某大跨度空间钢结构设计中的关键问题分析

摘要

近几十年来，随着大跨空间结构的快速发展，其空间受力性能和抗震性能有待深入的研究。本文以某植物园温室设计为背景，针对项目中存在的问题，借助SAP2000和ANSYS有限元软件对此类空间钢结构的静力性能、稳定性以及抗震性能进行了比较系统的分析。主要研究内容和相关结论如下： 1、回顾大跨度空间钢结构的发展以及研究现状，从项目基本信息、结构方案布置、荷载取值、荷载组合工况等方面对项目进行了详细介绍，并总结了工程设计中存在的主要问题。 2、用数值风洞方法研究了建筑周围流场以及建筑表面的风压分布，与风洞试验结进行对比，并且对结果差异进行了分析；在此基础之上，详细讨论了建筑周围流场的分布。分析表明：数值模拟结果与风洞试验结果比较吻合，但是数值模拟结果普遍小于风洞试验结果，从安全角度出发，以风洞试验结果为准，以数值模拟结果为参考进行结构设计。 3、计算了整体结构在主要荷载工况下的内力分布、整体结构的特征值屈曲、二阶弹塑性稳定承载力和一致缺陷模态法引入的初始几何缺陷对结构承载力的影响。分析表明：结构内力主要分布于曲线结构之上整体结构的应力水平较小，结构最大位移也满足L/400的要求；整体结构对初始几何缺陷的影响不敏感。再者还讨论了设计时柱子计算长度的选取，给出框架柱计算长度系数的建议值。 4、采用SAP2000有限元软件分析了结构的自振特性；结合反应谱分析和时程分析研究了结构在各主方向地震下结构控制点位移、主要杆件的受力；分析了XZ、YZ地震输入时候结构位移响应和内力响应；对比了反应谱和时程两种方法的计算结果，并分析了产生差异的原因。分析表明：结构的基频较小，且前十阶振型没有出现局部振动，竖向地震对结构的影响较小，表明结构虽然较柔但整体性较好；取前80阶振型可满足规范的要求，结构在单向弹性地震输入时最大位移角满足规范限值；时程法的计算结果小于反应谱法计算结果，这是由于反应谱法是对结构响应包络值的叠加，而这些值不可能同时达到最大。

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1绪论

1. 1概述

1. 2大跨空间结构发展概况

1. 3大跨空间结构抗风研究现状

1. 4大跨空间结构抗震研究现状

1. 5本文研究意义和内容

2工程概况以及设计中要解决的关键问题

2. 1项目基本信息

2. 2结构方案布置

2. 3荷载

2. 4设计中需要解决的关键问题

3数值风洞模拟和风荷载的取值

3. 1风洞试验

3. 2数值风洞理论基础

3. 3数值风洞模拟

3. 4数值风洞计算结果

3. 5流场分布规律

3. 6本章小结

4整体结构内力和稳定性分析

4. 1概述

4. 2静力分析

4. 3线性屈曲分析

4. 4初始几何缺陷的影响

4. 5框架柱的计算长度

4. 6本章小结

5整体结构的地震响应分析

5. 1概述

5. 2结构自振特性分析

5. 3反应谱分析

5. 4时程分析

5. 5两种分析结果的比较

5. 6本章小结

6结论和展望

6. 1结论

6. 2展望

致谢

参考文献