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《辽宁科技大学》 2018年
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大跨度单层网壳结构优化设计研究

马彦波  
【摘要】:近几十年,伴随我国经济迅猛发展和科学技术的不断进步,大跨度空间结构作为一种新型的空间结构形式逐渐进入人们的视野,其中空间网壳结构以其用钢量少、重量轻、造型优美及结构整体受力性能合理等特点,被广泛应用于大型的体育场、大跨度的车站候车室以及大中型的工业与民用建筑中。随着人们对建筑审美的提高,建筑跨度也在不断增大。为了满足结构的强度和刚度,传统大跨度空间结构设计往往会采用增大构件截面尺寸的方法以满足使用要求,但这不可避免地会造成钢材的浪费,导致结构经济效益性欠佳。因此对这一结构形式复杂、投资高、风险大的大跨度空间网壳结构进行优化设计具有现实而又重要的意义。结构优化不仅满足了建筑工程的需要,同时也符合我国建设资源节约型社会的要求,更有利于可持续发展。本文基于目前大跨度空间网壳结构优化设计的现状,做了以下研究:针对华为生产园某办公楼的采光顶单层网壳结构的实际情况,以及考虑到该单层网壳结构的空间整体性,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了符合工程实际情况的有限元模型,依据现行荷载规范共选取七种工况,利用ANSYS中的优化模块,在满足结构强度、刚度、挠度以及稳定性等约束条件的前提下,以单层网壳结构的用钢量最少建立了目标函数,对结构进行优化分析,并对优化前后的数据进行比较。结果表明,该单层网壳结构优化后总用钢量较优化前相比减少约21%,优化效果显著;通过对优化前后的单层网壳结构进行静力分析、模态分析、稳定性分析以及弹性时程分析,提取出了结构相应的位移和应力,对结果数据进行对比分析。结果表明,优化后的大跨度空间网壳结构虽然杆件截面面积较之前有所减小,但该结构整体的受力性能得到提高并全部满足现行规范规程要求,使得材料的性能得到更为充分发挥。同时也验证了优化之后单层网壳结构的合理性与可靠性,在一定程度上提高了经济效益,为今后的大跨度空间网壳结构建筑优化设计与分析提供了一定的参考价值。
【学位授予单位】:辽宁科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU399

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【参考文献】
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