《結構形態學與新形態空間結構關鍵問題研究》是依託哈爾濱工業大學，由武岳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：結構形態學與新形態空間結構關鍵問題研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：武岳
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新形態空間結構是現代空間結構發展的重要方向之一，而如何實現結構優美形體與合理受力的協調統一則是新形態空間結構設計中需要解決的關鍵問題。結構形態學作為研究結構形狀與其受力性能之間關係的科學，為新形態空間結構的發展提供了理論基礎，但由於其發展時間較短且多學科交叉特點明顯，目前尚處於探索階段。本項目首先從結構形態學的若干基礎性問題入手，通過對結構構形描述、形態合理性評價和形態最佳化等問題的探討，力求構建較為系統的結構形態學理論框架。在此基礎上，針對兩類典型的新形態空間結構形式- - 自由曲面結構和自由拓撲結構，分別開展相應的結構形態創建方法和結構受力性能研究，解決如何生成既符合建築美學要求又兼具受力合理特點的結構和新形態空間結構與傳統空間結構在受力性能及失效機理上有何差異等問題。希望通過本研究能夠形成較為系統的新形態空間結構設計理論，推動我國空間結構向更加合理和更富創造力的方向發展。
結題摘要
本項目以結構形態學為理論基礎、以新形態空間結構為研究對象，採用理論分析、數值模擬和實驗研究相結合的方法，探討了結構形態學中的若干基礎性問題，主要研究成果包括以下的四部分內容： （1）建立了空間結構力流分析與傳力效率評價體系。提出了基於改進轉移力法的空間薄殼結構力流分析方法和基於等效軸力概念的空間桿繫結構力流分析方法，推導了結構傳力效率評價指標的計算公式，對空間結構傳力效率開展了定量研究，建立了一種結構合理性的系統評價方法。 （2）提出了基於逆吊試驗原理的自由曲面結構形態創建方法。建立了基於向量式有限元法和動力鬆弛法的數值逆吊找形方法，提出了多控制點自由曲面結構形態創建的分布剛化法和動態權重最佳化法，實現了同時考慮建築美學要求和結構受力合理性的自由曲面結構形態創建。 （3）建立了基於改進螢火蟲算法的空間格線結構拓撲最佳化方法。提出了一種兼顧尋優效果和收斂速度的改進螢火蟲算法，推導了離散變數改進螢火蟲算法的疊代公式，提出了基於基結構法的桁架結構拓撲最佳化方法和基於單元編碼的網殼結構拓撲最佳化方法，利用這兩種方法獲得了一系列形式新穎、受力高效合理的空間格線結構新形式。 （4）提出了弦支式互承結構這一新形態空間結構體系及其設計理論。提出了循環搭接找形法，解決了互承結構構件局部尺寸與結構整體構形相互制約、形態創建困難的問題。提出了一種基於整體最佳化的弦支式互承結構形態創建方法，形態創建結果可以大幅提高互承結構力學性能，有效解決了傳統互承結構材料利用率不高、結構冗餘度偏低的問題。 通過本項目研究推動了空間結構向更加合理和更富創造力的方向發展，結合實際工程套用取得了現象的技術經濟效益，完成了既定任務，達到了預期的研究目標。
