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索穹顶结构是一种受力合理、效率极高的结构形式,它具有自重轻、跨度大且建筑造型十分丰富的特点,属于新型的预应力空间张拉结构。
国内首个大型索穹项建筑是内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗全民健身活动中心,直径71.2米,于2010年12月建成。这标志着中国大陆地区在索穹顶设计施工领域有了突破性的进展,属于中国的索结构的时代即将来临。但是,想要广泛推广实施这种新型的预应力空间结构体系并不容易,还有许多急需解决的问题。其中张拉结构的施工过程就是一个非常复杂的工程难题。
为了能从一定程度上降低这种张拉结构的施工难度,本文主要做了以下工作:
首先,本文在大量阅读国内外相关文献的基础上,简要回顾了索穹顶等空间张拉结构的发展历史和应用实例,总结介绍了国内外研究现状,包括形态分析、静力分析、施工成形分析和新体系的提出和改良,并提出一种新型的索杆张力结构体系“劲性支撑穹项结构”。
其次,详细介绍了新的体系的基本构成和几何形态,并和索穹顶等其他张拉结构进行比较,总结归纳了它们的异同点和各自的优缺点。
再次,对劲性支撑穹项等索结构的竖杆倾斜角度问题进行了研究,并且对新结构体系进行了静力分析,总结出它的静力特点,然后和索穹顶结构进行了对比。
最后,研究了劲性支撑穹项结构的施工全过程模拟方法。包括形态分析和施工过程的模拟分析。通过形态分析,找到理想设计成形态,从理想设计成形态出发,采用施工控制反分析法,借助ANSYS中的生死单元实现了新体系的施工全过程再现。
本文分析了张拉斜索和张拉脊索两种方案,针对两种方案展开参数研究,从定性和定量两个方面总结了构件的内力变化规律,为索穹项和劲性支撑穹顶结构的施工提供了依据。