索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工全過(guò)程分析

1、摘要與以往的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，張拉索一膜結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，必須引入預(yù)應(yīng)力使之具有一定剛度才能承受外荷載的作用，因此其全過(guò)程分析比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，包括形態(tài)分析、荷載分析、裁剪分析和施工過(guò)程分析等。我們的課題組對(duì)張拉索一膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析、荷載分析和裁剪分析都進(jìn)行了比較深入的研究，取得了一定成果，形成了一套較為完善的理論，但是對(duì)張拉索～膜結(jié)構(gòu)的施工分析才剛剛開(kāi)始探索。本文首先從由索單元組成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手來(lái)進(jìn)行施工分析，為以后對(duì)膜單元和索一膜組

2、合單元形成的張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工分析打下基礎(chǔ)。在預(yù)應(yīng)力的引入過(guò)程】會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：一是決定合適的預(yù)應(yīng)力，二是怎樣施加預(yù)應(yīng)力。同時(shí)，不同的施工張拉順序也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于復(fù)雜的大跨空間結(jié)構(gòu)，往往所有構(gòu)件不能一次張拉到位，需要分批分階段進(jìn)行張拉，這樣后張拉的構(gòu)件勢(shì)必對(duì)先張拉的構(gòu)件產(chǎn)生影響。所以施工過(guò)程分析歸結(jié)為確定施工順序和預(yù)應(yīng)力施加兩個(gè)問(wèn)題。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工分析以數(shù)學(xué)上的逆問(wèn)題分析原理為基礎(chǔ)，以大型有限元軟件ANSYS為平臺(tái)，利用

3、ANSYS提供的“生死”單元，主要計(jì)算在確定的施T順序下每一施工張拉階段構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力值。分別考慮了不同的施工順序、不等應(yīng)力和不同的預(yù)應(yīng)力水平對(duì)每一施工張拉階段的預(yù)應(yīng)力值的影響，對(duì)之進(jìn)行分析和比較，得出了相應(yīng)結(jié)論，為制定具體的施工方案提供了很好的借鑒和參考。本文還在參閱大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工方法進(jìn)行總結(jié)和分類(lèi)，同時(shí)提出了張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工總體設(shè)計(jì)過(guò)程和施工分析的數(shù)值分析框架。關(guān)鍵詞：索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，施工分析，預(yù)應(yīng)力，AN

4、SYS，“生死”單元京lj毫^掌Ⅲ掌∞論文第一章緒論11張拉索一膜結(jié)構(gòu)從上1眭紀(jì)70年代以來(lái)，膜結(jié)構(gòu)得到了迅猛發(fā)展。大跨空間結(jié)構(gòu)的需要，質(zhì)輕經(jīng)濟(jì)的材料，以及優(yōu)美的建筑形體，無(wú)不使膜結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出迷人的魅力。膜結(jié)構(gòu)大體t可以分為充氣式、張拉式和骨架式三種形式，張拉式膜結(jié)構(gòu)是膜結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的一種形式。所謂張拉式膜結(jié)構(gòu)就是通過(guò)給膜材直接施加預(yù)應(yīng)力使之具有剛度并與支撐桿和鋼索共同承擔(dān)外荷載的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)結(jié)構(gòu)覆蓋空間的跨度較小時(shí)，可通過(guò)膜面內(nèi)力直接將荷載

5、傳遞給邊緣構(gòu)件，即形成整體式張拉膜結(jié)構(gòu)；當(dāng)跨度較大時(shí)，由于既輕且薄的膜材本身抵抗局部荷載的能力較差，難以單獨(dú)受力，需要與索結(jié)臺(tái)，形成索一膜組合單元；當(dāng)跨度更大時(shí)，可將結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)較小單元，形成多個(gè)整體式張拉膜單元或索一膜組合單元的組合結(jié)構(gòu)。所以張拉式膜結(jié)構(gòu)又稱(chēng)為張拉索一膜結(jié)構(gòu)。1張拉索一膜結(jié)構(gòu)的基本組成：(1)形成膜面結(jié)構(gòu)的張拉膜材；(2)用于加強(qiáng)膜面的脊索和谷索以及將膜內(nèi)力傳向支承結(jié)構(gòu)的邊索；(3)支承索一膜結(jié)構(gòu)的支承體系(一般為剛

6、性)。膜材不僅是表面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，還是受力構(gòu)件。作為結(jié)構(gòu)材料，張拉膜材要能承受一定的荷載而不致引起過(guò)大變形，因而需要滿(mǎn)足一定的強(qiáng)度和剛度要求；同時(shí)為完成作為覆蓋材料所規(guī)定的建筑功能，還需要滿(mǎn)足美觀(guān)、防火、耐久、遮光等各項(xiàng)功能要求。實(shí)際上，在膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過(guò)程中索一般是必不可少的，鋼索和膜材同樣是主要受力構(gòu)件。加強(qiáng)索除了對(duì)于膜面受力起加強(qiáng)作用外，還起到了改變建筑造型的作用。尤其是谷索和脊索的靈活布置可能會(huì)給整個(gè)建筑帶來(lái)意想不到的效果。支承體系常