《桿支承式殼-網混合型自由曲面結構形態創構方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由崔昌禹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：桿支承式殼-網混合型自由曲面結構形態創構方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：崔昌禹
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
薄殼、網殼、桿系支撐結構是實現大跨空間結構的常用手段，而這些體系的有機結合又給新型大跨空間結構的實現將提供新的途徑。結構形態創構方法是尋求建築物多種“良好形狀”的方法，也是構思新型建築結構的一種有效工具。從結構形態的本質出發，探索能夠使結構向整體性能最優方向“自行演變”的環境、條件、動力以及途徑，研究支配結構形態演變的規律，進而提出能夠兼顧形狀、拓撲、截面的一套完整、實用、高效的桿支承式殼—網混合型自由曲面結構形態創構的方法。該方法能夠處理單一以及混合型結構的形態創構問題，增強了原有方法的適用性。在此基礎上，採用數值模擬與實驗相結合的方法，進一步研究經過該創構方法最佳化後的最終結構的力學特性和失效機制，為進一步確定該類具有自由造型特點結構的可靠性指標奠定基礎。希望通過本項目的研究，提升我國在結構形態學領域的整體研究水平，使我國空間結構向更加全面、更富於活力的方向發展。
結題摘要
空間結構形態創構是實現“建築與結構協調統一”的有效途徑，不同的解決思路分別對應著不同的解決方案和結果，方法與方法之間既有共性，也有區別。課題組從三種不同的理論基礎出發，研究了相應的創構方法，（1）基於感度分析法，（2）基於擬機構法，（3）基於“形圖”與“力圖”的對偶關係，圍繞連續殼、網殼、包括樹狀結構在內的桿支撐以及這三者結合的複雜空間結構，每種方法都進行了不同程度的拓展延伸。主要內容如下：基於感度分析法，建立了以應變能最小化為目標，以結構幾何關鍵點廣義坐標為設計變數的結構最佳化方法。並進一步的，考慮幾何非線性對創構過程的影響，將結構幾何非線性引入到自由曲面殼的形態創構中，考慮施工便攜性，將直紋面的幾何特性引入到殼的形態創構中。研究表明，本方法可用於不同類型建築要求的空間結構形態最佳化。擬機構法的提出，來源於人們對自然規律的認識，對機構施加外力時，機構自行改變原來狀態在某一新狀態下停留，而其停留是無彎矩平衡的自然停留。該方法可以最大限度地抑制彎矩，創構出以軸力或薄膜力為主要方式傳遞荷載的高效結構，對於桿繫結構、網狀結構、曲面結構以及它們的組合，均能很好的適用。這對建築與結構方案的確定有著重要理論意義和工程套用價值。基於“形圖”與“力圖”的對偶關係，通過引入圖解靜力學改進動力鬆弛法對殼找形，該方法總結圖解靜力學方法與動力鬆弛法的特點，在找形過程中能夠直觀深入的認識和了解結構中複雜的形-力關係，為建築設計者和研究人員從新角度理解殼結構的力學性能提供幫助。該項目從結構形態的本質出發，探索了能夠使結構向整體性能最優方向“自行演變”的環境、條件、動力以及途徑，建立了較為完整的空間結構形態創構方法的理論體系，均採用FORTRAN編製成各種形式的空間結構幾何創建及最佳化程式，並且通過算例驗證了方法的可靠性，獲得對混合型空間結構力學性能的初步認識，探索的考慮施工便捷性的結構形態創構方法，為該類理論指導設計的建築提供落地實踐的可能，進一步推動建築與結構設計由經驗型向科學型的理論設計方法轉變。項目執行期內，累計發表SCI期刊論文2篇，EI期刊論文1篇，核心期刊論文2篇，組織成員參加國際會議4人次，發表國際會議論文2篇，參加國內會議9人次，發表國內會議論文9篇，培養博士1名，碩士7名，另有1篇已經投稿在審的EI期刊論文1篇，待撰寫的與項目有關的期刊論文3篇，培養在讀博士2名，在讀碩士5名。
