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箱型空腹屋盖与传统屋盖的结构性能对比研究

赵蔚然 郑腾腾 赵才其 袁良健

赵蔚然, 郑腾腾, 赵才其, 袁良健. 箱型空腹屋盖与传统屋盖的结构性能对比研究[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(10): 24-31. doi: 10.13206/j.gjgS22052901
引用本文: 赵蔚然, 郑腾腾, 赵才其, 袁良健. 箱型空腹屋盖与传统屋盖的结构性能对比研究[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(10): 24-31. doi: 10.13206/j.gjgS22052901
ZHAO Yu-ran, ZHENG Teng-teng, ZHAO Cai-qi, YUAN Liang-jian. Comparative Study on Structural Performance of Box-Type Hollow Roof and Traditional Roof[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(10): 24-31. doi: 10.13206/j.gjgS22052901
Citation: ZHAO Yu-ran, ZHENG Teng-teng, ZHAO Cai-qi, YUAN Liang-jian. Comparative Study on Structural Performance of Box-Type Hollow Roof and Traditional Roof[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2022, 37(10): 24-31. doi: 10.13206/j.gjgS22052901

箱型空腹屋盖与传统屋盖的结构性能对比研究

doi: 10.13206/j.gjgS22052901
基金项目: 

国家自然科学基金项目(51578136)

详细信息
    作者简介:

    赵蔚然,男,1995年出生,硕士

    通讯作者:

    赵才其,男,1965年出生,博士,副教授,101000815@seu.edu.cn

Comparative Study on Structural Performance of Box-Type Hollow Roof and Traditional Roof

  • 摘要: 提出了一种新型空间结构——铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖结构,它是由轻质高强的铝合金蜂窝板通过特种连接件拼接而成的五面体或六面体箱型空腹结构,它不仅具有张力结构“轻质高强”的特点,还吸收了刚性结构高强度、高刚度的优点。为了探究箱型空腹屋盖相对于传统屋盖的结构性能的优势,以铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的承载力试验为基础,研究了箱型空腹屋盖的力学性能,运用ANSYS软件建立了完全协调和耦合两种有限元分析模型,并且验证了有限元分析模型的有效性。对三向网格型单层网壳、正放四角锥双层网壳、无底板的五面体箱型空腹屋盖、有底板的六面体箱型空腹屋盖4种结构进行了力学性能分析,并且分析了其经济性。结果表明:铝合金蜂窝板箱型空腹屋盖的连接性能良好,具有较高的空间整体刚度。其极限承载力高达结构自重的11倍,稳定承载力约为自重的3.6倍,且结构在屈曲时的变形极小,挠跨比仅为1/800。耦合模型适用于箱型空腹屋盖结构的有限元分析,其在弹性阶段与试验较吻合,极限承载力仅比试验值高出15%,在考虑安全系数后可以作为结构承载力的设计值。在网壳结构的静力性能方面,有底板的箱型空腹结构的跨中挠度值和构件应力比均为四者中最小,表现出了较高的承载能力和抗变形能力。在控制跨中挠度值相近的情况下,杆系结构网壳的构件应力比普遍要大于板系结构,板系结构的空间传力更为合理。在网壳结构的经济性方面,对于同等尺寸的网壳,无底板箱型空腹网壳的结构自重最小,而三向网格型单层网壳的建筑空间最大。随着网壳平面尺寸的增大,结构平均重量都随之降低,建筑空间相差越来越大。在满足结构力学性能的前提下,综合考虑建筑空间和结构自重,箱型空腹结构可以获得相对较好的经济性。在网壳结构的动力性能方面,板片结构的频率一般要比同等条件下的杆系结构的频率大,板片结构具有轻质高强的特点,且其质量和刚度的分布较杆系结构更为合理。箱型空腹屋盖的力学性能及经济指标均比较优异,但有各自适用的跨度范围。无底板箱型空腹结构适用于20m跨度以下的网壳,而有底板箱型空腹结构因其刚度更大可适用于20~30m跨度的网壳。
  • [1] 董石麟,罗尧治,赵阳.大跨度空间结构的工程实践与学科发展[J].空间结构,2005,11(4):23-26.
    [2] 邵志伟,许立英.目前大跨空间结构的发展现状和趋势[J].居业,2017 (3):153-155.
    [3] Zhao H L.Static and dynamic analysis and engineering practice of thin-sheet boxed-element space structures[C]//Proc.IASS Symposium Shell.Osaka:Membranes and Space Frames,1986.
    [4] Zhao H L,Zhao C Q,She H,et al.Key points in design of the sheet space structure system[J].International Journal of Space Structures,2009,15(3):233-238.
    [5] Zhao H L,Ma J,Zhao C Q,et al.Key points in design of the sheet space structure system[J].International Journal of Space Structures,2000,15(3):233-238.
    [6] 赵惠麟,韩重庆,尹凌峰,等.板片空间结构体系的结构原理及其选型[J].工业建筑,2004,44(11):1-4.
    [7] 赵才其,马军,陶健.新型装配式蜂窝板空腹屋盖结构的承载力试验研究[J].东南大学学报(自然科学版),2014,44(3):626-630.
    [8] Zhao C Q,Zheng W D,Ma J,et al.The lateral compressive buckling performance of aluminum honeycomb panels for long-span hollow core roofs[J].Materials,2016,9(6):444.
    [9] Zhao C Q,Ma J,Du S C.The mechanical behaviour of new long-span hollow-core roofs based on aluminum alloy honeycomb panels[J].Materials and Technologies,2019,53(3):311-318.
    [10] 尹凌峰,郭小明,赵惠麟.板片空间结构体系连接设计方法研究[J].建筑结构,2003(11):63-66.
    [11] 刘晓峰.蜂窝板片空间结构体系设计研究[D].南京:东南大学,2008:65-69.
    [12] 陶健.基于高性能蜂窝板的轻型屋盖体系试验研究[D].南京:东南大学,2012:70-87.
    [13] 杨勇.铝合金蜂窝板与杆协同工作问题的数值模型及试验研究[D].南京:东南大学,2018:50-67.
    [14] 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准:GB 50017—2017[S].北京:中国建筑工业出版社,2018.
    [15] 中华人民共和国住房和城乡建设部.金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法:GB/T 228.1—2010[S].北京:中国标准出版社,2011.
    [16] 中华人民共和国住房和城乡建设部.金属材料延性试验多孔状和蜂窝状金属压缩试验方法:GB/T 31930—2015[S].北京:中国标准出版社,2015.
    [17] 尹德钰.网壳结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.
    [18] 杜文风.网架、网壳结构设计实例与解析[M].北京:中国电力出版社,2014.
    [19] 中华人民共和国住房和城乡建设部.空间网格结构技术规程:JGJ 7—2010[S].北京:中国建筑工业出版社,2014.
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  • 收稿日期:  2022-05-29
  • 网络出版日期:  2023-02-06

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