后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的找形研究.pdf

1、后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是一種特殊網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，與直接在目標(biāo)位置上組裝構(gòu)件的普通網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不同，后成形網(wǎng)殼首先搭建由剪式鉸節(jié)點(diǎn)連接的雙向通長構(gòu)件的平面網(wǎng)格，然后通過頂升內(nèi)部節(jié)點(diǎn)或者推動邊界節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)曲面造型。雖然后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)單元尺寸統(tǒng)一，節(jié)點(diǎn)形式簡單，且能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的曲面造型，但目前世界范圍內(nèi)僅有十余座建筑采用該結(jié)構(gòu)形式，制約其工程應(yīng)用的一個重要原因在于結(jié)構(gòu)找形較困難。
　　傳統(tǒng)的后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)找形方法大多從邊界形狀已知的平面網(wǎng)格形態(tài)出發(fā)，采

2、用物理或數(shù)值方法找到對應(yīng)的曲面造型，其缺點(diǎn)在于找形過程是被動的、經(jīng)驗(yàn)性的，需要反復(fù)調(diào)整平面網(wǎng)格的邊界形狀才可能找到令建筑師滿意的曲面造型。顯然對于后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的找形問題而言，更具工程意義的是與傳統(tǒng)找形過程相對的逆向問題，即以建筑師給定的曲面造型為已知條件，直接找到能準(zhǔn)確構(gòu)建出該曲面造型的通長構(gòu)件平面網(wǎng)格形態(tài)。
　　本文基于向量式結(jié)構(gòu)力學(xué)，提出了一種新的后成形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的找形計(jì)算方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)由目標(biāo)曲面造型反向求得初始平面網(wǎng)格

3、形態(tài)的目的:在目標(biāo)曲面下方布置足夠大的平面網(wǎng)格，施加虛設(shè)氣壓面荷載使其發(fā)生運(yùn)動、變形，直至網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)曲面完全貼合;切除曲面范圍外的網(wǎng)格，并對曲面邊界處的節(jié)點(diǎn)添加約束;移除虛設(shè)荷載和曲面，即可得到在給定曲面下后成型網(wǎng)殼的成形形態(tài);釋放結(jié)構(gòu)成形態(tài)中的內(nèi)力，得到對應(yīng)的通長構(gòu)件平面網(wǎng)格形態(tài)，即結(jié)構(gòu)初始態(tài)，找形結(jié)束。為解決網(wǎng)格在成形模擬過程中涉及到的節(jié)點(diǎn)自由度耦合、接觸等問題，本文推導(dǎo)了基于六自由度節(jié)點(diǎn)的空間梁單元的顯式求解方法和自由度耦合的