大跨度平行四邊形底雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)分析與施工控制研究.pdf

1、雙曲混凝土扭殼是薄殼混凝土結(jié)構(gòu)中比較簡(jiǎn)單同時(shí)也是比較優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)型式，它具有優(yōu)美的曲面外型、施工支模容易、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。而雙曲混凝土組合扭殼不僅能夠提供更大的跨度和建筑空間，而且能產(chǎn)生更為豐富的建筑藝術(shù)造型，因而當(dāng)建筑美學(xué)的需要超過(guò)經(jīng)濟(jì)要求時(shí)，選用雙曲混凝土組合扭殼結(jié)構(gòu)較為合適。
　　本文通過(guò)對(duì)大跨度雙曲混凝土扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析、雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)施工以及工程實(shí)例應(yīng)用，掌握了雙曲混凝土組合扭殼

2、屋蓋結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方法，為將來(lái)大跨度雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供了較好的參照。
　　在大跨度雙曲混凝土扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析中，詳細(xì)闡述大跨度雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化分析方法，當(dāng)采用有限元和數(shù)值模擬分析時(shí)應(yīng)該合理的采用有限單元和合適的求解方法，并指出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法要點(diǎn)，這對(duì)于同類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有較好的指導(dǎo)作用。利用數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)大跨度雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)從尺寸角度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)

3、分析，包括重量?jī)?yōu)化和矢跨比優(yōu)化分析，得到最優(yōu)矢跨比的分布范圍及相應(yīng)的平緩度。通過(guò)矢跨比對(duì)結(jié)構(gòu)最大位移、滑動(dòng)支座位移、屋蓋水平推力、應(yīng)力分布等方面的影響分析，得到矢跨比和混凝土組合扭殼平緩度的合理取值范圍取值，分析表明：通過(guò)重量?jī)?yōu)化，可以使屋蓋重量減少19.8％。通過(guò)矢跨比對(duì)結(jié)構(gòu)最大位移、滑動(dòng)支座位移、屋蓋水平推力、應(yīng)力分布等方面的影響分析，得到當(dāng)矢跨比取值在0.15~0.2時(shí)，其對(duì)應(yīng)的扁平度取值在0.74~1.31時(shí)，殼體內(nèi)力分布較為合

4、理，且能夠很好的發(fā)揮其索拱機(jī)制。優(yōu)化分析結(jié)論能夠?yàn)轭愃频碾p曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較好的參考，這是論文的第一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)（論文第3.6節(jié)）。
　　考慮到大跨度雙曲混凝土組合扭殼結(jié)構(gòu)的空間曲面復(fù)雜性，采用常規(guī)傳統(tǒng)的測(cè)量方法不能快捷、準(zhǔn)確地完成空間測(cè)量定位。本文采用簡(jiǎn)化的方法，對(duì)華南理工大學(xué)體育館雙曲混凝土組合扭殼屋蓋進(jìn)行了空間精確測(cè)量定位，即利用扭殼直紋特點(diǎn)，先進(jìn)行二維平面的定位測(cè)量，將組合扭殼由三維空間投影至水平面，轉(zhuǎn)化為二維

5、平面，在此基礎(chǔ)上在水平面內(nèi)找尋第三維的變化規(guī)律，進(jìn)行高程放樣實(shí)現(xiàn)空間坐標(biāo)精確定位，并通過(guò)利用殼面角點(diǎn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，確定控制坐標(biāo)。并且運(yùn)用高精度測(cè)量準(zhǔn)確地完成了空間定位和消除了系統(tǒng)誤差。這種方法快速、準(zhǔn)確解決了雙曲混凝土組合扭殼結(jié)構(gòu)的空間精確定位問(wèn)題，為模板支撐以及后續(xù)的施工奠定了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也為空間曲面的平滑度提供了必要的保證，這是論文的第二個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)（論文第4章）。
　　大跨度雙曲混凝土組合扭殼外形生動(dòng)、美觀，殼體由兩個(gè)方向的

6、直紋組成，支模、扎筋和預(yù)應(yīng)力筋鋪設(shè)等都很方便，與斜柱人字架組合后采用現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)，跨度達(dá)到100m，而且殼體的厚度達(dá)到130mm，無(wú)論是跨度還是厚度都較以往有所突破，這是論文的第三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)（論文第6章）。
　　大跨度雙曲混凝土組合扭殼屋蓋混凝土結(jié)構(gòu)施工完畢后，模板拆除順序的不同，對(duì)強(qiáng)度還未達(dá)到最大的扭殼結(jié)構(gòu)影響很大，本文采用有限元方法，對(duì)其施工拆模進(jìn)行了考慮多種拆模方式的優(yōu)化分析，通過(guò)優(yōu)化拆模方式和拆模順序，分析了不同拆模順序的

7、內(nèi)力分布，并通過(guò)對(duì)比分析，得到其最優(yōu)拆模方式和拆模順序。在雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)施工部分中，以華工扭殼為基本算例，重點(diǎn)討論雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐體系拆模順序的優(yōu)化，對(duì)雙曲混凝土組合扭殼屋蓋結(jié)構(gòu)滿堂腳手架施工拆模順序進(jìn)行了全面的優(yōu)化分析，將混凝土組合扭殼的主拉應(yīng)力控制作為其不利受力狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，并以此來(lái)確定合理的臨時(shí)支撐體系拆模順序。分析之前，考慮了多種拆除方式，并通過(guò)對(duì)比分析得出當(dāng)立桿間距為1.2m時(shí)，按照2.5m2/單元