王美伦[1]2016年在《参数化设计在复杂形态建筑结构设计中的应用》文中研究指明空间复杂曲面结构在众多大跨度公共建筑如体育馆、火车站、飞机场等工程中应用广泛。然而具有空间复杂曲面特征的建筑往往外形不规则,进行结构的准确建模非常困难,并且前处理相当繁琐,工作量极大,目前的工程实践也只能凭借设计师的经验进行手动划分,建模效率低下,费时费力,极易出错。当下建筑结构领域尚没有针对复杂曲面建模的专业软件,使得空间复杂曲面难以推广。随着数字技术的快速发展,数字化的生产方式与生产工具不断更新升级,BIM参数化技术越来越多地被应用于复杂曲面形态建筑的设计之中,曲面的数字建构对于复杂曲面建筑的最终建造效果关系重大,已成为结构设计与建筑深化领域研究的重要方向。针对这一问题,本文首先归纳并论述了复杂曲面建筑的数字构建方法,以此作为复杂曲面结构设计的理论基础和依据,最后通过实际工程案例,从生化幕墙、空间结构布置等方面提出参数化设计在空间复杂曲面结构设计中的运用策略。本文结合山东大学体育场、珠海横琴国际网球中心,湖北省襄阳市民中心球形网壳等工程实例,对BIM的理念及参数化设计技术在复杂曲面建筑结构设计中的应用展开研究,具体内容共分六章,简介如下:(1)首先介绍了复杂曲面建筑的概念,自由曲面的构造方法,参数化找形及网格划分,说明了复杂曲面幕墙设计和网格结构设计中遇到的问题。(2)介绍了BIM与参数化技术的定义,理念及优势,对BIM的软件体系进行了梳理、分析与比较。同时介绍了本研究的开发方式和开发工具,阐述了选择参数化工具Rhinoceros及其插件Grasshopper,软件开发平台Microsoft Visual C#.NET的原因。(3)研究了珠海横琴国际网球中心自由曲面玻璃幕墙的参数化构建,对曲面幕墙的构建方法,生成逻辑进行了探讨,最终确定了合理的参数化实现方法。(4)以山东大学体育场为背景,寻找了一套复杂曲面空间结构的参数化设计方法,建立了自由曲面钢结构罩棚的叁维模型并进行了软件分析以及结构方案的优化,对复杂曲面建模及分析的全过程方法进行了完整探究。(5)通过参数化软件Rhinoceros在海花岛国际会展中心项目中的实例应用,研究了复杂曲面的网格划分理论与方法。(6)利用编程语言C#,编制了面向空间复杂曲面结构建模的程序:基于Midas的Gen文件的空间网格结构建模插件,解决了空间结构建模过程中经常遇到的根据已经建立的曲面叁角形或四边形网格,如何快速生成叁角锥或四角锥的空间结构的问题,并对所编程序进行了工程实例验证。
坑国雷[2]2015年在《基于ANSYS平台的铝合金空间网格结构设计程序开发与应用》文中研究指明相比于传统的钢材,铝合金材料由于其自重轻、耐腐蚀和易加工等特点,使得铝合金材料十分适合应用于空间网格结构当中,铝合金空间网格结构在结构工程中备受关注,其应用也日益增多。已建成的工程也表明铝合金空间网格结构可以在实现美观的外形的同时降低结构的维护费用,保证结构的使用寿命,实现良好的经济效益。本文总结了国内外有关铝合金空间网格结构的在试验研究、理论研究和设计应用的现状,并对常见的铝合金空间网格结构的设计程序的使用情况进行了总结和分析。通过研究铝合金空间网格结构的基本分析与设计理论,和大型通用有限元软件ANSYS的参数化设计语言的特性,提出了利用ANSYS对铝合金空间网格结构进行分析设计的设想。通过利用ANSYS的参数化设计语言进行二次开发,实现了对于各种常见类型的网架以及单层网壳的参数化建模、荷载添加、静力分析、动力分析以及结构优化等功能。并将这一系列功能进行集成化处理,提高了程序的使用效率。并通过实际的算例检验了程序的功能,达到了预期的效果。
张慎[3]2009年在《空间网格结构极限承载力及损伤免疫力分析方法研究》文中指出网格结构损伤免疫力是指空间网格结构因意外小概率事件导致局部构件或节点失效时,结构自行调整内力,阻止破坏过程延续,抵抗结构整体连续性倒塌的能力。目前,在我国的规范和标准中,对结构进行承载能力极限状态分析时,并未直接考虑偶然作用对结构的影响,只是通过条文简单规定建筑物在偶然作用下不应发生连续性倒塌。因此,对结构工程师而言,如何在网格结构设计时考虑偶然作用导致局部构件或节点失效对结构的影响缺乏具有可操作性的依据。由此看来,现有的设计方法对于网格结构在意外事故下的安全性并没有给予充分的保证。然而,目前网格结构已经广泛应用于各类大跨度公共建筑中,这些建筑往往具有较高的重要性和安全等级,结构设计时除了按一般概念对强度、刚度、稳定进行验算外,还应对其进行损伤免疫力的评估。本文的研究内容正是基于这一点,通过对网格结构极限承载力和损伤免疫力度量方法的研究,有针对性的提出考虑网格结构损伤免疫力结构设计方法,达到提高网格结构抗连续倒塌的能力、避免倒塌事故发生的目的。本文的研究成果对空间网格结构安全性测评、诊断以及网格结构抗连续倒塌方面的研究,具有一定的学术价值和指导作用。论文根据近年来国内外在结构极限承载力和抗连续倒塌方面的研究与应用现状,结合空间网格结构的特点,主要作了如下几方面的工作：1.利用有限元方法,推导空间铰接杆单元的几何和材料非线性的刚度矩阵,研究平衡路径跟踪的方法及迭代策略,以此为基础编制了网格结构非线性有限元分析程序,给出了算例验证了程序的精度和可靠性。2.从影响结构极限承载力的主要因素入手,归纳了影响结构极限承载力的主要因素,如失稳传播、杆件失稳、失稳模态、节点刚度、体形缺陷等；对可能失稳的构件引入合理的杆件力学模型来考虑构件失稳后刚度弱化对结构极限承载力的影响；分析了初始体形缺陷对结构极限承载力的影响；提出了确定结构极限承载力的建议步骤；给出算例验证结构极限承载力计算方法的合理性。3.结合制作偏差的概率模拟和空间有限单元法,提出了分析网格结构随机制作偏差引起初始应力和初始位移的新方法,以此为基础编制了有限元分析程序,并通过算例分析随机制作偏差影响下的网格结构性能。4.目前基于概率可靠度理论进行结构设计时,承载力的验算一般只针对结构构件,很少涉及整体结构。尝试用可靠度理论就如何验算空间网格结构的极限承载力进行了初步探讨,提出了用分项系数表达的空间网格结构极限承载力的验算公式并编制了相应的验算程序；通过数值算例结果的比较分析表明,基于可靠指标和分项系数得到的空间网格结构的极限承载力设计值是合理的。5.提出了适用于网格结构损伤免疫力的度量方法,编制了网格结构损伤免疫力的分析程序；提出了考虑损伤免疫力网格结构的设计方法：结构计算法和构造设计法；根据建筑物的重要性和功能要求,将网格结构损伤免疫力分析分为叁个层次：对于一类网格结构,必须按结构计算方法对结构整体进行损伤免疫力分析；对于二类以上网格结构,均应采用构造设计法来提高结构的损伤免疫力；对于叁类网格结构,可不考虑结构的损伤免疫力；以此为基础提出了考虑网格结构损伤免疫力结构设计步骤。
陶志雄[4]2005年在《空间网格结构计算机辅助设计程序的研发》文中进行了进一步梳理空间网格结构以其丰富的结构造型、良好的结构性能及经济效益而大量应用于大跨结构中,近二十年来,空间网格结构在我国发展迅速,其跨度越来越大,结构形式也越来越复杂,仍然使用传统的方法进行网格结构设计难度很大。开展对于这种结构的研究,并研制出可供设计的CAD软件系统具有重要的实用价值。 在认真总结了现有同类软件优、缺点的基础上,本文对在空间网格结构计算机辅助设计系统开发过程中遇到的主要问题和关键开发技术进行了专门研究。本文实现了一种全新的结构计算简图输入方式。利用ActiveX Automation技术,通过VB编程直接控制和操纵AutoCAD来生成结点和杆元对象,调用这些对象的有关数据自动生成结点信息、杆元信息及支座结点的约束信息等,扩大了系统前处理功能的适用范围。 利用有限元方法,编制了空间网格结构分析设计程序,通过实际结构验证了程序的正确性。引用现代面向对象的设计理念,本文详尽地研究了Windows环境下用VB和Fortran进行混合编程设计的方法。实现VB和Fortran的无缝链接,提高了程序的效率. 本文还进行了杆件的截面设计,并利用ActiveX Automatinn技术实现了VB与Excel的数据通信,使系统能很好地利用Excel的强大的数据处理能力进行数据的处理和设计。 本文开发的系统由前处理、结构分析和后处理叁大部分组成。本文介绍了各功能模块的设计、系统的数据结构和数据文件的设计,并选用例题对程序进行了验证,表明程序能提供方便实用的前、后处理功能,结构计算分析结果是准确可靠的。关键词:空间网格结构计算机辅助设计AutoCAD Excel混合语 言编程
董骁[5]2015年在《BIM技术在空间结构中的应用与开发》文中研究表明BIM(Building Information Models)是一个贯穿于项目全生命周期的,覆盖项目各个专业的,可以承载项目几何、物理、社会经济等全部信息的建筑信息模型。在空间结构领域,BIM技术尚处于起步阶段。IFC(Industry Foundation Classes)标准还不具备专门的空间结构的构件定义的能力,多数支持BIM的软件在空间结构建模方面无法真正保留构件信息,国内已有的空间结构领域的BIM应用研究,局限于针对特定的软件利用二次开发接口进行模型传导,并没有基于IFC标准来进行信息交换,也较少提及利用BIM实现参数化建模等方面的内容。本文从对IFC标准的框架研究出发,分别从几何模型和结构分析模型两个方面,对利用IFC标准语言描述空间结构模型进行了应用研究,提出了圆钢管、螺栓球、空间曲面、有限元模型等的IFC表达方法。针对空间结构设计软件STCAD开发了IFC标准模型接口,用于描述常用空间结构构件几何模型和结构分析模型。并在此基础上研究了利用BIM技术解决自由曲面空间结构网格划分的问题,开发了按短程线划分和等杆长划分两种空间结构网格的划分模式,为基于BIM的空间结构参数化设计打下了基础。本文还在吊装施工模拟方面进行了一定程度的BIM运用,利用IFC模型管理吊装施工模拟需要用到的信息。最后提出了基于BIM的空间结构设计软件的架构思路,在此基础上做了基本的开发工作。
张慎伟[6]2007年在《大型钢结构施工过程计算理论与监测技术》文中研究指明随着国民经济的蓬勃发展，各类工程建设项目规模日益扩大，重大工程项目包括高耸结构、大跨结构、超高层结构以及一些大型复杂异形结构等日益增多，工程规模的扩大和结构体系的复杂带来了施工过程的复杂性和安全性问题，进而导致施工工序对结构最终的受力状态产生很大的影响。目前，科研人员对大跨及高层结构的施工技术及施工过程中表现出的诸多力学问题越来越重视。钢结构工程的施工过程分析已成为结构工程设计计算的一个重要组成部分，这样才能保证工程从建设到使用的整个生命期内的安全与可靠，同时施工过程计算对于优化施工方案、保证施工过程中结构的安全也是至关重要的。本文采用数值计算方法与现场适时监测手段探讨了结构在施工过程中的力学行为，为保证结构施工过程的安全性提供可靠依据。本文首先总结了大型复杂钢结构的施工方法和施工过程的特点，分析了钢结构施工过程跟踪计算和监测领域的国内外研究现状。基于非线性有限元理论推导了用于施工过程跟踪计算的几何非线性梁杆单元理论和空间结构半刚性连接的一般有限元公式作为本文工作的理论基础；针对工程实际，分析了大型复杂钢结构施工全过程的数值模拟技术，设计了施工过程跟踪计算软件的总体架构，运用ObjectARX技术在AutoCAD平台上完善了施工过程跟踪计算软件的前后处理功能及界面，从而使得施工过程跟踪数值模拟计算更加方便快捷，便于工程设计人员使用。本文根据实际工程需要，基于CEB-FIP混凝土时变模型建立了钢管混凝土组合结构的时变模型理论及有限元计算方法，实现了钢管混凝土组合结构的施工过程跟踪模拟计算，采用振弦应变传感器对同济大学教学科研综合楼进行了高层钢管混凝土组合结构施工过程跟踪监测。实测结果和有限元数值计算结果的对比表明本文的计算方法可以对钢管混凝土组合结构施工过程进行时变分析，准确地计算结构在施工过程中的内力和变形，通过计算分析表明在施工过程中混凝土的收缩和徐变引起的结构变形不容忽视。预张力钢结构的成形过程是钢结构工程领域的重点和难点，本文针对2008年奥运会国家体育馆双向张弦网格结构进行了施工过程的计算分析和施工过程跟踪监测，结果表明本文的计算方法和计算软件可以准确的对大型复杂张拉结构进行施工过程的数值模拟。同时针对中国航海博物馆帆体双曲索网结构的张拉成形进行了缩尺模型试验和数值仿真分析，通过模型试验验证了施工方法的可行性，发现了施工过程中出现的问题并提出了解决方案。计算结果与实测结果的比较说明本文的方法是适用可行的。
赵基达, 蓝天[7]2013年在《中国空间结构叁十年的进展及今后展望》文中研究说明系统论述了中国土木工程学会桥梁及结构工程分会空间结构委员会成立叁十年来各时期大跨度空间结构技术发展及应用情况,回顾和讨论了空间结构在各类公共建筑中的应用情况、空间结构体系的发展和技术进步、空间结构领域的标准规程编制和修订情况。最后对大跨度空间结构学科的研发及应用中的发展重点进行了展望,包括发展战略、绿色建筑、结构体系创新、高强材料的应用、风工程研究、抗震和防连续倒塌、结构的健康监测、既有大跨度公共建筑的安全性评估和加固技术研究等内容。
王俊, 宋涛, 赵基达, 钱基宏, 刘枫[8]2018年在《中国空间结构的创新与实践》文中认为对中国空间结构学科近年来的发展情况进行了系统的介绍,总结了空间结构在理论研究、应用技术、新材料和新体系、加工制作和施工安装技术等方面的创新与实践,对未来空间结构学科发展的重点进行了展望。
赵中伟[9]2016年在《大跨度双螺旋单层网壳施工分析优化及温度效应研究》文中认为随着经济的发展,建筑结构工程的规模进一步扩大、复杂程度进一步提高,建成了一批体型复杂的大跨钢结构。这些大跨空间结构的几何位形、材料力学性能以及边界等条件等在施工过程中往往存在剧烈的变化,竣工时由荷载引起的结构内力和变形均是由各施工步效应依次累积而成,竣工时各个构件的内力分布和变形与实际的施工过程密切相关。同时施工过程往往是建筑结构生命周期中最危险的阶段,据国家有关部门的不完全统计,在我国有大约2/3以上的工程结构倒塌事故发生在施工期间,原因是未考虑结构施工过程中的复杂性。由于涉及方面广,施工力学的理论研究在很多方面还很不成熟,例如施工过程的数值模拟理论、脚手架承载力计算理论、施工过程优化理论、焊接对结构力学性能的影响、施工过程风振响应分析理论等。此外,太阳辐射引起的不均匀温度场对结构施工及服役期间力学性能的影响也是亟待解决的关键问题。单元生死法是目前大跨空间结构普遍采用的施工模拟方法,其原理是将未安装构件的刚度矩阵乘以一个足够小的因子,将未安装构件对结构的贡献减小,以至于可以忽略。但由于采用单元生死法时,被杀死的构件并未真的从结构中删除,这些单元会以“死单元”与“活单元”的公共节点为边界而产生位移,也就是所谓的“漂移”。为克服这一弊端,本文在分步建模法概念的基础上,通过对通用有限元软件进行二次开发,提出了可避免死单元“漂移”的施工模拟方法。同时,以实际工程于家堡交通枢纽的施工过程为背景,对整个施工过程进行了施工模拟,系统研究了提升区在提升过程中的构件应力变化趋势,并对其进行了现场监测。在提出的施工模拟理论的基础上,本文对门式脚手架的极限承载力进行了研究。大跨空间结构施工过程中使用的门式脚手架节点具有复杂的受力性能。不同模块之间的连接节点具有明显的半刚性特征。本文提出了能够考虑节点半刚性的高效数值模拟算法,并同时考虑了构件弯曲缺陷的影响。在此基础上对门式脚手架体系的极限承载力进行了研究。由于大型复杂结构施工的复杂性,施工过程中往往需要数十个支撑胎架。对于具有复杂体型的空间结构来说,比如于家堡交通枢纽,支撑点的选择非常复杂,如何选择最优的支撑点组合对于工程技术人员来说是一个很大的难题,除此之外,最优卸载顺序的确定,整体提升施工提升点的选择等对于施工的安全性至关重要。因此本文基于实数编码遗传算法对上述一系列问题进行了优化。此外,本文结合于家堡交通枢纽的特殊性,利用二进制编码遗传算法对支座刚度进行了优化。目前施工过程中,普遍存在大量的焊接工作。本文结合于家堡交通枢纽这一全焊接结构为工程背景,系统研究了焊接残余应力对厚钢板、箱型构件、以及十字隔板焊接节点力学性能的影响。提出了将焊接残余应力植入整体结构的高效计算方法,大大节省了计算时间,使得在整体结构中考虑焊接残余应力成为一种可能。此外,本文还提出了通过改变材料力学属性来考虑焊接残余应力的方法,并对实际工程进行了分析研究。基于随机振动的频域分析理论,将本征正交分解法与虚拟激励法结合,提出了适用于空间结构的本征虚拟激励法,大大的减小了计算代价。并将该方法用于对整体提升结构的风振响应进行分析,结果表明该方法对于基频较低的柔性结构具有很高的计算效率和精度。大跨空间结构的施工周期一般很长,因此施工过程中的结构不仅要承受日气温变化,还要承受季节温差的影响。为研究温度荷载对双螺旋单层网壳结构的影响,对该工程进行了施工过程中的温度场和应力场监测;在膜结构施工完成后继续进行了一年的健康监测。通过将膜结构安装之前和安装之后的监测结果进行对比,揭示了膜结构对双螺旋单层网壳结构在太阳辐射不均匀温度场作用下的力学响应的影响。
高治昌[10]2014年在《600米跨巨型穹顶网格结构的设计和施工技术研究》文中研究说明随着经济和文化的飞速发展,人们在不断探索能将更大的空间覆盖起来的超大跨空间结构,譬如能够将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖于其中形成一个可人工控制结构内部气候的居住环境或休闲环境,这就需要跨度能够达到500米,甚至几千米的超大跨空间结构来满足人类对大空间的需求。本文以现有的大跨空间结构形式为基础,提出了一种新颖的大跨空间结构形式一一叁向巨型网格结构。然后根据现有的结构设计规范,设计了一个拟建于太原市郊区的600米跨度的叁向巨型网格结构穹顶,并运用该结构进行了一下几方面的工作：(1)利用Midas gen 8.0有限元分软件对该结构进行了计算(包括在静力荷载、地震作用、温度作用下的强度验算、刚度验算,地震作用下的模态分析等)；并对该结构的各项经济技术指标进行了统计。(2)介绍了现有常用大跨空间结构的施工方法,并在此基础上提出了运用分步顶升法来实现超大跨空间结构的施工安装。(3)介绍了分步顶升法的施工顺序,和该结构施工段的划分；按照分步顶升法的施工顺序将结构的施工过程划分为16个施工阶段,并对每个施工步骤所涉及的施工流程做了简要的描述。(4)根据所划分的施工阶段,运用Midas gen 8.0有限元分析软件对该结构进行了施工模拟计算,计算结果表明该结构的挠度和杆件的强度、稳定性等满足现行规范的要求。(5)设计了卸载施工方案,简要介绍了千斤顶的卸载步骤,并运用Midas gen 8.0有限元分析软件对结构的卸载过程进行了模拟计算,确定了每个卸载步中卸载位移量的大小。(6)设计了顶升方案,并介绍了顶升原理；根据计算结果,提取出各个顶升阶段顶升点的支反力,按照提取出的支反力设计顶升支架；对顶升支座进行了设计；确定了千斤顶的型号；详细介绍了顶升工艺。(7)根据施工过程中结构的位移情况,采用正装迭代法,对施工过程中结构各个关键点施工坐标预调值进行了计算,使结构的竣工位形与设计位形的偏差在精度范围内。(8)分析了温度作用对结构施工过程的影响,并提出了相应的解决方案。对600米跨叁向巨型网格结构的分析和计算结构表明：该结构形式传力路径明确,经济技术指标在合理范围内；分步顶升法相比其他施工方法有其独特的优势和特点,具有广阔的运用前景；对于分步顶升法,消除顶升过程中的水平推力是这一方法的技术难点和重点,只有合理设计顶升方案和顶升支架,才能更好的将分步顶升法运用于工程实际中；温度作用对施工过程中结构内力的影响不可忽视,同时在超大跨度空间结构的施工过程中,要充分考虑温度作用的影响,预先设置多套应急预案,保证施工正常进行。
参考文献：
[1]. 参数化设计在复杂形态建筑结构设计中的应用[D]. 王美伦. 北京建筑大学. 2016
[2]. 基于ANSYS平台的铝合金空间网格结构设计程序开发与应用[D]. 坑国雷. 天津大学. 2015
[3]. 空间网格结构极限承载力及损伤免疫力分析方法研究[D]. 张慎. 武汉大学. 2009
[4]. 空间网格结构计算机辅助设计程序的研发[D]. 陶志雄. 西安理工大学. 2005
[5]. BIM技术在空间结构中的应用与开发[D]. 董骁. 上海交通大学. 2015
[6]. 大型钢结构施工过程计算理论与监测技术[D]. 张慎伟. 同济大学. 2007
[7]. 中国空间结构叁十年的进展及今后展望[J]. 赵基达, 蓝天. 工业建筑. 2013
[8]. 中国空间结构的创新与实践[J]. 王俊, 宋涛, 赵基达, 钱基宏, 刘枫. 建筑科学. 2018
[9]. 大跨度双螺旋单层网壳施工分析优化及温度效应研究[D]. 赵中伟. 天津大学. 2016
[10]. 600米跨巨型穹顶网格结构的设计和施工技术研究[D]. 高治昌. 太原理工大学. 2014
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