基于遗传算法的自由曲面单层空间结构网格参数化自动生成及方向优化

自由曲面空间网格结构的力学性能和网格方向之间的联系复杂,难以快速直接地找到最优方向,若对结构网格方向进行多角度建模分析,则存在工作量大且准确性不易保证等问题。为了快速确定自由曲面空间网格结构的最优网格方向,提出一种基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向优化方法,以结构网格方向为优化变量,结合参数化建模软件Grasshopper和有限元分析软件SAP2000实现参数化分析,以结构应变能和结构最大位移两项力学指标作为优化目标,通过最小化目标函数实现结构网格方向优化。通过参数化编程,可实现快速自动优化,并结合工程案例,应用自动优化方法进行网格优化。结果表明:基于遗传算法的自由曲面空间结构网格方向自动优化法具有实用性和高效性,具有较高的工程应用价值。

八角型螺栓球节点研发、配件标准编制和工程应用

高强度螺栓的“假拧”是螺栓球节点空间网格结构普遍存在的安全隐患及事故诱因之一。为此,提出一种空间网格结构用八角型螺栓球节点,并对其进行系统研发。介绍了该节点的组成、安装机理和主要优点。基于对该节点的研发成果,编制发布了其关键配件的产品标准——《螺栓球节点用八角型高强度螺栓和套筒》(T/CSCS011—2021),对该标准的主要编制思路和要点进行了介绍。最后介绍了该节点在珠海机场二号航站楼指廊屋盖网架中的应用情况,对采用该节点的网架和采用焊接球节点的网架进行了对比分析,结果表明,两种节点形式网架的力学性能和设计指标基本相当,八角型螺栓球节点网架的经济性更好。上述标准和节点的首次工程应用为该节点的推广奠定了良好基础。

基于力密度的径向肋式索膜反射面天线形态设计

针对空间索膜结构的初始形态设计问题,提出基于力密度方法和控制索网网格面积大小的方法来对边界拉索张力设计和索网形状设计的天线找形迭代策略。首先将薄膜反射面离散为三角形膜单元,得到膜单元的等效力密度,结合索网结构特点,得到索网和薄膜的静力平衡方程。保证索网所有内部索段的张力相等,同时通过控制网格面积大小实现边界索段张力设计。对前索网形状进行设计,根据前索网的抛物面方程,更新前索网自由节点坐标,进而重新调整竖向索张力,同时控制网格面积大小,通过优化迭代过程,实现天线的形态设计。通过径向肋式索膜反射面天线算例表明,该方法能够得到满足形状和张力分布的设计结果。

机场复杂空间曲面钢网格结构屋盖施工关键技术

针对乌鲁木齐地窝堡国际机场换乘中心屋盖钢结构造型复杂、用钢量大、施工精度要求高、支撑结构形式多样等特征,提出复杂空间曲面钢网格结构施工技术与控制方法。综合开发超大型整体提升技术、分段拼装技术、数字化预拼装与管理技术等,高效解决了复杂异形钢结构施工难题。利用有限元软件MIDAS与ANSYS进行了施工全过程数值分析,对提升施工全过程中各构件内力与变形进行了验证,结果表明,各构件内力与变形均满足设计要求,成功完成了复杂空间曲面钢网格结构施工。

基于OpenSEES的圆钢管与螺栓球组配件的抗震性能研究

空间网格结构的超低周疲劳破坏隐患直接威胁着强震时数以万计的该类建筑安全性能。基于OpenSEES有限元分析软件,针对12根两端带螺栓球节点的钢管在大位移循环加载试验下的超低周疲劳性能进行数值模拟,分析得出计及节点影响、杆件双重非线性及材料疲劳损伤对螺栓球节点的圆钢管杆件滞回性能、力学指标及耗能性能等超低周疲劳性能的影响。结果表明:加载制度对于试验构件的超低周疲劳性能有直接影响,数值模拟与试验结果相近,所采用的疲劳损伤本构能够较为准确地描述构件超低周疲劳特性。

树状空间网格钢结构的模块化建造全过程模拟

新颖的建筑造型和严苛的施工环境对传统建造方法提出了挑战。基于某树状空间网格钢结构项目,提出了一种模块化建造施工方案,即预先对结构进行施工段分解,然后借助龙骨支撑架配合拉索将结构施工段逐块叠加、逐层安装。为了验证方案安全可行,借助有限元分析软件,对树状空间网格钢结构模块化建造过程中的结构施工段进行静力分析,并对“树干”和“网壳”的各施工段和整体结构进行了考虑初始几何缺陷和材料弹塑性的双重非线性的稳定性分析,模拟结果均满足规范要求。静力分析和稳定性分析的结果表明:树状空间网格钢结构的模块化建造受力合理,方案安全可行。

ARC/INFO GRID模块支持下的内蒙古土地利用与覆盖宏观空间结构分析

本文的研究中主要在遥感信息和ARC/INFOGISGRID模块支持下可视化分 析了2000年度内蒙古土地利用/覆盖在1km空间尺度下的宏观空间结构,有效地把握了各种 土地利用/覆盖类型的空间分布规律,在此基础上提出了基于宏观空间结构的内蒙古中西部草 原地区、内蒙古西部荒漠地区、东北部森林地区以及东部和南部农林牧交错地区的人类土地利 用模式。

竖转法在超大悬挑巨型带肋空间折板网格结构安装中的应用

广州新足球场是计划建设的国际顶级场馆,其钢罩棚最高点标高88.6m,悬挑最长91m,网格尺寸最大64m,为国内罕见的巨型带肋空间折板网格结构。基于项目钢罩棚的特点,创新性地引入桥梁竖转法思路,结合数值计算对竖转单元分组、竖转路径选择、提升架布置等核心技术问题进行深入剖析,并对竖转施工中关键工序的变形及内力进行分析,以全面验证方案的可实施性。结果表明:针对巨型带肋空间折板网格结构,采用三榀分组,将转铰布置于上拉力环杆件节点连接处,并设置提升架于场心的整体方案是可行的。相较于传统安装方法,竖转法在施工质量、安全、工期、造价等方面均有一定的优势,具有较好的推广价值。

某既有体育馆空间网架结构的检测与鉴定分析

基于北京市某体育馆工程实例探讨了既有空间网架结构的检测鉴定。根据现行钢结构检测技术标准及设计规范,对该空间网架结构进行检测并对其安全性和抗震性进行鉴定分析,为空间网架结构的检测鉴定提供了重要的理论价值和工程实用意义。

钢结构网架屋面增材制造接头的拓扑优化设计与分析

设计了一套用于空间网架结构钢接头参数拓扑优化(TO)设计、数值分析和增材制造的计算机辅助工作流程。通过参数化有限元(FEA)分析,对优化节点的结构性能进行了研究。考虑了影响柔度、最大位移、最大应力和应力分布的不同变量和参数。分析表明,目标体积决定了节点的结构行为,而过滤半径影响优化节点的几何细节。通过一个具有数百个钢接头的双层空间网架结构参数化优化设计框架,验证了所提工作流程的实用性。该工作流程自动化程度高,设计灵活性和集成度高,移植能力强。

大空间网架结构在公共建筑中的应用

很多公共建筑需要建成大跨度空间,利用大空间网架结构对屋面进行施工是合适的选择。以某飞机场的航空楼项目屋面网架结构施工过程为对象进行分析,首先对工程案例基本情况进行介绍,然后从安装准备工作、网架结构整体吊装、高空散装安装施工三个层面研究了相关安装流程以及关键技术,最后从质量和安全两个角度提出了有效的控制措施,为项目的顺利与安全推进奠定了良好基础。

南京某文娱中心大跨空间钢结构设计

南京某文娱中心为造型复杂的大跨空间钢结构体系,由异型屋面、超高排架柱和高大抗风幕墙构成。为满足屋面建筑造型和屋顶排烟等需求,提出了双向变高度的折板网架屋盖结构形式,最大限度降低了二次找坡的用钢量。基于可视化编程平台Grasshopper,通过分区处理的方式实现了屋盖的参数化建模,后导入3D3S进行结构分析和设计,结果表明该屋盖整体刚度较好,满足设计要求。屋盖下方采用25根无侧向支撑的超高排架柱提供支承,针对柱高10~60m的情况,对比了混凝土柱、四肢钢管格构柱、四肢钢管混凝土格构柱在截面、成本和功能等角度的差异,最终确定采用经济性和功能均较好的四肢钢管格构柱。根据不同区域特点,将抗风幕墙分为落地幕墙和吊挂幕墙,探讨了它们与主体结构的连接方式,并针对落地幕墙进行了平面桁架、立体桁架和实腹箱形柱3种幕墙结构方案的比选,最终采用成本最低的平面桁架方案。

上海世博温室张弦铝合金网格结构体系研究与工程应用

以上海世博温室热带雨林馆(P3)为工程背景,结合温室建筑对结构通透性的需求,首先对平板型屋盖结构体系的设计难点进行分析,对结构体系方案进行比选及计算分析研究。采用小模量非线性有限元方法并结合边界条件对屋盖结构进行找形分析,构建张弦网格结构体系,进一步对比分析了张弦网格结构体系和蜂窝型空间网架结构的特点,分析结构体系的竖向和水平向抗力系统。结果表明两种结构体系均能满足结构刚度、稳定性及受力要求,都可有效解决多边形铝合金平板型结构面外刚度不足的难题,且对屋盖结构复杂边界的适应性好。结合项目建筑效果、加工和施工难度等综合考虑,本项目最终实施方案为张弦铝合金网格结构体系,可推广应用于自由曲线边界屋盖建筑中。

基于深度学习的空间网架结构健康检测研究

随着空间网架结构的普及,结构的健康检测是一个亟需解决的问题.根据网架结构中杆件分布规律,传力明确等特点,设计一个29个节点,76根杆件的网架模型.对模型分别在完好状态与部分杆件损伤时采集节点响应时程曲线,并将曲线时程信息作为输入向量,构造损伤信息矩阵,采用深度学习算法分步建立深度学习网络,并进行训练.通过建立精简化的网络,对单杆与多杆损伤工况进行损伤位置和损伤程度的识别.结果表明:建立的网络可以很好地识别结构的健康状态,该网络对实际应用具有参考价值.

航站楼大跨钢结构温度效应分析

为研究航站楼大跨钢结构在施工过程中的温度效应,利用光栅光纤传感器对屋盖钢结构进行温度与应力的实测,给出了结构的非均匀温度场分布规律,详细研究了温度与应力的关系及温度应力的大小,运用有限元模拟,得到温度应力变化模拟值,与实测数据进行对比。研究结果表明,日照作用下钢网架结构的温度场具有非均匀性和时变性,温度与应力存在高度相关性,线性拟合效果较好,模拟值普遍大于实测值,为大跨度空间钢结构的设计和施工提供了有益的参考。

某隧道洞口菱形网架的方案构思与结构优化设计

对某城市的隧道洞口遮光段装饰菱形网架的方案设计与结构设计过程进行介绍。在方案阶段,以“山水”形态为构思主题,采用Rhino+Grasshopper建模得到纯三维造型的曲面。在结构设计与优化阶段,为了便于处理结构构造,对方案阶段的模型进行修改和结构优化,并通过MIDAS计算和结果调整,使最终网架结构的支撑位置趋于合理,结构重心稳定,结构刚度增大,满足钢结构规范、网架结构相关规范的要求。结果表明,Rhino+GH+MIDAS的方案、结构一体化设计流程十分高效,适合做此类三维钢结构的结构设计。

某工业厂房网架屋盖安全性鉴定分析

对既有结构进行检测与安全性鉴定可了解结构安全现状,排查安全隐患。对某服役接近20年的工业厂房网架屋盖结构进行了使用状况及荷载作用等的详细调查,检测了构件力学性能、构件缺陷与损伤、结构变形、结构与构件连接等项目;结合现场检测的结果、实际荷载状况及现行标准规范等对屋盖网架进行建模计算,做了结构分析和校核。对网架屋盖系统进行了安全性及使用性等级评定,并提出了处理建议,为后续使用及加固修复提供依据。

对标准JG/T 10—2009的修改建议

螺栓球钢网架广泛应用于空间结构,产品标准JG/T 10—2009《钢网架螺栓球节点》已发布十余年,至今未进行修订。对标准JG/T 10—2009中规定不够明确的内容进行了讨论,并与GB 50205—2020等其他相关标准进行对比分析,提出了相应的修改建议。

滨江高级中学体育运动中心结构设计

滨江高级中学体育运动中心是综合性的体育馆。根据建筑的平面跨度及方案要求,在比较了空间立体桁架、张弦梁结构、空间网架结构的基础上,屋面最终选择了简洁美观、方便施工的正放四角锥网架结构。为减小跨中挠度,结合屋面建筑造型特点,屋面一端采用大悬挑网架并与主屋盖连为整体,该结构形式完全能符合受力性能要求。体育运动中心下部采用钢筋混凝土框架结构。文章介绍了该工程的结构体系的确定,根据设计难点及超限情况,采取相应的结构措施。详细介绍了结构抗震性能化设计过程,以及大跨度钢屋盖与主体结构的设计。采取有效措施,解决了结构超长、温度应力等问题。结果表明,该结构计算结果均能满足规范要求。