,其主要承重结构是一系列平行的格构式钢拱架,蒙以膜材后,用设在两拱中间的钢索向下拉紧,并在屋面上形成V形排水(雪)沟槽。这种骨架是支承式膜结构的例子也是很多的。然而由美国工程师Geiger根据Fuller的张拉集合体(Tensegrity)概念发展起来的所谓“索穹顶”(Cable Dome),也许是近10年来最为脍炙人口的一种新颖张拉体系。Tensegrity原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系,其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。然而严格意义上的Tensegrity体系未能在工程中实现。Geiger进行了适当改造,提出了支承在圆形刚件周边构件上的预应力拉索-压杆体系,索沿辐射方向布置,并利用膜材作为屋面,他称之为“索穹顶”,并首先用于1988年汉城奥运会的两个体育馆工程。美国的Levy进一步发展这种体系,改用联方形拉索网格,使屋面膜单元呈菱形的双曲抛物面形状,并用于1996年亚特兰大奥运会体育馆,其平面呈准椭圆形,尺寸达24lmx192m。这类张拉式索-压杆-膜体系,重量极轻,安装方便,在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。
与世界先进水平相比,中国在膜结构方面的差距是十分明显的。几年来在理论研究方面做了不少工作,应该说已建立起一定的理论储备。在膜结构应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。上海为迎接八运会于1997年建成的体育场其看台挑篷采用钢骨架支承的膜结构,总覆盖面积36100平米,是我国首次在大型建筑上采用膜结构;但所用膜材是进口的,施工安装也由外国公司进行,价格较昂贵。值得指出的是,中国已出现了专门从事膜结构制作与安装的企业,他们已兴建了几个较小型的膜结构。国产膜材的质量也正在改进。各种迹象表明,膜结构这一族富有潜力的大跨空间结构新成员在我国的发展已露出桅尖。 四、理论研究 (1)空间结构的应用是同相应的理论研究同步发展的。应该说我们在空间结构理论研究大面做了许多工作。主要研究内容偏重于静力作用下的结构性状和分析方法,以满足一般设计工作的要求为主要目标。这些研究为我国空间结构的发展提供了基本的理论支持。早期的工作偏重于以连续化理论为基础的各种解析方法的研究,例如平板网架的拟板解法、网壳的拟壳解法;悬索结构在荷载作用下要产生较大位移,因而计算中应考虑几何非线性,当时发展了一系列适用于不同形式悬索结构的考虑大位移的解析方法。在一段时期内,当计算机尚未广泛运用于结构计算以前,各种解析方法曾对空间结构的发展起过重要作用,但解析方法终究有其局限性,它们具有不同程度的近似性,而且往往仅适用于某些特定的结构形式。
计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件,且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上,当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构,尤其是当采用螺栓球结点时,离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出,对某些形式的悬索结构来说,简单实用的解析方法仍然有意义;对于像双层索系等比较简单的体系,解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如,吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。
十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构,都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起,以及它们之间的相互印证,使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面,为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。
(2)除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外,一些更为基础性的理论研究也受到了重视,例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。
稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题,也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念;这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察,结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时,也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候,要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内,人们不得不求助于连续化理论(“拟壳法”)将网壳转化为连续壳体结构,然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性:连续化壳体稳定性理论 上一页 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页
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