浅析攀达穹顶结构体系的理论分析与工程实践研究

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1、天津大学博士学位论文攀达穹顶结构体系的理论分析与工程实践研究姓名：王小盾申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：余建星20031201中文摘要区别于传统的结构体系，攀达穹顶结构是充分利用了现代计算机技术而发展起来的，是一种采用了全新施工方法的新型现代化的结构体系，它是传统概念中的“结构”与机械中的“机构”相结合的产物，是对传统建筑概念的一次突破性发展。攀达穹项的概念是：首先分解穹顶的部分环箍作用，把穹顶结构临时转换为有且仅有一维自由度的机构，在较低的高度上拼装好机构体后，安装设备及建筑做法各层，通过千厅顶系统把机构体和附属体顶升到设计标高，再复原被解除的部分环箍作用而形成最终的

2、穹顶建筑，这个机构到结构的过程中实现的穹顶结构就是攀达穹顶。通过本文系统地理论分析和工程实践研究，可以清楚地认识到攀达穹顶结构体系的优越性：在地面附近旅工，省去大量脚手架i旋工作业的安全性高；建筑作法均在低空完成，包括防水在内的各项建筑功能易保证；室内吊顶、设备管道和灯光音响大部分在地面安装，省去大量高空作业；施工误差易于控制，结构精度好；方便监理和监测：顶升速度快，施工工期短：施工期间的机构体和结构体的稳定性好，抵抗外荷载能力强；是可呼吸的结构体系，高效能抵抗温度应力：建筑结构总造价低。本文在论述空间结构体系和空间网格结构的施工方法的基础上，分祈了攀达穹顶的产生背景和可行性，分

3、析了攀达穹顶体系的结构原理和攀达穹顶体系的特点，并研究了攀达穹顶体系对设计丁：作的特殊要求和攀达穹顶体系的制作安装过程。对攀达穹顶施工阶段的几何运动进行了理论分析，建立了攀达穹顶抽象运动模型，形成了攀达穹顶运动过程的计算机三维模拟。在攀达穹顶的力学理论分析中，针对攀达穹顶体系的特殊性进行了有限元分析，研究了攀达穹顶体系分析中的初始变形与初始应力问题，对攀达穹顶体系有限元计算结果进行了连续化处理，提出了计算结果的连续化处理方法，推导了连续化处理时各个力的求解方法并求解了旋转壳的膜应力和弯曲应力。在攀达穹顶体系的基本特性研究中，分析了攀达顶升时的基本特性，在明确了攀达顶升的顶升范围后

4、，分析了攀达机械原理的运动特性、垂直荷载下攀达顶升的变化规律和水平荷载下攀达顶升的变化规律。研究了由攀达系向完成系进行中的基本特性，分析了攀达穹顶完成系的基本特性并探讨了攀达穹顶结构在闭合施工中的问题。对由攀达穹顶结构法得到的两个完成系进行了比较分析。在攀达穹顶体系的国内外工程实践研究中，以国际上著名的六项工程的内部资料为基础，建立了分析模型，对结果采用无量纲化方法，对设计和施工全过程进行了分析，给出了刚度和强度的结果。对各工程的理想系和完成系的力流进行了研究，得到了理想系和完成系中各因素对结构特性的影响。本文还对日本的静冈煤炭中继地、国内的深圳市民中心大屋顶和福建省体育馆等两个

5、攀达穹顶设计和分析进行了创新性研究。本文研究的主要结论有：第一铰线在完成系中没有特殊之处，但在初期应力导入时，第一铰线上的闭合杆件会产生相当大的应力，因此，结构形状和铰线的位置的设定有很大关系，对结构整体变形也有最大的影响；第一铰线的周边相当于千斤顶的支承部，在替换支撑拆除千斤顶时会产生很大的影响。而且，按其周边杆件构成的不同，会减少下弦面产生的压缩作用，可能影响到结构体的整体变位量；在顶升过程中，铰线把穹顶分害4，能够防止各个分割块的荷载传递到铰线的下部结构；攀达穹顶的杆件应力和支承反力的极值并不发生在顶升初始或完成阶段，需要具体问题具体分析，穹顶的几何形状、铰线的划分位置和顶

6、升支柱的布置都会影响杆件应力和支承反力的变化规律，各种形式的攀达穹顶应对项升过程的跟踪进行计算：在顶升阶段，由于暂时去掉了部分环向杆件，穹顶的完整性受到破坏，内力分布十分不均匀，穹顶中央部顶升支柱附近的杆件和中间部下弦径向杆件在顶升过程中应力变化非常剧烈，是重点监测部位；完成阶段降下顶升支柱时，相当多的杆件应力要改变符号，特别对于由受拉变为受压的杆件要重点监测：实际工程中，由于各单轴铰之间不可避免的存在间隙。因此各种控制参数的实际测量值与解析值之间会存在一定的差异．在已有的六例工程的观测中均存在这个现象，但偏差不会太大，解析值仍对顶升控制起到决定性的作用；在顶升过程跟踪计算中，为

7、了能够正确的估计网壳的变形，荷载的取值要尽量接近真实值，按真实值求解的穹顶变形量与工程结果一致：攀达穹顶特有的3条铰线周边，显示出明确的力的流动，可以确认其被结构物整体的力的传导所影响，由于设置了铰线，产生了结构物失去连续性的现象，与其造成的影响相比，可以确定，结构物的形状与骨架的构成模式决定了力的传递效率；攀达穹顶的特性，可以根据其各自的形状以及其网格构成模式加以研究，通过研究发现适用于攀达穹顶结构法的建筑形式是多种多样的。也就是说各种不同形态的建筑用攀达穹顶结构法实施都是可行