复合冰壳冰塔,哈尔滨,中国

<正>作为2018年哈尔滨国际冰雪建造节的主建筑物,本项目采用新型的复合加强冰材料,实验性地应用充气膜承冰雪喷射技术,设计并成功建造了高度30.541m,直径30m的复合冰壳冰塔(又名中华祥云塔),打破了国际冰壳21m的原高度世界记录。通过建筑与结构一体化、基于性能的数字设计与找形优化,本项目实现了冰雪建筑材料、形态、空间、设计技术、建造技术等多方向的创新。     

树状结构杆件计算长度系数研究

树状结构的杆件受力以轴压作用为主，稳定性是其结构设计中的控制因素。然而由于树状结构的复杂性，在现行规范中并未给出其杆件计算长度系数的取值建议。为解决该问题，首先从理论出发，利用位移法推导了简单平面树状结构杆件的计算长度系数解析式，确定了影响计算长度系数取值的关键参数；然后以有限元特征值屈曲分析法为基础，提出并改进了针对树状结构的1阶整体失稳法，研究了空间树状结构各级杆件计算长度系数随结构高跨比和相邻杆件刚度比的变化规律；最后，通过统计分析给出了空间树状结构树干和各级分支的计算长度系数的取值建议。研究表明，有侧移树状结构的1阶整体失稳模态与悬臂柱相近，而无侧移树状结构的1阶整体失稳模态与两端铰支柱相近，根据该特点可以快速确定树状结构的整体计算长度系数，并进一步确定树干和各级分枝的计算长度系数，以期为工程中高效开展树状结构的稳定性设计提供理论参考。     

零弯矩型自由曲面结构找形方法

为获得受力合理且形式丰富的自由曲面结构,借鉴传统模型试验找形法的原理,提出基于动力松弛法和局部线性化法的零弯矩型自由曲面结构数值找形方法.该方法利用了零弯矩型薄壳结构与相同荷载与边界条件下的柔性膜结构具有相同形状的性质,通过膜结构来实现自由曲面结构的找形.首先采用动力松弛法确定柔性结构在不同驱动力作用下的平衡构形;然后利用局部线性化方法调整结构初始参数,实现对结构形状的精确调控,以满足建筑设计对控制点坐标的要求.利用所提方法分别对逆吊型、充气型和张拉型自由曲面进行了数值模拟分析.通过对Isler逆吊试验模型的模拟,并与实际模型的3D扫描结果进行比较,验证了方法的精确性;通过对一充气型自由曲面的模拟,证明通过多区域分步控制可实现复杂造型结构的多点精确控制;通过对一找形后的张拉型自由曲面结构进行受力分析,证明采用本文方法可获得受力合理的纯压结构.研究表明,本文方法的计算效率更高,适用范围更广,有助于实现建筑与结构设计的协调统一.     

封面图片说明

正封面图片来自本期论文"零弯矩型自由曲面结构找形方法",是哈尔滨工业大学土木工程学院空间结构研究团队提出的一种自由曲面结构数值找形方法原理图.该方法借鉴传统逆吊模型试验思想,利用柔性膜结构平衡构型的零弯矩性质,确定相应的自由曲面薄壳形状.依据形成膜结构平衡构型的驱动力不同,所得到的自由曲面可进一步分为逆吊型、充气型和张拉型3种.如图所示,上部为逆吊模型试验找