大跨度空間結構的案例
【直播】大跨空間結構直接分析設計法，實例解析！
在實例中解讀空間結構關鍵性問題
課程背景
大跨度空間結構是國家建筑科學技術發展水平的重要標志之一。世界各國對空間結構的研究和發展都極為重視，例如國際性的博覽會、奧運會、亞運會等，各國都以新型的空間結構來展示本國的建筑科學技術水平，空間結構已經成為衡量一個國家建筑技術水平高低的標志之一。
隨著科技水平的提高，我國空間結構理論分析近年來得到了長足的發展，計算方法由連續化分析到離散化分析，由近似計算到精確分析，由等效靜力分析到直接動力分析，由線性分析到非線性分析。研究方法向理論、試驗與大量計算機分析相結合的方向發展。
課程內容
本系列課程共兩章節，行業頂級資源，首場免費！
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展開 『分享』大跨度拱在空間變化的非平穩隨機地震動作用下的隨機響應
應用混合型精細時程積分算法研究了大跨度拱在空間變化的非平穩地震動作用下的隨機
影響問題。采用的非平穩隨機地震動功率譜模型是根據多次地震動記錄提出的, 既考慮了多點激勵
的行波效應, 又考慮了地震動的空間相干性, 具有廣泛的代表意義
大跨度拱在空間變化的非平穩隨機地震動作用下的隨機響應.pdf
大跨度橋梁結構理論計算
大跨度橋梁結構理論計算
大跨度橋梁結構計算理論.part1.rar
大跨度橋梁結構計算理論.part2.rar
大跨度橋梁結構計算理論.part3.rar
solidThinking Inspire 與 OptiStruct 在建筑設計中的應用
但優化只能局限于外立面，無法進行空間結構的優化。
圖 1 框架核心筒模型
圖 2 外框架優化結果
但是 OptiStruct 需要有較強的有限元知識和力學功底，對于建筑師來講使用通用有限元軟件實屬不易，因此本文后續內容都采用 solidThinking Inspire 來進行，該軟件操作方便， 簡單易學更適合建筑師使用。
三、solidThinking Inspire 在建筑設計中的運用
使用 solidThinking Inspire 能夠較好的完成復雜建筑設計，可以快速得到最優的結構布置方案，并且能夠帶來建筑的美觀效果，以下以兩個例子進行展示。
3.1 大跨度空間結構優化算例
一座大跨度空間結構如圖 3 所示，結構分為兩個區域，表面銀色一層為膜結構僅作為維護結構，不進行優化設計。下部棕色部分為受力部分，材料屬性為鋼材，作為受力結構進行優化設計。在膜結構表面處施加豎向荷載，將鋼結構的邊緣部分設置固端支座，進行連續體的拓撲優化計算。
圖 3 建筑方案與工況
材料屬性對于優化結果是一個重要的影響因素，主要在于其彈性模量和屈服強度差異較大。而在建筑結構中對于結構的變形和應力值有著嚴格的控制，因此在計算時分為兩組，分別采用不同的鋼材屬性進行計算。
展開 
大跨度拱形鋼結構施工技術
▼ 現場實施圖
結語
（1）本工程中央站房66m跨大跨度鋼結構桁架采用分段吊裝、高空合攏的吊裝方案進行吊裝，C、D兩個流水段共用時4個月完成了12000t鋼結構的吊裝工作，為確保工程總體施工進度打下了堅實的基礎。
（2）本工程大跨度鋼結構桁架施工過程中，結構最大變形36mm，最大應力45.51Mpa，結構變形和應力均滿足規范和設計要求。分段吊裝施工與結構一次成型相比，附加變形1.9mm，附加應力1.2MPa，附加變形和附加應力均較小，滿足施工要求。分段吊裝、高空合攏吊裝方案安全合理。
來源： 科技建工 （crceg-science）
展開 大跨度鋼結構地震過程仿真分析
大跨度鋼結構地震過程仿真分析
近期，人們被日本九州地震和南美厄瓜多爾地震給震怕了，有人調侃“地球進入振動模式”，實際上從長期來看，世界范圍內的地震出現頻率和級別并無異常。在我們的科技水平還無法準確預測地震的時候，防震救災工作就顯得很重要，例如建筑設備的抗震能力能否抵抗住某次大級別地震，關系到人們生命安全問題。
以某個大跨度鋼結構為例，介紹一下CAE方法在地震分析中的應用。
地震分析方法一般分為底部剪力法、反應譜法和時程分析法。CAE領域常用反應譜法或時程分析法，時程分析法采用的載荷是某次具體的地震波，反應譜法是多個地震波的統計結果，由時域轉換成頻域而來，從計算的經濟性和通用性考慮，最常采用的是反應譜法。
地震波反應譜
學過力學的朋友都知道，地震波分為橫波和縱波，由于縱波的傳輸速度比橫波快，從振源首先到達地表，因此震中地區的人們首先感到的是上下震動，然后是橫向振動，豎向地震的加速度值比橫向要小，國標規定取橫向數值的65%，因此對地面設備造成最大破壞的是橫波的剪切作用。CAE分析過程也分為豎向地震和橫向地震。
在abaqus中采用反應譜法進行地震分析，需要先提取結構的頻率，然后再進行反應譜分析，同時輸入定義好的反應譜和阻尼，反應譜可以是加速度譜、位移譜、速度譜等內容：
提交計算后就可以得到結構在地震作用下的響應：
今年7月28日是家鄉唐山抗震40周年紀念日，在技術落后的年代，自然災害帶來的后果是慘痛的。
文章轉載自微信公眾號：SmartFEA
旨在分享知識，若侵即刪
展開 基于OptiStruct的拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用
一、研究背景
桁架結構廣泛運用于大跨度建筑結構中，如體育場、體育館，演藝中心、會議中心、超高層連廊等等。研究桁架的最優受力形態對工程有極大的意義。
二、研究內容
?支座約束形式對桁架拓撲形式的影響
?荷載形式對桁架拓撲形式的影響
?跨高比對桁架拓撲形式形式的影響
三、研究模型
?本桁架跨度30米，桁架跨高比分別為1/5，1/10，1/15；約束條件分別為上部約束，下部約束，上下約束；荷載分別為均布荷載，跨中集中荷載，1/3跨集中荷載。
模型一
模型二
模型三
模型四
模型五等共十八個模型
四、結論
基于以上分析可以得到:
?拓撲優化的形狀較我們平常設計的桁架形式有較大的區別。
?支座形式、荷載形式、跨高比都很大程度影響桁架的最優拓撲形狀，在具體項目實踐中應該根據實際條件分析最優的拓撲形狀。
拓撲優化技術在大跨度桁架結構中的運用.ppt
展開 基于Python的Hyperstudy二次開發 大跨度屋面結構樹形柱的優化
基于HyperStudy大跨屋面結構樹形柱的優化.pptx
本次優化案例來源為本團隊正在進行的一個項目中的電影院入口鋼結構雨棚，該雨棚的跨度為40mx40m，屋頂結構形式為雙向桁架，由12根樹形柱支撐。
1、本團隊通過python語言編制了Hyperstudy與SAP2000之間的接口hyperstudy-sap2000.exe
使Hyperstudy 可以應用到土木工程領域。
2、本團隊對一個實際的工程項目“大跨度鋼結構雨棚樹形柱”進行了優化分析，驗證了接口的可用性以及Hyperstudy 可以應用到土木行業的設計分析中。
3、優化的結果驗證了Hyperstudy其優化算法的高效性以及對土木結構設計的適用性。
4、本次課題重點是實現了Hyperstudy的多學科應用，在后續的過程中可以不斷豐富hyperstudy-sap2000.exe ，使其功能更加強大，將Hyperstudy的優化算法更好的應用到土木領域中。
展開 大跨空間結構整體穩定分析指南
哪些結構需要？
我們知道在鋼構件驗算時，需要驗算腹板和翼緣的穩定性，保證板件的高厚比或寬厚比在一定限值范圍內，這叫局部穩定驗算。桿件是由腹板和翼緣組成的，即使腹板和翼緣不會局部失穩，如果桿件軸壓較大，或者長細比較大，還容易出現桿件層面的穩定問題，還需要桿件穩定驗算。
結構是由桿件組成的，對于某些結構（比如單層網殼）宏觀上結構內部存在較大軸壓力，即使我們保證了桿件層面穩定，也不能保證整體層面穩定。因此這類結構需要進行整體穩定驗算，這如同局部穩定和桿件穩定的關系。對于結構而言桿件就是結構的局部。而那些宏觀來看主要是抗彎的空間結構（比如平板網架）則無需進行整體穩定驗算，保證桿件穩定就可以了。
02
整體穩定分析的執行步驟
1）線性屈曲分析
線性屈曲分析沒有考慮缺陷、幾何非線性、材料非線性，是一個比較理想狀態，因此得到的臨界荷載系數偏大。
展開 大跨空間鋼結構選型及案例分享
(來源：鋼結構幕墻BIM)
大空間火災下結構抗火有限元計算
分享一個大空間結構抗火的有限元案例，不足之處還請批評指教。
有限元分析對象為肋環型單層網殼，建筑高度設為6m，建筑面積約為500m2，采用矩形鋼梁200x200x10，材料為Q345，熱工參數取自歐規。
升溫曲線選擇李國強老師、杜詠老師的大空間建筑火災空氣升溫經驗公式。 大空間火災升溫曲線簡潔易懂，易于應用在工程計算中。
1、 大空間火災升溫曲線
參考文獻：
李國強,杜詠.實用大空間建筑火災空氣升溫經驗公式[J].消防科學與技術，2005,24(3):5.DOI:10.3969/j.issn.1009-0029.2005.03.006.
高大空間定義：
高大空間是指高度不小于6m、獨立空間地(樓)面面積不小于500m2的建筑空間。
火災中熱量傳遞：
火災中熱對流、熱輻射引起空氣升溫，火源熱量由空氣媒介經瞬態傳熱過程傳遞給構件，導致構件的升溫，從而引起構件的材性和熱物性變化。
火災中溫度非定場的簡化模型前提假設：
1) 火羽流呈對稱上升；
2) 火災發展at2增長型；
3) 建筑平面的長寬比≤2；
4) 火災為燃料控制型，燃燒物為木材；
5) 墻壁及頂面為混凝土；
6) 無排煙及噴淋系統；
得出溫度關于火源點呈極對稱：T（x,y,z,t）→T（x,z,t）
大空間建筑的屋蓋結構:
1) 對桿件結構而言,可按腹桿長度劃分一個網格單元(雙層腹桿可劃分兩個網格單元)；
2) 對平面梁板結構而言，樓(屋)面板的厚度相對很小,可視為平面問題，支撐樓(屋)面板的梁可視為桿單元主要沿桿長方向對構件離散化。
展開 
INSPIRE在建筑結構中的創新應用
1 工程背景
隨著大跨度空間鋼結構的不斷發展，造型越來越新穎，結構形式更加復雜多樣。作為結構關鍵核心的構件節點，其連接方式和力學性能更加復雜。節點的不同構造形式，對結構的設計難度、工程造價、現場施工都有著相當 大 的 影 響。
1991 年 德 國 Stuttgart機 場 樓首次使用大跨度空間樹狀結構，自此以后，美 國 Detroit 機 場、我國廣州黃金樹、蘇 州 工 業 園 區 多 功 能廳、長沙火車站均采用了樹狀結構。樹形柱結構要求不同管徑的主管和分管交匯后過渡自然連貫，多采用的節點形式是相貫節點、鑄鋼節點。相貫節點采用桿件之間直接焊接連接，會產生對受力不利的殘余應力，節點安全可靠性可能存在隱患。而鑄鋼節點既具有美觀效果，又避免了多桿相貫焊接連接中節點內存在殘余焊接應力的問題。除此之外，樹形柱中采用鑄鋼節點會比采用相貫節點的各個分支的計算長度系數有所下降，穩定性能有所提升。因此，具有安全性適用性和耐久性的鑄鋼節點形式多用在復雜的樹狀結構中。
鑄鋼節點由于其良好的適用性在大跨度空間鋼結構中應用越來越廣。但是目前并沒有一套成熟的鑄鋼節點設計方法，因此造成目前使用中的鑄鋼節點存在優化不足，自重大，這對施工和結構受力產生不利影響。
本文利用INSPIRE拓撲優化技術和快速建模方法，探索了一種大型鑄鋼節點的快速優化設計的方法，為建筑結構設計提供參考和幫助。
2 優化設計
首先根據結構設計總圖，在inspire中確定并建立主管和分支管，其中間連接的過渡區域定義為拓撲優化區域，如下圖的優化模型，球形結構為優化區域。
3 優化結果
4 結構設計
5性能驗證
不同節點構造形式的對比分析。
展開 空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
空間大跨桁架結構多尺度節點有限元分析
風雨不動安如山：大跨空間結構受力研究
浙江自古以來就是臺風災害、洪潮災害以及雨雪災害多發地區，具有頻率高、強度大、災害損失嚴重等的特點。因此臺風風暴、洪潮以及雨雪所造成的經濟損失也是浙江省各類自然災害中排名靠前的。浙江省經濟發達，大跨空間結構應用廣泛。但近年來臺風、暴雪等惡劣天氣災害導致的大跨空間結構破壞時有發生，因此研究惡劣天氣環境下大跨空間結構的力學性能和失效機理具有重要的社會意義和科學意義。
袁行飛，教授，博士生導師，自1995年始從事空間結構研究工作，對索穹頂等新型索桿張力結構的體系開發、計算分析理論、結構優化控制等方面進行了系統研究。近年來也對結構在各種交叉領域如建筑節能、可再生能源利用中的相關理論和應用進行了有益探索。先后負責國家自然科學基金項目四項，主要研究方向是：空間網格結構，預應力空間結構，索桿張力結構，索穹頂結構以及結構分析基礎理論和設計技術。
2014年1月，袁行飛擔任浙江省自然科學基金重點項目"惡劣天氣環境下大跨空間結構失效機理研究"的項目負責人，該項目于2017年12月順利完成了結題驗收。項目從荷載、構件、結構三個層次對大跨空間結構在惡劣天氣環境下的失效機理進行了研究。建立了臺風和風致積雪計算模型，得到了結構在臺風風場下的平均風壓系數和各點風速時程，推導了屋蓋風致積雪分布系數計算公式。建立了拉索和壓桿精確力學分析模型，推導了適用于向量式有限元的精細梁單元彈塑性分析計算公式。對大跨空間結構倒塌全過程中的接觸、碰撞、斷裂等不連續行為進行了研究。將冗余度理論應用于空間結構的失效分析，基于局部構件失效后結構的冗余度分布評價構件重要性。開發了包含前處理模塊、計算分析模塊和后處理模塊在內的索桿張力結構倒塌分析程序，對空間結構受力全過程進行了仿真分析，研究了索穹頂結構和弦支穹頂結構在不同荷載作用、局部索破斷情況下結構的破壞模式及失效機理。
展開 AR法模擬脈動風（詳細注釋） ￥15
為便于對大跨度空間結構進行風荷載非線性動力時程分析，需要對脈動風進行模擬。基于Matlab語言利用AR法對Davenport風譜水平脈動風和Panofsky風譜豎向脈動風進行模擬，并對特定節點坐標的節點力進行求解，模擬結果擬合良好。此外，對代碼進行了詳細地注釋，可供各位朋友參考。附件為matlab代碼。
