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復雜空間結構設計關鍵技術研究——以上海天文館為例 版權信息
- ISBN：9787547862193
- 條形碼：9787547862193 ; 978-7-5478-6219-3
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
復雜空間結構設計關鍵技術研究——以上海天文館為例 本書特色
上海天文館作為上海科技館分館，2021年7月開館，是上海市政府投資興建的大型科普場館，建筑面積3.8萬平方米，上海天文館是全球*大的天文館。上海天文館由美國Ennead國際建筑事務所 (Ennead Architects)和上海建筑設計院聯合體中標，總投資約5.3億元。主建筑以優美的螺旋形態構成“天體運行軌道”，獨具特色的圓洞天窗、倒轉穹頂和球幕影院這三個圓形元素構成“三體”結構，共同詮釋天體運行的基本規律。室外綠化勾勒出星系的旋臂形態，與“星空之境”公園自然銜接，充分體現了建筑與生態的有機融合。
復雜空間結構設計關鍵技術研究——以上海天文館為例 內容簡介
復雜空間結構建筑造型越來越復雜，結構形式多樣，空間結構不僅追求自重輕，還需結構與建筑的協調統一，只有合適的結構才能很好地適應和表現各類建筑效果。中國是空間結構應用大國，建成的空間結構項目眾多，跨度之大也居世界前列，許多復雜空間結構突破了我國現行相關技術標準與規范的規定，如何保證復雜空間結構建筑的安全性、經濟性、施工可行性和安裝精度等，逐漸引起科研工作者和工程技術人員的廣泛關注。
本書以上海天文館工程案例為背景，對復雜空間結構設計關鍵技術進行梳理和提煉，對復雜空間結構的發展進行總結，針對復雜空間結構建模及計算方法、結構控制指標、抗震性能設計、抗風設計、結構人致振動及舒適度控制、復雜節點設計、混凝土薄殼結構設計進行詳細剖析提煉，重點突出設計難點和解決方法。
復雜空間結構設計關鍵技術研究——以上海天文館為例 目錄
第 1 章 緒論 ………………………………………………………………… 1
1.1 復雜空間結構發展概況 …………………………………………………… 1
1.2 上海天文館項目 …………………………………………………………… 3
1.2.1 項目背景 …………………………………………………………… 3
1.2.2 設計思路及建筑要求 ……………………………………………… 4
1.3 本書主要研究內容 ………………………………………………………… 10
1.3.1 結構整體設計研究 ………………………………………………… 10
1.3.2 結構舒適度的控制技術研究 ……………………………………… 10
1.3.3 混凝土殼體結構的設計與施工技術研究 ………………………… 10
1.3.4 節點構造設計研究 ………………………………………………… 10
1.3.5 結構風荷載研究 …………………………………………………… 11
第 2 章 復雜空間結構技術研究與工程實踐 ……………………………… 12
2.1 結構整體設計研究 ………………………………………………………… 12
2.1.1 上部結構體系 ……………………………………………………… 12
2.1.2 主要部位結構布置 ………………………………………………… 14
2.2 結構計算分析 ……………………………………………………………… 20
2.2.1 設計計算方法 ……………………………………………………… 20
2.2.2 結構控制指標 ……………………………………………………… 22
2.2.3 結構靜力計算分析結果 …………………………………………… 22
2.2.4 結構抗震性能分析 ………………………………………………… 43
2.3 結構舒適度控制技術研究 ………………………………………………… 50
2.3.1 結構振動控制研究現狀 …………………………………………… 50
2.3.2 TMD 振動控制的研究現狀 ……………………………………… 52
2.3.3 人行荷載的研究現狀 ……………………………………………… 54
2.3.4 人致振動舒適度評價方法 ………………………………………… 56
2.4 天文館結構關鍵部位舒適度計算 ………………………………………… 63
2.4.1 結構在步行激勵下的響應 ………………………………………… 64
2.4.2 TMD 參數設計 …………………………………………………… 67
2.4.3 設置 TMD 后的減震效果 ………………………………………… 68
2.5 本章小結 …………………………………………………………………… 69
第 3 章 混凝土殼體結構設計與施工技術研究 …………………………… 71
3.1 混凝土殼體結構的發展和應用 …………………………………………… 71
3.1.1 混凝土殼體結構的發展 …………………………………………… 71
3.1.2 鋼筋混凝土殼體結構發展的主要障礙 …………………………… 73
3.2 曲面混凝土結構的施工 …………………………………………………… 74
3.2.1 曲面混凝土施工中的難題 ………………………………………… 74
3.2.2 曲面混凝土施工的施工方法 ……………………………………… 74
3.2.3 曲面混凝土施工的分項工程控制 ………………………………… 75
3.3 天文館混凝土殼體結構設計 ……………………………………………… 77
3.3.1 球幕影院區域結構布置 …………………………………………… 77
3.3.2 球幕影院區域結構靜力分析 ……………………………………… 78
3.3.3 球體與混凝土殼體節點連接構造 ………………………………… 82
3.3.4 球幕結構整體穩定性能分析 ……………………………………… 82
3.3.5 多遇地震作用下球幕結構抗震性能分析 ………………………… 82
3.3.6 罕遇地震作用下結構抗震性能分析 ……………………………… 85
3.4 天文館混凝土殼體結構施工技術研究 …………………………………… 91
3.4.1 混凝土曲殼結構設計概況 ………………………………………… 91
3.4.2 工程施工特點和難點 ……………………………………………… 93
3.4.3 殼體結構施工順序 ………………………………………………… 93
3.4.4 殼體施工模板與支撐體系設計 …………………………………… 94
3.4.5 殼體結構施工技術措施 …………………………………………… 96
3.5 本章小結 …………………………………………………………………… 98
第 4 章 節點構造設計研究 ……………………………………………… 100
4.1 節點形式 ………………………………………………………………… 100
4.1.1 根據施工方法劃分 ……………………………………………… 100
4.1.2 復雜空間結構常用節點形式 …………………………………… 101
4.2 節點研究方法 …………………………………………………………… 102
4.2.1 試驗研究 ………………………………………………………… 102
4.2.2 數值模擬 ………………………………………………………… 102
4.2.3 組件法 …………………………………………………………… 103
4.3 節點設計研究 …………………………………………………………… 103
4.3.1 球幕影院球體與混凝土殼體連接節點 ………………………… 103
4.3.2 大懸挑區域弧形桁架相貫節點 ………………………………… 106
4.3.3 弧形桁架與混凝土筒體之間連接節點 ………………………… 112
4.3.4 鋁合金網殼結構桿件連接節點 ………………………………… 116
4.4 本章小結 ………………………………………………………………… 118
第 5 章 復雜結構風荷載研究 …………………………………………… 120
5.1 大跨度屋蓋結構抗風研究概況 ………………………………………… 120
5.1.1 研究思路 ………………………………………………………… 120
5.1.2 研究手段 ………………………………………………………… 120
5.1.3 ANN 在結構抗風領域的應用 ………………………………… 121
5.1.4 主要研究內容 …………………………………………………… 123
5.2 剛性模型風洞測壓試驗 ………………………………………………… 124
5.2.1 風洞試驗 ………………………………………………………… 124
5.2.2 風洞試驗結果分析 ……………………………………………… 132
5.3 天文館表面風壓的 ANN 預測 ………………………………………… 152
5.3.1 人工神經網絡特點及研究意義 ………………………………… 152
5.3.2 BP 神經網絡的基本原理 ……………………………………… 153
5.3.3 天文館表面未知測點的平均風壓系數預測 …………………… 155
5.3.4 未知風向角下的平均風壓系數預測 …………………………… 160
5.3.5 神經網絡預測結果分析 ………………………………………… 162
5.4 數值模擬研究 …………………………………………………………… 163
5.4.1 流場數值模擬方法 ……………………………………………… 163
5.4.2 邊界條件設置及網格劃分 ……………………………………… 164
5.4.3 天文館風荷載參數數值模擬 …………………………………… 165
5.5 數值模擬與風洞試驗結果對比分析 …………………………………… 171
5.5.1 CFD 方法得到的結構表面風荷載分布特點…………………… 171
5.5.2 數值模擬與試驗結果對比分析 ………………………………… 174
5.6 本章小結 ………………………………………………………………… 176
參考文獻…………………………………………………………………………………… 177
1.1 復雜空間結構發展概況 …………………………………………………… 1
1.2 上海天文館項目 …………………………………………………………… 3
1.2.1 項目背景 …………………………………………………………… 3
1.2.2 設計思路及建筑要求 ……………………………………………… 4
1.3 本書主要研究內容 ………………………………………………………… 10
1.3.1 結構整體設計研究 ………………………………………………… 10
1.3.2 結構舒適度的控制技術研究 ……………………………………… 10
1.3.3 混凝土殼體結構的設計與施工技術研究 ………………………… 10
1.3.4 節點構造設計研究 ………………………………………………… 10
1.3.5 結構風荷載研究 …………………………………………………… 11
第 2 章 復雜空間結構技術研究與工程實踐 ……………………………… 12
2.1 結構整體設計研究 ………………………………………………………… 12
2.1.1 上部結構體系 ……………………………………………………… 12
2.1.2 主要部位結構布置 ………………………………………………… 14
2.2 結構計算分析 ……………………………………………………………… 20
2.2.1 設計計算方法 ……………………………………………………… 20
2.2.2 結構控制指標 ……………………………………………………… 22
2.2.3 結構靜力計算分析結果 …………………………………………… 22
2.2.4 結構抗震性能分析 ………………………………………………… 43
2.3 結構舒適度控制技術研究 ………………………………………………… 50
2.3.1 結構振動控制研究現狀 …………………………………………… 50
2.3.2 TMD 振動控制的研究現狀 ……………………………………… 52
2.3.3 人行荷載的研究現狀 ……………………………………………… 54
2.3.4 人致振動舒適度評價方法 ………………………………………… 56
2.4 天文館結構關鍵部位舒適度計算 ………………………………………… 63
2.4.1 結構在步行激勵下的響應 ………………………………………… 64
2.4.2 TMD 參數設計 …………………………………………………… 67
2.4.3 設置 TMD 后的減震效果 ………………………………………… 68
2.5 本章小結 …………………………………………………………………… 69
第 3 章 混凝土殼體結構設計與施工技術研究 …………………………… 71
3.1 混凝土殼體結構的發展和應用 …………………………………………… 71
3.1.1 混凝土殼體結構的發展 …………………………………………… 71
3.1.2 鋼筋混凝土殼體結構發展的主要障礙 …………………………… 73
3.2 曲面混凝土結構的施工 …………………………………………………… 74
3.2.1 曲面混凝土施工中的難題 ………………………………………… 74
3.2.2 曲面混凝土施工的施工方法 ……………………………………… 74
3.2.3 曲面混凝土施工的分項工程控制 ………………………………… 75
3.3 天文館混凝土殼體結構設計 ……………………………………………… 77
3.3.1 球幕影院區域結構布置 …………………………………………… 77
3.3.2 球幕影院區域結構靜力分析 ……………………………………… 78
3.3.3 球體與混凝土殼體節點連接構造 ………………………………… 82
3.3.4 球幕結構整體穩定性能分析 ……………………………………… 82
3.3.5 多遇地震作用下球幕結構抗震性能分析 ………………………… 82
3.3.6 罕遇地震作用下結構抗震性能分析 ……………………………… 85
3.4 天文館混凝土殼體結構施工技術研究 …………………………………… 91
3.4.1 混凝土曲殼結構設計概況 ………………………………………… 91
3.4.2 工程施工特點和難點 ……………………………………………… 93
3.4.3 殼體結構施工順序 ………………………………………………… 93
3.4.4 殼體施工模板與支撐體系設計 …………………………………… 94
3.4.5 殼體結構施工技術措施 …………………………………………… 96
3.5 本章小結 …………………………………………………………………… 98
第 4 章 節點構造設計研究 ……………………………………………… 100
4.1 節點形式 ………………………………………………………………… 100
4.1.1 根據施工方法劃分 ……………………………………………… 100
4.1.2 復雜空間結構常用節點形式 …………………………………… 101
4.2 節點研究方法 …………………………………………………………… 102
4.2.1 試驗研究 ………………………………………………………… 102
4.2.2 數值模擬 ………………………………………………………… 102
4.2.3 組件法 …………………………………………………………… 103
4.3 節點設計研究 …………………………………………………………… 103
4.3.1 球幕影院球體與混凝土殼體連接節點 ………………………… 103
4.3.2 大懸挑區域弧形桁架相貫節點 ………………………………… 106
4.3.3 弧形桁架與混凝土筒體之間連接節點 ………………………… 112
4.3.4 鋁合金網殼結構桿件連接節點 ………………………………… 116
4.4 本章小結 ………………………………………………………………… 118
第 5 章 復雜結構風荷載研究 …………………………………………… 120
5.1 大跨度屋蓋結構抗風研究概況 ………………………………………… 120
5.1.1 研究思路 ………………………………………………………… 120
5.1.2 研究手段 ………………………………………………………… 120
5.1.3 ANN 在結構抗風領域的應用 ………………………………… 121
5.1.4 主要研究內容 …………………………………………………… 123
5.2 剛性模型風洞測壓試驗 ………………………………………………… 124
5.2.1 風洞試驗 ………………………………………………………… 124
5.2.2 風洞試驗結果分析 ……………………………………………… 132
5.3 天文館表面風壓的 ANN 預測 ………………………………………… 152
5.3.1 人工神經網絡特點及研究意義 ………………………………… 152
5.3.2 BP 神經網絡的基本原理 ……………………………………… 153
5.3.3 天文館表面未知測點的平均風壓系數預測 …………………… 155
5.3.4 未知風向角下的平均風壓系數預測 …………………………… 160
5.3.5 神經網絡預測結果分析 ………………………………………… 162
5.4 數值模擬研究 …………………………………………………………… 163
5.4.1 流場數值模擬方法 ……………………………………………… 163
5.4.2 邊界條件設置及網格劃分 ……………………………………… 164
5.4.3 天文館風荷載參數數值模擬 …………………………………… 165
5.5 數值模擬與風洞試驗結果對比分析 …………………………………… 171
5.5.1 CFD 方法得到的結構表面風荷載分布特點…………………… 171
5.5.2 數值模擬與試驗結果對比分析 ………………………………… 174
5.6 本章小結 ………………………………………………………………… 176
參考文獻…………………………………………………………………………………… 177
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復雜空間結構設計關鍵技術研究——以上海天文館為例 作者簡介
賈水鐘，華建集團上海建筑設計研究院結構專業總工程師，教授級高工，國家一級注冊結構工程師，國家注冊投資咨詢工程師，英國結構工程師學會正會員，上海市空間結構工程技術研究中心副主任。兼任上海土木工程理事、工程結構專業委員會主任、中國工程建設標準化協會空間結構專業委員會委員、上海市超限高層建筑工程抗震設防審查專家委員會委員。主持或負責完成近30余項國家與上海市級重點工程設計和科研工作，獲得30多項國家與上海市級設計與科技進步獎項。其中獲得建設部獎兩項，中國勘察設計協會優秀設計獎七項，中國建筑學會優秀結構設計四項，中國鋼結構協會設計金獎四項，上海市科技進步獎兩項，上海市土木工程科技進步獎三項，上海市優秀設計十項。
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