800m超大跨度穹頂結構選型研究.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。縱觀空間結構發(fā)展歷史，如何提高建筑結構跨越能力一直是結構工程師的不懈追求。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程中，受制于建筑材料發(fā)展水平，結構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、新結構形式不斷涌現，空間結構發(fā)展實現巨大飛躍，結構跨度已達300m量級。空間結構發(fā)展為更大跨度穹頂結構探索提供了一定的技術支撐。
　　與此同時，隨

2、著人類社會的發(fā)展進步，超大跨度穹頂結構建造需求日益顯現：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；保護城市居民免受環(huán)境惡化、自然災害的影響；城市發(fā)展過程中節(jié)能減排的要求等。早在二十世紀六十年代，歐美發(fā)達國家的建筑結構大師開始對千米級超大跨度穹頂結構展開研究，并提出若干概念性設計方案。
　　超大跨度穹頂結構研究是一項多學科的系統(tǒng)工程，對于如此巨大、且需承受復雜荷載的結構，采用什么樣的結構體系是其首先

3、需要解決的問題。圍繞800m超大跨度穹頂結構方案選型問題，本文主要開展了以下研究工作：
　?。?）建立統(tǒng)一的結構方案評價標準
　　以現行工程設計規(guī)范為基礎，并結合當前科技發(fā)展水平，建立了包括結構方案設計與結構性能分析的統(tǒng)一技術標準。首先，為選擇合理建筑材料，探索了輕質高強材料在超大跨度穹頂結構方案設計中的適用性；其次，為提高方案選型效率，編寫了桁架式構件與梁式構件截面設計程序，并驗證了其正確性；最后，為解決傳統(tǒng)有限元方法進行

4、結構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，并對方法的相關參數取值進行了研究。
　?。?）剛性結構方案探索
　　剛性結構是工程應用中最為常用的結構形式，而雙層網殼結構是其優(yōu)秀代表。針對雙層網殼結構，從凱威特型交叉桁架球面網殼結構出發(fā)，依次調整上下弦構件拓撲關系、結構曲面形狀以及網格劃分方法，對比所得不同結構方案綜合性能，獲得相對較優(yōu)雙層網殼結構方案。以此為基礎，開展結構跨度、矢跨比、支承方式、結構

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