空间大跨度结构设计

空间大跨度结构设计
技术原理：近年来，结合大跨度空间结构在工程中大量应用实际，借助于可视化技术开发了相应的设计软件，并将研究领域成果转化到工程设计中，使复杂的空间杆系结构的杆件布置和截面设计实现了交互化，而且利用优化方法使结构造价明显降低。

本项目采用综合优化设计方法，对平板网架进行优化设计，并编制了设计程序和后处理；自主开发的非线性分析、最优选型及优化设计软件，针对目前新型大跨度结构中使用组合网架、空间桁架较多的特点，对组合网架、空间桁架可进行线性和非线性分析及优化设计；利用ObjectARX2000/2000i/2002的技术，程序自动形成空间网格的信息，实现了球面网壳和柱面网壳空间网格结构的图形处理及结构自动设计，成果通过甘肃省科技厅专家鉴定，于1999年获甘肃省科技进步二等奖。

技术特点：
(1)以网壳的矢高、网格数、杆件截面积、球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数，采用直接搜索法与准则法有机结合的综合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进行优化设计，编制了SSSAOP（FORTRAN）软件，同时对杆件面积规格化，以便直接用于实际工程。

(2)对单层球面网壳进行了非线性分析计算，考虑了各种边界条件的影响；并采用连续化板壳有限元进行对比分析。

(3)引入系数模拟球节点的刚性反应，采用空间梁单元有限元法，
按照《钢结构规范》要求，对联方型和凯威特型单层网壳进行杆件内力计算分析，得出了单层网壳由刚性连接到趋于柔性连接整个过程的内力变化规律，为空间单层球面网壳的优化设计提供了参考。

(4)采用面向对象的有限元理论，对单层球面网壳实现了可视化，实现了计算数据直转化为图形接口，对计算过程及计算结果进行图形输出，编制了相应的通用程序。

已推广应用情况：本技术已在近100项网壳结构设计和工程中得到应用，获得较好的经济效益和社会效益。

在中川机场航站楼、省设计院办公大楼屋顶花园等数十个设计项目中应用，取得经济效益数百万元，取得了良好的经济效益，解决了甘肃省土木工程界网架、网壳和其他钢结构设计中的难题。

以本研究方向成果为依托，甘肃省建设厅在我校成立了甘肃省空间结构设计计算中心，作为甘肃省空间结构设计、审查基地。