大跨铝合金自由曲面网壳设计研究

G60拉斐尔科创云廊屋盖的一期工程尺寸为736m×126m,为超长大跨铝合金自由曲面网壳结构。屋盖通过钢结构树状柱支撑于11栋高层建筑屋顶。阐述结构设计过程中关键指标的设计以及荷载取值的原则,通过应变能最小的原则开展屋盖结构找形的研究,介绍屋盖结构中支撑体系设计和网格布置的考虑因素,进一步说明结构分析的关键计算结果。重点介绍本项目的铝合金板式节点性能研究,开展两组板式节点足尺轴压试验,并与有限元模拟对比分析,结果验证了有限元建模的有效性,并为结构设计的安全性和构造的合理性提供数据支撑。同时进行了3组试件抗剪加强节点试验,对比分析3种不同类型板式节点的受力特性和破坏现象。结果表明抗剪键具有良好工作性能。

基于节点坐标的复杂曲面网壳安装分析及应用

为解决设计节点坐标的自由曲面空间网壳结构在复杂内力效应条件下的安装,本文结合某展示馆大跨度复杂空间网壳结构的工程背景,重点探讨研究采用模块化安装的支撑架设置及验算分析、采用可调胎架地面完成造型拼装、安装与卸载等关键技术,解决了复杂曲面网壳采用箱型截面直杆件时,通过节点坐标取得成型效果的高空造型施工难题,并运用有限元软件对安装全过程进行模拟施工分析。结果表明:杆件最大应力比、附加应力比及安装精度均满足规范和设计要求,安装方案安全可行,可为类似结构安装提供参考。

某自由曲面单层网壳结构设计与节点分析

以某购物中心中庭采光穹顶自由曲面单层网壳为研究对象,介绍了网格划分原则及结构布置,分析了恒载、活载、雪荷载、风荷载、温度作用及多遇地震作用等多种工况下的静力受力变形性能,验算了结构的整体稳定性能。对比研究了活载的不均匀分布对结构线性屈曲承载力的影响,结果表明活荷载的不均匀分布不影响本工程单层网壳的稳定承载力;并进行考虑结构初始缺陷的非线性屈曲分析。采用多尺度有限元分析方法,对比分析了三种不同尺寸的中心圆筒节点受力性能,节点有限元分析能真实反映节点的受力性能及其对整体结构性能的影响,可为其他类似工程提供参考。

某海螺形自由曲面单层网壳结构形态构建和整体稳定分析

通过三维建模软件Rhinoceros及其可视化编程插件Grasshopper,参数化建模出一种海螺形自由曲面网壳结构.采用ANSYS软件对该结构进行几何非线性分析,研究不对称荷载和初始几何缺陷对结构整体稳定性的影响.采用本文的自由曲面建模方法可以方便、快捷、参数化地设计出建筑师想要的不规则曲面建筑.分析表明:该结构对不对称荷载并不敏感,具有较强的抵抗非对称荷载的能力,初始几何缺陷的存在对该结构有利,该结构的整体稳定性良好,满足规范要求.

基于模拟植物生长算法的自由曲面空间网格结构形状优化方法

针对自由曲面空间网格结构形状优化问题,将模拟植物生长算法(PGSA)引入结构形状优化领域。根据PGSA基本原理,提出双生长点并行生长机制、迭代稳定性判断机制及增强型随机多向搜索机制,并和基于生长空间限定与并行搜索算法(GSL&PS-PGSA)相结合,建立了基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法。该方法以广义形状参数表征形状优化设计变量,可有效避免产生奇异结构并提高优化效率。在此基础上,给出了相应的形状优化模型及流程,并采用MATLAB及ANSYS二次开发语言APDL编制了优化程序。对典型合理拱结构曲面及自由曲面网壳结构进行算例分析,结果表明:所提出的PGSA新机制显著提升了算法的寻优能力及稳定性;基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法,其优化效果明显,发掘了结构的合理形态,改善了结构的受力性能,适用于多变量、多荷载组合及复杂约束的大规模自由曲面空间网格结构形状优化,为复杂形体空间结构的设计选型提供了新的途径。

内蒙古乌兰察布机场航站楼超限结构设计分析

内蒙古乌兰察布机场航站楼上部屋盖采用自由曲面钢结构网壳,下部采用钢筋混凝土框架结构。其中屋盖结构单元长360m,宽约99m,属于超限工程。针对抗震超限,设定工程结构的性能化设计标准,进行静力分析、弹性时程分析、非线性极限承载力分析、动力弹塑性时程分析及重要节点的有限元分析。本工程进行了刚性模型风洞试验,结合风洞试验结果在分析过程中充分考虑了各方向风的作用;同时考虑了温度作用及各方向不利地震作用等。分析结果表明:主要指标满足现行规范和规程的要求,结构设计能够达到预期的抗震设防目标。本工程创新性地设计了钢柱脚节点做法,较好地解决了钢柱与混凝土结构的连接问题,施工简单,减少用钢量。

十六铺天蓬玻璃连接系统的研究

作为十六铺游轮码头的重要景观建筑,十六铺飘带自由曲面天蓬犹如一缕缕薄纱,飘逸于黄浦江畔。该天蓬不仅作为景观建筑,同时作为地面游客遮风避雨的走廊,还是地下商场的采光通道。整体飘带由四个独立单体组成,各个单体均为自由曲面造型,顶面采用隐框玻璃幕墙装饰,构件采用焊接矩形钢管,结构上采用单层网壳结构体系。由于主要分格为四边形,且整体造型为自由扭曲面,玻璃板块的连接系统的难度极大,其连接方式与传统平面隐框幕墙系统有本质的区别,主要体现在面板对转动角度的适应、与扭曲钢结构表面的配合、拼缝处玻璃表面的连续性,同时还要保证对四边形曲面玻璃的适应性。本文主要阐述玻璃连接形式的演化过程。