超大跨空间钢管拱桁架层面太阳能发电功能及其强震下弹塑性性能研究

【摘要】：随着世界建筑的日益增多,建筑耗能超越工业耗能和交通耗能,一跃成为社会耗能之首。在不可再生能源日趋减少的情形下,太阳能因其清洁和无限性引起大家重点关注。经过不断的开发创新,太阳能建筑一体化成为建筑未来的发展方向,尤其是光伏发电技术与建筑一体化在大跨度空间结构上的应用成为建筑行业的一大亮点。 人类文明的发展并不能阻挡自然灾害的发生,地震灾难作为自然灾害之首,具有不可抗拒的破坏力,灾后造成的严重损失也是人们无法承受的。从已发生地震后震区情形可知,为了使灾民能及时得到治疗尽快恢复正常生活,有必要建设抗震性能极强且用太阳能提供能源的大跨度空间结构的避难所以备灾后使用。据此,本文设计了240m跨矢跨比0.15的钢管拱桁架模型,并对其太阳能应用做了初步探索,进一步对其抗震性能做了研究,主要工作如下： 1.对太阳能发电原理、太阳能电池类型及其发电量计算方法、太阳能在建筑上的应用可行性等做了分析。 2.对配备了太阳能发电设备的240m跨钢管拱桁架进行设计,根据太阳能电池发电量计算方法对整个屋面太阳能发电量进行计算分析。 3.为满足抗震避难所及太阳能应用要求,在宁河波作用下对原设计结构进行动力弹塑性分析,经分析对原设计结构进行了部分截面调整,并对比了调整前后两模型的结果。 4.为进一步确定调整结构是否满足作为抗震避难所及太阳能应用的要求,采用宁河波、LOMA波和上海人工波对调整截面结构进行了X向、Z向、X+0.65Z双向地震的响应分析。 本文通过对上述两大部分内容的分析研究,得出结论如下： 1.超大跨度空间结构相比其他结构而言,更加适合太阳能的应用；经发电量计算,可知该结构太阳能板发电量足以供馆内日常生活使用,并且作为抗震避难所,灾后可以当作应急电源使用。 2.经分析对比可知,调整后单榀钢管拱桁架用钢量比原设计结构用钢量增加了11.2%,但拱桁架水平抗震能力提高了167%,竖向抗震能力提高了119%,双向抗震能力提高了198%。 3.不同地震波同一方向作用下,结构破坏时最大位移值基本一致,且都小于空间网格结构的容许挠度值,即结构跨度的1/250。 4.分析结果显示,调整结构在罕遇地震下仍可使用；强震作用下结构最大位移值小于空间结构正常使用时最大允许挠度值,同时也满足了太阳能板正常使用的条件