《超大跨城市穹頂結構新體系與形態最佳化研究》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：超大跨城市穹頂結構新體系與形態最佳化研究
- 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
隨著現代工程技術的發展和人們對環境質量的需求，建造千米級的超大跨度穹頂（即城市穹頂），以抵禦極端氣候、營造更為宜居的區域小環境，正逐漸從夢想走向現實。城市穹頂概念的提出體現了現代建築結構巨型化的發展趨勢，同時也對當前的工程理論和技術提出了新挑戰。本項目圍繞千米級城市穹頂結構的選型和最佳化問題，開展如下四方面研究：（1）工程結構的尺度效應，即尺度增大會對荷載作用和結構受力性能產生哪些影響；（2）體系適用性評價，即綜合考慮建築功能、結構受力和經濟成本等因素，對傳統空間結構體系的超大跨度適用性進行評價；（3）超大跨度空間結構新體系研發，提出多體系、多材料組合型空間結構、下部分散支承型自由曲面結構和懸浮型空間結構；（4）城市穹頂結構的形態最佳化，提出考慮多最佳化目標、多最佳化層次和多荷載工況的結構形態最佳化方法。希望通過本研究，進一步豐富結構形態理論和大跨空間結構體系，為千米級城市穹頂結構的設計建造提供技術儲備。
結題摘要
本項目以超大跨城市穹頂結構為研究對象，通過理論分析、數值模擬和實驗研究解決了其新體系和形態最佳化的若干問題，明確了超大跨空間結構可能面臨的新問題，提出了多種高效的超大跨空間結構新體系，豐富與發展了現有空間結構體系，提出了適用於大型複雜結構的結構形態創建方法，填補了相關研究的空白。項目研究包括以下三部分內容： （1）針對城市穹頂的概念進行探討，以在北方寒冷地區建造一800m超大跨城市穹頂為工程背景，對剛性結構、雜交結構、柔性結構以及組合結構等四大類結構體系總計14種結構方案進行選型研究，總結了各方案的結構性能特點。針對雙層網殼結構體系深入分析，開展了600餘算例的大規模參數分析，考察並總結了結構性能指標的變化規律，為超大跨結構方案選型提供了有價值的參考。（2）利用結構形態學方法建立了超大跨城市穹頂的形態創建方法，使結構具備受力更加合理、造型更加美觀的結構形態。首先基於數值逆吊法並考慮城市穹頂建造的建築要求，建立了兩種多控制點格線結構形狀創建方法，實現了多控制點逆吊曲面的形狀創建。在創建結構曲面後，引入了Voronoi格線，對創建的合理曲面進行結構格線劃分，提出了同時考慮幾何指標與受力指標的綜合評價指標，引入結構最佳化方法實現了格線最佳化創建。（3）針對互承結構開展了研究工作，為超大跨城市穹頂新體系的選擇提供了更豐富選擇。提出了一種基於最佳化的互承結構找形方法，開展了互承結構的靜力試驗，建立了一種簡化數值模擬方法。將互承結構與弦支結構結合，建立了弦支式互承結構體系，試驗結果表明其可以有效提高互承結構剛度。將互承結構概念引入了張拉整體結構，建立了互承構形張拉整體結構，使張拉整體結構可以覆蓋較大跨度。通過本項目研究填補了我國在超大跨城市穹頂結構研究的空白，為現代空間結構由大型向巨型的跨越奠定了理論基礎，完成了既定任務，達到了預期的研究目標。
