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摘要
位于长春影视文创孵化园区的影视研学基地采光顶，长方向跨度为85m，短方向跨度为61m。该采光顶形状奇特，且直接坐落于分布不规则的外围框架柱顶，从而导致该采光顶受力极为复杂。在进行采光顶结构选型时主要考虑了2种方案，分别为钢桁架结构和单层铝合金网壳结构。鉴于单层铝合金网壳具有自重轻、美观和施工难度低等优势，最终采用该方案为采光顶结构体系，节点选用铝合金板式节点，并进一步开展结构分析与设计工作。 由于单层铝合金网格采光顶结构较为复杂，需使用MIDAS GEN模型和RFEM模型分别进行结构计算，并通过计算结果对比来校核模型的准确性。对比结果表明，两个模型的前3阶振型和前3阶屈曲模态高度吻合，其自振周期和特征值误差极小，即两个模型的精度可以满足计算需求。还可发现，本采光顶网壳自振振型和屈曲模态均是整体振动和整体屈曲，即采光顶网壳的结构布置合理。 采用MIDAS Gen模型开展单层铝合金网壳弹性分析，结果表明杆件在荷载基本组合作用下的最大应力为112MPa，大部分杆件的应力处于80MPa以内，满足规范要求。在荷载标准组合（恒荷载+活荷载）作用下，本结构的最大位移为119mm，该位移与跨度的比值为1/512，小于规范限值1/400。以上分析结果表明，本结构满足强度和刚度需求。 使用RFEM模型对本结构开展双非线性稳定分析，对其稳定性承载力进行验算。初始缺陷的分布形态取各工况对应的最低阶屈曲模态，缺陷幅值取跨度的1/300。经计算各工况作用下的荷载临界系数最小值为2.5，大于规范限值2.0。采用拆除构件法开展整体结构抗连续倒塌分析，倒塌工况选择双非线性稳定分析中率先失效的2根杆件作为初始失效杆件。由倒塌分析结果可知，当最先失稳的两根构件失效后，周围杆件的应力水平基本没有变化，即不会引起结构的连续性倒塌。 提取关键杆件进行特征屈曲分析，根据欧拉公式推导出其计算长度系数为1.47，并输入至整体设计模型，验算关键杆件的强度。验算结果表明大部分杆件的应力比小于或等于0.5，结构具有足够的安全储备。建立典型节点有限元分析模型，得到该节点在荷载设计值作用下的应力状态，证实各部分应力均满足规范要求且具有较大安全储备，符合“强节点、弱杆件”的结构设计理念。
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单位土木工程学院; 上海宝冶集团有限公司; 东南大学
