本文關鍵詞：單層網(wǎng)殼采光頂結構形態(tài)學及網(wǎng)格劃分優(yōu)化研究　出處：《中國建筑科學研究院》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：空間結構以其良好的空間三維受力特性,在大型集會場所、體育館、飛機庫、會展中心、游泳池、工業(yè)廠房等建筑中得到廣泛應用。近年來隨著計算機技術的發(fā)展,空間結構在形體研究上有了新的進展,使得結構形體與合理受力能完美結合。單層網(wǎng)殼采光頂結構作為一種沿曲面建立的空間結構,能以較小的表面積覆蓋較大的空間,其優(yōu)美的造型和合理的受力受到建筑師和結構師的青睞。對照國際的設計建造水平,結構形式嚴重地影響著中國空間結構向前發(fā)展。具體的體現(xiàn)是很多的網(wǎng)殼類的結構為了結構保險,對概念設計與結構形態(tài)很少研究,設計缺乏創(chuàng)意,結構形式單一。結構工程師往往是被動地去滿足建筑師所提出的建筑造型,而不是在設計一開始就主動地參與確定形式,也就容易造成結構的不合理的問題,同時造成了工程的浪費與藝術價值的降低。本文試圖從結構工程師的角度尋找具有較高承載力和建筑美學價值的網(wǎng)殼形體,并期望達到兩者的和諧統(tǒng)一,找到“輕質”、“透明”的采光頂結構形式。本論文主要研究單層網(wǎng)殼結構形態(tài)學和四邊形網(wǎng)格劃分問題,主要工作有：(1)針對“輕質”優(yōu)化目標,試圖找到更加合理的單層網(wǎng)殼受力形式,以凱威特型球面網(wǎng)殼為例,對比了非線性有限元法和力密度法兩種方法的找形效果,并將兩種方法的找形球殼與傳統(tǒng)球殼進行比較,對網(wǎng)殼結構的力學性能,特別是穩(wěn)定性能進行對比分析。進而對一個復雜的采光頂網(wǎng)殼工程進行了形態(tài)學優(yōu)化分析。(2)針對“透明”優(yōu)化目標,研究分析了四邊形網(wǎng)格網(wǎng)殼的網(wǎng)格劃分實現(xiàn)方法和力學性能優(yōu)化方法。相比常見的三角形網(wǎng)格,四邊形網(wǎng)格單層網(wǎng)殼采光頂結構視覺上更加明亮通透,能夠滿足采光頂建筑對入與自然之間建立更加和諧親近關系的要求。本文分別采用表面平移法和改進的作圖法來創(chuàng)建球面網(wǎng)殼,得到四點共面的四邊形網(wǎng)格劃分,并對比兩者的形態(tài)和力學性能；同時考慮到四邊形網(wǎng)格抗剪能力較三角形網(wǎng)格弱,采取了配置預應力索的改進方法對所創(chuàng)建的網(wǎng)殼進行優(yōu)化。(3)基于上述研究分析,本文對一個四邊支撐雙向網(wǎng)格單層網(wǎng)殼的實際工程進行了結構形式研究和方案設計。對應用表面平移法得到的四邊形網(wǎng)格采光頂進行了力學性能分析。(4)對國內外采光頂結構常用的節(jié)點形式及其優(yōu)缺點進行了總結概括,然后以焊接空心球節(jié)點這一網(wǎng)殼結構中常用的節(jié)點形式為例,提出了一種等效剛臂換算方法考慮焊接空心球節(jié)點剛度,討論了設計中焊接空心球節(jié)點剛度對網(wǎng)殼整體結構剛度及穩(wěn)定性的影響。同時,研究了考慮有限元軟件計算中梁單元的計算精度對計算結果的影響。對焊接空心球節(jié)點單層網(wǎng)殼結構設計工作中考慮焊接空心球節(jié)點等效剛臂作用的意義提出了建議。
[Abstract]:The spatial structure with good three-dimensional force characteristics, in the large gathering places, gymnasium, hangar, exhibition center, swimming pool, are widely used in industrial buildings and so on. In recent years, with the development of computer technology, the spatial structure of the new progress in the research on the form, make the structure form and reasonable stress can be the perfect combination of single-layer latticed shell roof structure. As a kind of space structure along the surface is established, can cover more space with a smaller surface area, the stress of the beautiful shape and reasonable by architects and structure engineers of all ages. The control level of international design and construction, structure seriously affects the spatial structure of China forward the specific embodiment of development. Many kinds of shell structure to the structure of insurance, few studies of concept design and structure design, lack of creativity, structural engineers often form a single structure. Is passively to meet the architects proposed architectural style, rather than in the design at the beginning to actively participate in determining the form, also it is easy to cause the problem of irrational structure, also caused the waste and reduce the project's artistic value. This paper tries to seek higher bearing capacity and architectural aesthetic value of shell shape from structure the engineer's point of view, in order to achieve the harmonious unity of the two, find the "light", structure of "transparent" roof. This paper mainly studies the single layer reticulated shell structure morphology and quadrilateral meshes, the main work is: (1) according to the "light" optimization, trying to find a more reasonable by the single-layer reticulated shell force to form Kiewitt spherical shell as an example, comparing the nonlinear finite element method and force density method two kinds of methods to find the effect of shape, and the two method of form finding of spherical shell with traditional spherical shell Comparison of mechanical properties of reticulated shell structure, especially the comparative analysis of the stable performance. Then a complex roof latticed shell morphology of optimization analysis. (2) according to the "transparent" optimization objectives, research and analysis of the implementation method and mechanical performance optimization method of quadrilateral mesh shell mesh. Compared with the triangle common grid, quadrilateral grid single-layer latticed shell roof structure visual more bright and transparent, can meet the roof of building built between more harmonious with nature requires close relationship. This paper uses mapping surface translation method and improved to create a spherical shell, quadrilateral mesh obtained four point coplanar, and the morphology and mechanical properties of the contrast between the two; considering the quadrilateral mesh shear capacity is improved by weak triangle mesh, configuration method of prestressed cable Create the shell is optimized. (3) the above analysis based on actual engineering in this paper, a four supports two-way design of grid single-layer reticulated shell structure and research scheme. The quadrilateral mesh for lighting application of surface translation method of mechanical analysis. The top (4) lighting at home and abroad on the top node of the form the structure of the advantages and disadvantages were summed up, then the node is used to form the welded hollow spherical joints of latticed shell structure as an example, presents an equivalent conversion method considering the stiffness of rigid arm welded hollow spherical joints, discusses the design of welded hollow spherical joint stiffness influence on the stiffness and stability of reticulated shell the overall structure of the research. At the same time, the influence of calculation accuracy in the calculation of beam element considering finite element software. The calculation results of welded hollow spherical joints of single-layer reticulated shell structure design of welding into senior high school entrance examination The significance of the equivalent rigid arm action of hollow sphere joints is proposed.

【學位授予單位】：中國建筑科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

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本文編號：1393555