自由曲面结构形态优化及新型配套装配式节点的开发与研究

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1、万方数据目录6．2工程概况及荷载取值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1036．2．1工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1036．2．2荷载取值⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1046．2．3荷载组合⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1046．3形态优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1056．3．1优化曲面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1056．3．2优化变量及解空间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1056．3．3拓扑关系的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1066．3．4形态优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1076．4结构计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1086．4．1模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1086．4．2空间定位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1096．4．3结构静力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1106．5节点设计⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1146．5．1毂形节点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1146．5．2螺栓圆台节点设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1156．5．3半刚性节点对结构静力性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1176．5．4半刚性节点对结构稳定性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1186．6本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．119第7章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一

4、1217．1全文小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～1217．2今后工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，121附录1形态优化源程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123附录2自由曲面空间网格划分源程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125附录3空间定位源程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯131附录4节点设计源程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯137jl筻谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

5、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．145VII万方数据第1章绪论1．1自由曲面形态学简介建筑是-I'7艺术，同时又是自然科学、技术以及人文科学等学科的艺术综合体。这些因素相互关联、渗透、凝聚和碰撞。科学技术为建筑的发展提供了可能性，建筑结构是建筑的基本组成部分，这在当今已无人置疑了。结构形态学(StructuralMorphology)正是从整体上研究建筑造型与结构的关系，其基本目的在于实现建筑艺术与结构形式_者的协调统一。结构形态学己经成为近些年来世界范围内的研究热点。其以建筑结构为研究对

6、象，在给定建筑条件下寻求具有最佳受力性能的结构形体。结构形态学科分为如下两部分【lJ：第一，结构的“形”，即结构形体(Form)。设计过程中结构形体需要满足建筑关于适用、新颖、美观等方面的要求；第■，结构的“态”，即结构受力状态(Performance)。良好的结构形式要求内力分布合理、传力路径简洁。人类对于结构合理形态的追求和探索已有相当长的历史，具体的发展过程可概括为以下三个阶段12J：阶段一：人类通过长期的生产实践，发现和创造了许多合理的结构(建筑)形式。如拱桥、穹顶、悬索桥等。a)拱桥b)悬索桥图1-1早

7、期实践与探索阶段的合理结构与形态阶段_：在空间结构发展早期，由于计算机尚未普及，不能完成复杂结构形体的设计计算，因此该阶段主要以工程经验或物理实验为主要手段，有意识地确定合理的结构形状。其中颇具代表性的方法是由西班牙建筑师A．Gaudi在20世纪初提出的“逆吊实验方法”，他利用该方法设计了一些砖石结构的教堂建筑(如图1-2(a)所示)。这一阶段，结构形态学在其它方面也进行了探索并取得了一定得成果。上世纪50至70年代，美国发明家B．Fuller通过对一些自然现象的观察和思考，提出了短程线穹顶和张拉整体的思想，如图

8、1-2(b)所示。而60、70年代，德国建筑师F．Otto利用肥皂膜试验，解决了索膜结构初始形态确定的问题。进入80、90年代，德国工程师J．Schlaich利用几何平移和缩放方法，设计出了许多自由曲面轻型结构。万方数据11)巴塞罗那的萨哥拉达·伐米利亚大教堂b)短程线穹顶和张拉整体结构图1-2空间结构发展早期形态优化成果阶段三：结构形态创构法是由日本半谷教授提出的。在提