六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计
凯威特型局部双层球面网壳参数化建模静力分析
凯威特型局部双层球面网壳参数化建模及静力分析摘要：以凯威特型局部双层球面网壳为研究对象，应用大型有限元软件ansys的apdl编程语言，编制相应的宏程序，对这种常见的局部双层球面网壳进行参数化建模。对比分析了相同条件时凯威特型单层与局部双层球面网壳的最大位移。该建模方法简单、快捷、高效，能为凯威特型局部双层球面网壳的研究工作提供方便；静力分析结果表明，相对于相同条件下的单层球面网壳，局部双层球面网壳能够明显减小网壳的。 abstract: by studying kai weite type partial double spherical shell, the application of finite element software ansys apdl programming language, preparation of the corresponding macro for this common partial double spherical shell for parametric modeling. comparative analysis of the same conditions kaiwei te single layer spherical shell with partial double the maximum displacement. the modeling method is simple, fast, efficient, and being able to kaiwei te-based double-layer spherical shell of local research to facilitate the work; static analysis results show that under the same conditions as opposed to single-layer spherical shell, partial double spherical shell can significantly reduce the shell 关键词：局部双层球面网壳；参数化建模；apdl语言；ansys
基于SAP2000的空间网格结构参数化建模与分析
基于SAP2000的空间网格结构参数化建模与分析 摘要：本文简要介绍了SAP2000应用编程接口即CSi OAPI的功能特点及其在结 构分析中的应用。我们以空间网格结构建模分析过程为例详细阐述了CSi OAPI在 结构参数化建模、分析及后处理中的流程和方法。本文对应用编程接口及Python 语言在结构分析方面的使用进行了初步的探索，对同类型的工程项目具有借鉴意义。 关键词：CSi OAPI；Python；参数化建模；结构分析；空间网格结构 引言 SAP2000是美国CSi公司(Computer and Structures Inc.)开发研制的通用结构分 析程序，是一款集成化、高效率的通用结构分析设计程序，在世界各国的结构分 析项目中得到广泛应用。SAP2000采用基于对象的有限元技术，可以实现方便的 建模，并具有稳定的分析内核，可对其他分析程序的结果进行对比和校核。 CSi OAPI (CSi Open Application Programming Interface)，即CSi 开放应用编程接口，原名SAP2000 API，是SAP2000提供的二次开发接口。它包含了SAP2000中 大部分功能的函数，通过调用可以实现与SAP2000等效的操作或扩充SAP2000的 功能。并且，通过程序操作可以方便地实现批处理、参数化等过程。CSi OAPI目 前支持C#、Visual Basic、Fortran、Matlab和Python等常用编程语言和应用程序。 Python是一种面向对象、解释型的计算机程序设计语言。其语法简洁清晰， 具有很强的可读性，支持面向对象的程序设计。Python属于脚本语言，具有丰富 和强大的函数库，它常被昵称为胶水语言，能够把用其他语言制作的各种模块很 轻松地联结在一起。基于这一特性，很多程序将Python作为二次开发的接口语言进行支持，结构分析中常用的Abaqus即支持Python进行二次开发，新版本的CSi OAPI也开始支持Python。本文中涉及的程序即采用Python语言编写。 本文拟通过一个典型的二次开发程序，介绍CSi OAPI应用的一般过程，实现 对SAP2000既有功能的扩充，使其能更有效地用于结构分析和设计。 1 CSi OAPI开发要点 在SAP2000 最初是在V11版本中推出了应用编程接口功能模块，原名 SAP2000 API，作为开放给用户进行扩充开发的应用程序接口。在SAP2000 V15中，SAP2000不仅完成了诸如界面上的重大改进，也进一步增加完善了API功能，并 且API不只适用于SAP2000程序，同样适用于CSIBridge程序中，此次版本的API 更名为CSi OAPI[1]。在最新的SAP2000 V20版本中，CSi OAPI的各项功能又进行 了升级和强化。 CSi OAPI作为一个通用性强的工具，允许用户通过编程的方式，利用API调用函数，在结构建模、分析和设计过程中进行定制来实现参数化的模型生成、分析 和设计，完成自定义的结果输出和数据提取。同界面交互操作的方式相比，这种 操作方式将扩展设计人员的分析能力，提高效率。用户还可以应用OAPI实现 SAP2000分析程序与第三方软件的连接，实现与其他程序对建筑结构模型信息的 共享。并且，通过Python可以方便地进行数据提取与分析，并对分析结果进行可视化，对进一步的优化提供了便利。 在安装了SAP2000(V11版本以上)和相应开发环境的计算机上，都可以利用 CSi OAPI进行开发。大多数编程语言都可以与OAPI结合来实现用户程序的定制， 如C#，Visual Basic，C++，Fortran，Matlab、Python、VBA等。 不同的编程语言有各自的语法、限制和特点，但程序开发过程都遵循相同的
常见网架结构型式与建模技巧
常见网架结构型式与建 模技巧 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
常见网架结构型式与建模技巧 建筑结构通常分平面结构和空间结构两大类。应用最广泛的空间结构是空间网格结构，根据组成形状分为网架结构和网壳结构。当网格结构为平板型时即为网架结构，当网格结构为曲面形状并具有网壳的结构特性时即为网壳结构。 网架结构，首先按网格单元分为平面桁架系网架，四角锥体系网架、三角锥体系网架。其次，按网架的支承情况分为周边支承网架、点支承网架、周边支承与点支承相结合的网架，三边支承或两边支承网架。实际工程中，我们常用的是四角锥和三角锥体系网架。 网壳结构有很多种分类方法和种类，仅介绍常用类型，首先按结构型式分球面网壳、柱面网壳、双面抛物面网壳、折板型网壳、应力表皮网壳。其次，按支承条件分无水平推力网壳、有水平推力网壳。按层数分单层网壳、双层网壳等，详见附表。 开始设计网架工程时，应综合比较选择一个优化的结构类型，然后开始建模。建模是将工程模型转化为数字模型的一个过程。首先，根据建筑造型选择网格组成单元，划分网格尺寸。然后根据跨度、支承方式、荷载大小等，确定网架厚度。完成几何形状后，再根据支承柱的刚度给支座赋值。最后调整荷载、进行结构分析和设计。这样，反复比较几个网架方案，最终确定一个优化设计方案作为设计方案。 网架建模关键步骤如下： 第一、网格单元：目前常用的组成单元中四角锥体应用最普遍。因为，四角锥网架造型整齐、美观、刚度大。当网架几何尺寸为正方形或接近正
方形时，多采用斜放类锥体网架。当几何尺寸为多边形即六边形或八边形时，可采用三角锥网架，它形成的结构单元和网架整体很有规律，传力途径简洁，受力合理。当网架几何尺寸为圆形、弧形，可采用三角锥体，也可采用四角锥体系。 第二、网格尺寸和厚度：首先根据网架跨度和荷载大小确定网格数和网格尺寸。通过周边支承平板网架工程计算结果，总结如下最优网格数与跨高比的经验公式： 注：L2为短向跨度，单位为m。 以上公式仅为参考数据，实际工程设中应上下浮动10％进行试算比较，确定一个较佳的网格数作为工程数据。 其次，网格尺寸还和屋面材料有关，当屋面为压型钢板时，网格一般不应大于3m。否则，一般压型钢板都要增加副檩条。当屋面夹芯板时，可以大于3m。当屋面为采光板时，应根据玻璃、阳光板规格确定，一般不大于2m。 第三、支座假定：支座约束可分为自由、弹性、固定和强迫位移等四种。弹性支承是网架结构中普遍存在的约束条件。如果能计算出网架下部支承结构在某自由度方向的刚度，这样可以近似地计算出网架与下部结构
建筑结构选型 总结
建筑结构选型 10章空间网架结构 1.什么是网架结构？ 网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成网状空间杆系结构。 2.网架结构按外形可分为哪两类？ 平板网架和曲面网架；通常平面网架称为网架，曲面网架称为网壳。 3.平板网架结构的优点？ 整体性好，稳定性号，空间刚度大，能有效承接非对称荷载、集中荷载和动荷载，有较好的抗震性。与网壳相比，是一种无水平推力、拉力的空间结构、支座构造简单，一般简支即可，便于下部支承结构处理。 4.网架结构按构成方式分为哪两类？ 一类是由不同方向的平行弦桁架相互交叉组成的，故称为交叉桁架体系网架；另一类是由三角锥、四角锥或六角锥等的椎体单元组成的空间网架结构，故称角锥体系网架。 5.交叉桁架体系网架有哪些？角锥体系网架有哪些？各种网架体系适用范围？ 1)交叉桁架体系 ①两向正交正放网架；适用于正方形，近似正方形的建筑平面，跨度以30—60m的中等跨度为宜。 ②两向正交斜放网架；适用于建筑平面正方形或长方形的中大跨度的情况。 ③两向斜交斜放网架；一般用于建筑平面两方向柱距不等的情况。 ④三角交叉网架;特别适用于三角形、多边形和圆形的建筑平面。 2）角锥体系网架 ①三角锥体系网架：三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架；适用于中小跨度的周边支承的六边形、矩形和圆形平面的建筑。 ②四角锥体系网架 正放四角锥网架；适用于大柱网、点支承、设有悬挂吊车的工业厂房情况。 正放抽空四角锥网架；适用于中小跨度和矩形平面的建筑，当为点支承时，要注意在周 边布置封闭的边桁架，以保证网架稳定。 斜放四角锥网架； 星形四角锥网架；适用于中小跨度周边支承的网架。 棋盘形四角锥网架；适用于小跨度周边支承的情况。 单向折线形网架；适用于狭长矩形平面的建筑。 3）六角锥体系网架 6.网架结构的组成和各自的适用范围？ 网架结构的组成：二层网架、三层网架；当跨度大于50m时，可考虑采用三层网架；当跨度大于80m时，可优先采用三层网架。 7.网架的结构选型原则： 安全可靠、技术先进、经济合理、美观适用。 8.了解网架的高度和网格尺寸？ 网架高度：网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。 网格尺寸：网格尺寸的大小，主要是上弦网格尺寸，网格尺寸主要与网架的跨度、屋面的材料、网架的型式、网架高度、荷载大小因素有关。
大跨度空间结构
4.空间结构的发展、种类及应用 大跨度空间结构具有受力合理、自重轻、造价低、结构形体和品种多样, 是建筑科学技术水平的集中表现, 因此各国科技工作者都十分关注和重视大跨度空间结构的发展历程、科技进步、结构创新、形式分类与实践应用. （一）谈到空间结构的发展历史, 就要追溯到公元前14 年建成的罗马万神殿, 是一幢由砖、石、浮石、火山灰砌成的拱式结构, 圆形结构, 直径43*5m, 净高43* 5m, 顶部厚度120cm, 半球根部支承在620cm 厚的墙体上，穹顶的平均厚度370cm，我国用砖石砌成代表工程是建于明洪武14 年( 公元1381年) 南京无梁殿, 平面尺寸38m * 54m, 净高22m . 以穹顶屋盖结构为主轴线, 时间跨度从公元前14年到2009 年共二千多年. 从中可以看出, 各种类型的空间结构只在近百年来有所发展, 特别是近二三十年来, 开拓和创新的速度更趋频繁. ( 1) 以砖、石等建筑材料筑成的拱式穹顶, 充分利用拱券合理传力的原理, 有连环拱、交叉拱、拱上拱、大拱套小拱. 自罗马万神殿建成以后, 如1612 年建成的罗马圣彼得教堂和建于约300 年前的伦敦圣保罗大教堂, 其跨度均比罗马万神殿小, 但是装修更庄重、屋顶更高. 因此, 以砖、石等筑成的拱式穹顶,长期来基本上没有更进一步的发展和创新. ( 2) 自1925 年在德国耶拿玻璃厂建成历史上第一幢直径40m 的钢筋混凝土薄壳结构以后, 到二十世纪五六十年代, 世界各国的薄壳结构发展到了高潮. 罗马奥运会小体育馆的平面直径59* 2m 的带肋薄壳( 图3) 以及北京火车站35m * 35m 的双曲扁壳是当时特别推荐的. 一般来说, 40m~ 50m 跨度的钢筋混凝土薄壳穹顶, 其混凝土的折算厚度约为8cm~ 10cm, 是罗马万神殿平均厚度的1/ ( 50~40) ; 结构自重约为( 200~ 250) kg / m2 , 是罗马万神殿平均自重的1/ ( 50~ 30) . 前苏联和我国还编制出版颁发了钢筋混凝土薄壳结构设计行业规程, 以便广大设计人员推广薄壳结构的应用 ( 3) 生铁、普通钢、高强钢、铝合金等建筑材料的生产和工程应用, 研究开发了网架网壳等格构式空间结构. 1924 年建成了世界上第一个直径为15m 的半球形单层网壳, 采用生铁材料, 用于德国耶那蔡司天文馆. 由于网格结构刚度大, 用材省、性能好, 便于工厂制作现场装配, 至二十世纪六、七十年代网格结构有了蓬勃的发展. 当时, 有代表性的工程如 1970 年建成的日本大阪博览会展馆六柱支承108m* 292m 网架, 1968 年建成的首都体育馆99m*112* 2m 网架, 1973 年建成的名古屋国际展览馆134m 直径圆形平面网壳, 1967 年建成的郑州体育馆64m 直径圆形平面助环型单层网壳. 60m 左右跨度网格结构自重约为( 40~ 50) kg / m2 , 是同等跨度薄壳结构自重的1/ ( 4~ 5) . 1997 年从美国引进建成了铝合金的上海体操馆, 68m 直径的圆形平面单层网壳, 自重仅12kg/ m2 , 是相应跨度钢网壳自重的1/ ( 4~ 5) . ( 4) 悬索结构要追溯到我国在公元前285 年建成跨越四川岷江的灌县竹索桥-----安澜桥和1703年建成跨越大渡河的铁链桥----- 泸定桥. 但在房屋建筑上的应用要首推于1953 年建成的美国北卡州瑞雷竞技馆, 近似圆形平面直径91* 5m 的鞍形索网结构. 此后, 在二十世纪六七十年代我国建成了当时著名的三大悬索结构: 1961 年建成跨度94m双层车辐式圆形平面的北京工人体育馆,1967 年建成跨度 60m * 80m 鞍形索网式椭圆平面的浙江人民体育馆, 1979 年建成跨度61m 双层车辐式( 索与内孔相切) 圆形平面的成都城北体育馆. 悬索结构自重小、屋盖轻、施工也比较方便成熟, 无需大型的机具设备, 是有推广应用前景的空间结构.1988 年在加拿大加尔加里建成当时跨度最大的悬索结构冰球馆, 是一幢135*3m * 129* 4m 椭圆平面鞍形索网悬挂薄壳 ( 5) 二十世纪七八十年代气承式充气膜结构发展到一个高潮, 在美国、加拿大和日本共建成了超百米跨度的十余幢大型体育场馆. 其中有代表性的是美国在1975 年建成的168m *220m 长椭圆平面庞提亚克体育馆和日本在1988 年建成的180m * 180m 方椭圆平面东京后乐园棒球馆. 由于气承式膜结构要不时地耗能充气, 以及庞提亚克体育馆曾发生垮塌事故, 二十世纪九十年代后已基本不再兴建气承式充气膜结构. ( 6) 为1988 年汉城奥运会的召开, 1986 年建成了120m 跨度圆形平面的索穹顶综合馆用钢指标13.
常见网架结构型式与建模技巧
常见网架结构型式与建模技巧 建筑结构通常分平面结构和空间结构两大类。应用最广泛的空间结构是空间网格结构，根据组成形状分为网架结构和网壳结构。当网格结构为平板型时即为网架结构，当网格结构为曲面形状并具有网壳的结构特性时即为网壳结构。 网架结构，首先按网格单元分为平面桁架系网架，四角锥体系网架、三角锥体系网架。其次，按网架的支承情况分为周边支承网架、点支承网架、周边支承与点支承相结合的网架，三边支承或两边支承网架。实际工程中，我们常用的是四角锥和三角锥体系网架。 网壳结构有很多种分类方法和种类，仅介绍常用类型，首先按结构型式分球面网壳、柱面网壳、双面抛物面网壳、折板型网壳、应力表皮网壳。其次，按支承条件分无水平推力网壳、有水平推力网壳。按层数分单层网壳、双层网壳等，详见附表。 开始设计网架工程时，应综合比拟选择一个优化的结构类型，然后开始建模。建模是将工程模型转化为数字模型的一个过程。首先，根据建筑造型选择网格组成单元，划分网格尺寸。然后根据跨度、支承方式、荷载大小等，确定网架厚度。完成几何形状后，再根据支承柱的刚度给支座赋值。最后调整荷载、进行结构分析和设计。这样，反复比拟几个网架方案，最终确定一个优化设计方案作为设计方案。 网架建模关键步骤如下: 第一、网格单元：目前常用的组成单元中四角锥体应用最普遍。因为，四角
锥网架造型整齐、美观、刚度大。当网架几何尺寸为正方形或接近正方形时，多采用斜放类锥体网架。当几何尺寸为多边形即六边形或八边形时，可采用三角锥网架，它形成的结构单元和网架整体很有规律，传力途径简洁，受力合理。当网架几何尺寸为圆形、弧形，可采用三角锥体，也可采用四角锥体系。 第二、网格尺寸和厚度：首先根据网架跨度和荷载大小确定网格数和网格尺寸。通过周边支承平板网架工程计算结果，总结如下最优网格数与跨高比的经验公式： 注：L2为短向跨度，单位为m。 以上公式仅为参考数据，实际工程设中应上下浮动10 %进行试 算比拟，确定一个较佳的网格数作为工程数据。 其次，网格尺寸还和屋面材料有关，当屋面为压型钢板时，网格一般不应大于3m。否那么，一般压型钢板都要增加副檩条。当屋面夹芯板时，可以大于3m。当屋面为采光板时，应根据玻璃、阳光板规格确定，一般不大于2m。 第三、支座假定：支座约束可分为自由、弹性、固定和强迫位移 等四种。弹性支承是网架结构中普遍存在的约束条件。如果能计算出网架下部支承结构在某自由度方向的刚度，这样可以近似地计算出网架与下部结构之间的共同作用，与实际相吻合。网架规程中已经给出独立柱的刚度计算公式：K c = 3E c l c/L c3。通过该公式计算的刚度输入网架程序即可计算。但输出的支座反力和位移与实际用该反力计算的柱顶点侧向挠度有一定的出入。因此，实际工程中，要将该计算刚度值放大或缩小一个数量等级各试算几次，取不利的结果作为设计数据。
网壳结构关键技术问题探讨
网壳结构关键技术问题探讨 摘要：网壳结自重轻、跨度大、造型优美、受力合理等特点，兼具薄壳结构和杆系结构的固有特性， 是在国内外城市应用较广泛的一类中、大跨度空间结构。本文基于网壳结构的研究现状，探讨网壳结构在研 究与应用中需解决的若干关键技术问题，为后期网壳结构的发展方向提供一些借鉴意见。 关键词：网壳结构；受力特点；计算方法；关键技术问题； 0 引言 网壳结构作为大跨度空间结构的一种主要形式，在体育场馆、会展中心、机场等公共建 筑中大量应用。网壳结构由杆件拼接而成，兼具薄壳结构和杆系结构的固有特性，三维空间 受力,刚度大，杆件利用率高。网壳结构可塑性较强，可以适应建筑不同造型的需要,实现无 柱的开阔大空间。尤其，随着计算分析技术快速发展，结构受力与建筑形体相融合，美与力 的结合，相得益彰，使结构更合理，更节省材料。网壳结构对于现代建筑已产生重大影响, 甚至成为衡量一个国家建筑科学技术水平的标志之一。 至今，网壳结构技术日渐成熟，国内外优秀代表作品穷出不尽[1]，但关于网壳结构的研 究乃有不完善之处，比如计算方法、稳定性、节点连接、温差影响及抗震性能等方面均存有 不足。基于目前的研究现状，文中探讨网壳结构在研究与应用中需解决的若干关键技术问题，为后期网壳结构研究方向提供一些借鉴意见。 1 网壳结构的受力特点及结构类型 网壳结构是从薄壳穹顶结构中演变而来，剔除了冗余部分结构，形成一种新型的镂空杆 系网格造型。故网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的优点，通过合理的曲面形状设计可均匀 三向传递力流，杆件间三维协调受力，内力分布均匀。相比二维结构，网壳受力更合理，跨 越能力强，整体稳定性高，更节省材料。 典型的网壳结构型式，比如肋环型、施威德勒型球面网壳、联方型球面网壳、凯威特型 球面网壳、三向格子型球面网壳、柱面网壳、双曲抛物面型等，均已在实际工程中得到成功 的验证。
单层凯威特网壳稳定性分析
单层凯威特网壳稳定性分析 摘要：随着空间结构的不断发展，网壳结构的跨度不断增大，厚度越来越薄，稳定问题越来越突出。从基于非线性有限元技术的荷载—位移全过程曲线可以完整地了解结构的稳定性能。本节以K8 型凯威特单层网壳为研究对象，采用 ANSYS 参数化建模，考虑几何分线性及材料非线性，对比分析不同几何参数及杆件尺寸对网壳稳定性的影响。 1.影响网壳结构稳定性的因素 对网壳结构的稳定性分析，就是为了得到其稳定的承载力，而影响稳定性的因素很多，为此，有必要对主要的因素进行列举分析[2-4]： (1)初始缺陷 网壳结构，尤其是单层网壳结构对初始缺陷非常敏感，初始缺陷的存在会大大降低结构的稳定承载力。网壳结构的初始缺陷主要有三种：网壳安装时的几何偏差；由于杆件的初始弯曲、外界荷载作用的初始偏心等原因造成的节点缺陷；杆件材料的初始缺陷以及存在材料中的初始残余应力。 (2)网壳结构的非线性性能 网壳结构的非线性能包括了几何非线性和材料非线性。通常情况下，单层网壳结构的几何非线性比材料非线性影响更突出；而双层网壳结构需要同时考虑几何和材料非线性；对于双层平板网壳结构，其材料非线性比几何非线性影响更明显。 (3).网壳结构自身刚度的影响 网壳结构的刚度包括了网壳结构的薄膜刚度以及抗弯刚度，它们将直接影响到结构的稳定性能承载力，对于单层球面网壳结构，网壳结构的承载能力正比于网壳结构的刚度。另外，节点或刚或柔，对杆件的连接和组合有很大的影响。 (4)网壳壳体的曲率以及支撑条件 网壳壳体的曲率对稳定性有一定的影响，曲率越小，越接近平面时，对结构稳定性不利。研究发现双曲线型的曲面的稳定性优于单曲线型，具有负高斯曲率的双曲线型网壳的稳定性能更好。结构的边界条件如支撑的约束刚度、支撑的约束的方向、支撑的数量也是影响网壳结构的稳定性的重要因素，一般情况下，就约束刚度而言，半刚性甚至柔性支座比刚性支座更容易失稳；就支撑的约束方向而言，竖向、法向、切向三者的提供的作用从大到小为：竖向、法向、切向；就支撑数量而言，周边固支的网壳结构的稳定性优于周边简支的网壳，周边支撑的稳定性能优于点支撑的情况。 (5).外界荷载作用 网壳结构本身跨度较大，柔性较强，在非对称荷载作用(地震作用、雪荷载、风荷载等等)下受力极其不均匀，容易产生局部的失稳，最终发展成为结构整体的失稳和倒塌。 (6).网壳结构所用建筑材料 建筑材料的力学性能，包括:材料强度、弹性模量、延性、徐变性能等，将会对网壳壳体刚度产生直接的影响，所以建筑材料本身的特性也是影响稳定性的主要因素。 (7)外界环境的影响
拉索预应力带肋单层球面网壳的自振特性研究
拉索预应力带肋单层球面网壳的自振特性研究 摘要：着眼于拉索预应力带肋单层球面网壳，以最常用的K6、K8型网壳的动力分析作为研 究重点。进行分析计算时，考虑了四种矢跨比、两种布索方案和两种布肋方式对结构动力性 能的影响。首先，利用两种不同的有限元软件对局部双层网壳结构进行了自由振动分析，发 现拉索预应力局部带肋单层球面网壳自振频率密集，水平振型较多，这是由于网壳结构起拱后，其竖向刚度增大而水平刚度减弱的缘故；对地震响应贡献较大的振型出现较晚。 关键词：预应力带肋单层网壳；自振频率；动力特性；刚度；布索方案 序言 网壳结构发展迅速、形式多样，已有的单层网壳存在承载力低的缺点，并且受到跨度的限制；双层网壳杆件多、节点多，某种场合建筑效果不理想，而且耗钢量大。针对此，已有学者开 始探索一种新的结构形式——拉索预应力局部双层网壳，并且对其进行了一些试探性的研究。如文献[1]对预应力局部双层浅网壳结构进行几何非线形稳定分析，侧重对柱面、肋环型和多 块组合型的预应力局部单双层浅网壳结构在受全跨表面荷载作用时的整体稳定性进行分析； 文献[2]对预应力局部单双层扁网壳进行参数分析与近似优化，提出均匀设计法进行结构的参 数分析与近似优化，并对一个柱支撑预应力四周双层，中间单层的柱顶支撑三向网格进行了 参数分析进行参数分析与近似；文献[3]对预应力八榀带肋网壳结构进行动力性能分析，采取 内部布索方式；文献[4]对一由4块组合的浅扭网壳进行静力计算。但已有的研究局限于某几 种形式网壳的某些性能，未对拉索预应力带肋网壳进行系统全面地研究。针对此，着眼于80 米拉索预应力带肋单层球面网壳，以最常用的K6、K8型网壳的动力作为研究重点。进行分 析计算时，考虑了四种矢跨比、两种布索方案和两种布肋方式对结构力学性能的影响。首先 进行了自由振动分析，对多维与单维输入下主肋位移与内力进行比较，考虑了矢跨比变化对 结构在多维地震作用下内力反应的影响。研究了径向杆、斜杆和环向杆的内力反应分析。 1 网壳的模态分析 多自由度体系的运动方程为 m■（t）-c■（t）+kv（t）=p（t）（1） 从上式中略去阻尼矩阵和作用荷载向量就得到无阻尼自由振动体系的运动方程： m■（t）+kv（t）=0 （2） 其中0是零向量。振动分析问题包括：确定任何情况下满足式（2）表示的平衡条件。假定 多自由度体系的自由振动是简谐运动，可写成 v（t）=■sin（?棕t+?兹）（3） ■表示体系的形式（它不随时间而变，只是振幅变化），?兹是相位角。对式（3）取二次导数，得到自由振动的加速度 ■=-?棕2■sin（?棕t+?兹）=-?棕2v （4） 将式（1）和（3）代入（1）中，得出 -?棕2m■sin（?棕t+?兹）+k■sin（?棕t+?兹）=0 （5） 上式可写成 [k-?棕2m]■=0 （6）
矢跨比对单层球面网壳结构的影响分析
矢跨比对单层球面网壳结构的影响分析 摘要：矢跨比是网壳结构几何形状的重要参数，本文从线性屈曲荷载及考虑初 始几何缺陷的非线性临界荷载进行分析，考察不同矢跨比条件下初始缺陷对网壳 的影响程度，从而为同类结构的设计、施工提供一定的参考。 关键词：矢跨比；初始几何缺陷；非线性屈曲；临界荷载 1 概述 网壳结构是大跨度空间结构的一种主要形式，其刚度好、重量轻、受力合理，常被用来构造中间无支承的大跨度建筑物，如体育馆、影剧院等，是一种国内外 颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。然而，随着跨度越来越大，厚度越来越薄，其几何非线性越明显，稳定性问题日益突出。 本文采用一致缺陷模态法[1，2]：首先对完善结构进行非线性稳定分析，确 定结构的静力失稳模态，然后以最不利失稳模态所对应的各节点的竖向位移分布 作为结构初始缺陷模式，再对结构进行静力稳定性分析。通过分析表明，以静力 失稳模式作为结构的初始缺陷模式对实际结构进行分析是比较实用的。 2 单层球面网壳结构计算模型及数值分析 本文以跨度为30米的肋环型单层球面网壳为研究对象（图1）。矢跨比 h/L=1/2，1/3，1/4，1/5，1/6，1/7条件下的无初始缺陷的结构与有初始缺陷结 构的非线性对比分析，通过有限元APDL参数化语言来进行建模分析[3]，从而确 定影响程度。对于初始缺陷的考虑，本文采用文献[4]中提供的方法引入节点缺陷，取网壳跨度的1/300作为缺陷幅值，从而确定初始缺陷在不同条件下的影响程度。 图1 网壳结构的计算模型 截取1/4网壳结构（图2）中1~8节点作为研究对象，荷载均取为竖向均布 荷载（包括杆件自重）。通过对网壳结构进行考虑初始缺陷的非线性屈曲分析， 确定结构上各点的荷载位移曲线，表一为两 种截面：①：Φ152×5mm，②：Φ127×4mm下各点的临界荷载和临界荷载 下所对应的位移。图3（a）~（h）为在矢跨比为1/2下1~8节点的位移荷载曲线。限于篇幅，其他矢跨比下的位移荷载曲线图略。 图2 跨度30m的节点位置图 从图3、表一可以看出：（1）在加载的前阶段，荷载与位移之间基本上呈现 线性关系，在接近上临界荷载及以后的荷z载位移曲线中则呈现相对较强的非线 性关系；失稳区域从中心节点起，第二第三环上的节点位移变形较大，矢跨比对 网壳结构整体稳定性影响最为敏感；（2）网壳结构的承载力随矢跨比的减小下 降很快；（3）随着矢跨比的增大，结构的几何形状越接近理想球面，薄膜刚度 随之增大，从而结构的临界荷载也增大，相应节点的位移增大，在设计中要避免 采用矢跨比小的结构。由于径向是主要传力方向，所以结构的失稳区域往往发生 在径向主肋上；（4）在同一矢跨比下，两种不同截面临界荷载降低幅度基本上 一致；（5）初始缺陷随矢跨比增大对结构的影响性减小，矢跨比越小影响越大。 3 结论 通过本文的分析，可以看出：网壳结构受力后表现出较强的非线性，矢跨比 对网壳结构的刚度、整体稳定性及失稳区域有很大影响，矢跨比越小，影响越大，越靠近中心区域，矢跨比对结构影响越大；非线性分析的位移－荷载曲线，反映 出整个结构在受力变形过程中平衡状态的变化情况，了解临界点前、后节点位移 的变化、结构失稳时的变形形态具有重要意义；在实际设计及施工中，合理的矢
斜拉网壳结构的工程应用和设计
目录 1 前言 (3) 1.1引言 (3) 1.2 网壳结构体系概述 (3) 1.2.1球面网壳 (4) 1.2.2柱面网壳 (7) 1.2.3其他曲面网壳 (10) 1.3网壳体系的国内外的发展及应用 (13) 1.4 斜拉结构体系的国内外研究现状 (14) 1.5 本文研究对象和方法 (15) 2 网壳结构稳定性分析原理 (17) 2.1 网壳结构稳定性分析的有限单元法 (17) 2.1.1斜拉网壳结构的失稳现象 (17) 2.1.2非线性有限元基本方程 (18) 2.1.3单元切线刚度矩阵 (19) 2.2 网壳结构的稳定设计 (31) 2.2.1 网壳规程提供的实用计算公式 (31) 2.2.2特征值屈曲分析 (34) 2.2.3 导致网壳结构失稳的因素 (34) 2.2.4 几何非线性全过程分析 (37) 1 / 62
3 斜拉网壳结构的非线性静力分析 (40) 3.1引言 (40) 3.1.1斜拉网壳结构非线性分析介绍 (40) 3.1.2斜拉网壳结构稳定分析的目的和内容 (40) 3.2模型的建立和计算简图 (41) 3.2.1利用程序MIDAS/Civil建立模型： (42) 3.2.2 斜拉网壳立体的受力、变形特点 (47) 3.2.2.1 斜拉网壳特征值屈曲分析 (47) 3.2.2.2 两种模型的特征值屈曲分析比较 (48) 3.2.3节点荷载下网壳的非线性分析 (52) 3.2.3.1节点荷载下网壳的稳定分析 (52) 3.2.3.2节点荷载下网壳杆件的内力分析 (53) 3.3不同参数对网壳稳定性的影响 (54) 3.3.1斜拉网壳中网壳厚度的影响 (54) 3.3.2斜拉网壳中网壳长跨比的影响 (55) 3.3.3斜拉网壳中塔柱跨度的影响 (57) 3.3.4斜拉网壳中塔柱高度的影响 (59) 4 结束语 (60) 参考文献 (62) 致谢辞............................................. 错误!未定义书签。