树状结构稳定承载力研究★

张 佳 宁

(辽宁工程技术大学土木工程学院，辽宁 阜新 123000)

1 概述

树状结构是德国建筑师Frei Otto于20世纪60年代基于仿生学概念提出的一种新型仿生结构形式，由于其良好的受力性能和美观的结构外形在广大的设计师和工程师中得到了广泛的关注[1-7]。树状结构的传力特点是将作用于结构顶部大范围荷载沿着分支传递到最低级的分支，形成力流，逐级向下传递，最后汇聚到树干，进而传递到地面上的一点。具有较高的结构效率[8]，从而被广泛的应用于大型建筑中，如图1所示。由于其美观的结构外形，树状结构往往会成为地标性建筑[1,5]。

通过以树状结构作为支撑的火车站，机场等一些大跨度空间结构，支撑起来的屋顶结构的刚度要大大超过了树状结构自身的刚度。而且树状结构像自然界中的树一样向外扩展，直接的使自身所要承受的屋顶跨度和挠度减小，这样就可以忽略屋顶结构产生的变形，假定屋顶刚度远大于树状结构自身的刚度，基于这一假定，屋顶除了会向下传递荷载外，树状结构还会遭受到水平力的作用，而且树状结构自身受力比较均匀，当结构遭受的荷载或者外力到达一定值时，继续施加荷载，结构的平衡状态就会发生非常大的改变，这时所出现的现象就称之为结构失稳或者结构屈曲。

在压力的作用下，构件会出现失稳现象。所以，不论是整体结构还是单一的构件都需要考虑结构的稳定性问题，结构的稳定性是树状结构整体受力性能至关重要的因素。……