自由曲面单层三角形网格结构抗震性能研究

自由曲面单层空间网格结构作为一种新型结构形式,以其流畅自然的线条、灵活多样的结构形态,广泛应用于各类大型公共建筑中。自由曲面结构通过结构应变能为优化目标,节点坐标为优化变量进行曲面形状优化,以达到较好的静力性能,但优化后曲面的抗震性能,目前还缺乏了解。以自由曲面单层三角形网格结构为例进行结构形态优化研究,通过时程分析法研究优化后自由曲面网格结构在罕遇地震作用下的动力响应,总结其抗震性能。研究结果表明:经过形态优化后网格结构的静力性能得到很大提高;罕遇地震作用下,优化后网格结构最大位移出现位置由中部靠下部位转移到中部靠上部位,且3个方向的最大位移数值均小于优化前的网格结构;网格结构最大等效应力和最大轴向压应力都有一定幅度下降,网格优化和光顺化主要影响的是地震作用下结构的竖向位移,且优化后在El Centro地震波作用下结构最大竖向位移减少近25%,表明形态优化有效提高了自由曲面单层空间网格结构在罕遇地震下的抗震性能。     

独角兽岛启动区展厅钢结构设计及BIM应用

独角兽岛启动区展厅建筑造型突破常规,多重曲面的流线造型构建成复杂的空间异形造型.平面近似椭圆形,立面及屋盖采用独特的空间自由曲面.整个外罩形成以中庭漏斗网格筒、外围立柱、外环曲线立体桁架及单层网格组成的多重复杂空间结构;屋盖和采光中庭网格筒室内空间结构构件外露,采用大高宽比特窄翼缘焊接矩管单层网格结构实现建筑、结构、幕墙完美结合.介绍了本工程的结构体系,屋盖方案演变及杆件截面优选,对结构进行了单体模型及总装模型分析,论述了结构的变形、内力和应力分布特点、整体稳定性分析,对单层网格结构中各类节点的适用性进行比较,选取关键节点进行有限元应力和刚度分析,确保节点的受力可靠.同时鉴于结构平面、空间关系复杂,对该项目进行了BIM设计,并介绍了本工程BIM正向设计流程及其创新应用.     

考虑结构缺陷敏感性影响的单层空间网格结构形态优化研究

自由曲面单层空间网格结构以总应变能为优化目标时,优化后的结构以轴向应变能为主而弯曲应变能极小,结构承载能力较高;但在考虑初始几何缺陷影响后,其承载力会大幅下降,结构对初始几何缺陷异常敏感,经过形态优化后的结构实际承载力并不高。为此,提出以结构弯曲应变能比例作为约束条件的单层网格结构形态优化方法。该方法通过控制优化终止时结构内部弯曲应变能比例,调节结构弯曲应变能和总应变能比例关系,降低优化后结构对初始几何缺陷的敏感性,可得到考虑初始几何缺陷后仍具有较高承载力的结构形态。自由曲面单层空间网格结构数值算例表明,优化后结构在考虑初始几何缺陷后,其承载力相比传统优化方法有较大提高,证明了所提方法的可行性。     

三向网格曲面单层索网幕墙体系研究概述

结合东莞篮球中心柱体育馆索网幕墙项目,提出了一种全新的幕墙结构体系-三向网格曲面单层索网幕墙体系。论述了索网结构的特点和在幕墙上的应用范围,明确了三向网格曲面单层索网幕墙体系的研究内容及关键技术。     

波浪形自由曲面网壳参数化建模及稳定性分析

以波浪形自由曲面网壳为研究对象,介绍了其几何特征,归纳了相应的几何特征参数.利用Grasshopper平台实现了波浪形自由曲面基于NURBS理论的参数化构形和基于等参线分割的参数化网格生成.该方法可对波浪形自由曲面壳方便地实现凯威特型、肋环形、肋环斜杆型、斜放四边形网格等网格形式的参数化建模和网格尺寸调整.在此基础上,进行了球面网壳和不同程度波浪特征的波浪形自由曲面网壳的稳定性对比分析.结果表明,在球壳基础上引入波浪特征会改变结构刚度的分布,且随着波浪特征值的加大,结构极限承载力和整体刚度呈现先减小后增大的趋势.     

多层RC斜交网格-剪力墙体系设计及形式扩展研究

宁波国华金融大厦项目的裙楼主屋面高度22.55m,为多层RC斜交网格-剪力墙结构体系。主体结构由内框、外框的RC斜柱构件和两侧设置的Y向剪力墙(提高其抗侧刚度)所组成,楼面支撑系统为梁板结构。首先研究了该裙楼的结构体系及特点、RC斜交节点的设计及配筋构造;接着对该结构体系整体指标的控制、结构主要抗震构造措施进行分析;最后对不同立面形式的斜交体系抗侧性能进行了比较。结果表明,RC斜交网格-剪力墙体系相比传统RC框架-剪力墙体系的抗侧刚度要大,对应斜柱框架承担的剪力和倾覆力矩也相对较大;而通过加密斜柱网格,可进一步加大结构的抗侧刚度。     

单层网壳装配式节点研究现状

单层网壳结构应用广泛,具有很强的生命力,其中自由形态曲面网壳炙手可热.在社会经济发展和国家战略支持的背景下,单层网壳结构的装配化发展已是大势所趋.钢框架结构的装配化发展更早更成熟,相关研究方法、研究思路和部分成果是单层网壳装配式节点研究的"他山之石".文中概述了现有网格结构各种装配式节点的发展与应用,并从节点力学性能和节点刚度对整体结构影响两方面,重点介绍了单层网壳结构中各类装配式节点的相关研究现状,梳理了部分重要结论.最后,进一步展望了单层网壳装配式节点的发展方向,并总结了现有研究的不足.     

单层柱面索撑网壳结构的形态优化

索支撑空间网格结构是一种适合于玻璃采光顶结构特点的新型单层网壳结构形式。目前对于索支撑空间网格的研究主要集中在几何建模、网格划分、整体稳定性能和静力性能等方面,在索支撑空间网格结构形态优化方面国内外的研究和应用还相对较少。采用了基于结构整体应变能为目标函数的共轭梯度法对单层柱面索撑网壳结构进行形态优化。首先,介绍了形态优化方法的选取,然后介绍了以应变能为目标函数的共轭梯度法。最后针对单层柱面索撑网壳,以结构的整体应变能为目标函数,曲面高度作为设计变量,结构的位移和矩形钢管的最大应力作为状态变量,采用共轭梯度法,通过调整曲面高度,寻找到了具有最小应变能的高刚度的较优曲面,并对该曲面进行了理论分析。     

乐清体育馆大跨度索桁式弦支体系形态分析

乐清体育中心体育馆屋盖结构采用大跨度索桁式弦支体系,由上部的径向索桁体系和下部的单层自由曲面刚性壳体组成。屋盖结构矢跨比约为1/21,为改善结构性能,根据刚度设计的思想对结构进行形态分析使得结构形状与外荷载相适应。采用修正的动力松弛法对刚性壳体进行找形分析,得到的自由曲面以薄膜内力为主。应用一种新型的找形分析方法,能考虑荷载分布的影响,同时得到索桁体系的形状与预内力分布。整体结构分析结果表明,形态分析后的结构性能能够满足设计要求。     

深圳大运中心体育馆钢屋盖结构的优化设计

深圳大运中心体育馆所采用的结构形式比较新颖,整个结构相当于将其众多的三角形网格,围绕一个曲面(虚构面)折上折下或折左折右,组成一种创新的结构,称作"空间单层折面网格结构"。本文从结构体系的构成入手,分析了该结构的优缺点,提出了结构体系优化的必要性和改进方法,并从结构的受力、刚度、材料用量等多个方面介绍了结构优化的效果。     

发展和开拓各种形式的空间网格结构——21世纪大跨度建筑的主要结构体系

空间网格结构由于受力合理,刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便等优点,在近一二十年来获得蓬勃发展,在大跨度、大柱网的公共和工业建筑中得到广泛应用。它可用于屋盖结构,也可用于楼层结构、墙体结构和特种结构,是一类方兴未艾的空间结构体系。 空间网格结构是由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的结构体系。其外形为双层(也可多层)平板状的称为平板型网格结构(简称网架结构或网架),外形为单层和双层曲面状的称为曲面型网格结构(简称网壳结构或网壳)。 截至1997年年底,据不完全统计,我国已建成各种网格结构9000幢(其中网壳结构占4％,为360幢),覆盖建筑面积约1000万平方米。目前,每年以     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

宁波国华金融大厦超高层斜交网格体系设计

宁波国华金融大厦塔楼建筑高度206. 1m,是一座5A甲级写字楼。塔楼采用斜交网格外框架-核心筒双重抗侧力体系,周边钢梁仅在节点层与斜交网格刚接,在其余楼层铰接。重力支承系统包括横跨在核心筒与外围斜交网格之间的钢梁以及钢梁支承的钢筋桁架组合楼板。主要研究了该塔楼的结构体系及特点、结构构件的性能目标、斜交网格节点的设计、整体指标的控制、弹性时程分析的地震效应以及结构主要抗震构造措施。结果表明,相对传统的框架-核心筒结构体系,斜交网格外框架-核心筒结构体系中斜交网格外框架承担的剪力和倾覆力矩均较大,可视为筒中筒结构体系。     

椭圆边界马鞍形单层索网结构静力刚度参数分析

椭圆边界马鞍形单层索网结构受力效率高、造型简洁优雅,有广阔的应用前景。为此,选取椭圆边界马鞍形单层索网结构的高差、边界形状、网格尺寸、拉索预拉力、拉索直径等设计参数,采用控制变量法,基于通用有限元软件ANSYS对其静力刚度进行参数分析。结果表明：单层索网结构的承重索宜布置在短轴方向,稳定索宜布置在长轴方向,可以增加结构刚度;高差对结构刚度的影响最大,保持总高差不变,分别改变承重索垂度和稳定索拱度,结构的刚度没有变化;在网格尺寸为1.7~3.2 m、拉索预拉力为700~1000 kN、拉索直径为44~62 mm时,减小网格尺寸、增大索的预拉力以及直径对增大结构刚度有利;高差和预拉力对结构反力的影响较大,其中高差主要影响结构反力的竖向分量,预拉力同步影响其各分量。     

自由曲面空间网格结构研究及力学性能分析

基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的ZD-mesher软件,对NURBS表达的自由曲面,分别采用映射法和映射-拟桁架法进行网格划分,得到两种形式的曲面网格.对这两种自由曲面网格结构进行受力分析,并结合建筑视觉效果、结构力学性能及建造经济性等指标,综合评判网格形式对于自由曲面空间结构的影响,为此类结构的实际工程应用提供参考.最后,针对某自由曲面网格结构实际工程,进行网格划分,并分析其受力性能,获得建筑美观和结构性能的完美统一.     

临沂启阳机场航站楼屋盖单双层混合曲面网格结构设计

为实现大跨度无柱空间及中部上隆的建筑形态,对临沂启阳机场航站楼屋盖结构采用单、双层混合曲面三向网格体系。该屋盖结构总平面尺寸为243 m×180 m,其中单层网壳尺寸为72 m×48 m,曲面形状通过数值逆吊找形获得。整体屋盖由56根斜柱支撑,最大跨度约为83 m,最大悬挑约为20 m,柱顶支座采用固定铰支座和单向弹性铰支座两种型式。针对屋盖结构的特点,采用数值模拟进行了静力性能分析、整体稳定性全过程分析、抗震分析及关键节点分析。分析结果表明：由数值逆吊确定的单层网壳主要通过面内路径传递荷载,同时双层部分可提供较理想的边界支撑条件,使单层网壳面内力能够可靠传递,整体结构受力合理;空侧设置20个单向弹性铰支座能够调节刚度不均匀引起的扭转效应,同时能够较好的释放温度变形,降低结构温度应力;为确保安全,在进行整体稳定性全过程分析时,考虑了多种初始缺陷模态及温升的不利影响,屋盖结构整体稳定性安全系数为2.88;罕遇地震作用下,单层网壳具备较高的安全储备,杆件损伤主要发生在网格高度较大的双层区域及悬挑区域,且塑性发展程度较低;单层网壳和单、双层网壳过渡区的关键节点具备适宜的安全储备,满足强节点的...     

自由曲面单层网格的智能布局设计研究

单层网格结构的网格划分标准不同于有限元网格的划分,它更侧重于以定性要求为标准的网格质量评价。为满足自由曲面单层网格杆件长度尽量一致、分布尽量均匀、过渡尽量流畅的要求,以自由曲面优化找形为前提,基于网格形状和单元长度的网格质量衡量标准,编制智能化网格设计程序。在整个布局设计过程中,首先通过拓扑不变的原则将空间问题转化为平面问题。其次,利用空间映射原理将在平面参考域上布置好的网格映射回三维空间曲面。最后,通过对初始拓扑网格进行智能化的修正和优化,保证所有杆件长度一致、网格布置美观的效果。通过在上海世博轴阳光谷工程中的实际应用证明,该方法操作简单,效果理想。且若采用不同拓扑关系布置的网格可以生成同样要求的最终杆件布置效果,供建筑师设计选用。     

梅溪湖国际文化艺术中心大剧场结构设计

长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧场结构主要由内部主体框架-剪力墙结构和非解析连续异形曲面造型外帷幕钢结构组成。外帷幕钢结构以曲面脊线等特征线为协调或支承边界，采用基本随形单层钢网格壳体结构，通过外围随形斜折柱钢框架、前厅蜂窝网格壳体结构及内部伞撑支承于主体混凝土结构。针对结构空间受力的主要特点，采用SAP2000软件重点分析外帷幕钢结构对主体结构的附加倾覆效应；针对倾斜蜂窝网格壳体与大跨连廊构成的组合转换承载体系，对其受力特点、人行激励下的舒适度及抗连续倒塌等进行专项分析。结果表明，倾斜钢框架和蜂窝网格壳体结构在重力荷载下对主体结构的附加倾覆效应显著，设计中需要关注主体水平构件轴向力的叠加效应，需要对部分楼盖采取加厚楼板、提高配筋率、设置钢板、施加无粘结预应力等加强措施。     

单层折面空间网格结构性能研究及设计

结合深圳世界大学生运动会体育中心主体育场结构设计的关键问题,剖析单层折面空间网格结构的受力机理,对其刚度与变形控制、动力特性设计、极限状态下受力破坏机理、稳定承载力及强度设计等问题进行了探讨与研究。研究表明:提高径向拟桁架体系的抗弯刚度,如增大立面拟桁架柱中构件的截面积,以及增大屋面折面或立面折面的高跨比是提高结构整体刚度的有效方式;设置肩谷环向构件能够显著减小结构的自振周期,从而减弱风振效应;应重视受力较大的拉弯主构件设计,其与节点的连接部位在施工时应重点控制焊接质量。合理设计下,单层空间折面网格结构具有良好的刚度、稳定承载力性能及变形能力,同时具有足够的安全储备,在关键部件失效的情况下不会发生连续倒塌。     

单层折面网壳结构动力特性及地震响应分析（英文）

单层折面网壳是近年来兴起的一种由三角形折面网格组成、外形如宝石群或宝石晶体的单层网壳结构.对单层折面网壳结构的自振特性及地震作用下的结构响应进行了研究,对比了增加环杆对结构自振特性的影响,并对单层折面网壳结构在多维地震输入下的时程响应进行了分析.研究表明,单层折面网壳结构基本体系竖向刚度偏弱,而增加环杆对结构刚度有明显提升,且增设环杆后结构地震力峰值、动静比及结构位移均有不同程度的减小.