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ETFE气枕的结构性能和关键技术研究

徐国宏  
【摘要】:国家游泳中心是2008年北京奥运会的主要比赛场馆之一,也是奥林匹克公园内的重要建筑。中标方案“水立方”的建筑围护结构采用了一种新型的ETFE气枕结构,其内外表面覆盖面积达12万平方米,建成后将是世界上最大的ETFE应用工程。本论文以此为背景,对这种新型建筑维护结构的结构性能和关键技术进行了分析研究。 论文首先回顾了膜结构的发展历史与应用情况,总结了ETFE膜材的特性及其重要应用工程。在广泛阅读文献的基础上,总结了适用于ETFE气枕结构的膜结构找形与荷载分析理论;提出了运用通用有限元软件ANSYS进行膜结构找形的实用方法。 接着论文以国家游泳中心—“水立方”的ETFE气枕结构为实例,对ETFE气枕结构进行找形及荷载态分析,并得出了ETFE气枕结构在各种荷载作用下的变形及应力分布情况,从而对该类结构的受力性能有了直观的认识,同时提出了ETFE气枕结构一般设计方法。 气枕内压及膜面应力水平是ETFE气枕结构设计的核心问题。本文分别讨论了环境温度变化和膜面温度变化与ETFE气枕结构内压及膜面最大主应力的关系,揭示了温度对ETFE气枕结构性能的巨大影响作用;通过对三种矢高、三种膜厚的ETFE气枕结构的计算,得出了气枕矢高和膜厚与气枕内压和膜面最大主应力的关系;通过气枕结构堆积雪荷载作用下的分析,认识了该种荷载对ETFE气枕结构的不利影响,提出了预防措施和解决办法。 本文还计算分析了屋盖气枕结构上膜面布置索网对ETFE气枕结构性能的影响,通过对比五种不同布索方式,得出了一些有用的结论;考虑了实际施工中由于两片膜材焊接而导致局部膜面加厚的情况,分析了其对ETFE气枕结构性能的影响。 此外,本文参考设计资料给出了ETFE气枕结构在屋盖及墙体处的连接构件设计图,并且计算讨论了ETFE气枕结构膜面应力对气枕连接件的作用。 本文最后对上述研究成果进行了总结并指出了进一步研究的方向。


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