800米超大跨度穹頂巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)選型研究.pdf

1、我國大跨度空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)原來比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和社會(huì)發(fā)展的需要，近十余年來也取得較為迅猛的發(fā)展。空間結(jié)構(gòu)的類型和形式漸趨多樣化，相應(yīng)的理論研究和設(shè)計(jì)技術(shù)也逐步完善。大跨度建筑主要用于民用建筑的影劇院、體育場(chǎng)館、展覽館、航空港及其他大型公共建筑，在工業(yè)建筑中則主要用于飛機(jī)裝配車間、飛機(jī)庫、航天裝配廠房等。大跨度空間結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)類型，而建筑功能的日益多樣化，也要求建筑物能提供更大的使用空間。大跨度建筑及作為其核心

2、的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r是代表一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一。
　　與此同時(shí)，隨著人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)建造需求日益顯現(xiàn)：在極地、沙漠以及外星球等自然條件極為惡劣地區(qū)，營(yíng)造適合人類生存的區(qū)域小環(huán)境；保護(hù)城市居民免受環(huán)境惡化、自然災(zāi)害的影響；滿足城市發(fā)展過程中節(jié)能減排的要求等。早在二十世紀(jì)六十年代，歐美發(fā)達(dá)國家的建筑結(jié)構(gòu)大師開始對(duì)千米級(jí)超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)展開研究，并提出若干概念性設(shè)計(jì)方案?？v觀空間結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史，如何提

3、高建筑結(jié)構(gòu)跨越能力一直是空間結(jié)構(gòu)工程師的不懈追求。自古羅馬時(shí)期萬神廟到1957年的小羅馬體育宮，在如此漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，受制于建筑材料發(fā)展水平，結(jié)構(gòu)跨越能力幾乎沒有提高；近三十年來，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)，空間結(jié)構(gòu)發(fā)展實(shí)現(xiàn)巨大飛躍，結(jié)構(gòu)跨度已達(dá)300m量級(jí)。空間結(jié)構(gòu)發(fā)展為更大跨度穹頂結(jié)構(gòu)探索提供了一定的技術(shù)支撐。
　　超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)研究是一項(xiàng)多學(xué)科的系統(tǒng)工程，而其剛性結(jié)構(gòu)方案中的巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)又是近年新興起

4、的結(jié)構(gòu)體系，研究頗少，對(duì)于如此大跨度、且承受復(fù)雜荷載的結(jié)構(gòu)，選取什么形式的巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系，使其既能跨越足夠大的跨度，又具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是其首先需要解決的問題。圍繞800m超大跨度穹頂巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)方案選型問題，本文主要開展了以下研究工作：
　?、俳⒔y(tǒng)一的結(jié)構(gòu)方案評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
　　以現(xiàn)行相關(guān)工程設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)，并結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展水平，建立了包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)性能分析的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。首先，為提高方案選型效率，整改了桁架

5、式構(gòu)件的滿應(yīng)力設(shè)計(jì)程序，并驗(yàn)證了其正確性；其次，為解決應(yīng)用有限元方法求解結(jié)構(gòu)全過程分析中存在的計(jì)算不收斂、“回漂”等問題，通過不斷調(diào)整弧長(zhǎng)半徑調(diào)節(jié)系數(shù)、荷載子步數(shù)等方法來予以解決。
　　②巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)方案探索
　　巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是近年來迅速發(fā)展的一種結(jié)構(gòu)模式，在超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)方案選型中應(yīng)用較少。針對(duì)巨型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)方案，從凱威特型巨構(gòu)出發(fā)，改進(jìn)為凱威特巨構(gòu)雙層網(wǎng)殼組合型結(jié)構(gòu)，并建立肋環(huán)型巨構(gòu)、井字加強(qiáng)肋環(huán)型巨構(gòu)、肋環(huán)巨構(gòu)雙層網(wǎng)殼