谭仲毅[1]2002年在《树状结构施工技术研究与应用》文中认为树状结构是根据自然界中树的生态及受力原理设计的建筑结构，具有独特的实用性和观赏性，目前在国内还很少应用。本文针对这种国内少见的新结构体系进行研究，对有关技术问题作较深入的分析探讨，以求加快其在国内的应用和推广，丰富和完善起我国的建筑结构体系。本文首先对国内外建筑仿生结构和树状结构的发展及应用进行总结归纳。其次通过对树状结构树干、树枝及节点的构造形式及材料进行介绍，指出如何对树状结构的节点形式进行选用。然后在阐述树状结构节点实验研究方法和理论研究方法的基础上，提出了利用半解析法和弹塑性大挠度有限元法两种有效分析树状结构管节点应力的方法，并给出两种方法的详细表达式及它们各自的优缺点。通过对铸钢件常见制作方法的介绍，确定了采用消失模法作为树状结构铸钢节点的制作方法，并详细论述了用消失模法制作铸钢节点的铸造原理、铸造工艺、铸造缺陷产生的原因及防治措施、铸钢节点的热处理方法以及检验标准。接着系统的论述了高空散装法和分单元安装法两种树状结构吊装方案，树状结构吊装机械及平面布置，树状结构胎架及节点的搭设，以及树状结构树干、树枝和节点的吊装工艺等诸多工艺问题。详细的论述了采用全站仪对树状结构进行空间叁维坐标测量的方法，包括测量标志点的选取、测量系统的建立及测量坐标的转换等问题。深入地研究了树状结构可焊性、焊接方法、焊接工艺、焊接应力及控制、焊接变形及矫正、焊接缺陷分析及焊接质量检查等复杂的异种钢焊接问题。随后对树状结构的防腐原因、防腐机理、防腐方法及防火原因、防火施工等问题进行了分析探讨。最后，以上述理论为基础，论述了树状结构在深圳文化中心的应用典例。
孙学华[2]2017年在《天津滨海文化中心文化长廊树形仿生结构设计》文中认为树状结构力流明确,传力合理,造型优美,是一种集造型仿生和结构仿生为一体的仿生结构,可应用于大型游乐场所、文化场馆、机场建筑和候车站台等结构工程中。相对于国外已经取得的研究成果,国内对树形仿生结构的研究仍处于理论探索阶段,尚未形成对工程具有指导意义的规范方法,在一定程度上制约了这种新型结构体系的进一步发展。从国内的研究状况来看,关于树状结构的研究集中在找形方法、稳定分析和受力性能上,本文在总结前人研究成果的基础上主要做了以下工作:首先,本文对仿生结构进行了归纳总结,在此基础上对仿生结构的一种特殊形式树状结构从概念提出、受力特点、研究现状和工程应用等方面对树状结构进行了详细的归纳和总结,并且对天津滨海文化中文化长廊树形仿生结构进行了重点介绍;其次,本文采用数值模拟的方法对文化长廊进行了系统研究,根据结构的特点详细介绍了建模的方法和步骤,并对结构进行了恒载、风荷载、温度作用等静力分析。主要考察了在不同荷载工况下的结构应力及变形,并指出结构的主控荷载;再次,本文对文化长廊进行了抗震分析,采用阵型反应谱法和弹性时程分析的方法,通过对结构在罕遇地震下结构变形和顶点加速度的分析,得出结构的抗震性能能满足相关规范要求;最后,对结构进行了整体吊装的施工模拟,采用汽车吊为主,塔吊为辅的安装方式,保证整体结构安装的快速安全。在施工周边条件复杂、结构单体施工交叉多、同时需要与其他专业协同;吊装设备起重量、场地受限,工期又短的多种不利条件下,总共用了84天就完成现场安装,取得了较好的效果。
林晖, 吴杰, 陈海洲, 杨宗林, 张其林[3]2015年在《双枝不等重大型树状结构的旋转提升法研究》文中研究指明树状结构是空间仿生结构的一种,具有空间叁维的形态和受力特征。高空散装法和单元吊装法是树状结构常用的施工方法,但难以用于大型复杂树状结构。提出了一种旋转提升施工方法,并将其应用于某大型树状结构的实际施工中。针对工程中出现的双枝不等重难点,进行了提升方案优化、施工过程跟踪分析和塔架整体稳定分析。结果表明,不同步旋转提升法具有较好的施工安全性和经济性,提升塔架也符合稳定设计要求。
张倩[4]2013年在《树状结构找形优化分析及结构性能研究》文中研究说明树状结构力流明确，传力合理，造型优美，是一种集造型仿生和结构仿生为一体的仿生结构，可应用于大型游乐场所、文化场馆、机场建筑和候车站台等结构工程中。随着树状结构的不断应用和研究的逐渐深入，在分析理论方面还有一些课题需要完善，如简便高效的树状结构找形方法和太阳辐射下非均匀温度场对树状结构的影响等。本文采用数值模拟、试验研究和现场实测相结合的方法，对上述问题进行了深入的研究，取得了一些研究成果，以期对树状结构的理论研究和工程应用提供一定参考。作为仿生结构的一种，树状结构的定义和组成编码等基本概念并没有明确规定。本文将树状结构定义为在研究自然界中树木的形态及受力特性的基础上，所设计的具备一定支承作用的结构。为便于对比分析并完善树状结构的基本概念，提出树状结构的结构组成，规定树状结构的编码。在总结实际工程应用的基础上，按照不同的分类方式对树状结构进行分类。可为树状结构系统研究奠定基础。树状结构的形态关系结构的力学性能，如何使结构受力更为合理，是值得关注和研究的。在综合比较树状结构物理找形、数值模拟找形方法，研究连续折线索单元的基础上，提出一种基于连续折线索单元的高效树状结构找形方法，该方法模拟索单元的只拉特性且操作简便。将该方法应用于二维树状结构的找形分析，能够有效减小节点荷载和均布荷载下树状结构的杆件单元弯矩，效果较理想。以二级分杈和叁级分杈树状结构为例，给出静力找形方法和动力找形方法的一般步骤。通过模拟试验，并与数值找形方法对比，验证了基于连续折线索单元找形方法的可行性。对节点荷载下的二级分杈树状结构提出优化方法，并对树状结构的找形结果进行初步探讨。提出基于连续折线索单元的叁维树状结构找形方法，找形后的单元弯矩值减小。将该找形方法应用于天山海世界米立方项目中树状结构的找形分析，对找形确定的树状结构与实际采用的树状结构进行力学性能的对比分析。对树状结构树枝分级不同的整体结构进行结构性能研究，二级分杈树状结构支承的结构力学性能优于一级分杈树状结构体系，明显优于普通柱结构。树状结构与上部屋盖刚接连接和铰接连接对结构整体性能影响不大。树状结构的节点形式对单树和屋盖组合的结构形式影响较大，考虑米立方工程周圈环梁落地，树状结构节点形式对结构整体性能影响不大。室内大空间环境供暖或制冷，外部太阳辐射和内外大温差的共同作用下，树状结构支承的整体结构处于动态的非均匀温度场作用下。对米立方工程在夏季的结构温度现场实测和数据采集，验证理论分析得到的非均匀温度场数值模拟结果。研究不同温度工况对树状支承结构的性能影响，得到温度作用对结构影响较大，且太阳辐射下非均匀温度场对结构整体影响较大的结论，考虑米立方室内戏水部分的恒温因素，非均匀温度场下的树状结构内力分析更加符合实际情况。树状结构作为支承的整体结构相较于普通柱支承的结构，能够有效减小温度作用下结构的单元应力和节点位移。基于叁维树状结构的性能研究，提出有效抗侧力、提高结构协同受力能力的森林结构体系，并对该体系进行结构性能研究。
张建亮[5]2011年在《树状结构形态分析与工程应用》文中进行了进一步梳理树状结构是德国建筑师Frei Otto在20世纪60年代提出的一个结构形态学概念,具有造型新颖优美、受力简捷合理的特点,因而受到建筑师的普遍青睐,在工程实践中得到了较多应用。相比之下,国内外关于树状结构的研究仍停留在理论探索阶段,尚未形成对工程实践具有普遍指导意义的规范方法,这在一定程度上制约了这种新型结构体系的进一步发展。从目前国内外的研究现状来看,关于树状结构的研究多集中在找形方法、受力性能、节点构造和施工工艺等方面。本文在总结前人研究成果的基础之上,对树状结构的形态生成方法、稳定性分析与设计方法进行了较为细致的研究,并将研究成果应用于两个工程实践,为推动树状结构在我国的发展进行了有益的探索。论文工作主要包括以下几方面:1.对树状结构的几何特点及受力特点进行了深入的分析,借鉴拟吊实验法的思想,提出一种树状结构找形新方法——逆吊递推找形法,即令所有高级树枝均指向由其分出的低级树枝的受力中心,使树状结构各杆件在给定荷载作用下均只受轴力,构成形效结构。该方法的特点在于原理简单、操作方便,通过与现有方法对比和工程实践应用,证明了其准确性和有效性。2.将树状结构简化为有侧移和无侧移两种典型形式,通过对其稳定性能进行分析表明,树状结构的整体失稳形式与传统的单柱失稳形式相似,有侧移树状结构最低阶整体失稳为半波弯曲失稳,无侧移树状结构为整波弯曲失稳。在此基础上,总结了几种常用的计算长度系数确定方法,提出了基于整体失稳的树状结构计算长度系数确定方法。采用此方法对典型树状结构进行参数分析,给出了有侧移和无侧移两种情况下各级树枝的计算长度系数建议取值。此外,借鉴阶形柱的计算长度系数确定方法,还提出了基于等效刚度概念的计算长度系数简化计算方法。3.将前两部分研究成果应用于漠河收费站栅门和黑龙江省博物馆新馆两项工程实践中,完成了树状结构的找形分析,并对结构进行了线弹性屈曲分析和考虑几何非线性和材料非线性的全过程分析,确定了各级树枝的计算长度系数。以上工作表明,本文提出的逆吊递推找形法具有较强的工程实用性,所给出的计算长度系数建议取值与实际工程分析结果基本一致,可以为工程实践提供参考。
刘红波[6]2011年在《弦支穹顶结构施工控制理论与温度效应研究》文中研究表明弦支穹顶是一种高效的预应力空间钢结构,已推广用于体育馆、会展中心等近20项大跨度建筑工程中。随着工程应用的推广和研究的深入,在施工控制技术与分析设计理论方面遇到了一些亟待解决的关键课题,包括弦支穹顶结构临时支承结构的分析设计理论、考虑温度变化和滑移摩擦影响的弦支穹顶的预应力施工过程数值模拟与控制理论、太阳辐射作用下弦支穹顶结构温度荷载的数值模拟理论及其温度效应研究等,这些课题解决的好坏,直接影响到弦支穹顶的结构效能、工程造价及施工阶段和使用阶段的安全等问题。本文围绕上述问题,采用数值分析与试验研究相结合的方法,开展了系统深入的分析研究,取得了一些具有科学意义和工程应用价值的研究成果。弦支穹顶施工时通常会采用扣件式钢管满堂支承架作为结构和施工荷载的临时支承,而目前扣件式钢管满堂支承架半刚性分析计算理论尚不完善,由此带来了很多问题,甚至工程事故。结合行业标准《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2001)修订工作,通过足尺试验和理论分析对扣件式钢管满堂支承架的结构力学特点、分析方法及其设计理论进行了深入的研究,提出了一套完整的扣件式钢管满堂支承架的数值模拟理论和简化计算方法,揭示了各个参数对结构稳定性能的影响规律,相关研究成果已编入行业标准《扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ 130-2011)。在弦支穹顶结构预应力张拉施工过程中,环索与撑杆下节点之间的滑移摩擦引起显着的预应力张拉偏差,给结构带来了一定的安全隐患。为系统深入的研究滑移摩擦导致的预应力偏差及其对结构性能的影响,本文基于拉索的热胀冷缩原理及其泛函广义逆的概念,考虑滑移摩擦建立了环索绕撑杆下节点滑移的数值模拟理论,通过ANSYS的APDL语言编程实现;同时基于有限元基础理论,推导了基于有限元列式的叁节点滑移索单元和闭合多滑轮滑移索单元的刚度矩阵、质量矩阵,通过商用有限元软件ABAQUS的用户自定义单元功能,将单元算法用于计算机手段进行实现索滑移的数值模拟。通过算例和试验验证上述叁种索滑移数值模拟理论的合理性。利用上述理论,分别研究了滑移摩擦导致的预应力偏差的分布规律、偏差对弦支穹顶结构性能的影响、环索滑移与不滑移时结构性能的对比分析等内容,得出了一些可供工程参考的结论。在弦支穹顶结构预应力施工期间,环境温度与结构温度是不断变化的,并且变化的幅度较大,给结构的预应力张拉的精确施工带来技术难题。本文首先通过算例分析得出由预应力张拉期间环境温度变化引起显着的预应力张拉误差,误差可达212%,因此必须考虑环境温度的变化对预应力施工的影响。为考虑施工期间环境温度的变化对预应力施工的影响,本文提出了循环补偿法和简化线性方法来考虑施工过程中环境温度变化对预应力张拉施工的影响,通过算例对方法的合理性和精度进行了验证。在弦支穹顶结构的施工阶段和使用阶段,其结构本身的温度场是一个不断变化的过程。温度作用作为一种特殊的荷载,与重力荷载、风荷载、地震作用等常规荷载有着本质的不同,后者可通过增强结构的刚度来有效抵抗,但是前者却不然,刚度越大,温度作用引起的内力就越大,因此对于温度作用引起的内力不能仅靠增加结构的刚度来抵抗。本文采用有限元理论研究了温度作用对弦支穹顶的预应力大小、节点位移、杆件内力和支座反力的影响,揭示了拉索材料和支座约束刚度对温度作用下弦支穹顶结构性能的影响规律。在弦支穹顶结构的施工阶段和使用阶段,其结构温度场不仅受到环境空气温度的影响,而且还受到太阳辐射的影响,太阳辐射作用下,结构表面的温度可超出环境空气温度20℃之上,若设计和施工过程中不能合理的考虑结构的温度场,将会引起安全隐患。本文基于有限元理论,建立太阳辐射作用下钢结构温度场数值模拟方法,并提出了一种高效的太阳阴影计算方法。采用本文建立的数值模拟和阴影计算方法采用ASHRAE晴空辐射模型,建立了太阳辐射作用下钢结构的温度场分析模型,研究了钢板太阳辐射吸收系数、地面辐射反射系数、构件规格和空间方位对结构温度场的影响,完成了钢板、钢管、箱型钢管和H型钢四组太阳辐射下钢构件的温度场试验,验证了理论分析模型和简化计算方法的有效性和合理性。利用本文提出的太阳辐射下钢结构温度场数值模拟方法,研究了太阳辐射下弦支穹顶和弦支穹顶迭合拱结构的温度场分布规律,并揭示了此温度场下弦支穹顶的结构响应规律。
张倩, 陈志华, 王小盾, 刘红波[7]2015年在《基于连续折线索单元的树状结构找形研究》文中研究指明在树状结构各种力学性能研究中,找形分析是十分重要的.在研究以往树状结构找形过程的基础上,以减小杆件内的单元弯矩为目的,提出将连续折线索单元应用于树状结构找形的方法,给出一般操作步骤,并通过试验对该方法进行验证.经过内力分析比较,得到该方法能够有效减小单元弯矩、结果较理想的结论,同时该方法具有操作简便、无需编程迭代、耗时较短的优势.对找形后的结果进行优化,可以进一步减小单元弯矩.分析分级节点位置变化对找形结果的影响,总结规律,为今后树状结构工程的设计应用提供了一定的参考.
余少乐, 陈海洲, 张晓勇, 颜卫东, 张其林[8]2017年在《南京牛首山树状结构安装施工技术》文中研究表明南京牛首山树状结构由于其施工的复杂性和特殊性,常规安装方法不适用。结合现场实际条件提出了自平衡提升法。结合项目特点,首先介绍了自平衡提升法的施工流程,对施工过程的监测内容和测点布置进行说明,详细阐述了牛首山树状结构安装施工技术。
陈俊, 张其林, 谢步瀛[9]2010年在《树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用》文中研究说明首先阐述树状结构在国内外建筑结构中的应用情况,然后着重从设计的角度对树状柱的结构形式、连接方式以及稳定计算分析进行论述,并给出相应的建议与设计参数,最后,通过实际的树状柱支撑设计工程实例,给出树状柱的设计计算结果及设计中的关键问题,并且进行相应的分析总结,旨在为大跨度空间结构支撑形式采用树状柱结构积累经验,推动树状柱的设计研究工作。
吴斌[10]2013年在《基于应变能敏感度的树状结构形态创构研究》文中研究说明树状结构以其形态优美、受力合理、覆盖范围广，在大空间的建筑结构中有很广泛的应用前景。目前学者们对树状结构的研究大多集中在拓扑形状已经确定的静力性能研究，对其形态设计上的研究则很少。随着越来越多的树状结构的出现，如何设计出形态优美且力学合理的树状结构，保证结构的刚度的同时，又确保结构的稳定性，是目前急需解决的问题。外力对结构所做的功以应变能的形式存储在结构中，应变能越小，结构刚度越高；应变能敏感度越小，几何缺陷对结构力学性能的稳定性的影响也越小，因此，把应变能作为目标函数在树状结构的形态设计中是可行的。文中首先阐述了有理B样条的基本原理和曲线的全局插值算法，以B样条曲线建立了上部建筑约束条件；推导了单元刚度矩阵对节点坐标的微分，坐标转换矩阵对节点坐标的微分，在此基础上求出了结构应变能对节点坐标的敏感度，以此作为节点移动的依据；计算了单元的应变能敏感度，作为单元增减的依据。然后，建立了基于应变能敏感度的树状结构的形态创构方法，根据应变能对节点坐标和单元的敏感度对树状结构的节点进行调整以及对单元进行增加或删除操作，得到结构应变能最小、以受轴力为主的树状结构形态。因此最后可以通过对形态已经确定的树状结构进行截面优化，创构出结构性能优良的树状结构。文中给出了具体的创构策略。针对建筑结构实际设计中可能存在的叁种情况，文中探讨了不同初始条件下的树状结构形态创构，创构出了分枝合理、受力性能高效、形态优美的树状结构，并进行了力学分析和方法的特点总结；另外，文中还进行了不同操作策略下树状结构形态创构的探索，证明了用本文所建立的方法可以根据设计者的设计意图进行设定，通过不同的操作策略可以获得丰富多样、力学合理的树状结构。本文所建立的树状结构形态创构方法虽然以结构的应变能作为目标函数，但在进化过程中，结构的刚度、极限承载力和稳定性都到了明显的提高，结构承载方式转变为以轴力为主。并且，结构的应变能敏感度随着进化逐步减小，最终降低了由于节点位置的偏差对结构力学性能带来的影响，有效的改善了结构对初始几何缺陷的敏感程度，为实际树状结构的设计与施工提供了有益的参考。
参考文献：
[1]. 树状结构施工技术研究与应用[D]. 谭仲毅. 重庆大学. 2002
[2]. 天津滨海文化中心文化长廊树形仿生结构设计[D]. 孙学华. 天津大学. 2017
[3]. 双枝不等重大型树状结构的旋转提升法研究[J]. 林晖, 吴杰, 陈海洲, 杨宗林, 张其林. 施工技术. 2015
[4]. 树状结构找形优化分析及结构性能研究[D]. 张倩. 天津大学. 2013
[5]. 树状结构形态分析与工程应用[D]. 张建亮. 哈尔滨工业大学. 2011
[6]. 弦支穹顶结构施工控制理论与温度效应研究[D]. 刘红波. 天津大学. 2011
[7]. 基于连续折线索单元的树状结构找形研究[J]. 张倩, 陈志华, 王小盾, 刘红波. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015
[8]. 南京牛首山树状结构安装施工技术[J]. 余少乐, 陈海洲, 张晓勇, 颜卫东, 张其林. 施工技术. 2017
[9]. 树状柱在大跨度空间结构中的研究与应用[J]. 陈俊, 张其林, 谢步瀛. 钢结构. 2010
[10]. 基于应变能敏感度的树状结构形态创构研究[D]. 吴斌. 哈尔滨工业大学. 2013