一种张弦结构的找形方法技术

本申请公开了一种张弦结构的找形方法，该方法能在张弦结构上弦给定，且撑杆保持竖直的条件下寻找相应的下弦索构形，并给出初始态的预应力。本发明专利技术可在不改变上弦刚性部分几何形状、保持撑杆竖直的前提下进行张弦结构下弦索的找形，使结构的初始态与建筑几何完全吻合；适用范围广，可用于单向、双向、多向张弦梁以及张弦网壳等不同类型的张弦结构；找形过程中仅更新节点的z坐标，节点x、y坐标自动满足平衡方程，无需进行更新，从而使撑杆自动保持竖直；控制参数少，可以针对给定的上弦刚性部分的几何形状，直接得到一系列不同尺寸的下弦索形状以及对应的预应力，便于建筑方案比选和结构优化。

Shape finding method of string structure

The invention discloses a method for form a string structure, this method can string structure and keep the vertical pole winding is given, under the condition of finding the corresponding cable configuration, and gives the initial state of prestressed. The invention can be used for string structure of cable shape finding without changing the upper rigid part geometry, keep upright pole, so that the state is fully consistent with the construction of initial geometric structure; wide application range, can be used for one-way, two-way, multi Zhang Xianliang and other different types of reticulated shell string string structure for Z; coordinate updates only node in the process of form, node x, y coordinates automatically satisfy the equations of equilibrium, no need to update, so that the automatic pole upright; less control parameters, can be given up the rigid part geometry, directly to obtain a series of different sizes of cable shape and corresponding prestress, convenient construction scheme selection and structure optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种张弦结构的找形方法
本专利技术涉及建筑工程的建筑设计和结构设计领域，具体涉及一种张弦结构的找形方法。
技术介绍
张弦结构由上弦刚性构件、下弦高强度索以及连接二者的撑杆组成，是一种典型的由刚、柔性单元组成的杂交结构体系。这类结构体系的最早应用形式是平面受力的张弦梁(beamstringstructure)，其刚性部分采用梁、拱等单向构件，后来逐渐发展出张弦立体桁架、双向张弦梁结构、多向张弦梁结构、张弦网壳等不同类型。张弦结构能充分发挥刚性构件和柔性构件的受力特点，具有跨越较大空间的能力，广泛应用于大跨度建筑。在张弦结构的早期应用中，下弦形状通常由建筑要求确定，并在此基础上进行找力分析以及基于逆迭代的零状态找形分析。近期研究表明，通过确定合理的下弦形状及相应的预应力，可使结构的初始态(即张拉完成、考虑指定荷载的平衡态)与零状态几何形状相同，改善上弦刚性构件的内力分布，提高材料的利用率。现有的下弦索找形方法主要包括有限元法、力密度法、动力松弛法等。在工程实践中，除了要求张弦结构的初始态与建筑几何吻合，还一般要求撑杆保持竖直。目前基于力密度法的找形对下弦索节点三个方向的坐标同时求解，为了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张弦结构的找形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：将张弦结构按构件特性拆分为两部分，第一部分为上弦刚性部分与撑杆组成的刚性模型，其中撑杆沿竖直方向布置；第二部分为下弦索构成的柔性模型；步骤2：约束刚性模型的边界节点，以及每根撑杆下端点的三个平动自由度，在指定荷载作用下进行静力计算，提取撑杆内力；步骤3：约束柔性模型的边界节点，以及每个下弦索节点的z向自由度，在自重作用下进行静力计算，提取每个下弦索节点的z向反力；步骤4：将步骤3得到的反力值与步骤2中的撑杆内力相加，所得结果作为柔性模型找形采用的外荷载；步骤5：以力密度为变量建立柔性模型下弦索节点的x向、y向平衡方程组，求解方程...

【技术特征摘要】
1.一种张弦结构的找形方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：将张弦结构按构件特性拆分为两部分，第一部分为上弦刚性部分与撑杆组成的刚性模型，其中撑杆沿竖直方向布置；第二部分为下弦索构成的柔性模型；步骤2：约束刚性模型的边界节点，以及每根撑杆下端点的三个平动自由度，在指定荷载作用下进行静力计算，提取撑杆内力；步骤3：约束柔性模型的边界节点，以及每个下弦索节点的z向自由度，在自重作用下进行静力计算，提取每个下弦索节点的z向反力；步骤4：将步骤3得到的反力值与步骤2中的撑杆内力相加，所得结果作为柔性模型找形采用的外荷载；步骤5：以力密度为变量建立柔性模型下弦索节点的x向、y向平衡方程组，求解方程组的通解，该通解称作力密度模态，满足各节点x向和y向平衡条件；步骤6：将步骤5得到的力密度模态乘以调整系数，得到柔性模型找形采用的力密度；步骤7：采用步骤6得到的力密度，并将步骤4得到的外荷载施加到柔性模型的相应节点上，对柔性模型进行带荷载的力密度法找形；步骤8：检查找形得到的柔性模型几何是否满足与建筑功能相关的要求，若满足则进入下一步，否则返回步骤6，更新力密度模态的调整系数，并重新进行找形，直至得到几何尺寸满足要求的柔性模型；步骤9：根据找形结果更新张弦结构整体模型，检查本次找形引起的结构几何尺寸变化幅度是否在预设限值之内，若是则进入下一步，否则基于最新的结构模型重新执行上述找形过程，直至单次找形引起的几何尺寸变化幅度小于预设限值；步骤10：根据找形后的下弦索长度和相应的力密度，求解初始态中下弦索的预应力。2.根据权利要求1所述的张弦结构的找形方法，其特征在于，步骤5中所述力密度模态的计算方法为：为柔性模型的第i个节点建立x向和y向平衡方程：其中(xi,yi)为第i个节点的x、y坐标，n为连接到第i个节点的下弦索的数量，Lk、fk和(xk,yk)(k＝1,2,…,n)分别为连接到第i个节点的第k根下弦索的长度、内力和另一端点...

【专利技术属性】
技术研发人员：白光波，朱忠义，刘飞，陈一，邓旭洋，张琳，
申请(专利权)人：北京市建筑设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11