基于组合平衡建模法（CEM）的典型大跨结构形态设计与应用
发布时间：2021-02-18 06:35
大跨度结构发展历史与人类的发展史息息相关。随着社会经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高,人们对于各种造型优美各异的建筑的需求也不断增加。但是传统的结构形态设计方法如应力松弛法和有限单元法等使用较为繁琐,且在设计过程中难以同时兼顾结构的“形”与“力”的变化情况,难以满足工程实际中对于结构的形态设计阶段设计工具方便快捷的需求。针对以上问题,本文对基于传统图集静力学（GSM）原理的参数化结构形态设计方法——组合平衡建模法（Combination Equilibrium Modeling,简称CEM）的组成、原理和应用进行详细的研究,总结基于这一方法的设计规律,实现形态设计过程的可视化,为设计人员进行结构的形态设计提供一个新的角度。针对以上背景,本文主要完成了以下几方面工作:（1）对图解静力学方法（GSM）以及其参数化改进方法——组合平衡建模法（CEM）进行基本数学原理,参数类型和形态设计过程进行介绍与分析,归纳总结这一方法在进行结构形态设计时的优缺点,编写基于RHINO和GRASSHOPPER的前后处理接口,实现了基于RHINO界面的结构形态设计程序,并通过简单实例展示了程序的操作流程以...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
赵州桥大跨度空间结构的发展，起源于古希
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1第1章绪论1.1课题研究背景大跨度结构的发展与人类的历史息息相关。随着材料种类的增加与改进以及人类的设计和建造技术的不断进步，大跨度结构也变得越来越复杂，越来越美观，逐渐成为各个城市乃至国家的地标性建筑与名片。大跨度结构中的两类——大跨度桥梁和大跨度空间结构，二者的发展史即是人类对于“妆、“行”不断追求的进步史。桥梁结构的建造拥有悠久的历史，根据史料记载，中国最早的桥梁建造始于周代，那时人们便已经开始在渭水上搭建梁桥与浮桥。至隋朝，中国人民更是建成了世界上现存年代最久远、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥——赵州桥（图1-1），成为世界桥梁发展史上的一颗璀璨明珠。而放眼世界，古巴比伦王国在公元前1800年建造了多跨的木桥，桥长达183米。古罗马更是在公元1世纪至2世纪，修建了跨越克拉莫尔河的全长728米的双层拱水道桥（图1-2）。图1-1赵州桥图1-2古罗马水道桥大跨度空间结构的发展，起源于古希腊、古罗马帝国时代。受限于当时材料种类单一的情况，作为屋顶或屋盖的结构质量很大，且材料应用效率极低，跨度一般较小，而若想要建造出能够容纳上万人的场所，则只能做成露天场馆，如古罗马的角斗场和大型歌剧院。历史上跨度最大的大跨度空间结构，是建于公元二世纪的古罗马万神庙（图1-3），神庙的穹顶使用天然建筑材料火山灰铸造而成，而火山灰在力学性能方面类型于当今的水泥。火山灰的优秀的力学性能使其能够承受穹顶所带来的各种内力，使这一平均厚度达到4米，跨度达到43.2米的结构能够屹立近两千年而不倒，也使它的跨度记录保持了一千多年。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2图1-3罗马万神庙侧剖图大跨度结构随着近代以来的材料学科的不断进步和革新而逐渐发展。18世纪，生铁开始应用于建筑的建造；19世纪初，铆钉连接方法和轧制型钢出现；到19世纪50年代，平炉炼钢技术和酸性转炉炼钢技术的发展，使钢材开始成为重要的建筑材料；而到19世纪的后半期，焊接技术和钢筋混凝土的出现，最终使大跨度结构这一领域出现了大幅度的发展。斜拉桥，悬索桥等新型桥型开始出现，跨度普遍达千米以上，而拱桥，梁桥等经典桥型也不断发展，跨度也不断增长，极限跨度也已达到数百米。钢材和混凝土取代了木材与石料，焊接取代了简单的搭接，以网架结构与网壳结构为代表的大跨空间结构也出现了日新月异的变化，跨度和规模不断增大，结构的形式逐渐丰富。现如今，大跨度结构不仅仅满足了人们对于“妆、“行”的基本需要，更是衡量一个国家乃至地区建筑科学发展水平和经济实力的重要标志之一。我国未来二十至三十年仍将处于经济高速发展和基础设施大规模建设时期，而这也为跨度结构的发展及应用带来了巨大的机遇[1]。a)明石海峡大桥b)深圳港体育中心图1-4大跨度结构对于建筑物而言，影响其造型设计的因素众多，例如功能、生态、材料、施工、技术、社会、经济乃至政策[2]。但是作为能够应用于实际的建筑设计结果能否最终实现，关键的影响因素在于结构形式与内力分布，即“形”与“力”。如果违背了力学原理，任何天马行空的设计思路都无法实现。因而，保证建筑“形”与“力”
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单元灵敏度修正的渐进结构优化方法[J]. 祁霖,薛彩军. 江苏航空. 2020(01)
[2]基于整体力学分析的自锚式悬索桥主缆找形法[J]. 刘超,高展. 同济大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]基于弧长法的受压球壳稳定性分析[J]. 罗珊,王纬波. 应用力学学报. 2020(01)
[4]浅谈大跨度煤棚三种结构形式的利弊[J]. 郝鹏. 建材与装饰. 2019(25)
[5]工业建筑结构设计选型发展趋势[J]. 孙小永,杨栋,顾进军,陶瑛,王彬. 河南建材. 2019(04)
[6]基于图解静力学的平面桁架形态设计方法研究[J]. 赵洁,马思嘉,乔文涛,张诗雨. 建筑科学. 2019(07)
[7]某大跨度干煤棚网壳结构设计及优化研究[J]. 朱黎明,杜文风,王龙轩,贺鹏斐,刘智健,韩放. 建筑结构. 2019(02)
[8]基于有限元列式的悬索桥主缆找形算法[J]. 孙远,罗文孝,刘梅. 土木工程与管理学报. 2018(02)
[9]基于ANSYS的悬索桥主缆优化找形计算方法[J]. 吴章旭. 西部交通科技. 2018(02)
[10]基于动力松弛法的悬索桥主缆找形方法分析与工程实践研究[J]. 杨华,王英飞. 公路工程. 2017(06)
博士论文
[1]图解静力学的塑形法初探[D]. 孟宪川.南京大学 2014
硕士论文
[1]动力松弛法的改进及其在壳体结构找形中的应用[D]. 常浪子.哈尔滨工业大学 2017
[2]图解静力学结合参数化在自由形式设计中的应用[D]. 沈周娅.南京大学 2013
[3]基于图解静力学的各建筑结构类型图析建立尝试[D]. 谢方洁.南京大学 2012
[4]均布荷载下高强箍筋混凝土梁抗剪性能研究[D]. 董春敏.天津大学 2004
[5]大跨度钢桁架结构施工方案的优选研究[D]. 张爱莉.重庆大学 2003
本文编号：3039174
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
赵州桥大跨度空间结构的发展，起源于古希
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1第1章绪论1.1课题研究背景大跨度结构的发展与人类的历史息息相关。随着材料种类的增加与改进以及人类的设计和建造技术的不断进步，大跨度结构也变得越来越复杂，越来越美观，逐渐成为各个城市乃至国家的地标性建筑与名片。大跨度结构中的两类——大跨度桥梁和大跨度空间结构，二者的发展史即是人类对于“妆、“行”不断追求的进步史。桥梁结构的建造拥有悠久的历史，根据史料记载，中国最早的桥梁建造始于周代，那时人们便已经开始在渭水上搭建梁桥与浮桥。至隋朝，中国人民更是建成了世界上现存年代最久远、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥——赵州桥（图1-1），成为世界桥梁发展史上的一颗璀璨明珠。而放眼世界，古巴比伦王国在公元前1800年建造了多跨的木桥，桥长达183米。古罗马更是在公元1世纪至2世纪，修建了跨越克拉莫尔河的全长728米的双层拱水道桥（图1-2）。图1-1赵州桥图1-2古罗马水道桥大跨度空间结构的发展，起源于古希腊、古罗马帝国时代。受限于当时材料种类单一的情况，作为屋顶或屋盖的结构质量很大，且材料应用效率极低，跨度一般较小，而若想要建造出能够容纳上万人的场所，则只能做成露天场馆，如古罗马的角斗场和大型歌剧院。历史上跨度最大的大跨度空间结构，是建于公元二世纪的古罗马万神庙（图1-3），神庙的穹顶使用天然建筑材料火山灰铸造而成，而火山灰在力学性能方面类型于当今的水泥。火山灰的优秀的力学性能使其能够承受穹顶所带来的各种内力，使这一平均厚度达到4米，跨度达到43.2米的结构能够屹立近两千年而不倒，也使它的跨度记录保持了一千多年。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文2图1-3罗马万神庙侧剖图大跨度结构随着近代以来的材料学科的不断进步和革新而逐渐发展。18世纪，生铁开始应用于建筑的建造；19世纪初，铆钉连接方法和轧制型钢出现；到19世纪50年代，平炉炼钢技术和酸性转炉炼钢技术的发展，使钢材开始成为重要的建筑材料；而到19世纪的后半期，焊接技术和钢筋混凝土的出现，最终使大跨度结构这一领域出现了大幅度的发展。斜拉桥，悬索桥等新型桥型开始出现，跨度普遍达千米以上，而拱桥，梁桥等经典桥型也不断发展，跨度也不断增长，极限跨度也已达到数百米。钢材和混凝土取代了木材与石料，焊接取代了简单的搭接，以网架结构与网壳结构为代表的大跨空间结构也出现了日新月异的变化，跨度和规模不断增大，结构的形式逐渐丰富。现如今，大跨度结构不仅仅满足了人们对于“妆、“行”的基本需要，更是衡量一个国家乃至地区建筑科学发展水平和经济实力的重要标志之一。我国未来二十至三十年仍将处于经济高速发展和基础设施大规模建设时期，而这也为跨度结构的发展及应用带来了巨大的机遇[1]。a)明石海峡大桥b)深圳港体育中心图1-4大跨度结构对于建筑物而言，影响其造型设计的因素众多，例如功能、生态、材料、施工、技术、社会、经济乃至政策[2]。但是作为能够应用于实际的建筑设计结果能否最终实现，关键的影响因素在于结构形式与内力分布，即“形”与“力”。如果违背了力学原理，任何天马行空的设计思路都无法实现。因而，保证建筑“形”与“力”
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单元灵敏度修正的渐进结构优化方法[J]. 祁霖,薛彩军. 江苏航空. 2020(01)
[2]基于整体力学分析的自锚式悬索桥主缆找形法[J]. 刘超,高展. 同济大学学报(自然科学版). 2020(01)
[3]基于弧长法的受压球壳稳定性分析[J]. 罗珊,王纬波. 应用力学学报. 2020(01)
[4]浅谈大跨度煤棚三种结构形式的利弊[J]. 郝鹏. 建材与装饰. 2019(25)
[5]工业建筑结构设计选型发展趋势[J]. 孙小永,杨栋,顾进军,陶瑛,王彬. 河南建材. 2019(04)
[6]基于图解静力学的平面桁架形态设计方法研究[J]. 赵洁,马思嘉,乔文涛,张诗雨. 建筑科学. 2019(07)
[7]某大跨度干煤棚网壳结构设计及优化研究[J]. 朱黎明,杜文风,王龙轩,贺鹏斐,刘智健,韩放. 建筑结构. 2019(02)
[8]基于有限元列式的悬索桥主缆找形算法[J]. 孙远,罗文孝,刘梅. 土木工程与管理学报. 2018(02)
[9]基于ANSYS的悬索桥主缆优化找形计算方法[J]. 吴章旭. 西部交通科技. 2018(02)
[10]基于动力松弛法的悬索桥主缆找形方法分析与工程实践研究[J]. 杨华,王英飞. 公路工程. 2017(06)
博士论文
[1]图解静力学的塑形法初探[D]. 孟宪川.南京大学 2014
硕士论文
[1]动力松弛法的改进及其在壳体结构找形中的应用[D]. 常浪子.哈尔滨工业大学 2017
[2]图解静力学结合参数化在自由形式设计中的应用[D]. 沈周娅.南京大学 2013
[3]基于图解静力学的各建筑结构类型图析建立尝试[D]. 谢方洁.南京大学 2012
[4]均布荷载下高强箍筋混凝土梁抗剪性能研究[D]. 董春敏.天津大学 2004
[5]大跨度钢桁架结构施工方案的优选研究[D]. 张爱莉.重庆大学 2003
本文编号：3039174
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