自由曲面钢筋混凝土壳体结构设计

文章主要阐述了基于编程技术和结构敏感性分析的自由曲面钢筋混凝土壳体结构的设计方法。作者选取了采用这项技术的5个工程案例,从建筑概况、优化分析、钢筋布置和建造4个方面展开分析,展现了这项技术在创造有机单层壳体屋面形式过程中的重要作用和实际可行性。

大跨度自由双曲面清水混凝土密肋梁壳体结构施工技术

以琴台美术馆项目自由双曲面清水混凝土密肋梁壳体结构为背景,以达到清水混凝土成型观感效果为目标,研究双曲面结构的支撑体系及模板背楞体系,分析各类支撑及模板方案的优缺点,通过BIM技术在支撑体系上采用贝雷架+扣件式满堂架支撑体系以及在模板背楞体系选用了定制弧形双钢管及定制变截面方木背楞方案,在安全性、经济性上都有良好效果,自由双曲面密肋梁壳体结构的质量控制达到清水混凝土的设计要求。

大跨度自由双曲面清水混凝土密肋梁壳体结构施工技术

以武汉市琴台美术馆项目自由双曲面清水混凝土密肋梁壳体结构为背景,为达到清水混凝土成形观感效果,对比分析了各类支撑及模板方案的优、缺点。通过BIM技术的助力,最终采用贝雷架+扣件式满堂架的支撑体系,以及定制弧形双钢管+变截面木方的背楞方案。经实践,该方案在安全性、经济性上都有良好的效果,并可满足清水混凝土的设计要求。

基于直接自由曲面变形技术的液环泵壳体优化

对液环泵壳体型线进行优化分析,提出了基于直接自由曲面变形(DFFD)方法的液环泵壳体型线的响应面优化方法.采用DFFD方法对液环泵壳体型线进行精确的参数化控制,在控制变量空间进行了试验设计,采用VOF模型对液环泵内的气液两相流动进行数值模拟,对液环泵壳体型线进行响应面优化分析,建立了液环泵壳体型线与其进口真空度及效率之间的响应关系,实现了对液环泵进口真空度及效率的优化.算例优化结果表明:壳体型线对液环泵水力性能有较大的影响,在一定范围内可实现泵效率及进口真空度的提高;具有较大吸气区面积扩散比的壳体型线所对应的液环泵具有较高的进口真空度,而泵的效率随该面积比的变化规律正好相反;在试验设计变量空间,泵的效率随其进口真空度的增大近似呈线性下降趋势.

自由曲面壳体几何造型的研究

提出了一个自由曲面壳体实体造型的方法 .以船体为例 ,首先用准均匀 B样条方法构造出船舶壳体的内表面 ,通过计算曲面网格点法向等距离的对应点 ,生成偏置外表面 .以内外表面为边界面 ,构造复杂的船舶壳体 .介绍了曲线曲面数据小波压缩的原理 。

自由曲面混凝土结构力学特性

为了研究自由曲面混凝土结构的力学性能,合理选取混凝土材料本构方程,利用有限元分析软件ABAQUS,建立自由曲面混凝土结构的有限元分析模型,通过与相关试验的对比验证有限元模型的正确性.研究典型自由曲面结构的内力分布特性、荷载-位移曲线与破坏模式、初始缺陷.结果表明:薄膜第一主应力在负高斯曲率区受拉较大,正高斯曲率区受拉较小;薄膜第二主应力在正高斯曲率区受压较大,负高斯曲率区受压较小;上、下表面第一主应力分布模式类似;结构在正、负高斯曲率过渡区的弯曲内力与薄膜内力比值较大,其他位置很小;荷载-位移曲线没有下降段,结构破坏模式为强度破坏;结构对初始缺陷的影响很小.对2个实际工程进行力学分析,验证了所归纳力学特性的正确性.

基于编织结构的混凝土壳体建造研究

混凝土壳体是一种优美却不易建造的建筑形式,设计方法的复杂性以及建造需要的大量人力限制了它的应用。研究借助一种能够建造自由曲面的编织结构,提出了一种创新性的混凝土壳体施工方法,意图在保证壳体成形的情况下使建造更便宜、操作更方便。该方法基于我们提出的一种主动弯曲的编织结构,由编织结构模具、承载面和边缘节点三层系统组成。这种基于编织结构的混凝土壳体建造方法的优势在于,编织结构不仅能够节省建造的时间、材料和人力投入,而且可以在不使用数控加工设备的情况下实现混凝土壳体形状的多样性。

自由曲面混凝土壳体结构静力试验研究

自由曲面结构不仅要具备良好的建筑表现力也要保证其受力合理性。利用自由曲面结构形态创建的非均匀有理B样条-梯度法(NURBS-GM)得到典型的凹凸自由曲面作为研究对象,制作混凝土壳体模型结构并进行静力试验研究。结果表明:弯曲应力在正负高斯曲率过渡区与支座附近较大,但整个结构主要仍以薄膜应力的形式抵抗荷载,随着荷载的增加薄膜应力分布有所变化,特别是正负高斯曲率过渡区变化较显著。上表面裂缝在正负高斯曲率过渡区出现并向支座附近发展,下表面则基本是加载点附近裂缝的连线并延伸至支座附近。整个加载过程中,裂缝出现较晚,但数量较多,最终在加载点附近发生局部强度破坏。荷载-位移曲线在弹性阶段斜率较大,并有较长的塑性发展段。采用ABAQUS有限元分析软件对试验模型进行有限元模拟并与实测数据进行对比,二者吻合较好。

基于有限元差分法的形态创构方法研究

在形态创构方法中,较多的是建立在反映目标函数与设计变量关系的敏感度计算基础上。然而,利用解析法确定敏感度不仅需要复杂的数学推导,而且对目标函数的解析性要求较高,当形态从弹性发展到弹塑性时,难度进一步增加。首先,本文利用Taylor级数展开式推导出目标函数敏感度的中心差分格式,并分析讨论差分格式的精度与收敛性以及采用差分格式敏感度时的迭代步长确定方法。其次,以曲面结构高度参数坐标为设计变量、以结构应变能作为目标函数,建立了基于有限元差分法的形态创构方法。同时通过以往的工程实例作为算例,考察了方法的特性与力学性能变化特征。最后,利用ANSYS有限元软件对所得到的结构进行了应力分布特性以及结构稳定性与初始缺陷对极限承载力影响的分析,验证了方法的可靠性。该方法可以扩展到弹塑性问题,而且也可以克服以往敏感度分析中对目标函数解析性的苛刻要求。

琴台美术馆结构分析与设计

琴台美术馆的下部结构采用板柱-剪力墙结构,上部屋盖采用仿山地地形的自由曲面混凝土壳体结构,屋盖壳体同时采用了密肋梁板和实心板2种结构形式。全面介绍了琴台美术馆的结构布置特点和采用的计算分析手段,对屋盖受力变形性能进行了详细分析,重点介绍了2个方面的内容:1)中央穹顶的受力性能和设计;2)支撑屋盖的细长钢骨圆柱的受力性能和设计。计算分析结果表明:针对跨厚比较大的板壳穹顶和细长钢骨圆柱,应采用考虑混凝土开裂的刚度折减模型进行二阶弹性分析和承载力复核,以确保结构安全可靠。

化羽成蝶——花博会世纪馆的“蜕变”历程

从经济性等建筑的本质问题入手,让"蝴蝶"在各方面都合理的前提下"落地",是解答世纪馆这一道"命题作文"的关键。纵观全局,世纪馆的设计历程正如"化羽成蝶"一般,是一场逐渐突破限制条件,实现价值升华的"蜕变"。