,由于其频率高而容易被忽略。本文首次采用在频域内模态补偿法对索网罩蓬结构的风振响应进行模拟分析,克服了包含所有主要模态的困难。根据Davenport谱函数,计算结构传递函数、风激励特征值和广义位移响应谱密度,得出节点位移风振系数,并编制相关计算程序,通过索网罩蓬结构算列对本文采用方法的有效性进行了验证。     

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.     

柔性边界索网结构受力分析

提出了一种以索桁架为柔性边界的索网结构,采用ANSYS有限元分析软件对其进行有限元计算,并与一般索网结构的受力性能进行了比较,分析结果表明,柔性边界索网结构受力合理,经济性能优越。     

基于初始基准态的FAST反射面索网结构性能优化分析研究

500m口径射电望远镜FAST反射面索网结构,由短程线型面索网和下拉索构成,采用高强度预应力钢绞线束索,主动变位工作是其最大特点。索网优化设计采用容许应力法,基于索网为形控结构,提出标准球面基准态优化分析方法：根据主动变位工作基本要求和主动变位引起的面索应变变化幅值一定,首先确定下拉索初张力值和面索初应力上、下限值,通过找力分析确定面索初张力后,以初应力接近上限为原则确定面索截面规格。分析若干关键因素对索网结构性能的影响,结果表明：为避免工作态出现过低下拉索力,在面索弹性模量和容许应力一定的条件下,只能通过维持面索初应力水平,增大面索截面积来提高下拉索和面索初张力;周圈钢桁架宜采用滑动支座和较低刚度,并可采取周圈钢桁架沿径向预偏安装、边缘下拉索张拉固定后不参与主动变位的措施;钢索安全系数从2.5调低至2.0,可提高容许应力和面索初应力上限、减少材料和改善内力状况。另外,通过对比碳纤维索和钢索的力学特性,高强、低弹模、轻质量、抗疲劳的碳纤维索适合FAST索网结构。     

索网次结构-主体钢结构连接转换节点计算分析与试验研究

河南艺术中心艺术墙为"单层索网次结构-钢管相贯桁架主体钢结构"体系。转换节点是实现主次结构共同工作力学效应、保证整体结构安全的关键节点之一。主次结构的连接转换节点有着与普通钢节点完全不同的索-钢接触单元的特殊构造,受力复杂。设计应用ANSYS软件对索钢转换节点进行带接触单元的弹塑性有限元计算分析,并进行足尺节点试验研究,确认了该复杂节点力学性能计算设计的正确性,确保了该类关键节点的安全性。     

长期主动变位下FAST索网支承结构疲劳寿命分析

研究分析了500m口径射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST）反射面索网支承结构的疲劳性能。模拟FAST主动变位工作模式（长时巡天观测和随机独立观测）,计算30年设计基准期内连续工作运行的次数需求,分析FAST索网支承结构变位工作的随机疲劳应力历程,并基于简单抽样技术,对全寿命疲劳应力历程进行简化,采用实时雨流计数法进行分解;基于S-N试验曲线和Smith等效疲劳寿命极限应力线图,采用Miner线性损伤累积准则分析各索的疲劳寿命。以所有单索疲劳寿命的最小值作为整体结构疲劳寿命,多次模拟计算,统计分析保证率为99.9%的结构疲劳寿命,并合理选取安全系数2.0考虑疲劳寿命变异性影响。分析结果表明,在设计基准期内,结构疲劳寿命满足安全要求,结构疲劳危险区域主要分布在索网中心区域。     

双向张弦结构下弦拉索曲面的找形方法

根据双向张弦结构索的平衡荷载与索曲面及索拉力之间的关系,给出下弦索网所在曲面的偏微分方程和边界条件;提出先进行复杂边界条件自平衡索网找形,再进行平面索网平衡荷载下变形计算,然后叠加计算下弦索网曲面形状的方法;通过算例介绍有限元法确定下弦曲线的过程,验证计算方法的正确性。给出的计算方法物理意义明确、计算过程简单方便、计算结果准确,适合各种复杂边界条件的双向张弦梁设计。