雜交張拉結構體系的靜力彈塑性分析及工程應用.pdf

1、空間結構，作為覆蓋無柱空間的大跨度結構，通常通過其自身三維的形狀和構成來抗力。它不僅要考慮結構的內(nèi)部空間構成，也要顧及結構對外部空間的影響，不僅要直接表達力學概念，也要通過其規(guī)模和形態(tài)來展示建筑意圖。 對于大跨度空間建筑而言，凡具有持久生命力的作品，往往是通過以下兩種途徑而產(chǎn)生：其一，通過結構體系的變革與創(chuàng)新來創(chuàng)造全新的建筑空間造型，如亞特蘭大佐治亞體育館(索穹頂)，但這需要一個長期研究、試驗、實踐的歷程；其二，根據(jù)建筑造型的特

2、點，來選擇適應性強且性能優(yōu)異結構體系，使建筑藝術與結構技術得以完美融合。顯然，后者在實踐中成功的可能性更大。 從結構的力學性態(tài)出發(fā)，常見的大跨度空間結構體系可以分為：抗彎抗剪體系，如桁架、網(wǎng)架；抗壓體系，如拱和網(wǎng)殼；抗拉體系，如索膜結構。若將兩種或多種具有不同作用力改向機制的結構體系結合在一起而構成的具有獨特受力特性的、高效的結構，稱之為雜交結構體系(HybridStructure System)。其最大特點在于不同結構體系之間

3、取長補短和協(xié)同工作，因而形式多樣、受力合理。 本文以雜交張拉結構體系為研究對象，以其中的張弦結構作為研究重點，以近年來國內(nèi)外成功運用該結構體系的實際案例作為工程背景，通過對其進行全面深入的靜力彈塑性分析，以期對該類結構體系的共性進行歸納和提煉，對各實際工程的特性進行總結和比較，得到關于該體系在靜力特性、穩(wěn)定性能、結構安全度等方面的一些有益結論。為雜交張拉結構體系在實際中的應用，如體系選型、方案分析、結構優(yōu)化、工程設計等方面提供一

4、定的參考。 本文第一章為緒論部分。首先從力學性態(tài)角度對空間結構的幾大主要類型進行了重新歸納整理，闡述了其受力特性。重點介紹了其中的雜交張拉結構體系，對其進行分類并重點闡述了其中張弦結構的主要特點和研究現(xiàn)狀；隨后，對張弦結構的研究現(xiàn)狀、研究重點及當前研究中的不足之處進行了闡述。最后，介紹了若干運用張弦結構體系的工程背景及本文的主要工作。 本文第二章主要介紹了非線性有限元的基本理論。 本文第三章結合同濟大學建筑設計研

5、究院近年來完成的張弦結構典型工程案例——北大體育館和泉州體育館，對張弦結構體系的靜力特性進行了深入分析和探討。首先，闡述了結構建模的若干要點，重點介紹了構件單元的選擇、單獨建模和整體建模、荷載施加、預應力引入方法等重點問題。其次，圍繞結構分析方法進行了討論，主要對線性分析和非線性分析、單獨建模分析和整體建模分析進行對比，從而對張弦結構的分析方法做了簡要總結；隨后，通過詳細而全面的參數(shù)分析對張弦結構的靜力性能進行深入分析；最后，通過實際工

6、程案例，對張弦結構的優(yōu)化設計進行了初步探討。 本文第四章對張弦結構的穩(wěn)定性進行分析。通過線性屈曲分析、幾何非線性屈曲分析兩種方法對工程案例進行整體穩(wěn)定計算：通過參數(shù)分析對張弦結構在考慮幾何非線性情況下的整體穩(wěn)定性進行了探討；最后，對張弦結構中的一個特殊問題——撐桿穩(wěn)定性——進行了分析和闡述。 本文第五章對張弦結構進行了彈塑性極限承載力分析。通過綜合考慮幾何非線性和材料非線性，運用彈塑性極限承載力分析方法，對張弦結構塑性發(fā)