[00098589]大跨度张拉式膜结构整体协同分析的研究

中国虽然对膜结构的研究起步较晚，但起点高，发展快。近年来在我国整体张拉式膜结构得到了大量的应用，我国学者在膜结构的结构分析与设计理论等相关技术方面都已进行了广泛深入地研究。但膜结构从材料、分析、设计与建造都与传统的刚性结构有很大的不同，在开发与应用中，还存在一些关键技术或关键技术的某些方面有待进一步解决，这时我们就有必要对其设计、施工进行进一步地研究。本课题以具有柔性边界的张拉式膜结构为研究对象，重点讨论了考虑施工过程的设计问题，将结构的设计和施工进行一体化研究；研究的主要目的是使施工后的结构在内力和形状上符合设计要求，尽量减小设计误差。经过两年的研究，课题组已经按照项目申报书完成了所有的工作，项目研究的主要创新点有：（1）在已知矢跨比的前提下给出了边索和内索的初始预张力的求解公式，大大节约了初始找形的时间；（2）提出了整体协同分析方法—形态迭代求解法。采用这种方法进行找形，可以满足建筑师给定的支座边界条件及膜片中索的矢跨比的要求；并可以直接获得索杆膜空间结构体系力的分布情况，给出施工张拉索的理论控制值；还可以使膜面主应力分布均匀，最大和最小主应力相差很小，能够基本达到初设等应力分布状态；形态迭代求解法采用各个构件的真实刚度，整体结构找形后得到的是真实的结构形态，这种方法同样适用于张拉式膜结构中其它类型结构的协同形态分析。在项目的研究过程中共发表相关论文4篇，其中EI收录2篇，另外1篇待收录，核心期刊1篇。国家自然科学基金委的评审专家认为“当前索膜结构应用虽然十分广泛，但出现不少问题，这其中设计理论尚需完善，特别是应该考虑索—膜—支撑结构的协同分析，从而提高设计的精确性，可以减少和避免结构成型后的缺陷。因此本项目具有重要的工程应用价值，而且存在分析理论和方法的创新和提高”。而由此理论所发表的3篇EI论文可知，本课题的研究成果具有极高的科研价值，而从实践上来看，又具有可观的经济效益。