大跨度单层空间网格结构连续性倒塌动力效应分析及简化模拟方法研究

为评估大跨度单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应,并确定此类结构静力分析时所采用的荷载动力放大系数,构建了单层空间网格结构抗连续性倒塌的单自由度子结构模型,推导出考虑初始状态下子结构在线弹性、弹塑性阶段的动力放大原理,通过数值算例分析验证了其正确性。提出适用于单层空间网格结构的连续性倒塌动力效应简化模拟方法,通过算例验证后给出单层网壳结构荷载动力放大系数的建议取值范围。研究表明:不考虑初始状态时,弹性阶段下的位移动力放大系数、荷载动力放大系数趋势保持一致;弹塑性阶段下,随着塑性的发展,荷载动力放大系数逐渐减小,位移动力放大系数逐渐增大。考虑初始状态后,虽然两个动力放大系数的变化趋势未发生改变,但值均显著减小,与理论分析结论一致,因此必须考虑初始状态的影响。此外,对于单层网壳结构,当DCR<0.7时,建议荷载动力放大系数取1.7~1.9;当DCR>0.9时,建议取1.4~1.6。

单层折面空间网格结构可拆装式支撑胎架性能的监测与分析

针对深圳大运中心主体育场钢结构工程单层折面空间网格的结构特征和施工难度,确定了采用四角锥台形胎架与可拆装式标准节形胎架相结合的支撑方案,并将施工过程模拟计算结果与实时监测数据进行对比,验证了支撑设计的合理性与经济性。

40m单层网格折板结构的动力特性分析

针对单层网格折板结构的动力特性问题,基于通用有限元分析软件,采用子空间迭代法得出该结构自振频率,并分析了各阶振型的特点,分析结果表明:结构二十阶频率具有明显的阶跃性,低阶振型主要表现为围护结构水平方向的振动,并根据各因素对振型和频率的影响程度不同,得出了矢高、边脊线高度、环杆高度、外加质量分别对结构基频的影响大小。

深圳大运会体育中心单层折面空间网格结构概论探讨

提出并初步探讨了折面空间网格结构。以实际工程为例,对这一创新结构的定义、理论、分类、特点、技术方案比选、研究课题等进行全面介绍。

单层折面空间网格结构概论探讨

本文提出并初步探讨了单层折面空间网格结构。以实际工程引述，对这一创新结构的定义、理论、分类、特点、技术方案比选、研究课题等作了全面介绍。

单层折面空间网格结构临时支撑体系的设计与应用

针对深圳大运中心主体育场钢结构工程单层折面空间网格的结构特征和施工难度,设计了两种临时支撑体系方案。通过有限元模拟计算结果的对比分析,确定采用四角锥台形胎架与标准节形胎架相结合的支撑方案,并将支撑与钢结构整体模拟计算结果与实时监测数据进行对比,验证了支撑设计的合理性与正确性。

索支撑空间网格结构强震下破坏模式研究

索支撑空间网格结构是一种采用独特网格形状、网格形式、曲面形态的新型单层网壳结构,其在强震下破坏模式和其他单层网壳结构不同,具有一定的特殊性。为此,本文基于有限元软件ANSYS,同时考虑几何非线性和材料非线性,对3类矢跨比的椭圆抛物面索支撑空间网格结构进行弹塑性时程分析,考察结构位移与应力等响应指标,研究索支撑空间网格结构地震作用下破坏模式。通过典型算例的计算分析,得到索支撑空间网格结构两种主要的破坏类型,第一类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加明显,结构破坏有一定征兆;第二类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加不明显,结构破坏较为突然,没有明显征兆。在破坏模式成因方面提出拉索破坏是影响结构破坏模式的一个重要因素。另外,文中还考察了破坏过程中位移与应力的分布发展状况。

索支撑五、六边形网格单层球面网壳结构研究

文章利用有限元软件3D3S和ABAQUS,以六边形对角布索方案建立了跨度50m,矢跨比1/5的索支撑五、六边形网格单层球面网壳和相应的单层球面网壳的数值模型,对其杆件应力比、刚度、动力特性和稳定性进行了比较研究。结果表明,该类型索支撑单层球面网壳的力学性能均优于相应的五、六边形网格单层网壳结构;索支撑五、六边形网格单层网壳的杆件分布相对较为稀疏,具有较好的建筑视觉效果。

《深圳大运中心主体育场单层折面空间网格钢结构施工综合技术研究与应用》科技成果通过专家鉴定

2012年9月5日，深圳市土木建筑学会主持了中建钢构有限公司完成的“深圳大运中心体育场单层折面空间网格钢结构综合施工技术研究与应用”科技成果鉴定，鉴定委员会认为该技术包括的建筑用厚壁小径厚比钢管热成型技术、大型空间构件组合及重型多分枝铸钢节点吊装与定位技术、单层折面空间网格钢结构现场焊接技术、计算机控制集群大吨位千斤顶同步分级卸载技术等技术含量高，社会经济效益显著，该成果己达到国际领先水平。

大悬挑单层斜交网格柱壳钢屋盖结构方案与复杂节点研究

铜梁站候车大厅钢屋盖为三纵一横4个柱形壳体相贯形成的空间曲面屋盖,采用主受力拱+斜交菱形网格的单层网壳结构体系,屋盖下部落在8个倒V形混凝土柱墩上,柱墩底为桩基础。对该屋盖进行力学性能分析以及不同加强措施的对比研究,揭示了该类屋盖的变形及受力特点。为兼顾结构受力、建筑效果和材料用量,针对屋盖构件截面形式和网格尺寸进行了方案比选,最终确定采用箱型主拱+窄高箱型次杆的结构方案,网格尺寸为3m×3m,计算后各项指标均满足要求。节点设计方面,对屋盖节点,通过调整构件局部轴垂直于屋面法向,保证节点美观和施工可行;对多杆汇交的柱脚支座节点,进行了专门的连接设计和节点有限元分析,确保传力的可靠性。

沈阳文化艺术中心单层折板空间网格结构整体模型试验研究

沈阳文化艺术中心主体结构采用不规则单层折板空间网格结构,此结构面内、面外刚度受结构折板构型影响较大,内力分布与整体稳定性对折板构型的变化敏感。因此,对该结构进行了整体模型试验,以考察结构设计的安全性。针对试验模型构型复杂、加载难度大等特点,设计了基于"并联弹簧拉索按刚度分配荷载"的顶面网格加载系统和基于"使用定滑轮实现荷载转向"的侧面网格加载系统,完成对模型竖向恒载、活载与水平风载工况的有效模拟。试验结果表明,在设计荷载范围内,随着荷载的增大,结构位移与内力响应基本呈线性发展,模型竖向荷载向基础的传递主要依靠竖向主构件实现,环向主构件起拉结作用。同时,对模型结构进行了有限元分析,分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的合理性与分析结果的准确性。在此基础上,进行了原型结构的稳定承载力分析和出现局部破坏时的抗连续性倒塌分析,证实该结构在设计荷载下具有足够的稳定承载能力和抗倒塌性能。

网格形式对大跨度体育馆整体稳定性影响分析

大跨度体育场馆造型结构形式复杂多样,由于跨度大,结构的几何非线性程度高,结构设计由稳定性控制。以某复杂大跨度体育场馆为分析对象,对该结构的大跨度单层空间网格结构进行选型,分别建立了凯威特型、施威德勒型、联方型3种不同空间网格形式下的大跨度体育场馆模型,利用3D3S14.0软件对不同网格形式下的体育场馆进行整体稳定性分析。在控制用钢量及控制K值不变条件下,分别对比不同形式空间网格结构的整体稳定性。研究表明,联方型空间网格的K值为17.5,整体稳定性最好。

某大跨度空间钢结构屋面的结构方案选型

大跨度空间钢结构的结构方案选型是一个综合性的多目标决策问题。为了阐明结构方案选型阶段的设计思路,以某大跨度空间钢结构屋面项目的结构方案选型为例,依照建筑造型设计要求,从建筑适应性、结构受力合理性、施工可行性和经济性方面对多种结构方案的优缺点进行对比。结果表明,适用于该工程的最优结构方案为三向网格型单层球面网壳结构。

装配整体式空间钢网格正交斜放盒式结构在多层大跨度工业建筑中的设计与应用

介绍装配整体式空间钢网格正交斜放盒式结构体系在某实际工程中的应用,并与普通钢框架结构体系进行对比,分析了两种结构体系的周期、位移比、层间位移角、梁设计弯矩、楼面线弹性挠度和经济性能。结果表明,这种新型结构体系在力学性能和经济性能方面均优于普通钢框架结构体系,能够满足多层大跨度工业建筑的相关要求,为今后该结构体系在大跨度结构设计中的应用提供参考。

单层空间网格结构抗连续倒塌的多尺度有限元模型分析

采用多尺度有限元模型对单层空间网格结构进行抗连续倒塌分析,综合了不同类型单元在有限元分析中的优点,有利于提高计算精度,合理确定不同类型单元之间的连接是确保其计算精度的关键.以两个单层空间网格结构的典型子结构拟静力试验结果作为校验,探讨了多尺度有限元模型在空间网格结构抗连续倒塌分析中的应用,提出了基于位移一致原则的不同尺度单元之间连接关系建立方法.以此为基础,完成了Kiewitt与Geodesic单层球面网壳的抗连续倒塌分析.研究结果表明:采用所提出的位移一致原则,连接界面与微观响应区域保持适当距离,可以得到结构计算的最优近似解;多尺度有限元模型在节约计算资源的基础上能够得到正确、合理的计算结果,采用刚性节点假定能够进一步减少模型的单元数量;多尺度有限元模型分析能够更为细致地显示局部应力分布,寻求网格结构失效的起始位置.此外,由多尺度有限元模型所建立的空心球节点,能较好地模拟结构的实际受力工况.

大跨度单层空间网格结构抗连续性倒塌分析

大跨度单层空间网格结构冗余度小,对缺陷比较敏感,施工效应的影响大,某些关键杆件的失效极易引起结构连续性倒塌。基于能量平衡原理,考虑构件失效前结构的已有变形,建立了空间网格结构及构件的能量平衡方程,推导出结构抗力与构件抗力的关系式。根据单层空间网格结构的失效模式,构建结构抗连续性倒塌的子结构模型,分析大跨度单层空间网格结构的抗连续性倒塌机制,即梁机制、拉结机制、梁-拉结相关机制以及压杆机制,提出了相应机制下抗力需求的理论计算方法和抗力-位移曲线,并通过数值算例分析验证了所提方法的正确性。此外,对备用荷载路径法进行了修正,提出用于抗连续性倒塌分析的考虑施工效应的等效荷载卸载法,将该方法通过算例进行验证后应用于世界大学生运动会主体育场结构的抗倒塌分析中,结果表明该方法更加接近实际,结果更为可靠。单层空间网格结构的抗倒塌机制在杆件失效后的内力重分布过程中发挥重要作用,世界大学生运动会主体育场结构具有较好的抗连续性倒塌性能。

单层折面空间网格结构性能研究及设计

结合深圳世界大学生运动会体育中心主体育场结构设计的关键问题,剖析单层折面空间网格结构的受力机理,对其刚度与变形控制、动力特性设计、极限状态下受力破坏机理、稳定承载力及强度设计等问题进行了探讨与研究。研究表明:提高径向拟桁架体系的抗弯刚度,如增大立面拟桁架柱中构件的截面积,以及增大屋面折面或立面折面的高跨比是提高结构整体刚度的有效方式;设置肩谷环向构件能够显著减小结构的自振周期,从而减弱风振效应;应重视受力较大的拉弯主构件设计,其与节点的连接部位在施工时应重点控制焊接质量。合理设计下,单层空间折面网格结构具有良好的刚度、稳定承载力性能及变形能力,同时具有足够的安全储备,在关键部件失效的情况下不会发生连续倒塌。

空间折板式斜交网格结构施工仿真分析

空间折板式斜交网格结构由于结构体系及节点构造复杂,施工过程中影响结构受力和变形的因素众多,对整个施工过程进行仿真分析和监测成为保证结构施工安全的重要技术措施。以黄石体育馆钢屋盖工程为例,基于有限元理论的状态变量叠加法,进行了其施工过程的仿真分析,确定了施工过程中屋盖结构的关键杆件与部位,并现场监测了主要杆件的应力和节点的位移。结果表明,施工仿真计算值与实测值吻合较好,验证了施工仿真分析方法的有效性和监测的可靠性。

独角兽岛启动区展厅钢结构设计及BIM应用

独角兽岛启动区展厅建筑造型突破常规,多重曲面的流线造型构建成复杂的空间异形造型。平面近似椭圆形,立面及屋盖采用独特的空间自由曲面。整个外罩形成以中庭漏斗网格筒、外围立柱、外环曲线立体桁架及单层网格组成的多重复杂空间结构;屋盖和采光中庭网格筒室内空间结构构件外露,采用大高宽比特窄翼缘焊接矩管单层网格结构实现建筑、结构、幕墙完美结合。介绍了本工程的结构体系,屋盖方案演变及杆件截面优选,对结构进行了单体模型及总装模型分析,论述了结构的变形、内力和应力分布特点、整体稳定性分析,对单层网格结构中各类节点的适用性进行比较,选取关键节点进行有限元应力和刚度分析,确保节点的受力可靠。同时鉴于结构平面、空间关系复杂,对该项目进行了BIM设计,并介绍了本工程BIM正向设计流程及其创新应用。

浙江科技学院学生活动中心大跨度复杂折面形屋盖结构设计

浙江科技学院学生活动中心建筑造型复杂,其屋盖和幕墙共同组成的外围护体系为复杂的空间折面结构,采用了双层网架和局部单层网壳组成的空间网格结构体系。对该结构的结构构型及其支承条件进行介绍,并对结构的静力特性、动力特性和稳定性能进行了详细分析计算。分析结果表明,该结构体系是一种能充分体现结构的力学形态和优势、合理的经济指标,且满足建筑的空间视觉效果和美观要求的结构形式。