自由曲面空间结构形态创建的若干关键问题探讨

如何建立具有合理受力性能的自由曲面空间结构是设计过程中需要重点考虑的关键问题。以结构形态学观点为指导,将曲面几何形状的建立与寻找曲面合理受力性能的方法相结合,这一过程称为曲面的形态创建。本文对结构形态学所涉及的若干概念进行了阐述,并对自由曲面空间结构形态创建过程中所存在的关键技术问题进行了探讨。这些关键问题包括:(1)自由曲面结构的生成方法; (2)结构合理受力性能的评价指标及指标之间的相互关系; (3)合理曲面的创建方法等。通过对这些问题的探讨试图为自由曲面的研究与应用提供若干建议。     

自由曲面结构形态创建的NURBS-GM方法

自由曲面结构以其卓越的建筑表现力成为当今空间结构发展的趋势之一,并在越来越多的实际工程中得到应用。与传统的空间结构相比,自由曲面空间结构设计的难点在于如何处理好新颖建筑造型与结构合理受力性能之间的关系。近年来,结构形态学的发展,特别是结构形态创构理论的提出,为解决自由曲面结构的形态设计问题提供了有效途径。借鉴结构形态创构的思想,将非均匀有理B样条(NURBS)曲面造型技术与寻求结构应变能最小的梯度算法相结合,提出一种适合于NURBS自由曲面结构特点的形态创构方法——NURBS-GM法。该方法的特点是,通过调整NURBS曲面的控制点坐标和权因子来获得整体应变能最小的曲面形状,从而改进了以往以直角坐标为调整变量的结构形态创构方法的计算效率。最后,通过若干算例证明本文方法的有效性。     

悬臂梁的静力分析及自由振动分析

大跨度及高层空间结构是目前发展最快的结构类型。大跨度建筑及作为其核心的高层空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。本文主要研究变截面均质悬臂梁的结构体系在水平均布荷载作用下的静力分析,以及EULER悬臂梁的自由振动分析。根据哈密顿原理推导出控制方程和边界条件,然后用常微分求解器COLSYS进行求解。     

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.     

结构形态学在现代建筑应用中的探讨

介绍了结构形态学的发展历程及涵盖内容,对大量的典型建筑结构体系进行了分析,并从高层和高耸结构、空间结构等方面,阐述了结构形态学在建筑设计中的应用,为今后建筑结构体系的创新发展提供了参考依据。     

海口雨林之心超限高层观光塔结构设计

海口雨林之心观光塔采用钢结构筒中筒结构体系，结构外筒为空间异形自由曲面，采用与空间结构类似的单层菱形网壳结构，内筒采用框架结构；三个塔楼之间通过空间曲线钢连桥相互连接。结构采用高层结构和空间结构的相结合的方法，形式新颖，建筑效果优越。结构具有构件间断、承载力突变、局部不规则等超限项，是一种特殊形式的超限高层建筑。介绍了该观光塔特色结构体系及结构布置，并对结构强度、稳定、舒适度等指标进行分析。结果显示：外筒壳构件计算长度系数与单层网壳结构存在一定的差别；采用加大基础刚度和设置抗拔桩的方法可解决结构抗倾覆的难题；空间变标高的曲线连桥对主体结构影响较小，属于弱连接的连体形式；钢连桥的横向和竖向振动舒适度满足规范要求。     

板片空间结构的应用与发展

板片空间结构是一种半连续化、半格构化的新型空间结构体系,它是在综合薄壳、网架、网壳、悬索与张力膜五种空间结构体系的基础上发展起来的一种新型结构体系,具有良好的技术经济效益和建筑视觉效果。介绍了这类结构的应用与发展,并对其形式与分类进行了分析,最后简述了板片空间结构的受力性能分析。     

张弦空间结构的弹塑性极限承载力分析

张弦空间结构是一种性能优越、结构形式丰富、具有广阔应用发展空间的结构形式,近年来已在大跨度公共建筑中得到了广泛的应用.虽然对几种典型工程结构的静、动力性质及施工方面的研究取得了较多成果,但对这一类空间结构的极限承载力、极限状态发展过程的分析仍存在许多不足.为研究此类结构弹塑性极限状态发展过程的共性与特点,以3个体育馆屋盖张弦空间结构为研究对象,采用有限元方法对结构进行弹塑性极限承载力全过程分析,分析张弦空间结构的屈服机制、失效机制和滑动支座张弦结构的全过程反应特征,总结大跨度空间结构的内力重分布规律和荷载传递规律.分析表明,张弦空间结构的预应力索杆体系可有效提高结构的刚度和极限承载能力,张弦结构的极限承载力通常由强度控制;结构的空间几何形态是影响结构刚度和塑性发展过程的关键因素.此研究增进了对大跨度张弦结构空间工作性能的理解,有助于指导结构设计.     

板锥网壳结构的静力特性分析

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式.作者对板锥网壳结构的连接构造进行了探讨,采用组合结构有限元法对板锥网壳结构的静力特性及其影响因素进行了系统分析研究,并与普通双层网壳结构进行了比较.分析结果表明,板锥网壳结构比双层网壳结构具有更大的优越性.     

大跨空间结构的发展——回顾与展望

大跨空间结构是目前发展最快的结构类型.大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一.本文就空间网格结构和张力结构两大类介绍了国内外(但主要是国内)空间结构的发展现状和前景.对这一领域几个重要理论问题,包括空间结构的形态分析理论、大跨柔性屋盖的动力风效应、网壳结构的稳定性和抗震性能等问题的研究提出了看法.     

Research status and future prospects of space structure health monitoring

空间结构是大跨度、大空间和大面积建筑结构的主要形式，在国家基础设施与城市建设领域有广泛应用，其结构安全性至关重要。空间结构健康监测通过传感技术准确获取结构响应，实时反映结构的性能状态，为空间结构施工、运营与管理决策提供科学的依据与指导。经过多年的研究和工程实践，已经发展了适合大型空间结构的物联网无线传感监测技术，建立了多维数据分析理论，并在国家体育场、国家速滑馆、北京大兴国际机场航站楼等重大工程中实现规模化应用，取得了阶段性研究进展。通过对空间结构健康监测的研究及应用现状进行系统总结，疏理空间结构健康监测的特点，围绕荷载与响应多维传感及大面域传输网络综述了其传感监测技术的研究现状，归纳了结构荷载分析、响应分析以及结构状态评估的监测数据分析理论。同时，基于融合大数据、云计算以及人工智能展望其未来研究方向，旨在进一步推动空间结构健康监测的创新与发展。     

空间结构健康监测研究现状与展望

空间结构是大跨度、大空间和大面积建筑结构的主要形式,在国家基础设施与城市建设领域有广泛应用,其结构安全性至关重要。空间结构健康监测通过传感技术准确获取结构响应,实时反映结构的性能状态,为空间结构施工、运营与管理决策提供科学的依据与指导。经过多年的研究和工程实践,已经发展了适合大型空间结构的物联网无线传感监测技术,建立了多维数据分析理论,并在国家体育场、国家速滑馆、北京大兴国际机场航站楼等重大工程中实现规模化应用,取得了阶段性研究进展。通过对空间结构健康监测的研究及应用现状进行系统总结,疏理空间结构健康监测的特点,围绕荷载与响应多维传感及大面域传输网络综述了其传感监测技术的研究现状,归纳了结构荷载分析、响应分析以及结构状态评估的监测数据分析理论。同时,基于融合大数据、云计算以及人工智能展望其未来研究方向,旨在进一步推动空间结构健康监测的创新与发展。     

大跨度空间结构的工程实践与学科发展

本文系统总结了近年来我国空间结构的工程实践与学科发展的进展、趋势及新的科学问题,主要内容包括：空间结构形体的优化、深化、改进与创新;空间结构节点的破坏机理、弹塑性分析与极限承载力;空间结构向超大跨度结构发展;从较重的屋盖结构体系向轻型的屋盖结构体系发展,从刚性结构体系向柔性结构体系发展;索穹顶结构的研究与开发;大型空间结构施工全过程模拟与施工方法创新;从固定屋盖结构向可开启结构发展;空间结构从单一的设计技术向制造信息化集成技术发展;空间结构理论研究发展;空间结构的健康监测和加固技术开发应用.最后提出了为进一步促进我国大跨度空间结构的应用发展而应当研究、深化和开发的学科课题.     

浅谈大跨度空间结构的发展

介绍了大跨度空间结构的应用及其类型划分 ,并从空间网格结构、张力结构两方面作了详细阐述 ,提出了对其进行理论研究的具体内容 ,以使我国大跨度空间结构领域进入世界先进行列。     

大跨空间结构在奥运场馆中的实践与发展

在近50年的奥运建筑发展历史中,大跨度空间结构技术一直处于核心地位。现代奥运工程中的各种大跨度空间结构根据结构类型和结构特点可分为薄壳结构、空间网络结构、索杆张力结构和杂交结构等几个类型,研究空间结构理论研究发展历程,总结了空间结构形式发展的特点。     

空间钢结构研究与应用的进展

本评述了近年来空间钢结构在研究和应用方面的进展情况。中首先讨论了空间钢结构不断发展的原因及其分类一在关键研究课题方面，着重阐述了在结构分析和设计理论、网壳结构的稳定性、空间构架的抗震性能以及张拉结构的风振问题等课题中所取得的科研成果，以及需要进一步研究的问题。在工程应用方面，以一些典型的空间钢结构工程为例。总结了当前发展的特点，即形式的多样化、预张力的合理运用、与膜结构的结合：在结语中对今后空间钢结构的发展趋势提出了看法。     

现代木结构研究进展

木结构在我国具有悠久历史,是我国传统建筑文化的主要传承形式。现代木结构作为装配式建筑形式之一,在发达国家已有百余年历史,主要形成了以轻型木结构、胶合木结构和木混合结构为代表的结构形式,而近年来现代木结构在我国科研与应用领域也得到广泛关注。对我国现代木结构研究开展了系统的回顾与总结,主要从五个方面系统梳理了我国现代木结构的研究进展,即材料性能及加工、构件性能及创新、连接性能与进展、体系研究与开发、防火研究及需求。通过对我国现代木结构材料、构件、连接及体系等研究工作的全面梳理,分析了我国现代木结构的研究现状、存在的问题与发展趋势,指出原材料可持续利用、产品质量认证体系建设、关键技术创新与研究、设计理论与规范体系完善等研究趋势,可为今后的研究工作提供参考,同时也将有助于推动相关工程应用的开展。     

摇摆结构及自复位结构研究综述

放松结构与基础间约束或构件间约束,使结构与基础或构件间接触面处仅有受压能力而无受拉能力,则结构在地震作用下发生摇摆,通过自重或预应力使结构复位,形成摇摆结构及自复位结构。已有研究表明,结构的摇摆降低了地震作用和结构本身的延性设计需求,减小了地震破坏,节约了结构造价。本文首先回顾了摇摆及自复位结构的发展历史,简要介绍了摇摆及自复位结构的基本原理,综述了摇摆桥墩、摇摆及自复位钢筋混凝土框架结构、摇摆及自复位钢框架结构、摇摆及自复位剪力墙结构、摇摆框架－核心筒结构等不同结构体系的发展现状,总结了摇摆及自复位结构发展趋势,并指出后张预应力和消能减震等多种技术的联合应用为摇摆及自复位结构的未来发展方向之一。     

低能耗绿色建筑空调与城市形态的形式对应

建筑空调与城市规划存在系统关联,建筑空调与城市规划存在形式、过程、目标、观念、阶段等对应关系.为实现城市可持续发展,建筑空调应以城市规划为角度,采用系统方法,基于城市范畴确定技术发展的形式、内容、方向.城市具有特定的城市形态,建筑空调必存在相应的空调形式.建筑空间是空调形式与城市形态的重要对应因素.论述了系统关联下,城市形态、空调形式以及依建筑空间作用的建筑空调与城市形态的形式对应.