索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工全過程分析

1、摘要與以往的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，張拉索一膜結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，必須引入預(yù)應(yīng)力使之具有一定剛度才能承受外荷載的作用，因此其全過程分析比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，包括形態(tài)分析、荷載分析、裁剪分析和施工過程分析等。我們的課題組對張拉索一膜結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析、荷載分析和裁剪分析都進行了比較深入的研究，取得了一定成果，形成了一套較為完善的理論，但是對張拉索～膜結(jié)構(gòu)的施工分析才剛剛開始探索。本文首先從由索單元組成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)入手來進行施工分析，為以后對膜單元和索一膜組

2、合單元形成的張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工分析打下基礎(chǔ)。在預(yù)應(yīng)力的引入過程】會出現(xiàn)兩個問題：一是決定合適的預(yù)應(yīng)力，二是怎樣施加預(yù)應(yīng)力。同時，不同的施工張拉順序也會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。對于復(fù)雜的大跨空間結(jié)構(gòu)，往往所有構(gòu)件不能一次張拉到位，需要分批分階段進行張拉，這樣后張拉的構(gòu)件勢必對先張拉的構(gòu)件產(chǎn)生影響。所以施工過程分析歸結(jié)為確定施工順序和預(yù)應(yīng)力施加兩個問題。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工分析以數(shù)學(xué)上的逆問題分析原理為基礎(chǔ)，以大型有限元軟件ANSYS為平臺，利用

3、ANSYS提供的“生死”單元，主要計算在確定的施T順序下每一施工張拉階段構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力值。分別考慮了不同的施工順序、不等應(yīng)力和不同的預(yù)應(yīng)力水平對每一施工張拉階段的預(yù)應(yīng)力值的影響，對之進行分析和比較，得出了相應(yīng)結(jié)論，為制定具體的施工方案提供了很好的借鑒和參考。本文還在參閱大量參考文獻的基礎(chǔ)上，對張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工方法進行總結(jié)和分類，同時提出了張拉索一膜結(jié)構(gòu)的施工總體設(shè)計過程和施工分析的數(shù)值分析框架。關(guān)鍵詞：索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，施工分析，預(yù)應(yīng)力，AN

4、SYS，“生死”單元京lj毫^掌Ⅲ掌∞論文第一章緒論11張拉索一膜結(jié)構(gòu)從上1眭紀70年代以來，膜結(jié)構(gòu)得到了迅猛發(fā)展。大跨空間結(jié)構(gòu)的需要，質(zhì)輕經(jīng)濟的材料，以及優(yōu)美的建筑形體，無不使膜結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出迷人的魅力。膜結(jié)構(gòu)大體t可以分為充氣式、張拉式和骨架式三種形式，張拉式膜結(jié)構(gòu)是膜結(jié)構(gòu)常見的一種形式。所謂張拉式膜結(jié)構(gòu)就是通過給膜材直接施加預(yù)應(yīng)力使之具有剛度并與支撐桿和鋼索共同承擔(dān)外荷載的結(jié)構(gòu)形式。當結(jié)構(gòu)覆蓋空間的跨度較小時，可通過膜面內(nèi)力直接將荷載

5、傳遞給邊緣構(gòu)件，即形成整體式張拉膜結(jié)構(gòu)；當跨度較大時，由于既輕且薄的膜材本身抵抗局部荷載的能力較差，難以單獨受力，需要與索結(jié)臺，形成索一膜組合單元；當跨度更大時，可將結(jié)構(gòu)劃分成多個較小單元，形成多個整體式張拉膜單元或索一膜組合單元的組合結(jié)構(gòu)。所以張拉式膜結(jié)構(gòu)又稱為張拉索一膜結(jié)構(gòu)。1張拉索一膜結(jié)構(gòu)的基本組成：(1)形成膜面結(jié)構(gòu)的張拉膜材；(2)用于加強膜面的脊索和谷索以及將膜內(nèi)力傳向支承結(jié)構(gòu)的邊索；(3)支承索一膜結(jié)構(gòu)的支承體系(一般為剛

6、性)。膜材不僅是表面圍護結(jié)構(gòu)，還是受力構(gòu)件。作為結(jié)構(gòu)材料，張拉膜材要能承受一定的荷載而不致引起過大變形，因而需要滿足一定的強度和剛度要求；同時為完成作為覆蓋材料所規(guī)定的建筑功能，還需要滿足美觀、防火、耐久、遮光等各項功能要求。實際上，在膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中索一般是必不可少的，鋼索和膜材同樣是主要受力構(gòu)件。加強索除了對于膜面受力起加強作用外，還起到了改變建筑造型的作用。尤其是谷索和脊索的靈活布置可能會給整個建筑帶來意想不到的效果。支承體系常