裙摆形单层自由曲面钢网格施工技术

结合上海国际航空服务中心外立面施工,对大规模裙摆形单层自由曲面钢网格施工技术进行了研究。通过合理选择安装方案、分区(段)、临时支撑布置、分区卸载方案,顺利完成了钢网格安装,网格形状、线形、杆件应力、变形均达到设计与规范验收标准,总结的施工经验可供类似工程借鉴。     

基于自定义单元法的自由曲面网格划分研究北大核心CSCD

为实现对任意自由曲面的建筑网格划分,采用自定义单元法,以网格节点为对象,以"代"为整体进行节点推进。首先,根据节点的演化规律进行网格单元自定义。其次,在节点推进过程中,根据曲面特征进行单元选择生成下代节点,自适应曲面尺寸变化,将每一推进步单元"组装",建立网格拓扑的参数化表达;采用黎曼度量表征单元节点参数距离,考虑适应曲面曲率特征,确定节点参数坐标。最后,参数网格映射到自由曲面形成空间网格结构。结果表明,自定义单元法能够通过参数选择实现对网格规模和形式的量化控制,为自由曲面提供多样化网格划分方案,生成的网格杆件均匀、线条流畅、形式多样。     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

自由曲面单层三角形网格结构抗震性能研究

自由曲面单层空间网格结构作为一种新型结构形式,以其流畅自然的线条、灵活多样的结构形态,广泛应用于各类大型公共建筑中。自由曲面结构通过结构应变能为优化目标,节点坐标为优化变量进行曲面形状优化,以达到较好的静力性能,但优化后曲面的抗震性能,目前还缺乏了解。以自由曲面单层三角形网格结构为例进行结构形态优化研究,通过时程分析法研究优化后自由曲面网格结构在罕遇地震作用下的动力响应,总结其抗震性能。研究结果表明:经过形态优化后网格结构的静力性能得到很大提高;罕遇地震作用下,优化后网格结构最大位移出现位置由中部靠下部位转移到中部靠上部位,且3个方向的最大位移数值均小于优化前的网格结构;网格结构最大等效应力和最大轴向压应力都有一定幅度下降,网格优化和光顺化主要影响的是地震作用下结构的竖向位移,且优化后在El Centro地震波作用下结构最大竖向位移减少近25%,表明形态优化有效提高了自由曲面单层空间网格结构在罕遇地震下的抗震性能。     

球面网壳结构的平面四边形网格划分

针对球面网壳四边形网格划分中四个角点不易处于同一平面的问题,从三点确定一个平面的最基本几何原理出发,提出一种平面四边形网格作图方法,得到的四边形网格不仅处于同一平面而且杆件长度均一致.通过改进四边形网格的划分方法,得到的平面四边形网格与球面的偏差更小.力学性能分析表明,减小四边形网格网壳节点到球面的偏离距离能提高球面网壳结构的承载力.最后将改进四边形网格划分法与国外采用的表面平移法进行比较,发现改进四边形网格划分法不仅能减少节点偏离距离而且能扩大网格划分的曲面范围.     

复杂自由曲面的离散化网格划分方法

为了寻求复杂自由曲面网格划分的方法,在NURBS曲面表达式的参数域U、V方向上划分成n×m等分,对于存在裁剪、开洞等情形的曲面,将边界外的点舍弃,同时在参数域平面上形成三角形网格,并将该网格映射到空间曲面,即得到离散方法表示的曲面面片.为适应网格疏密程度、曲面曲率变化的要求,引入密度修正函数与曲率修正函数,使曲面布点按用户意图均匀化.将均匀化点阵假想为电荷,按杆长相等的目标要求,使质点在力的作用下发生运动,通过迭代,最终稳定在平衡位置,此时能量达到最小,网格变得更加均匀流畅.算例表明,本方法可进行复杂自由曲面的网格划分,在流畅性、均匀性等方面有较好的表现.     

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.     

自由曲面四边形网格等杆长划分算法

自由曲面在建筑上的应用日益广泛,研究自由曲面的网格划分有着重要意义.以保证杆件长度完全相等为准则,基于NURBS提出了一种适用于大多数自由曲面的四边形网格划分算法,介绍了算法的基本流程和要点.本算法采用二分法进行数值计算,思路简单、效率良好,能够快速地对自由曲面进行网格划分.结合实例可以看到,本算法生成的网格杆件长度相等,同时能保证网格形状的相对规整,对坡度较陡的自由曲面和不规则边界有着良好的适应性.     

某双贝壳类单层自由曲面网格结构初步设计探讨

主要介绍某新颖的双贝壳连体类自由曲面网格结构的初步设计方案.方案设计表明,参考自然海贝的纹理特征布置网格可以较好地发挥壳体的力学特点.单层曲面网格结构在屋面附加恒荷载较大,矢跨比1/3情况下依然受稳定性控制.这是由于贝壳类单层自由曲面网格结构曲面外和曲面内刚度差别较大,曲面外的屈曲承载能力往往成为结构设计的主要控制因素.为改善单层自由曲面网格结构的整体和局部空间刚度,体系构成尤为重要,以实现更为安全、经济和合理的空间结构体系.本文针对贝壳类单层曲面网格结构的体系选型、设计方法及力学性能进行了简要讨论.     

深圳大运中心体育场空间钢结构杆件计算长度研究

深圳大运中心体育场钢屋盖采用单层折面空间网格结构.由三角形平面以各种倾斜弯折组成,且该平面内设置小三角形网格,由焊接组合箱形断面的次杆件连接在面面交线的四分点.位于面面交线的主杆件稳定受到两端边界条件、面内次杆件、面面夹角的角度等诸多因素影响.目前规范还没有对该类复杂边界条件杆件计算长度的规定.根据变轴力两端铰接的稳定...     

D型偏心支撑钢框架耗能梁段性能研究

通过对具有不同耗能梁段长度的D型偏心支撑钢框架的滞回性能及耗能梁段耗能性能的非线性有限元分析,表明耗能梁段的长度对偏心支撑钢框架的侧向刚度、延性和耗能能力有较大影响。随着耗能梁段长度的增加,D型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退减现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,进而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性增大。根据有限元模拟结果提出了对耗能梁段长度的设计建议。     

柳州李宁体育馆异形外罩钢结构分析与设计

柳州李宁体育馆包括主馆和训练馆两个单体,外形酷似大小不同的两块石头。如何构造出符合建筑设计要求的外形是本项目结构设计首先要解决的难题。经结构选型分析,主馆中心屋盖采用双向桁架结构,外圈屋盖和墙体采用半跨刚架结构;训练馆采用异形门式刚架结构。因主馆和训练馆屋盖均有起拱,故两馆屋盖周边均设有较强的环箍。为了保证主馆双向桁架交汇节点的刚性,采用了一种矩形截面构件扭转交汇焊接相贯节点,介绍了该类型节点的构造并进行了有限元分析。     

K型偏心支撑钢框架耗能梁段长度探讨

通过对具有不同耗能梁段长度的K型偏心支撑钢框架的滞回性能与耗能梁段的耗能性能进行非线性有限元分析结果表明:随着耗能梁段长度的增加,K型偏心支撑钢框架的强度、刚度、延性和耗能性能均产生了不同程度的退化现象;耗能梁段越短,其塑性变形越大,由此而导致耗能梁段过早塑性破坏的可能性也就越大,而耗能梁段过长则抗震性能较差。最后,根据有限元模拟结果对耗能梁段的长度提出了设计建议。     

互承式空间网格结构找形方法研究

互承式空间网格结构是一种以杆件相互搭接为特征的杆系结构，具有连接构造简单、富于韵律美感的特点。由于互承式空间网格结构的形状受杆件搭接关系的影响，因此该类结构设计中的关键问题是找到同时满足杆件搭接关系和建筑造型要求的结构形状。为此，推导了杆件搭接系数，实现了对杆件搭接关系的量化描述，采用二分法实现了杆件搭接过程的数值模拟。基于结构实际搭建过程，提出一种互承式空间网格结构找形方法。该方法按照一定顺序依次提升平面互承网格的每个杆件节点，通过反复迭代使所有节点满足设定的杆件搭接系数，从而实现互承式空间网格结构的循环搭接找形。算例分析表明：所提方法的计算效率明显优于已有基于结构优化算法的找形方法，杆件搭接系数、旋转角度和网格疏密程度是影响互承式空间网格结构形状的主要参数，调整这些参数能够使结构整体形状趋近建筑造型要求。     

基坑开挖的角部效应分析

在经济高速发展的今天,城市土地的利用率越来越高,基坑与周边建筑物的间距越来越小,基坑开挖的可利用空间越来越小,基坑形状也更加不规整,基坑设计困难加大。如何保证基坑稳定的情况下充分利用土地资源,成为当前设计的突出情况。而这些不规则基坑,存在大量的转角,如何考虑这些转角也是当前基坑设计的重要问题之一。只有掌握转角对基坑稳定的影响规律,才能充分合理的考虑基坑的角部效应,拟定相应工程措施来改善结构受力,节省工程造价。因此,对于角部效应的分析对城市建设中基坑开挖具有一定的指导意义。论文运用三维有限元分析的相关原理建立基坑三维模型分析基坑的角部效应,从而为实际工程提供一定的参照。     

双层网架结构的加固设计与施工

对双层网架结构加固过程中的二次受力问题进行了分析研究,对网架结构杆件的加固方法及加固设计、施工过程中存在的问题进行了讨论,最后得出了一些结论供工程设计与研究参考。     

蜂窝型球面网壳参数化设计

介绍蜂窝型球面网壳结构,利用有限元软件ANSYS参数化设计语言APDL,建立蜂窝型即六边形球面网壳模型,提取杆件长度,并对其进行受力分析。结果表明,采用参数化设计方法建立的参数化建模程序为进行不同类型、不同几何参数下蜂窝型球面网壳的受力分析和设计方案比较提供了极大方便;由于网壳只有两类长度相等的杆件,便于工业化大批量生产;同时结构具有良好的建筑视觉效果。     

Calculation of the separation grid design length in a new water–sediment separation structure for debris flow defense

A new water–sediment separation structure with a herringbone separation grid has been developed for debris flow defense. Previous model experiments showed that, compared to existing structures, this structure can continuously maintain its water–sediment separation function. However, in the structure design, the length of the separation grid is key to its success in separating water and sediment. This paper presents a theoretical formula for calculating the design length of the grid. The theoretical formula shows that the grid length relates to the debris flow velocity v_x, the grid width B, and the grid incline angle θ. A series of model experiments were conducted in the laboratory to test the accuracy of the formula. The results show that the experimental value and the theoretical value for grid length form a linear relationship and the design length of the grid may be corrected by a coefficient. Further analysis indicates that the correction coefficient changes with the bulk density of debris flow. Finally, a formula for determining the grid design length is derived from the theoretical formula, corrected using a coefficient related to the bulk density of a debris flow.     

大型空间网壳结构的动力特性分析

提出以有限元的方法，求解大型空间网壳结构的动力计算问题，采用SUPERSAP软件，结合时程分析法，通过完成长春市五环体育馆网壳结构抗震分析设计任务，从而得出了大型空间网壳这类结构的动力特性，以及在EL-centro地震波和人造地震波激励下的地震反应规律。另外，通过分析长春市五环体育馆在地震作用下的应力和位移规律，得出了这类结构的一般破坏原因，为今后这类结构的抗震分析设计提供了依据。     

通过模型升级确定球节点的非线性性能

脱离整体结构单独研究球节点,并不能真正反映节点在结构中的性能。以某足尺双层网格结构试验为基础,研究典型球节点的实际性能。采用反问题法和有限元模型升级技术,建立了优化问题。使目标函数为双层网格结构的试验结果与相应有限元结果的差异最小。为模拟双层网格结构有限元模型中节点的非线性性能,并将其设为升级参数(优化变量),通过遗传算法求解优化问题。因此,通过升级双层网格结构中的有限元模型,可确定实际工况下球节点的性能。结果表明:升级模型能准确预测双层网格结构的真实反应。节点的荷载-位移曲线在初始阶段呈低刚度的非线性关系,随后刚度逐渐增大,并呈现为线性关系,与实际工况一致。