板片空間結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中的應用

第1章 緒論1.1研究背景與意義板片空間結(jié)構(gòu)屬于科技含量比較高的一種新型空間結(jié)構(gòu)體系，在現(xiàn)階段的研究中，板片空間的穩(wěn)定性是需要進一步研究的核心問題。板片空間結(jié)構(gòu)的構(gòu)成主要包括兩種，一種是薄壁金屬骨架；另一種是輕質(zhì)板材。板片空間將這兩種結(jié)構(gòu)進行有機結(jié)合在一起，形成承受重力的構(gòu)架。該構(gòu)架不僅將外觀設計內(nèi)部裝飾融入一體，而且還成為一種全新的空間構(gòu)架。板片空間結(jié)構(gòu)的形狀屬于三維狀態(tài)，在不同荷載作用下能夠具有三維受力特性且能夠體現(xiàn)出空間作用的空間結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點，最突出的優(yōu)點就是可以將各種材料的特性發(fā)揮到極至，從而滿足不同建筑造型的構(gòu)建要求。所以，空間結(jié)構(gòu)包括以下特點：第一，是受力均勻，比較合理；第二，材質(zhì)輕，價格低廉；第三，造形靈活多樣，具有一定的審美觀。在建筑設計過程中，將板片和不同類型的骨架結(jié)合在一以起使用，可以有效的增強空間結(jié)構(gòu)的硬度，這也正是板片結(jié)構(gòu)和其它網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同之處。在建筑設計中，板片空間結(jié)構(gòu)體系厚度要求為一至二厘米左右，其薄壁骨架的要求為小于三毫米，通過特定的方式組合起來形成板片空間的結(jié)構(gòu)，其與網(wǎng)架等其他空間結(jié)構(gòu)存在一定的差異，從本質(zhì)上來看，它將航空結(jié)構(gòu)技術(shù)直接運用到了建筑設計中，使土建結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)造更為美觀與科學，達到了空間布局的合理化。板片空間結(jié)構(gòu)主要適用建筑分為三種，第一種是高層建筑結(jié)構(gòu)；第二種是大跨屋蓋結(jié)構(gòu)；第三種是橋梁結(jié)構(gòu)。實踐證明空間結(jié)構(gòu)在這些領(lǐng)域的運用取得了非常顯著的成果。板片空間結(jié)構(gòu)運用已有三十多項的實踐成果，比如位于江蘇南京的人行天橋，位于江蘇蘇州的體育館，鄭成功雕像等。通過一系列的實踐表明板片空間在建筑設計中有著較高的經(jīng)濟價值，使用板片空間結(jié)構(gòu)不僅可以降低工程資金投入，同時還與當前我國綠色環(huán)保型社會的構(gòu)建相輔相承，非常適合與我國節(jié)能環(huán)保的建筑理念。不過由于它是一種新型的空間結(jié)構(gòu)體系，它需要一段時間的修正和完善，僅當前情況來講，結(jié)構(gòu)還有很多問題需要修正。比如，建筑設計中構(gòu)造缺陷、空間設計的優(yōu)化等，而最關(guān)鍵的問題就是它的穩(wěn)定性必須得到解決精品文檔 你我共享和進一步改進。由于空間結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性經(jīng)過多個方面的努力取得了階段性的成果，原來的穩(wěn)定性被賦予新的概念，就目前來看，關(guān)于空間結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性研究取得了許多新的進展，舊有的動力穩(wěn)定方面的概念被重新定義，但還有部分問題尚在探索時期。大家都知道，跨度較大的呈現(xiàn)出曲面的形態(tài)時，它的負重感就會失去平衡，而平衡不穩(wěn)定會造成整個建筑設計的美感遭到破壞。所以說，板間空間的穩(wěn)定性需要通過相互的支撐來完成的。在建設設計過程中，連接件的合理安排和骨架的科學連接是整個設計的核心部位，不過，板片空間的工程過程中的穩(wěn)定性還要進一步努力解決，通過什么樣的方式來完善空間結(jié)構(gòu)各部分之間的連接，在設計過程中全面掌握和認識板片結(jié)構(gòu)的重心力部分，就會為該結(jié)構(gòu)體系在建筑設計過程中良好的運用提供堅強而有力的理論支撐。在實際操作過程中，板片空間結(jié)構(gòu)中的任何一邊不管能否存在間隙，它所接觸到的結(jié)構(gòu)重心都對下一步的支撐分布有著一定的影響。由于部分結(jié)構(gòu)具有接觸作用的支撐能夠與相連的部分一起工作，可以在一定程度上提升結(jié)構(gòu)的承載力與結(jié)構(gòu)的剛度；但是還有部分結(jié)構(gòu)，也是受接觸作用的影響，在受到局部高壓力的同時，會因為壓力的負重不均出現(xiàn)裂縫。所以，由于接觸點與聯(lián)合工作的特點造就了板片空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對下一步了解空間結(jié)構(gòu)的接觸形態(tài)與受力狀態(tài)及建筑設計方面都有著積極的意義。最近幾年來，相當一部分研究人員開始從多個層面對板片空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行研究，通過大量的數(shù)據(jù)分析與模型測試以后，收獲了一些成果。不過，因為板片空間結(jié)構(gòu)設計相對靈活，造成其影響元素比較多，在模型測試過程中使用的模型種類不同，造成得出的結(jié)論也不同，因此，在定量研究上有一定的差別，而且這種差別對于設計人員來講根本無從下手。所以，面對這種情況，在共同工作的結(jié)構(gòu)連接點上，尋找一種更科學，更合理并且便捷同時還可以確定板片空間穩(wěn)定性的途徑，成為建筑設計人員在實際工作需要進一步研究的課題和解決的問題。1.2相關(guān)研究的評述社會不斷進步的同時帶動了建筑學相關(guān)領(lǐng)域的空前發(fā)展。雖然空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還處于研究階段，沒有積累出豐富的實踐經(jīng)驗，過去的穩(wěn)定性也被賦予了新的概念，許多問題仍處于研討階段，因此，對于空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性我們可以通過兩個方面完成研究。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀在建筑學中最古老的學科莫過于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定學了。 一七四四年 Euler對外發(fā)表了他所編寫的關(guān)于柱子穩(wěn)定方面的論文，在文章中他提到了與小撓度理論有關(guān)的歐拉臨界荷載。十八世紀， Lagrange全面闡述了柱子的變形學說，我們可以看到，AAAAAAEuler與Lagrange探討的領(lǐng)域都是理想柱，也就是柱子的截面，壓力作用與中軸線的結(jié)合。雖然他們研究的范圍僅是一些基礎的結(jié)構(gòu)與負重學，但是得出來的理論卻為今后人們對穩(wěn)定問題的研究起到了引導作用。并且，由

Euler與

Lagrange

研討出來的柱子臨界荷載公式到現(xiàn)在仍然使用。二十世紀三十年代

,Dnoell

開始對軸線的穩(wěn)定性進行研究。

VonKarman與錢學森共同研究出屈曲荷載理論和實驗之間的不同之處，從而出現(xiàn)了彈性穩(wěn)定大撓度理論?？乱烂撘查_始對后屈曲問題進行探討，在探討過程中解決了不穩(wěn)定性造成的主要存在原因，為彈性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性打下了堅實的基礎。Thompson（1963）針對結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定進行了詳細的闡述，按照冪級數(shù)原則將總勢能方程進行了分解，在研究彈性問題中，借組定義廣義坐標和使用荷載變量來獲得求解過程，從而根據(jù)結(jié)構(gòu)從分支、 跳躍臨界狀態(tài)進行分析。 Poincare（1965）更多的從臨界平衡進行研究了結(jié)構(gòu)彈性問題，并提出在其附近存在平衡點。伯為關(guān)于分析失穩(wěn)形態(tài)，因卡理論提出了關(guān)鍵性的方法，雖然該理論僅限于對單荷載參數(shù)系統(tǒng)的分析。攝動法是傳統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性問題的重要理論。關(guān)于該方法的研究，Morin和Connor研究了殼體結(jié)構(gòu)在發(fā)生屈服時的整體位移及相應的臨界荷載，對于后屈曲平衡路徑進行了探索，并取得了具體的路徑。同時，針對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)研究都是在連續(xù)薄殼穩(wěn)定性基礎上獲得的，借助該方法能夠針對特定結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼進行分析，從而獲取其特性。Wright、Buchert、Del.Bzo和胡學仁等都進行了相應的研究，并都獲得了進行計算網(wǎng)殼穩(wěn)定公式。擬殼法在應用于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)臨界載荷分析獲得認可，然而在某些特殊領(lǐng)域有著局限。經(jīng)過理論分析獲得結(jié)論，必須要結(jié)合實際的實驗來驗證其真實性。上世紀六十年代左右，計算機技術(shù)和信息技術(shù)有了突破性的發(fā)展，分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中開始大量的使用非線性有限元方法。在所使用的有限元方法中最為典型的結(jié)合結(jié)構(gòu)切線剛度矩陣，能夠綜合考慮在實際屈曲中影響因素。在該方面的研究中，主要集中在實驗、平衡路徑跟蹤和非線性理論，相關(guān)學者提出了諸多研究成果。然而，在研究中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)非線性求解存在一些路徑的發(fā)散和求解奇異點，這就影響了求解分析效率，相關(guān)學者也相應的提出了針對性的方法，主要包括如下：位移控制法、增量牛頓－拉普森法、功控制法、人工彈簧法、弧長法，這些方法在相應的領(lǐng)域都有著自身的特點，但綜合分析這些方法發(fā)現(xiàn)，弧長法適應性獲得了一致認可，在計算過程中受到奇異點影響較小，能夠容易的達到后屈曲階段。沈世釗（1998）為了獲取為結(jié)構(gòu)性問題的分析方法，利用大規(guī)模參數(shù)進行分析了諸多結(jié)構(gòu)，主要網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)包括：鞍型網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼和柱面網(wǎng)殼，獲得了符合實際情況結(jié)論，并采用公式來分析所獲得結(jié)果。在上世紀初，有學者就采用實驗的方法來驗證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，在實驗中采精品文檔 你我共享取良好的實驗模型，控制加載精度，而針對軸壓圓柱薄殼失穩(wěn)的臨界荷載試驗值為進行線性理論分析計算結(jié)果的 1/5～1/2。所以， Donell提出了初始缺陷，并將其最為基本概念應用到分析結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中，并且在分析非完善柱殼使用了非線性大撓度。Koiter（2008）通過研究，在其博士生論文中首次定義了初始缺陷敏感度，并將其聯(lián)系結(jié)構(gòu)的初始后屈曲性，該方法在小變形的初始后屈曲分析中有著良好的應用效果。針對結(jié)構(gòu)臨界荷載確定難度較大，然而針對某些大跨度結(jié)構(gòu)，尤其是在分析的殼體結(jié)構(gòu)中，初始缺陷是一個重要的研究問題，對于實際工程有著重要的影響。板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀板片空間屬于較為新的結(jié)構(gòu)體系，分析其動力穩(wěn)定性研究較少，總體來說該領(lǐng)域的研究處于初步狀態(tài)。處理共同工作是研究該領(lǐng)域的最核心問題，并且相應的數(shù)值方法也是求解中的難點。BeckerE.B（1984）通過引入了接觸共同工作條件，分析了在間接集中載荷情況下拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，采用ABAQUS有限元，進行了分析實現(xiàn)了跟蹤后屈曲的過程，從而驗證了接觸條件是進行求解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題關(guān)鍵因素，為數(shù)值分析計算提供了基礎，然而該分析還僅限于理論方法，缺乏實際驗證。尹凌峰（2003）研究了帶有大變形和摩擦的復雜大型空間結(jié)構(gòu)力學，但缺乏對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。針對接觸分析實際上也屬于非線性問題，而計算和分析非線性問題時，非線性過程追蹤主要涵蓋了以下三個方面：最外層增量加載循環(huán)、中層塑性修正迭代和內(nèi)層接觸迭代。楊琦（1993）研究了板片空間結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性問題;馬軍（1999）主要考慮缺陷進行分析了板片空間結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定問題，針對其中的缺陷穩(wěn)定闡述了相應的細節(jié)。然而，這些研究缺乏對共同工作問題分析，只是將其簡化為位移完全協(xié)調(diào)問題。郭小明（2002）分析和研究了彈塑性接觸問題，詳細介紹了進行構(gòu)建板片空間結(jié)構(gòu)接觸共同工作問題模型過程，針對其中的細節(jié)包括連接、接觸、間隙等進行了分析，并獲取了有利于分析的結(jié)果。目前，針對接觸共同工作的板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性研究，基本都是從結(jié)構(gòu)的強度角度進行分析，穩(wěn)定性問題通常進行了適當?shù)暮喕?，將其作為連接點處的位移禍合進行分析，忽略了實際中接觸問題，缺少對接觸共同工作情況下的板片結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性研究成果。分析目前科研成果可知：首先，不能輕視承載力以及結(jié)構(gòu)變形被接觸共同工作問題的制約作用；其次，計算的成本也由于迭代以及循環(huán)的過于繁多而不斷增多。為了使得工程應用的實際價值得以體現(xiàn)，就要設法處理此問題，但是動力穩(wěn)定問題的計算效率就會明顯的在接觸共同工作問題的基礎上得以體現(xiàn)。所以，從動力穩(wěn)定性的角度研究接觸共同工作的板片空間構(gòu)造，從而在極大程度上有助于處理數(shù)值探索過程中出現(xiàn)的所有矛盾。AAAAAA1.3研究的主要內(nèi)容與方法研究內(nèi)容分析目前的板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性問題的探索成果可知：大都集中在定性的分析上，定量地分析該如何合理地建立有限元分析模型和風振分析模型，極少在接觸共同工作的基礎上研究此問題。所以，需要定量分析此體系的接觸共同工作問題有限元模型。文中從下列幾個方面進行分析、探索：研究方法板片空間結(jié)構(gòu)共同工作問題是圍繞著接觸共同工作進行的，在有限元數(shù)值方法的基礎上，處理此問題的重點是科學探索在板片空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中融入接觸問題。在應用此類構(gòu)造的時候需要分析初始缺陷的影響以及板片空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。文中主要是圍繞著在板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定分析融入接觸問題的科學方法進行探討的?，F(xiàn)在，在研究板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性方面，選取合理的有限元方法分析方法是最常用的方式，在該方式中：可以設想板連接梁的地方有著良好協(xié)調(diào)的位移，但是在不是連接的地方有著協(xié)調(diào)的豎向位移。然而間隙狀態(tài)以及接觸狀態(tài)是產(chǎn)生在現(xiàn)實構(gòu)造中骨架與板片間的狀態(tài)，特別是處于全部構(gòu)造發(fā)生大變形屈曲階段當中的時候，會產(chǎn)生特別復雜的交替出現(xiàn)接觸狀態(tài)以及間隙狀態(tài)的現(xiàn)象，但是此種現(xiàn)實狀態(tài)并沒有得到上述方法的充分考慮。所以，現(xiàn)在最理想的方式即為在接觸共同工作的板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性基礎上進行的探究，數(shù)值模型的精準以及細致特性都能在融入接觸問題以后得以很好的現(xiàn)實。文中狀態(tài)非線性的融入是在研究共同工作的板片空間結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定問題的基礎上完成的，同時首先簡單的分析了有限元模型以及風振模型，通過分析板片空間結(jié)構(gòu)特征，從其特征分析獲得最符合實際的接觸模型，考慮計算效率進行執(zhí)行計算過程。最終，結(jié)合有限元數(shù)值分析求解，從而證明有限元模型和方法是該問題處理的關(guān)鍵技術(shù)。出師表兩漢：諸葛亮精品文檔 你我共享先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費祎、董允等，此皆良實，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰 “能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計日而待也 。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣