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第十七届空间结构学术会议

第十七届空间结构学术会议

  • 召开年：2018
  • 召开地：西安
  • 出版时间： 2018-11-16

主办单位：中国土木工程学会

会议文集：第十七届空间结构学术会议 论文集

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  • 摘要：江夏大花山户外运动中心项目位于武汉市江夏区,由两栋四层的乒羽馆和一栋四层的游泳馆组成,主体结构采用钢筋混凝土框架剪力墙结构,三馆在顶部由一编织状双层曲面屋盖连为一体,屋盖下弦设置抗震球型铰支座与下部主馆框架柱相连.结构屋盖在主馆范围内采用双向交叉平面桁架,乒羽馆桁架矢高2.5米,游泳馆桁架矢高3.0米.主馆馆外采用双向空腹交叉桁架,桁架矢高2.5米.结构屋盖端部最大悬挑跨度为41米,最大跨度为117米,结构屋盖总长度326米,属于超长大跨空间结构.根据《建筑抗震设计规范》,本工程属于平面投影尺寸很大的空间结构,应考虑地震行波效应对结构的影响.应用大型有限元软件ABAQUS对屋盖连体结构的地震响应进行了时程反应分析，详细分析了行波效应对大跨曲面屋盖连体结构地震响应的影响。
  • 摘要：随着大批空间结构即将进入其设计使用年限的后期,空间结构的耐久性问题尤其是腐蚀问题逐渐突显.而圆钢管作为空间结构中常用的受力构件,对其腐蚀后力学性能的研究具有十分重要的意义.目前已有的研究主要集中在均匀腐蚀方面,对非均匀腐蚀的研究相对较少,并且没有考虑非均匀腐蚀位置的影响.
  • 摘要：向量式有限元(Vector Form Intrinsic Finite Element,WIFE)是基于点值描述和向量力学理论的显式分析方法.该方法通过逆向运动扣除单元节点全位移中的刚体位移,从而获得节点的纯位移增量.为了提高计算效率,本文针对实体单元的逆向运动提出了改进算法,并以均布荷载作用下的实体悬臂梁为算例,比较了两种逆向运动的计算时长,同时还对两侧承受集中荷载的圆环体压扁变形问题进行了分析,并将本方法的计算结果和ABAQUS分析结果进行对比.分析表明本文方法可有效提高逆向运动的计算效率且计算结果准确可靠.
  • 摘要：铝合金结构以其轻质高强、耐腐蚀、易维护以及外形优美等特点,被大量应用于玻璃幕墙结构、大跨空间结构和桥梁结构中.随着材料研究和加工工艺的进步发展,铝合金材料的强度也在不断提高,然而其弹性模量却始终较低(约为钢材的1/3),使得铝合金构件和结构易发生局部和整体的失稳现象.目前国内对于铝合金偏压构件的研究相对较少.因此,本文首先对6082-T6铝合金进行了材料拉伸试验,获得了其各项材性参数;然后,针对国产新型6082-T6高强铝合金方管和圆管构件进行了偏压条件下的稳定性能试验研究,最后,利用试验数据对国内现行的《铝合金结构设计规范》中的相关偏压稳定承载力计算方法进行了验证并提出修正建议.本文工作填补了6082-T6铝合金方管和圆管偏压构件试验研究的空白,为我国铝合金结构的研究和发展提供了技术支持.
  • 摘要：本文主要研究利用信息处理技术研究空间结构的信息流动规律,研究数据和信息之间的关系,从而达到在空间结构设计中减少数据输入量、使输入的数据转换成信息的过程中对产生的信息进行标识.从而在设计过程中利用这些标识的信息进入数据库,从而通过信息管理系统使设计过程在充分的信息支撑下完成,并且为自动化出图提供足够的信息支撑.
  • 摘要：本文首先阐述有限质点法的基本原理,包括点值描述、途径单元、虚拟运动等基本概念,推导控制方程及其求解公式.然后,提出梁单元与固体单元间耦合方式,从而实现精细化分析.最后基于有限质点法对输电塔在不同荷载作用下的非线性动力行为进行精细化分析研究.基于有限质点法，本文祸合低维的三维梁单元与高维的三维固体单元，精细化地对输电塔进行了非线性静力模拟分析及非线性动力模拟分析，并得到结构在局部的应力分布情况，利于结构重点部位的应力分析，从而有效改进结构设计。
  • 摘要：张拉整体结构是由连续的拉索与离散的压杆组成的预应力自平衡体系,其具有轻质、结构效率高等优点.在某些特定的情况下,若结构处于欠约束状态,通过施加特定的简谐激励,则有可能实现张拉整体结构的运动.基于简谐激励驱动的可动张拉整体示意图如图1,其中粗实线代表压杆,细实线代表受拉弹簧,实心圆代表布置在杆1、2、3中心的电机.为研究模型的运动轨迹,将基于简谐激励驱动的可动张拉整体的运动简化为下端连接弹簧、阻尼器的质点Q的运动.将张拉整体的质量等效于质点Q上,弹簧K为三向弹簧;以垂直于地面的单向阻尼CA考虑模型与地面碰撞过程中能量消耗,其阻尼为CA;以三向阻尼CB考虑模型运动过程能量消耗,其阻尼为CB.阻尼器产生的阻尼力直接作用于质点Q.
  • 摘要：双曲面铝合金单层网壳结构中,为了保证曲面的连续性、安装后建筑的效果,网壳的构件均为绕杆长轴线的扭曲杆件,单层网壳结构中杆件以受轴向力为主,受压对杆件最为不利,为了探究因杆件扭曲对杆件受压承载力的影响,本文选取一具体工程的铝合金杆件,对比直杆与扭曲杆件的受力计算结果,分析小扭转角扭曲对杆件的受压承载力影响;通过对两种不同方法实现杆件扭曲的分析,解决如何考虑不同扭曲做法对杆件截面设计验算的影响.
  • 摘要：目前,结构非线性地震响应的分析方法主要有动力时程分析法和静力弹塑性分析方法.静力弹塑性分析方法大多针对多高层建筑结构,而对于大跨度空间结构是否可以进行静力弹塑性分析尚处于探索阶段.本文采用静力弹塑性方法进行K8型单层球面网壳在水平罕遇地震作用下的动力响应分析,并与动力时程分析法的结果进行对比,发现一些有意义的现象,为静力弹塑性分析方法在大跨空间结构的应用提供了参考.
  • 摘要：网壳结构作为一种受力合理、造型优美的结构形式被广泛应用于体育场馆、交通枢纽、航站楼的等大跨空间结构.我国属于地震多发国家,地震导致的建筑结构破坏造成了巨大的生命和财产损失,因此需对广泛应用的网壳结构进行抗震性能研究.与钢材相比,铝合金材料具有质量轻、弹性模量低的特点,且目前单层铝合金网壳多采用H型杆件,为此本文以K6型单层球面网壳为对象,进行了不同矢跨比、屋面质量、杆件截面等参数下铝合金K6型单层球面网壳的地震响应全过程分析,研究了网壳的地震响应规律、破坏过程和失效模式,并与钢网壳进行了对比分析,以得出较铝合金K6型单层球面网壳与钢网壳抗震性能的不同及其自身的特点.
  • 摘要：铝合金具有高强度、低质量、耐腐蚀等优点,近年来我国已建成了多项百米级跨度的铝合金单层网壳结构.和钢网壳相比,铝合金具有较低的弹性模量,且杆件多使用H型截面,结构稳定性能和钢网壳有所差异.本文通过不同参数网壳结构算例对铝合金单层球面网壳和钢网壳的静力稳定性进行对比分析,包括屈曲模态、破坏模式及初始缺陷影响等,以期为铝合金单层球面网壳的分析和设计提供参考.
  • 摘要：铝是地壳中含量最多的金属元素,铝合金具有密度小、弹性模量低、耐腐蚀、可挤压成型、加工安装方便并且能够循环利用等突出的优点,已经成为一种新型的建筑结构材料,在国内体育、展览、化工等建筑结构中得到越来越广泛地应用.与传统碳素钢材相比,铝合金材料主要有以下三个特点:1)密度小,仅约为钢材密度的1/3;2)弹性模量低,仅约为钢材弹性模量的1/3;3)铝合金的应力-应变曲线没有明显的屈服平台;这些导致单调荷载作用下铝合金材料的本构关系模型与传统碳素钢材存在较大差异.本文将针对铝合金材料在单调荷载作用下的应力-应变曲线,采用不同的本构模型及参数进行拟合分析,并以H型铝合金构件为研究对象,分析不同模型对其在轴压及偏压荷载作用下力学性能的影响,以期为铝合金结构的精细化分析提供参考.
  • 摘要：铝合金材料具有强度高、密度低、耐腐蚀强等特点,我国于2007年颁布了《铝合金结构设计规范》,促进了我国铝合金单层网壳结构的发展.杨联萍等于2013年综述了铝合金空间网格结构的应用与科研成果.此后的5年来,不断有新的大型铝合金网壳结构建成,其中不乏百米级的工程,科研方面也取得了长度的进步.本文在现有文献的基础上,对近20年来的铝合金单层网壳工程的应用情况进行了整理.分析了典型铝合金单层网壳工程的结构形式及其受力特点,简单介绍了该类结构的设计和施工方法,并着重论述了铝合金材性本构关系、构件承载力以及铝合金单层网壳的节点性能、整体稳定性能、抗震性能和温度影响等最新科研成果.在此基础上,探讨了该领域今后需要进一步研究的问题,并提出了若干建议.
  • 摘要：悬链线的力学特点悬链线与抛物线(合理拱轴线)类似,都是某种特定荷载分布下的理想受力形态,使得结构仅承受轴向力,结构效率最高.悬链线的标准方程为:y=acos(x/a)+b(1)其中,a为缩放系数scaling constant,b为竖向偏移vertical offset.悬链空间网格结构的参数化建模,对于单层悬链网格结构，结合数学理论公式和参数化建模优化，得到的几何形态结构效率高。基于Rhino软件和Grasshopper插件的参数化建模方法，便于与建筑专业在统一平台工作。应用基于Grasshopper的结构参数化分析插件，可进行全面的结构分析和优化。应用遗传算法进行曲面优化和玻璃翘曲优化，进一步改善了曲面网格的受力性能和玻璃翘曲问题。
  • 摘要：单层钢网壳结构广泛应用于人流密集的大型公共建筑中,在强震作用下一但发生倒塌将会造成严重的人员伤亡和财产损失.国内外学者对其失效机理和极限荷载进行了大量研究,取得了一定的理论成果.实际工程中的网壳节点由于施工误差等原因不可避免的与理想位置有一定的偏差,因此在研究网壳的极限承载力时,初始缺陷的影响不可忽略.本文基于OpenSEES软件平台,以单层凯威特型球面网壳为研究对象,采用增量动力分析(IDA)方法,分析强震作用下初始缺陷对结构极限荷载和破坏模式的影响.
  • 摘要：黄山文化艺术中心为文化馆和科技馆两馆合一建筑,建筑长170m,宽35m,总建筑面积为19126m2.钢结构包括地下1层,地上3层,檐口高度20m.建筑师取意黄山高山流云的意向,外形采用光滑过渡曲面和线条,整个建筑外形光滑、流畅.建筑中部连接两馆的中庭为建筑的主入口,是文化馆和科技馆共同的公共活动区域.两馆通过连廊连接,建筑师将中庭设计成明亮无柱的大空间,中庭前侧曲面采用竖向分格,后侧曲面采用横向分格,整个建筑的线条连成圆滑的整体,呼应建筑行云流水的建筑意向.
  • 摘要：斜交网格体系由斜交成网状的斜柱构件所组成,通过斜柱轴力来承受整体结构的水平力(如地震、风载等),具有较大的抗侧刚度,在超高层钢结构中获得广泛应用.目前国内外对于斜交网格体系的研究主要集中于其整体受力性能的分析.宏观上,系统分析不同斜交形式对该体系抗侧刚度影响的研究相对较少;微观上,斜交网格节点存在节点构造复杂、受力变形复杂以及制作工艺复杂等问题,有必要对其进行深入的节点有限元分析,以获取其受力规律及破坏模式.
  • 摘要：襄阳东津站选址于襄阳东津新区,主站房为线上式高架站房,采用'桥建合一'结构形式,主要分为四层,分别为11.1000m标高的承轨层、20.600m标高的高架候车层、28.100m标高的高架商业夹层和屋盖层.屋盖结构选型与布置东津站屋面覆盖面积53531m2,总体平面尺寸垂轨方向358m,顺轨方向124～178m,檐口最高点39.8m.屋盖不设置结构缝,采用四角锥网架结构,支撑于钢管混凝土柱与分叉柱上,站房两侧钢管混凝土柱呈弧形布置.网架顺轨方向跨度72～80m,垂轨方向柱距21.5m,南北侧最大悬挑约30m.网架结构高度为3.8米,南北两侧悬挑部位最远端的网架高度为3米,节点形式为焊接球节点.本文介绍了襄阳东津站屋面网格结构的结构布置、关键构件分析、节点设计、风洞试验和结构计算，通过上述分析可以得出以下结论:分叉柱及铸钢节点承载力具有较大安全储备，满足规范要求。东津站屋面的风荷载以负压为主，风致平均位移、均方根位移、最大位移值和等效静力风荷载均在屋面悬挑结构边缘处最大。温度作用产生的内力远大于地震作用产生的内力，地震作用不是屋面结构设计的控制工况。
  • 摘要：襄阳东津站选址设于襄阳东津新区,主站房建筑面积约8万平方米,是汉十铁路、郑万铁路、呼南(襄荆宜)高铁的交会点.建成后,该站将形成集高铁、城市轨道交通、公交车、长途客车、出租车、城市航站楼于一体的综合交通枢纽,实现多种交通方式'无缝对接'和'零距离换乘',成为湖北古城襄阳的'新门户'和'新地标',也将成为全国高速铁路网的重要枢纽节点.通过对襄阳东津站屋盖进行线性、几何非线性、几何材料双非线性稳定性分析，主要有以下结论:屋盖的第一阶线性稳定系数为13.476。线型屈曲分析的结果明显偏大，但可以反映特定荷载模式下结构刚度的强弱。通过对不同荷载组合下屋盖结构线性屈曲分析，可以得出屋盖整体稳定薄弱区域为屋盖开口悬挑处。仅考虑几何非线性时，屋盖发生强度破坏。考虑双非线性时，屋盖整体稳定系数为3.60，满足规范要求。结构的几何非线性、材料的塑性对结构的稳定性影响较大，结构整体稳定分析应同时考虑几何非线性和材料非线性。分叉柱能够有效解决屋盖大悬挑造成的设计困难，其受力性能良好，不会先于屋盖发生失稳破坏。
  • 摘要：四川雅安天全体育馆建筑面积约1.3万m2,座席数约2700座,建筑高度29.270m,可举行地区性综合赛事和全国单项比赛.体育馆外形呈倒圆台形,屋盖结构平面为直径约92m的圆形,中部为直径77.3m的大跨空间(图1～图2).项目为'420芦山地震'后的灾后重建项目,考虑到抗震的需求,屋盖应选择尽量轻型的结构形式;同时雅安天全地区气候条件多雨,全年约2/3天数有雨,宜选择装配、非焊接的结构体系.综合以上因素,屋盖77.3m的大跨空间选用了索穹顶结构,并采用了金属板覆盖材料的刚性屋面系统,项目于2014年设计完成.本项目选用四种索弯顶方案进行了对比:首先研究了构成最为简单，造型最为简洁的肋环型索弯顶;为进一步改善其性能，研究了带垂直支撑肋环型索弯顶和葵花型索弯顶;为改善葵花型索弯顶内环拉索密集的问题，研究葵花+肋环混合型索弯顶。采用非线性有限元法，考虑拉索的松弛和破断，结合荷载一位移曲线分析得到了各方案的极限承载力及其失效模式。
  • 摘要：道真体育馆位于贵州省道真自治县县城,是一栋集训练、比赛、健身、展览为一体的综合性建筑(图1).场馆座位数接近3100座,总建筑面积13200m2,建筑高度为21.0m,平面尺寸约为90m×75m.建筑物局部为3层,中部为3层高的大空间场地,四周布置看台.下部采用钢筋混凝土框架结构,柱网尺寸为7.5×7.5m.屋盖考虑网架、析架、张弦等结构形式。由于本工程位于经济较为落后区域，故选择造价较低的结构形式，同时考虑屋盖内部架设马道，下弦安装吊顶，综合施工难度、建筑美观、造价等，选择网架结构较为合适。结和防水方案以及天窗位置，采用网架上弦找坡。由于结构跨度较大，属于大跨度网架，故节点采用焊接球节点。网架结构是大跨度结构中应用较多的结构形式，且施工简单、造价较低，能适应各种异形的建筑造型。对本工程网架进行受力分析，其各项指标均满足要求，且有较大富裕，具有很好的承载能力和变形性能，能安全、可靠地完成使用功能。通过整体模型与单独上部结构模型进行对比，得到结果分布规律接近，但部分杆件应力比及部分支座的反力仍有较大变化。对大跨度空间结构，如果条件允许，需在简化模型分析的基础上进行整体分析以确保结构安全。
  • 摘要：一般结构的屋盖、幕墙、雨棚往往采用不同的体系,相互之间的关系并不大.但在虹桥T1航站楼改造这一规模较小的空间结构设计实践中,因各种限制条件促使将三者结合在一起进行一体化设计,形成了一种新颖的结构形式.虹桥机场T1航站楼历经多次改造和扩建,本次改造是对虹桥T1航站楼的一次全面更新和升级,原航站楼A楼出发大厅拆除,B楼出发大厅改造,为了尽可能减小改造对原结构的影响并兼顾建筑空间效果,新建的出发大厅均采用钢屋盖结构与幕墙、雨棚一体化设计的结构体系.本文介绍了项目的工程概况,以A楼改造为例的钢结构方案设计比选过程,由于结构形式特殊,还阐述了一体化结构在竖向荷载和水平荷载下标准单元的传力体系,并采取提高结构冗余度和延性的措施.
  • 摘要：既有大跨度屋盖结构进行检测、评估的必要性我国早期的大跨度建筑包括体育场馆、展览馆、影剧院等公共建筑,这些大跨度建筑从使用至今已部分超过或即将达到50年设计使用年限,这些体育场馆跨度为60m-80m左右,结构体系有采用网架、立体桁架等结构,屋面大都采用木望板+保温层+油毡防水,跨度小一些的有采用田字加肋混凝土板+保温层+油毡防水.这些早期的大跨度体育馆等公共建筑,存在如屋面自重相对较重、木望板耐久性与防火性能差、上部钢结构杆件局部锈蚀等安全隐患;按当时设计标准,其安全度相对稍低;计算采用满应力设计,追求降低用钢量,抵御偶遇荷载的能力相对较弱;使用过程中随着灯光、音响等设备技术的进步,吊挂荷载大大增加;这些既有建筑使用已达到或将达到了50年设计使用年限,应考虑进行结构检测与安全性评定.对于大跨度屋盖的网架结构与立体桁架结构，现行规范的安全储备要求稍高于原规范。对于检测与安全性评估，应对大跨度结构进行几何尺寸、杆件截面尺寸与挠度等的实测，包括屋面与吊顶荷载，并按原规范与现行规范进行安全性评定。提出了进行安全性评定的原则，按安全性评估结果，决定是否对结构进行加固改造。提出了网架结构与立体桁架结构的结构加固改造建议，包括减轻屋面荷载间接加固法、立体桁架新增张弦加固法、网架结构托支加固法、网架局部杆件稳定性不满足的加固法、网架局部杆件应力过高的局部加固法、下部支承结构的加固等，对既有大跨度屋盖结构的加固有一定的参考价值。建议以后在《空间网格结构技术规程》JGJ 7-2010修订时，新增一节“既有空间网格结构的检测、安全性评估与加固”，以加强规程对既有大跨度建筑加固改造的技术指导作用。
  • 摘要：华电土右电厂2×660MW级空冷机组工程条形煤场封闭项目位于内蒙古自治区包头市土默特右旗纳太乡境内,煤棚跨度192m,长度242m,高49.05m.采用两端铰支的拱桁架,拱桁架为三角形立体桁架,桁架宽度4m,跨中厚度4m、拱脚附近肩部区域最厚处6m.为减小拱脚推力,在满足斗轮机操作空间的前提下,在27.55m标高处,设置平衡钢索,平衡钢索距拱脚25m.为保证拱桁架稳定,在拱桁架面内设置了7道纵向桁架及刚性系杆和面内支撑系统.拱脚支座采用球铰支座,标高2.55m.东西侧面抗风桁架为三角形立体桁架,上端通过水平链杆支撑在屋顶拱桁架上,将水平荷载传递到屋顶结构;下端为固定铰支座,承担山墙重量及水平荷载.立体桁架面内设置支撑系统.屋顶结构和抗风结构采用圆钢管,屋顶檩条及山墙檩条采用矩形钢管.总结了超大跨煤棚的地震下内力分布规律，为工程设计提供参考。
  • 摘要：超长大跨度结构的内力对温度变化非常敏感,温度作用是主要的控制工况之一,但由于规范没有明确设计条例可供参考,现行工程实践中缺乏温度作用的准确定量计算,因此研究超长混凝土结构和钢结构的温度作用及结构效应分析很有必要.本文以北京铁路枢纽丰台站改建工程(站房)为工程背景,模拟分析了超长结构在太阳辐射下的温度场,并结合气象资料和工程经验得到温度作用取值.并对其混凝土结构和钢结构进行了温度作用分析,为工程提供参考和指导.
  • 摘要：宁夏吴忠黄河文化体育会展中心位于宁夏回族自治区吴忠市青铜峡市.本项目建筑功能含三大部分:体育场、体育馆和会展中心,总用地面积约43万m2,总建筑面积约11万m2.宁夏是中国的回族之乡,而吴忠更是全国地级市中回族人口比例最高的城市,建筑方案深入研究了地域文化和本项目的建筑特质,总体构思将象征伊斯兰文化的新月和团结热情的中国红相结合,提出'回汉一家,团结奋进'的设计理念.方案将红色的体育场设于场地中央,而体育馆与会展中心则统筹为体育会展馆,并设计成银白色的新月形状,新月形体围绕在体育场身后,突出'一轮新月,一颗红心'的大格局.在保证建筑方案主导思想的前提下，对结构进行了深入细致的分析，经计算本项目屋盖结构受力合理明确，结构性能及表现满足要求.
  • 摘要：本工程屋盖结构体系为由四边形网格组成的单层自由曲面网格结构,两个方向的网格在投影方向互相垂直,网格的投影宽度150mm,网格间距1485mm.该网壳结构每个位置的构件截面都是不同的,这种特性为结构建模造成了较大的困难,如果采用箱型截面来模拟构件,势必造成较大的模型误差,如果采用人工方式赋予杆件的平均截面属性,工作量太大.因此要对该网壳结构进行满足力学要求的验算,需要采用数学方法建立精准的计算模型,需要编制计算程序来生成每一种不规则截面.屋盖结构的计算结果包括静力计算结果(变形分析、内力分布、计算长度系数分析、相贯节点有限元计算)，动力计算结果(振型分析，特征值屈曲分析、反应谱法地震作用计算、考虑初始缺陷的非线性稳定分析)。静力和动力计算结果均表明该屋盖结构的各项性能指标均满足现行规范要求。

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