800m超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)選型研究.pdf

1、建筑功能日益多樣化，要求建筑物能夠提供更大的使用空間?？v觀空間結(jié)構(gòu)發(fā)展歷史，如何提高建筑結(jié)構(gòu)跨越能力一直是結(jié)構(gòu)工程師的不懈追求。自古羅馬時期萬神廟到1957年的小羅馬體育宮，在如此漫長的歷史進(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)展實現(xiàn)巨大飛躍，結(jié)構(gòu)跨度已達(dá)300m量級?？臻g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。
　　與此同時，隨

2、著人類社會的發(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；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)大師開始對千米級超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)展開研究，并提出若干概念性設(shè)計方案。
　　超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)研究是一項多學(xué)科的系統(tǒng)工程，對于如此巨大、且需承受復(fù)雜荷載的結(jié)構(gòu)，采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系是其首先

3、需要解決的問題。圍繞800m超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)方案選型問題，本文主要開展了以下研究工作：
　?。?）建立統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)方案評價標(biāo)準(zhǔn)
　　以現(xiàn)行工程設(shè)計規(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)計與結(jié)構(gòu)性能分析的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。首先，為選擇合理建筑材料，探索了輕質(zhì)高強材料在超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中的適用性；其次，為提高方案選型效率，編寫了桁架式構(gòu)件與梁式構(gòu)件截面設(shè)計程序，并驗證了其正確性；最后，為解決傳統(tǒng)有限元方法進(jìn)行

4、結(jié)構(gòu)全過程分析存在的計算不收斂、“回漂”等問題，引入了向量式有限元方法，并對方法的相關(guān)參數(shù)取值進(jìn)行了研究。
　　（2）剛性結(jié)構(gòu)方案探索
　　剛性結(jié)構(gòu)是工程應(yīng)用中最為常用的結(jié)構(gòu)形式，而雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是其優(yōu)秀代表。針對雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，從凱威特型交叉桁架球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)出發(fā)，依次調(diào)整上下弦構(gòu)件拓?fù)潢P(guān)系、結(jié)構(gòu)曲面形狀以及網(wǎng)格劃分方法，對比所得不同結(jié)構(gòu)方案綜合性能，獲得相對較優(yōu)雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)方案。以此為基礎(chǔ)，開展結(jié)構(gòu)跨度、矢跨比、支承方式、結(jié)構(gòu)

5、厚度以及網(wǎng)格尺寸等參數(shù)分析，了解不同參數(shù)對結(jié)構(gòu)性能的影響，最終給出相對較優(yōu)的參數(shù)取值建議。
　?。?）剛?cè)峤M合結(jié)構(gòu)方案探索
　　剛?cè)峤M合結(jié)構(gòu)是將剛性結(jié)構(gòu)與柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理組合，目的是獲得更佳的結(jié)構(gòu)性能與建筑效果。針對剛?cè)峤M合結(jié)構(gòu)方案，基于改善結(jié)構(gòu)方案通透性考慮，結(jié)合不同結(jié)構(gòu)形式受力特點，選取索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與索桿加強網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，探索其在超大跨度穹頂結(jié)構(gòu)中的適用性。將索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與雙層網(wǎng)殼組合，獲得上下組合結(jié)構(gòu)方案（中心索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)