六桿四面體單元組成的新型裝配式球面網(wǎng)殼理論與試驗研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，傳統(tǒng)建筑業(yè)粗放的生產(chǎn)、建造方式與資源、環(huán)境之間的矛盾日趨激化。在這一背景下，促進建筑產(chǎn)業(yè)由粗放型向集約型發(fā)展、推動建筑工業(yè)化進程，成為我國建筑業(yè)發(fā)展的必然方向。國內(nèi)外經(jīng)驗表明，建筑工業(yè)化的首要任務(wù)是開發(fā)具有工業(yè)化屬性的建筑結(jié)構(gòu)體系，否則一切工作都只能是空中樓閣。本文的研究對象是一種新型球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，它由一系列平面投影為四邊形的六桿四面體模數(shù)單元組成，構(gòu)形簡單且規(guī)律性強，非常適合標準化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)和裝配化施

2、工，是一種典型的面向建筑工業(yè)化時代的空間結(jié)構(gòu)體系。文中從理論和實踐角度對這種球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)展開了研究，希望能藉此為我國的建筑工業(yè)化進程提供一套成熟、可行的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)新體系。
　　第1章對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系及計算分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結(jié)，介紹了國內(nèi)外在裝配式空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)方面的實踐情況。從我國建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，闡明了當前研發(fā)新型裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的意義，并明確了本文的研究內(nèi)容。
　　第2章從組成球面網(wǎng)殼的六桿四面體基本模數(shù)單元

3、的特點出發(fā)，探討了它與傳統(tǒng)三角錐單元的異同。針對基本單元上弦桿沿球面經(jīng)線方向布置的球面網(wǎng)殼，提煉出了決定結(jié)構(gòu)形態(tài)的關(guān)鍵幾何參數(shù)。根據(jù)是否在網(wǎng)殼頂部開口處設(shè)置封口內(nèi)環(huán)桿，定義了球面網(wǎng)殼的有內(nèi)環(huán)桿和無內(nèi)環(huán)桿基本結(jié)構(gòu)體系。通過發(fā)掘基本單元不同的排布方式，還對六桿四面體單元可能組成的其他網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)做了探討。
　　第3章分別基于Maxwell準則和平衡矩陣理論對六桿四面體單元組成的球面網(wǎng)殼的全鉸接基本結(jié)構(gòu)體系進行了機動分析，通過對體系平衡矩陣

4、進行一系列初等變換，結(jié)合平衡矩陣的物理意義，對分析結(jié)果進行了嚴格證明。同時還從理論角度給出了網(wǎng)殼加強結(jié)構(gòu)體系和不同節(jié)點剛性布置方案的形成方式及依據(jù)。
　　第4章為球面網(wǎng)殼靜力性能的分析研究。靜力分析的主要內(nèi)容是對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的強度和剛度進行驗算，以此來反映結(jié)構(gòu)在承受一定外荷載時所表現(xiàn)出的內(nèi)力和位移分布特點。研究中考慮了球面網(wǎng)殼的基本結(jié)構(gòu)體系和兩個加強結(jié)構(gòu)體系，以及每種結(jié)構(gòu)體系下四種節(jié)點剛性布置方案，從橫向和縱向兩個層面展開對比分析。文

5、中還以球面網(wǎng)殼的關(guān)鍵幾何參數(shù)為變量進行了參數(shù)分析。
　　第5章對球面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能進行了系統(tǒng)的分析考察。首先提出了一種能考慮桿件失穩(wěn)影響的穩(wěn)定分析思路，并解決了在整體結(jié)構(gòu)分析中體現(xiàn)桿元穩(wěn)定性的問題。隨后利用該方法建立了球面網(wǎng)殼的有限元模型，并進行了特征值屈曲分析以及考慮桿件失穩(wěn)和初始缺陷的幾何、材料雙重非線性分析。最后針對網(wǎng)殼的穩(wěn)定性能進行了參數(shù)分析。
　　第6章從工程應用的角度出發(fā)，針對球面網(wǎng)殼一個比較適合工程應用的節(jié)點剛

6、性布置方案給出了具體的節(jié)點構(gòu)造形式?；谒岢龅墓?jié)點構(gòu)造和球面網(wǎng)殼的構(gòu)形特點，提出一種高空懸臂無腳手的裝配化施工方案，并設(shè)計了施工中所需的輔助構(gòu)件。最后還研究了針對所提出施工方案的全過程內(nèi)力分析方法，并將這種方法得到的結(jié)果與常規(guī)滿堂紅腳手架施工方案在落架時的結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布進行了對比。
　　第7章在前面各章所做的理論工作基礎(chǔ)上，對六桿四面體單元組成的球面網(wǎng)殼進行了模型試驗研究。首先基于一個10米跨度的大型實物模型，對球面網(wǎng)殼的工業(yè)化生