大跨度结构中钢索膜结构的分析

本硕士论文的研究对象是大跨度钢索膜结构顶棚的多准则结构力学分析与数值优化。

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在研究部分，提出了对分析结构的原创性分类和归类。这使得可以系统化知识，并将重点从传统的张弦梁结构（BSS）精确转移到特定的先进索拱结构系统（CAS），后者成为后续分析的主要对象。选取柏林Lehrter Bahnhof火车站站台顶棚的结构作为直接的参考点和建筑与结构的灵感来源。

在设计部分，利用参数化设计环境（Rhino/Grasshopper），实现了一种基于动态松弛法的找形算法。这使得能够以最佳方式形成屋面主梁的初步拱形几何形状，并使其与自重作用下的压力线走向严格相关，从而最大限度地减少了其中的弯矩，并将主导应力状态简化为纯受压状态。

CAS系统的结构分析主要在Dlubal RFEM 6软件环境中完成。由于存在柔性受拉构件，主框架的静力计算采用三阶几何非线性分析（大位移理论）进行。为了评估结构性能，将主梁的经典结构稳定性验证扩展至线性屈曲分析（LBA）和先进的截面翘曲分析（第7个自由度）。这使得能够精确重现所分析拱梁的实际空间弯扭工作状态。

所得结果用于对结构构件进行初步尺寸标注，该步骤被视为后续完整设计流程的预备阶段和基础。独立的内力相互作用图以及对主拉索的力分析，使得可以评估截面裕量并指出需要进一步分析的区域。最终结论是对这一初步尺寸标注阶段的关键性总结，并为CAS系统的目标尺寸标注方法设定了指导原则。论文证明，将参数化找形与非线性有限元法程序相结合，是现代大跨空间结构在初期概念设计阶段的高效工具。