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大跨度异形弦支穹顶结构选型及稳定性研究

王少华  
【摘要】:随着建筑造型审美和建筑使用功能要求的发展,水平投影呈椭圆、类椭圆等异形场馆建筑逐渐增多,在新兴的大跨度异形屋盖中应用高效的弦支穹顶结构可以较好的满足经济与安全的要求,而整体稳定通常是弦支穹顶结构的控制因素,所以大跨度异形弦支穹顶结构选型及稳定性研究意义重大。在已有弦支穹顶工程应用的基础上,对结构选型进行总结,并且基于Midas Gen有限元软件进行大跨度异形弦支穹顶结构选型分析,主要进行网格形式、椭圆弦支穹顶上部网壳找形对结构性能影响的研究以及类椭圆、正多边形弦支穹顶的结构选型分析。目前弦支穹顶稳定性的分析方法基本上沿用网壳结构稳定分析的理论与思路,尚无合理的规范或标准可依。本文利用ABAQUS有限元软件对弦支穹顶进行全过程分析,研究其考虑几何非线性、材料非线性的稳定性能,研究并提出适用于弦支穹顶的初始几何缺陷施加方法和只进行几何非线性全过程分析时的安全系数取值K,量化材料非线性对稳定极限承载力的影响。探究水平投影形状、矢跨比、撑杆高度、拉索预应力等因素对弹塑性稳定的影响。研究表明矢跨比较小时,大跨度扁平椭圆抛物面弦支穹顶的受力性能相对椭球面弦支穹顶较好;凯威特-联方弦支穹顶结构性能较好;若建筑造型无特殊要求时,正多边形弦支穹顶和边界不规则的类椭圆弦支穹顶上部网壳宜采用切割球面、椭球面、椭圆抛物面等形式;从工程设计角度出发,建议采用N阶特征缺陷模态法(N取20),取其最小值作为稳定承载力,不建议采用空间网格规程中建议的一致缺陷模态法来施加初始几何缺陷,其计算结果可能偏于不安全;弦支穹顶的稳定承载力受矢跨比和撑杆高度影响较大,受拉索预应力水平影响较小;当大跨度扁平弦支穹顶由稳定承载力控制时,宜进行弹塑性稳定分析,按弹塑性稳定极限承载力安全系数2.0进行设计优化;不建议只进行几何非线性分析,按弹性稳定极限承载力安全系数4.2进行设计优化,会造成较大的不经济。


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