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建筑结构选型是建筑方案设计阶段的重要工作,结构形式的好坏直接关系到建筑物是否安全、适用、经济、美观。随着新结构与新材料的不断运用与实践,结构形式越来越多样,也越来越复杂,结构形式对建筑物功能、美观、安全性和耐久性等方面的影响也日益突出,因此结构选型问题的重要性与日俱增。
网壳结构作为一种新兴的、有活力的空间结构形式,已经广泛运用于大跨空间结构设计中。由于网壳结构形式多样,且其结构形式直接影响了结构的整体形态以及结构的强度、刚度、延性、抗震性能、抗风能力、经济性能乃至社会性能等各方面的性能特征,故结构选型是网壳结构设计前期的重要决策工作之一。
目前结构选型方法主要有:基于专家经验的方案比较设计法、基于结构优化设计方法的结构选型和人工智能选型方法。由于网壳结构形式多样,传统的设计方法使设计工作量繁重,同时受时间和费用的限制难以进行多方案比较,这样往往导致最终的设计方案并非是最优设计方案。而人工智能选型方法的开发研究是一个长期的过程,目前应用还不够普遍。故本文进行网壳结构选型研究主要采用的是基于优化设计的选型方法。
本文主要研究了双层柱面网壳结构选型。首先,运用大型有限元分析软件ALGOR对各种常用结构形式的双层柱面网壳进行了静力分析,得到了其结构形式随跨度、矢高、厚度、杆长等变化时其受力特性和位移特性的变化规律,为结构形式初选提供依据。
其次,针对双层柱面网壳的特点对传统的网壳结构选型方法做了改进,提出了改进的序列两级算法,该算法是基于离散变量桁架结构的形状优化算法。将改进后的算法用于双层柱面网壳结构选型优化,并通过算例分析,得到了双层柱面网壳优化选型的选型规律。
再次,提出了结构选型的一般方法,即方案生成、方案评价及方案决策;指出了双层柱面网壳结构选型的具体步骤,并通过工程结构选型实例分析,阐述了如何运用本文方法进行双层柱面网壳结构选型。