施威德勒型球面网壳的建模过程详解
不同类型单层球面网壳动力时程分析
不同类型单层球面网壳动力时程分析吴军强;李海旺【摘要】利用ansys有限元软件,对60m跨的凯威特、施威德勒、联方单层球面网壳进行弹塑性动力失稳研究.结果表明:阻尼和初始几何缺陷对凯威特和联方网壳影响较大,对施威德勒影响较小;水平地震对结构的影响远大于竖向地震;3种类型网壳中,施威德勒网壳的抗震性能最佳.据此,提出在网壳选择与设计时应降低结构初始几何缺陷,增设阻尼减震隔震构件.【期刊名称】《贵州师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(032)001【总页数】5页(P67-71)【关键词】ansys;单层球面网壳;弹塑性;阻尼【作者】吴军强;李海旺【作者单位】太原理工大学建筑工程学院,山西太原030024;太原理工大学建筑工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TU311网壳结构作为空间网格结构的一种，具有较好的安全性，经济性，适用性的优点［1］。
其杆件比较单一，受力比较合理，结构的刚度大、跨越能力强，兼具杆系结构和薄壳结构的主要特性。
因其造型美观，综合经济指标较好，被广泛的应用于各种体育场馆、会展中心、工业厂房，标志性结构等人员活动比较集中的场所［2］。
大跨空间网壳结构在地震荷载作用下的振动规律除与地震荷载有关，还与结构自振特性紧密相关［3］。
目前网壳的研究主要在同一种网壳的矢跨比，截面尺寸，荷载作用方式上的静力动力分析［4-6］，随着研究的深入，网壳结构在动力作用下的失效机理受到了国内外专家的关［7-9］，而对不同网壳类型间的比较研究较少。
为此，课题组在承受相同荷载、结构阻尼比为0.05 条件下，对跨度为60m，矢跨比为1/4 的凯威特、施威德勒和联方3种单层球面网壳进行不同地震波下结构的位移响应研究，以期分析影响结构抗震的主要因素及不同类型网壳结构对抗震的影响。
1 计算模型与参数研究采用的结构模型是跨度为60m 的凯威特、施威德勒和联方单层球面网壳(各类型网壳结构截面尺寸和用钢量见表1)，矢高15m，环向分为36 段，径向分为8 段。
网壳结构的发展
塑 钢 门 窗 安 装 一 法
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李 装 永 修 泉 世 界 李 晓 军 朱 世 伟
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网壳； （" ） 二向格子型球面网壳； （# ） 三向格子 型球面网壳； （$ ） 应力表皮球面网 壳 ； （% ） 柱面 双曲抛物面网壳； （&’ ） 折板形网壳。 网壳； （! ） 图 ! 是 ()*+,- 应 力 表 皮 铝 球 面 网 壳 的 用于法国 ./ 部分细部构造， 该网壳净跨 #’ * ， 由里查德设计。它将网壳 0112)33) 的体育场， 承重结构与表面覆盖层结合起来 ， 利 用 表 皮 的强度，实际上是把飞机机翼的 设 计 原 理 应 用于建筑结构， 表皮一般采用薄铝板 、 塑料板 或胶合板，表皮与边缘构件用螺 栓 固 定 在 一 起， 组成锥体单元或双曲抛物面单元 ， 这些单 元称为模块， 模块在工厂中预制， 再装箱运到 建筑工地安装。这种网壳结构制造简易， 模块 规格很少， 安装速度快， 强度高， 造价 低 ， 结构 形体美观， 类似菠萝， 特别是可以 用 相 同 的 模 块组成大型壳体。
! 建筑知识 " 张
宇
网壳结构的发展
建筑结构通常分为平面 结 构 和 空 间 结 构 两大类。空间结构是指结构的 形 体 呈 三 维 状 态， 在荷载作用下， 具有三维受力 特 性 并 呈 空 间工作的结构。 相对于平面结构，空间 结 构 的 特 点 是 受 力合理， 刚度大， 重量轻， 造价低， 结构形式新 颖丰富、 生动活泼， 可以突出结构 美 而 富 有 艺 术表现力， 用钢量低。 近半个世纪以来， 发展最快 、 应用最广的 空间结构是空间网格结构，空 间 网 格 结 构 主 要包括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，为曲 面 形 状 并 具 有 壳体的结构特性时即为网壳结构。 网壳结构的发展经历了 一 个 漫 长 的 历 史 演变过程，人类很早就认识到 了 穹 隆 具 有 最 小的表面， 能封闭最大的空间， 结构耗用的材
钢结构设计下册试题（答案）及复习重点
钢结构设计下册试题（答案）及复习重点试卷⼀⼀、填空题（每空2分，共计20分）1、门式刚架轻型房屋屋⾯坡度宜取（1/20~1/8 ），在⾬⽔较多的地区取其中的较⼤值。
2、在设置柱间⽀撑的开间，应同时设置（屋盖横向⽀撑），以构成⼏何不变体系。
3、当端部⽀撑设在端部第⼆个开间时，在第⼀个开间的相应位置应设置（刚性）系杆。
4、冷弯薄壁构件设计时，为了节省钢材，允许板件（受压屈曲），并利⽤其（屈服后强度）强度进⾏设计。
5、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（隅撑）6、螺栓排列应符合构造要求，通常螺栓端距不应⼩于（2 ）倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最⼩距离为（ 3 ）倍螺栓直径。
7、垂直于屋⾯坡度放置的檩条，按（双向受弯）构件设计计算。
8、屋架节点板上，腹杆与弦杆以及腹杆与腹杆之间的间隙应不⼩于（20mm ）。
⼆、选择题（每题2分，共计20分）1、梯形钢屋架受压杆件．其合理截⾯形式，应使所选截⾯尽量满⾜（A ）的要求。
(A) 等稳定(B) 等刚度(C) 等强度(D) 计算长度相等2、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间（ A ）。
(A) 垫板数不宜少于两个(B) 垫板数不宜少于⼀个(C) 垫板数不宜多于两个(D) 可不设垫板3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（D ）来选定的。
(A) ⽀座竖杆中的内⼒(B) 下弦杆中的最⼤内⼒(C) 上弦杆中的最⼤内⼒(D) 腹杆中的最⼤内⼒4、槽钢檩条的每⼀端⼀般⽤下列哪⼀项连于预先焊在屋架上弦的短⾓钢（檩托）上（ B ）。
(A) ⼀个普通螺栓(B) 两个普通螺栓(C) 安装焊缝(D) ⼀个⾼强螺栓5、如轻型钢屋架上弦杆的节间距为L，其平⾯外计算长度应取(D )。
(A) L (B) (C) (D) 侧向⽀撑点间距6、屋架下弦纵向⽔平⽀撑⼀般布置在屋架的（ C ）。
(A) 端竖杆处(B) 下弦中间(C) 下弦端节间(D) 斜腹杆处7、屋盖中设置的刚性系杆（ A ）。
联方型单层球面网壳的地震响应
图 １ 联 方 型 网壳
杆件采用空 间梁单元 （ ｅｍ１ ８ Ｂ ａ ８ 单元 ）计算分 析 中考虑 梁单元 的 ，
大转 角 ； 材料假 定为 弹性 ； 考虑 网壳 初始静 载 ， 载采用 荷 今年初 ， 钢材的价格 比去年 近 翻 了一 番 ， 内钢 材资 源相 当 大变形 、 国 考虑 阻尼 的作用 时则 假定 为 Ｒ ｙｅ ｈ阻尼 ， ａｌ ｇ ｉ 紧缺 。如何来 做到用 最少 的材 料 ， 建造具有 相近功 能 的结构 ， 这 加速度 的方式施 加 ； 此 时 阻尼 比取 为 ０ ０ ； 料 为 Ｑ ３ 钢 。 ．２ 材 ２５ 无疑成了结构 师们 的一 大难题 。现在就单层 球面 网壳来 说 ， 究 研 最多 的是施威德勒型 网壳 ， 且已经取得 了不少成果 。但 在相 同跨
文 中以 ４ ０ｍ跨度联方型单层球面 网壳为研究对象（ 图 １ ， 见 ）
的动 力 响应 。
网壳结构 地震作用下 杆件之间通过节点 连接 ， 结构 呈三维 状态 ， 在荷 载 作用下 具有 三 研究 了以位移准则 为动力稳 定性 判别方法 ，
目前 国内外单 层球面 网壳使 用越来 越 广泛 ， 例如 ， 京工业 １ 动 力稳 定性 的判别 方法 北
建筑结构选型11_网壳结构
2013年6月14日星期五
李广军
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11.2.2.2 双层网壳： （2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型 式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两 种网壳形式。 ①双层球面网壳： 由三角锥构成联方型三角锥球面网壳(图11.10)； 由四角锥构成肋环型四角锥球面网壳(图11.11)。
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（1）单层柱面网壳形式：单斜杆柱面网壳、双斜 杆柱面网壳、三向网格型柱面网壳。
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11.2
网壳的分类
（2）单层球面网壳形状：正方形、梯形、菱形、 三角形和六角形等。
①梯形(肋环型球面网壳)
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11.2
网壳的分类
②菱形(无纬向杆联方型网壳)
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11.2
网壳的分类
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
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11.2
网壳的分类
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
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11.2.2.2 双层网壳： （1）交叉桁架体系：球面、柱面。
①双层球面交叉桁架体系：构造简单，参照普通钢桁架设计； ②双层柱面交叉桁架体系分为：两向正交正放网壳、两向正交斜 放网壳、三向网壳。
李广军
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11.2.2.2 双层网壳： （2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型 式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两 种网壳形式。 ②双层柱面网壳： 由三角锥构成三角锥柱面网壳(图11.12) ；
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《空间结构》第四篇第五章
第四篇 索杆张力结构
第五章 弦支穹顶结构
第二节 弦支穹顶结构的形式和分类
按照常见的单层网壳的网格可以把弦支穹顶结 构的类型分为以下五种：
1 肋环型弦支穹顶：是在肋环型单层网壳的基础上 形成的，在穹顶结构下部加上撑杆及拉索后，便 形成了肋环型的弦支穹顶结构。
第四篇 索杆张力结构
第五章 弦支穹顶结构
第五章 弦支穹顶结构
第一节 弦支穹顶结构的概念和特点
1 弦支穹顶结构的概念：弦支穹顶是由日本法政大 学川口卫教授将索穹顶等张拉整体结构的思路应 用于单层球面网壳而形成的一种新型杂交空间结 构体系。
第四篇 索杆张力结构
第五章 弦支穹顶结构
弦支穹顶结构，撑杆上端与单层球面网壳相对应的各层 节点铰接，下端通过径向拉索与下一层单层网壳节点相 连，同一层撑杆下端由环向箍索连接，撑杆和预应力拉 索构成张拉系统，与单层球面网壳共同承受荷载作用。
3 联方型弦支穹顶：以联方型网壳为基础形成， 典型的联方型网壳是由左斜杆和右斜杆形成菱形 的网格，两斜杆的交角为30o~50o，造型美观。
联方型弦支穹顶
第四篇 索杆张力结构
第五章 弦支穹顶结构
联方型网壳会出现内外圈网格尺寸差异很大的情况，这 样会造成杆件受力不均、规格偏多以及施工上的不便。 因此，常采用一种复合的联方——凯威特型网壳作为弦 支穹顶的上弦层，以使网格尺寸相对均匀，减少不必要 的杆件，受力更合理，施工更方便。
(2) 在荷载作用下上部网壳结构各构件的相对变形、网壳 杆件的内力均小于相应的单层网壳；不仅增强了总体结构 的刚度，还大大提高了单层网壳部分的稳定性。
(3) 结构对边界约束的要求降低。网壳对周边的水平向外 推力和柔性的张拉整体下部对边界产生的水平向内拉力， 可以相互抵消。
网壳结构稳定性研究现状分析
网壳结构稳定性研究现状分析摘要:网壳结构以其受力合理、轻质高强以及良好的跨越能力等优点在世界各地被广泛应用，网壳结构稳定性是衡量其安全与否的重要指标之一，本文综述了网壳结构稳定性的国内、外研究现状，并对网壳结构的应用发展趋势做了总结。
关键词:网壳结构；稳定性1、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高，人们亟需更大的自由空间及更小内支撑相互干扰的结构的出现，如大型集会场所、体育馆会展中心等。
而一般的平面结构，如刚架、桁架、平板网架等，受其结构形式的限制，跨越能力有限。
为此网壳结构应运而生，它以杆件为基础，按一定的规律组成网格，以壳体构型，兼具杆系和壳体的性质，保证了三维空间受力特性以及空间工作状态。
此外，网壳结构还有以下特点：1）轻型化特征，网壳结构各个构件之间没有特别明显的主次关系，各个构件几乎都能均衡承受荷载，其内力分布较为均匀，受力更加合理。
2）可以将结构美和建筑美有机地结合起来，完美与周围环境协调。
3）计算原理成熟、计算方法简便。
4）具有标准化、规格化特征。
网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材等建材制成，容易实现建筑构件的大批量工业化生产，多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化，可以提高生产效率，降低生产成本，从而使网壳结构的力学合理性与生产经济性完美结合起来，使大跨度网壳结构的广泛应用成为现实。
2、网壳结构稳定性的国内外研究现状网壳结构多数构件呈受压状态，典型的破坏形态是失稳破坏，具有突然性，会造成严重的损失。
尤其对于单层网壳，稳定更是控制其设计的关键，失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很低，仅为30～40N/mm?，远未达到钢材屈服强度，使得网壳稳定性成为国内外学者关注的焦点。
网壳结构的计算方法大致分为两类：基于连续化拟壳理论的拟壳法和基于杆系有限元分析理论的离散结构法。
拟壳法的是一种近似方法，可近似算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性，适合于中小跨度的网壳计算。
随着电子计算机技术的飞速发展，杆系结构的有限元方法已被广泛应用在网壳结构计算上，该法可以精确的计算出网壳结构的内力和挠度。
钢结构设计练习题精选全文
可编辑修改精选全文完整版钢结构设计练习题19、十字交叉形柱间支撑，采用单角钢且两杆在交叉点不中断，支撑两端节点中心间距为L.,按拉杆设计时，支撑平面外的计算长度应为下列何项所示？ (A) (B) (C)(D)20、梯形屋架的端斜杆和受较大节间荷载作用的屋架上弦杆的合理截面形式是两个。
(A) 等肢角钢相连(B) 不等肢角钢相连(C) 不等肢角钢长肢相连(D) 等肢角钢十字相连21、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于。
(A)120m(B) 80m 60m (D) 40m22、门式刚架的柱脚，当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时，则应采用柱脚(A) 铰接(B) 刚接(C) 刚接或铰接23、当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取。
(A) 0．5kN／m2 (B) 0．4kN／m2 (C) 0．3kN ／m2 (D) 0．2kN／m224、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置(A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑25、当檩条跨度大于4m时，应在檩条间位置设置拉条。
当檩条跨度大6m时，应在檩条跨度分点位置各设置一道拉条。
(A) 五分点(B) 四分点(C) 三分点(D) 二分点 26、实腹式檩条可通过与刚架斜梁连接。
(A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑27、当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取；对受荷水平投影面积超过60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取。
(A) 0．5kN／m2 (B) 0．4kN／m2 (C) 0．3kN／m2 (D) 0．2kN／m2 28、梯形钢屋架受压杆件．其合理截面形式，应使所选截面尽量满足的要求。
(A) 等稳定(B) 等刚度(C) 等强度(D) 计算长度相等29、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据来选定的。
网架与网壳
2、按层数分类 网壳结构按层数可分为单层壳网、双层网壳和变厚度网壳 三种。 (1)单层网壳 单层网壳的曲面形式有柱面和球面之分。 ①单层柱面网壳 单层柱面网壳形式有单斜杆柱面网壳和双斜杆柱面网壳。
三向网格型柱面网壳在单层柱面网壳中刚度最好，杆件品 种也少，是一个较为经济合理的形式。
④星形四角锥网架 这种网架的单元体由两个倒置的三角形小桁架相互交叉而 成，两个三角形小桁架底边构成网架上弦，与边界成45°。 两个小桁架交汇处设有竖杆，各单元顶点相连即为下弦杆， 下弦为正交正放，星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合 理。
⑤棋盘形四角锥网架 这种网架是将斜放四角锥网架水平转动45°，并加设平行 于边界的周边下弦而形成的，这种网架受力合理，受力均 匀，杆件较少，屋面板规格统一，适用于小跨度周边支承 的情况。
第10章 网架与网壳结构
10.1 网架、网壳结构的特点及其适 用范围
网架结构是由很多杆件通过节点，按照一定规律组成的网 状空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲 面网架。通常情况下，平板网架简称为网架；曲面网架简 称为网壳。网壳结构是曲面型的网格结构，兼有杆系结构 和薄壳结构的特性，受力合理，覆盖跨度大，是一种颇受 国内外关注、半个世纪以来发展最快、有着广阔发展前景 的空间结构。
⑥单向折线形网架 这种网架是由正放四角锥网架演变而来的。当建筑平面为 狭长的矩形时，短向传力明显，此时网架长向弦杆内力很 小，可将此取消，因此就形成了折线形网架。此种网架适 用于狭长矩形平面的建筑。
(3)六角锥体网架 这种网架由六角锥体单元组成。但由于此种网架的杆件多， 节点构造复杂，屋面板为三角形或六角形，施工较困难， 现已很少采用。
钢结构设计下册试题答案及复习重点
解：强度要求：σ＝156.3N/mm2 长细比要求：lox=2720mm loy=3400mm λx=177.8<[λ]=350
2、简述轻型门式钢架结构中屋面檩条的布置原则（8分） 3、举出两种常见的网壳结构的基本形式，并简述其特点（6分） 试卷四 一、填空题（每空2分，共计20分） 1、根据吊车梁所受荷载作用，对于吊车额定起重量Q≤30t，跨度l≤6m，工作级别 为Al～A5的吊车梁，可采用（加强丄翼缘）的办法，用来承受吊车的横向水平力。当吊车额定起重量和吊车梁跨度再大时，常 在吊车梁的上翼缘平面内设置（水平制动梁）或（水平制动桁架），用以承受横向水平荷载。 2、设计吊车梁时，对于构造细部应尽可能选用疲劳强度高的连接型式，例如吊车梁 腹板与上翼缘的连接应采用（）焊缝。 3、屋架上弦横向水平支撑之间的距离不宜大于（60m ）。 4、桁架弦杆在桁架平面外的计算长度应取（横向支撑点）之间的距离。 5、能承受压力的系杆是（）系杆，只能承受拉力而不能承受压力的系杆是 （）系杆。 6、普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间的垫板数不宜少于（2 ）个。 7、在设置柱间支撑的开间，应同时设置（屋盖横向支撑），以构成几何不变体系。 二、选择题（共20分） 1、当采用压型钢板轻型屋面时，屋面竖向均布活荷载的标准值(按水平投影面积计算)应取（ a ）；对受荷水平投影面积超过 60m2的刚架结构，计算时采用的竖向均布活荷载标准值可取（ C ）。 (A) 0．5kN／m2(B) 0．4kN／m2(C) 0．3kN／m2(D) 0．2kN／m2 2、梯形钢屋架受压杆件．其合理截面形式，应使所选截面尽量满足（ A ）的要求。 (A) 等稳定(B) 等刚度(C) 等强度(D) 计算长度相等 3、梯形钢屋架节点板的厚度，是根据（ D ）来选定的。 (A) 支座竖杆中的内力(B) 下弦杆中的最大内力 (C) 上弦杆中的最大内力(D) 腹杆中的最大内力 4、槽钢檩条的每一端一般用下列哪一项连于预先焊在屋架上弦的短角钢上（B ）。 (A) 一个普通螺栓(B) 两个普通螺栓(C) 安装焊缝(D) 一个高强螺栓 5、屋架下弦纵向水平支撑一般布置在屋架的（ C ）。 (A) 端竖杆处(B) 下弦中间(C) 下弦端节间(D) 斜腹杆处 6、当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置（ D ） (A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑 7、实腹式檩条可通过（ C ）与刚架斜梁连接。 (A) 拉杆(B) 系杆(C) 檩托(D) 隅撑 8、梯形屋架下弦杆常用截面形式是两个（ A ）。 (A)不等边角钢短边相连，短边尖向下(B)不等边角钢短边相连，短边尖向上 (C)不等边角钢长边相连，长边尖向下(D)等边角钢相连 9、屋架设计中，积灰荷载应与（ C ）同时考虑。
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施威德勒型球面网壳的建模过程详解
1、问题描述：一球面半径20.0m，跨度35m，矢跨比1:3.5的单层球面网壳。网
桥结构所有杆件均采用Φ114.0×4.0的Φ235钢管。建模过程中所有数据单位统
一为N-mm制。
模型侧视图
模型俯视图
模型轴测图
2、此问题拟采用ANSYS建模和受力分析。
3、施威德勒型球面网壳建模及分析命令流。
! 结构建模
finish
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e,i,i+1
*enddo
csys,0
nsel,s,loc,z,9900,10100
d,all,,,,,,ux,uy,uz,,
! 网壳结构的固有振动特性分析
/sol
antype,modal
modopt,lanb,6
modopt,lanb,6,0,0,,off
solve
finish
/post1
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！特征值屈曲分析
nsel,all
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solve
finish
/post1
set,first
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! 考虑初始缺陷的非线性屈曲分析
/prep7
tb,biso,1,1,2,
tbtemp,0
tbdata,,2.0e8,0,,,,
upgeom,35,1,1,schwedler,rst,
finish
/sol
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rforce,3,1,f,z,reactionf
/axlab,x,deflection
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xvar,2
plvar,3
Finish
4、可视化后处理及分析结果显示。
I:网壳结构的固有振动特性分析
网壳的前六阶固有频率
网壳结构的第一阶振动模态
网壳结构的第二阶振动模态
网壳结构的第三阶振动模态
网壳结构的第四阶振动模态
网壳结构的第五阶振动模态
网壳的第六阶振动模态
II：特征值屈曲分析
注：屈曲分析分为三个步骤：首先是设置预应力选项并执行一次静力分析，然后计算屈曲模
态，最后扩展屈曲模态。
网壳结构的第一阶屈曲模态
网壳结构的第二阶屈曲模态
网壳结构的第三阶屈曲模态
网壳结构的第四阶屈曲模态
网壳结构的第五阶屈曲模态
网壳结构的第六阶屈曲模态