体内张拉成形空间网格结构的形态分析——几何位移迭代法

针对体内张拉成形空间网格结构实际发展需要,从工程应用的角度定义了该类结构的3种受力状态:零状态、初始态和荷载态.在此基础上提出了一种形态分析方法——几何位移迭代法,并以一个80m跨的体内张拉成形空间网格结构为例,对其找形过程特点做了细致分析.结果表明,几何位移迭代法找形精度高、速度快,非常适合于体内张拉成形空间网格结构形态研究,而且可以保持结构的完整性.     

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。     

索网结构找形分析及其在ANSYS中的实现

对索网结构的几种常见"找形"方法进行了简要综述。论述了采用几何非线性有限元方法,通过调整支座位移,从而寻求一个与给定的初始预应力及其结构几何控制参数相适应的平衡形状的理论方法,并利用ANSYS有限元软件对常见的索网找形过程进行了研究。算例结果表明,该方法用来确定结构的初始形状是切实可行的。     

索杆膜空间结构协同形态分析

针对索杆膜空间结构进行了协同形态分析。根据现有的索膜非线性有限元找形理论和索杆体系找力方法,并考虑施工成形过程,提出了一种新的适合于索杆膜空间结构形态分析的求解方法——形态迭代求解法,并编制了相应的程序,实现了算法。最后通过一个算例验证了形态迭代求解法的正确性并得到如下结论:按该文算法得到的找形结果满足力平衡方程、相容方程和建筑师给定的边界条件。设计验算时被动张拉索的预应力值应通过计算得到。该文程序可用于索杆膜空间结构考虑施工成形的设计验算。     

索膜结构平衡法找形分析

目前,索膜结构的找形分析以非线性有限元法等数值分析法为主.这些方法依据本构关系建立节点位移与节点不平衡力间的刚度方程,进而迭代求解.计算时若初始形状与找形形状差异较大,则会使迭代计算发散.笔者从平衡条件出发,将索膜结构的找形过程视为大位移小应变的形状几何问题,从而引入平衡方法进行了找形分析.通过算例计算分析,得出该方法在初步找形方面具有简单、快捷、不依赖经验等优点,但尚需与荷载分析、裁剪分析结合来进一步探讨该方法的优势和不足.     

稳定索加强的张拉膜结构设计与分析

以台州大学风雨操场屋盖为例 ,简要介绍了在跨度大、支承结构较柔的实际情况下 ,采用面内稳定索辅助脊索、谷索共同承力的张拉膜结构的设计过程。并结合风洞试验结果 ,对三种找形方案 ,即不采用稳定索、采用交叉稳定索、采用斜稳定索的结构形式在不同工况下的受力性能进行了比较分析。     

上海国际赛车场副看台膜结构顶篷设计

上海国际赛车场副看台顶篷由26个单体顶篷组成,每个单体呈不对称漏斗形,展开面积为720m2.采用膜结构体系,结构体系新颖,设计和施工难度大.因其外形为不规则的空间曲面,且各单体间相互气动干扰效应严重,导致其空气动力作用复杂,现有荷载规范无法确定其体型系数,因此借助风洞试验方法.在试验基础上对找形完毕的膜结构进行荷载分析,以保证结构安全,合理经济地进行材料选取、体系选取.     

索杆梁膜结构找形方法研究

介绍了索膜、索杆、索梁结构找形方法的起源原理及特点,并通过对各种结构找形方法的对比分析,分析了各种方法的优缺点,得出了一些有意义的结论,以提高人们对索杆梁膜结构体系的认识。     

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.     

Structural form-finding of bending components in buildings by using parametric tools and principal stress lines

This paper aims to provide an efficient and straightforward structural form-finding method for designers to extrapolate component forms during the conceptual stage. The core idea is to optimize the classical method of structural form-finding based on principal stress lines by using parametric tools. The traditional operating process of this method relies excessively on the designer's engineering experience and lacks precision. Meanwhile, the current optimization work for this method is overly complicated for architects, and limitations in component type and final result exist. Therefore, to facilitate an architect's conceptual work, the optimization metrics of the method in this paper are set as simplicity, practicality, freedom, and rapid feedback. For that reason, this paper optimizes the method from three aspects: modeling strategy for continuum structures, classification processing of data by using the k-nearest neighbor algorithm, and topological form-finding process based on stress lines. Eventually, it allows architects to create structural texture with formal aesthetics and modify it in real time on the basis of structural analysis results. This paper also explores a comprehensive application strategy with internal force analysis diagramming to form-finding. The finite element analysis tool Karamba3D verifies the structural performance of the form-finding method. The performance is compared with that of the conventional form, and the comparison results show the practicality and potential of the strategy in this paper.