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大跨度空间钢结构体系已经在实际工程中广泛应用,在不同的条件下选用适合的优化结构形式十分必要。本文以实际工程项目——唐山东湖会展中心屋盖结构(跨度100m)为研究对象,以得出最优的大跨度屋盖结构设计,为中国中建设计院直营总部的后续设计提供参考为最终目标。采用有限元分析手段,对网架结构、张弦管桁架结构以及索托管桁架结构三种结构形式进行体系选型分析,进而针对索托管桁架结构的受力性能、经济性能以及整体稳定性能进行参数分析,得到结构最优设计方案,并在此基础上进行结构的抗震性能分析。本文具体研究内容及主要结论如下:(1)在MIDAS中分别建立了网架结构、张弦梁结构以及索托结构的有限元模型,在控制结构变形满足规范要求且结构杆件使用充分的前提下,对三种结构进行了方案比选分析。从结构受力性能角度,索托结构杆件最大轴向压力降低了 30%-40%;从结构的用钢量角度,索托结构用钢量为38.55kg/m2,张弦梁结构为67.01kg/m2,网架结构为81.07kg/m2。(2)在MIDAS中建立了索托结构的单榀模型,对索托结构的受力性能进行了参数化分析。在控制结构材料用量一致的前提下,索托结构受力性能受索托节点位置、拉索初始预应力水平以及索塔高度的综合影响。索托节点在三分之一跨处,结构受力性能较优;初始预应力水平越高,受力性能越好;索塔高度取居中位置,在8-12m区间内,受力性能较优。(3)在MIDAS中建立了索托结构的整体模型,针对索托结构的用钢量进行了参数分析。在控制挠度满足规范要求,且结构杆件使用充分的前提下,索托结构的用钢量随着索托节点距支座距离、拉索初始预应力水平以及索塔高度的变化均呈先减小后增大的趋势,索托节点在三分之一跨处、结构初始预应力水平为0.35、索塔高度为8m时结构经济性能最优。(4)在MIDAS和ANSYS中对索托结构的稳定性进行分析。索托节点位置、初始预应力水平以及索塔高度均对索托结构的整体稳定性有一定影响。当索托节点距支座距离为39m与42m之间时,稳定性最强;拉索的预应力水平越大,稳定性越强;索塔高度越高,稳定性越强。(5)利用MIDAS对结构进行抗震性能分析。结构对竖向地震作用比较敏感,在设计时应着重考虑竖向抗震设计;振型分解反应谱法所得位移、反力均明显大于弹性时程分析所得结果,设计时应取两者的包络值;在罕遇地震下只出现了初级塑性铰,首先出现在跨中位置,随后出现在支座位置;根据塑性铰的分布以及两种方法所得内力比较结果,得出支座及跨中位置是结构的薄弱部位,在抗震设计时应予以重视。