铝合金空间网格结构及其应用

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铝合金空间网格结构及其应用

空间网格结构是由大致相同的格子或尺度较小的基本结构单元组合而成，可均匀三向传递力流的空间结构.本文所涉及的铝合金空间网格结构包含单、双层网壳和网架.若按节点刚度分类，铝合金网架和双层网壳属铰接体系，铝合金单层网壳属刚接体系.即在对网架和双层网壳进行结构分析时，可假定节点为铰接，杆件只承受轴力; 对单层网壳可假定节点为刚接，杆件除承受轴力外，还承受弯矩、扭矩和剪力等.若按单元组成分类，铝合金空间网格结构均属刚性单元结构，包括以梁单元作为基本构件的单层网壳和以杆单元作为基本构件的网架和双层网壳.上述两种分类方法中，杆单元对应于铰接体系，节点具有3个自由度，构件单元仅受轴力作用; 梁单元对应于刚接体系，每个节点具有6个自由度，构件单元在承受轴力的同时受到不可忽略的弯矩作用.事实上用于工程中的任何节点体系都是既非理想铰接又非理想刚接，节点都处于半刚性状态，而结构分析中所采用的模型只是一种分析简化方法，在结构分析中应尽可能采用符合结构实际受力行为的结构模型，充分考虑其合理性以保证结构的安全性.

从形态学角度来看，网架结构构件密度高于单层网壳，杆件的高密度布置导致网架构件的高冗余性，存在承载力过剩问题，而单层网壳冗余构件较少或不存在冗余构件，这对结构整体屈曲性能有着不可忽视的影响.

2. 1 铝合金空间网格结构在国外的应用

网壳结构最早可追溯到1863 年，有“穹顶之父”之称的德国人Schwedler 设计建造了第一个钢网壳结构.最早的网架结构于1940 年建成于德国，采用Mero 体系.近几十年来，以网壳和网架为代表的空间网格结构飞速发展.相比于钢网架和网壳结构，铝合金空间网格结构出现较晚，1951 年建成的英国“探索”穹顶是世界上建成最早的铝合金网壳结构.随着加工技术的不断发展，制造工艺的改进，节点体系的不断创新，计算分析以及设计水平的提高，铝合金空间网格结构不但在诸如体育场馆、会展中心、剧场等公共建筑中被采用，而且在大型石油化工产品的储罐、火力发电厂的干煤库及污水处理厂等工业领域也得到了广泛的推广和应用.表1 列举了国外部分具有代表性的铝合金空间网格结构.

2. 2 铝合金空间网格结构在我国的应用

空间结构在我国的应用始于上世纪五十年代，其中最具代表性的是1956 年建成的天津体育馆屋盖，我国的螺栓球节点体系也是70 年代引入Mero节点体系概念发展起来的.自20世纪90 年代以来，铝合金空间网格结构在我国的应用也逐渐增多.到目前为止，我国各地已建成了多座包括网壳、网架在内的铝合金空间网格结构.