450m跨巨型穹顶网格结构的设计与施工技术研究

发布时间：2018-03-04 02:17

本文选题：球面巨型网格结构　切入点：施工分析　出处：《太原理工大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：地球被我们人类称为“母亲”,它是我们赖以生存的家园。迄今为止,在人类的科学技术可以探测到的星球中,地球是最适于人类生存的。可是随着人类文明的发展,尤其是工业革命以后,随着人类对环境的肆意破坏,随意污染,地球的生态环境已经变得十分脆弱。温室效应、臭氧层破坏、土地退化和沙漠化、废物质污染及转移、森林面积减少、生物多样性减少、水资源枯竭、核污染、海洋污染、噪音污染。可以预见的是这些生态、环境问题如果任其发展得不到解决,地球将不再适于人类生存。到时人类不论是继续留守地球,还是移民别的星球,都需要面临严峻的环境考验。这时,一个能够为人类提供工作、居住、娱乐的生活环境,并且能够抵御外界极端环境的超大跨度的空间结构就显得极其重要。本文拟建一个集居住,商贸,运动于一体的生态体育公园小区。该小区的跨度初定为450m,国内外关于超大跨度特别是400m以上的空间结构,研究的还很少,有些甚至还只停留在设想阶段。另外超大跨度结构的施工过程研究目前更处于起步阶段,至今尚未有一套完整的施工方法可以借鉴。怎样对其施工过程进行计算机进行仿真模拟、通过科学分析采取合理的施工方案、如何确保施工安全、降低施工费用等问题是该类结构施工技术的关键问题。为此对超大跨空间结构(本文以巨型球面网格结构为例)进行选型设计,并对其施工技术进行探讨具有前瞻性。本文借鉴矩形网格结构在国内外所取得的成果,首先按现行国家规范对所研究的结构进行了设计,然后重点对该结构的施工技术开展了研究,主要内容包括以下几点：(1)应用结构分析软件Midas/GEN,对450m跨球面巨型网格结构进行了设计,得出了结构的刚度和强度特征,模态和稳定特性。(2)在总结常用的施工方法的同时,选定分步顶升法作为结构的施工方法,该方法是在攀达穹顶施工法和逆做安装法的基础上,将结构的整体顶升技术和拼装技术结合起来,先对中心结构和周围环形结构地面原位拼装,将中心结构顶升后,高空补齐中心结构与环形结构之间的杆件,逐次将中心结构从内向外进行施工。(3)验算了结构在施工过程中的顶升反力,结构位移,杆件内力；还对施工过程中温度因素的影响进行了分析；其次还对施工过程中结构的施工坐标预调值进行了计算,最后通过顶升方法的选择和顶升支架的设计,解决了顶升过程中水平推力过大的问题。总结全文,得到以下结论(1)该结构杆件和铸钢节点采用Q420的钢材,杆件为圆管且截面类型多达15种,最小的截面为351X16,最大的截面为1200X42。通过静力计算验算了该结构在恒荷载、活荷载、风荷载、温度荷载的组合工况下的承载力,运用振型分解反应谱法验算了该结构在9度设防地震作用下的承载力和地震响应。经验算该结构在正常使用极限状态下的挠跨比为1/1333,满足规范要求；同时结构中所有杆件的综合应力比小于0.95,满足现行规范对杆件强度与稳定性的要求,总体来看杆件应力的分布均匀对称；经统计,该结构的总用钢量为6.3万吨,以展开面积计算的每平米用钢量为314kg。经验算施工过程中结构杆件的应力比最大为0.98小于1,顶升过程中结构最大挠跨比为1/3429,满足规范要求,结果表明分步顶升法施工安全。综上所述,在太原地区建设450m超大跨度矩形网格结构是安全合理的。(2)施工过程中施工方法的确定和各种内力的计算结果以及变形预调值的研究,验证了分步顶升法在该结构施工过程中的可行性和安全性。(3)通过顶升方法的选择和顶升支架的设计,把顶升过程中结构的水平力传到支架底部,再由抗推千斤顶传到基坑,解决了顶升过程中水平推力问题,再次证明了分步顶升法的可行性。
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【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU399;TU745

【参考文献】