大跨度結構發(fā)展歷史與人類的發(fā)展史息息相關。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高,人們對于各種造型優(yōu)美各異的建筑的需求也不斷增加。但是傳統(tǒng)的結構形態(tài)設計方法如應力松弛法和有限單元法等使用較為繁瑣,且在設計過程中難以同時兼顧結構的“形”與“力”的變化情況,難以滿足工程實際中對于結構的形態(tài)設計階段設計工具方便快捷的需求。針對以上問題,本文對基于傳統(tǒng)圖集靜力學（GSM）原理的參數(shù)化結構形態(tài)設計方法——組合平衡建模法（Combination Equilibrium Modeling,簡稱CEM）的組成、原理和應用進行詳細的研究,總結基于這一方法的設計規(guī)律,實現(xiàn)形態(tài)設計過程的可視化,為設計人員進行結構的形態(tài)設計提供一個新的角度。針對以上背景,本文主要完成了以下幾方面工作:（1）對圖解靜力學方法（GSM）以及其參數(shù)化改進方法——組合平衡建模法（CEM）進行基本數(shù)學原理,參數(shù)類型和形態(tài)設計過程進行介紹與分析,歸納總結這一方法在進行結構形態(tài)設計時的優(yōu)缺點,編寫基于RHINO和GRASSHOPPER的前后處理接口,實現(xiàn)了基于RHINO界面的結構形態(tài)設計程序,并通過簡單實例展示了程序的操作流程以... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

趙州橋大跨度空間結構的發(fā)展，起源于古希

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文1第1章緒論1.1課題研究背景大跨度結構的發(fā)展與人類的歷史息息相關。隨著材料種類的增加與改進以及人類的設計和建造技術的不斷進步，大跨度結構也變得越來越復雜，越來越美觀，逐漸成為各個城市乃至國家的地標性建筑與名片。大跨度結構中的兩類——大跨度橋梁和大跨度空間結構，二者的發(fā)展史即是人類對于“妝、“行”不斷追求的進步史。橋梁結構的建造擁有悠久的歷史，根據(jù)史料記載，中國最早的橋梁建造始于周代，那時人們便已經(jīng)開始在渭水上搭建梁橋與浮橋。至隋朝，中國人民更是建成了世界上現(xiàn)存年代最久遠、跨度最大、保存最完整的單孔坦弧敞肩石拱橋——趙州橋（圖1-1），成為世界橋梁發(fā)展史上的一顆璀璨明珠。而放眼世界，古巴比倫王國在公元前1800年建造了多跨的木橋，橋長達183米。古羅馬更是在公元1世紀至2世紀，修建了跨越克拉莫爾河的全長728米的雙層拱水道橋（圖1-2）。圖1-1趙州橋圖1-2古羅馬水道橋大跨度空間結構的發(fā)展，起源于古希臘、古羅馬帝國時代。受限于當時材料種類單一的情況，作為屋頂或屋蓋的結構質(zhì)量很大，且材料應用效率極低，跨度一般較小，而若想要建造出能夠容納上萬人的場所，則只能做成露天場館，如古羅馬的角斗場和大型歌劇院。歷史上跨度最大的大跨度空間結構，是建于公元二世紀的古羅馬萬神廟（圖1-3），神廟的穹頂使用天然建筑材料火山灰鑄造而成，而火山灰在力學性能方面類型于當今的水泥。火山灰的優(yōu)秀的力學性能使其能夠承受穹頂所帶來的各種內(nèi)力，使這一平均厚度達到4米，跨度達到43.2米的結構能夠屹立近兩千年而不倒，也使它的跨度記錄保持了一千多年。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文2圖1-3羅馬萬神廟側(cè)剖圖大跨度結構隨著近代以來的材料學科的不斷進步和革新而逐漸發(fā)展。18世紀，生鐵開始應用于建筑的建造；19世紀初，鉚釘連接方法和軋制型鋼出現(xiàn)；到19世紀50年代，平爐煉鋼技術和酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼技術的發(fā)展，使鋼材開始成為重要的建筑材料；而到19世紀的后半期，焊接技術和鋼筋混凝土的出現(xiàn)，最終使大跨度結構這一領域出現(xiàn)了大幅度的發(fā)展。斜拉橋，懸索橋等新型橋型開始出現(xiàn)，跨度普遍達千米以上，而拱橋，梁橋等經(jīng)典橋型也不斷發(fā)展，跨度也不斷增長，極限跨度也已達到數(shù)百米。鋼材和混凝土取代了木材與石料，焊接取代了簡單的搭接，以網(wǎng)架結構與網(wǎng)殼結構為代表的大跨空間結構也出現(xiàn)了日新月異的變化，跨度和規(guī)模不斷增大，結構的形式逐漸豐富�，F(xiàn)如今，大跨度結構不僅僅滿足了人們對于“妝、“行”的基本需要，更是衡量一個國家乃至地區(qū)建筑科學發(fā)展水平和經(jīng)濟實力的重要標志之一。我國未來二十至三十年仍將處于經(jīng)濟高速發(fā)展和基礎設施大規(guī)模建設時期，而這也為跨度結構的發(fā)展及應用帶來了巨大的機遇[1]。a)明石海峽大橋b)深圳港體育中心圖1-4大跨度結構對于建筑物而言，影響其造型設計的因素眾多，例如功能、生態(tài)、材料、施工、技術、社會、經(jīng)濟乃至政策[2]。但是作為能夠應用于實際的建筑設計結果能否最終實現(xiàn)，關鍵的影響因素在于結構形式與內(nèi)力分布，即“形”與“力”。如果違背了力學原理，任何天馬行空的設計思路都無法實現(xiàn)。因而，保證建筑“形”與“力”

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]基于弧長法的受壓球殼穩(wěn)定性分析[J]. 羅珊,王緯波.  應用力學學報. 2020(01)
[4]淺談大跨度煤棚三種結構形式的利弊[J]. 郝鵬.  建材與裝飾. 2019(25)
[5]工業(yè)建筑結構設計選型發(fā)展趨勢[J]. 孫小永,楊棟,顧進軍,陶瑛,王彬.  河南建材. 2019(04)
[6]基于圖解靜力學的平面桁架形態(tài)設計方法研究[J]. 趙潔,馬思嘉,喬文濤,張詩雨.  建筑科學. 2019(07)
[7]某大跨度干煤棚網(wǎng)殼結構設計及優(yōu)化研究[J]. 朱黎明,杜文風,王龍軒,賀鵬斐,劉智健,韓放.  建筑結構. 2019(02)
[8]基于有限元列式的懸索橋主纜找形算法[J]. 孫遠,羅文孝,劉梅.  土木工程與管理學報. 2018(02)
[9]基于ANSYS的懸索橋主纜優(yōu)化找形計算方法[J]. 吳章旭.  西部交通科技. 2018(02)
[10]基于動力松弛法的懸索橋主纜找形方法分析與工程實踐研究[J]. 楊華,王英飛.  公路工程. 2017(06)

博士論文
[1]圖解靜力學的塑形法初探[D]. 孟憲川.南京大學 2014

碩士論文
[1]動力松弛法的改進及其在殼體結構找形中的應用[D]. 常浪子.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[2]圖解靜力學結合參數(shù)化在自由形式設計中的應用[D]. 沈周婭.南京大學 2013
[3]基于圖解靜力學的各建筑結構類型圖析建立嘗試[D]. 謝方潔.南京大學 2012
[4]均布荷載下高強箍筋混凝土梁抗剪性能研究[D]. 董春敏.天津大學 2004
[5]大跨度鋼桁架結構施工方案的優(yōu)選研究[D]. 張愛莉.重慶大學 2003



本文編號：3039174