【摘 要】
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随着建筑空间结构技术领域的不断迭代更新和发展,建筑已不再是单纯的提供空间的物质实体,而是体现了科学、哲学、艺术、技术于一体的复杂性空间,当代建筑和结构形态的创新也正是基于各种学科发展的综合性结果。相较于传统的空间结构,壳网混合结构体系一方面能够最大程度的实现新型的建筑设计意图,融合流畅连续的曲面结构,设计出具有自由灵活风格的建筑形态,另一方面网格结构能够满足复杂建筑形态的结构诉求,具备传力流畅,受
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随着建筑空间结构技术领域的不断迭代更新和发展,建筑已不再是单纯的提供空间的物质实体,而是体现了科学、哲学、艺术、技术于一体的复杂性空间,当代建筑和结构形态的创新也正是基于各种学科发展的综合性结果。相较于传统的空间结构,壳网混合结构体系一方面能够最大程度的实现新型的建筑设计意图,融合流畅连续的曲面结构,设计出具有自由灵活风格的建筑形态,另一方面网格结构能够满足复杂建筑形态的结构诉求,具备传力流畅,受力均匀等优良的力学特性,同时继承了跨越能力强的特点,在整体刚度上有着更好的体现,本文将针对壳网混合结构体系形态创构方法为核心内容,展开以下几个方面的研究工作。(1)结合几何成型技术,提出壳网混合结构体系形态创构建模方法。初始结构模型的创建是决定结构形态创构走向的关键因素,创建过程中不仅要设定建筑的几何信息,同时也要设定相应的结构信息和操作信息。本文中利用参数B样条理论完成上部结构壳单元的生成,采用三角锥、四角锥和空间交叉桁架等基本单元形式完成下部结构网格体系的形成,最终通过组合得到便于研究壳网混合结构体系形态创构方法的初始结构模型的建立。(2)编制壳-杆混合单元有限元分析程序,分析应变能对节点敏感度。由于初始结构包含两种不同类型的结构单元,分别是壳单元和杆单元,为此本文基于杆单元与壳单元节点自由度相同的特点,编制壳-杆混合单元有限元分析程序替代单一的有限元分析技术。本文还推导了应变能对杆件自由移动节点和自由曲面约束杆节点的敏感度推导,为后续的研究工作奠定了基础。(3)针对曲面壳体-网格结构混合体系,建立了结构形态创构方法。结构应变能是衡量整体力学性能的综合性指标。本文从应变能和节点位置的关系出发,建立了壳网混合结构体系形态创构问题的数学模型,并提出壳网混合结构体系形态创构方法。该方法是通过对节点位置的移动来实现“形”的改变,进而达到对结构整体“态”的优化,最终实现应变能最小化的方法。本文中还通过简单的算例模型,追踪进化过程中模型形状与相应的位移、轴力、弯矩等力学量的变化规律,总结方法的特点和结构最终的力学性能,同时验证了通过Fortran语言所编制的程序的有效性和实用性。文中还探讨了工程案例中应用该方法的可行性,并提出壳网混合结构体系形态创构方法在实际工程中的应用方法。算例表明结构模型经过优化后,整体刚度得到显著的提高,壳体和杆件的内力重新分布,以更合理的形态抵抗弯矩,壳-杆协同传递荷载,所提出的方法,具有较好的实用性。
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