某单层球面网壳结构设计和整体稳定性分析

可靠性和双层球面网壳的敏感性分析 (2)

可靠性和双层球面网壳的敏感性分析李会军，刘春光，贾玲玲基建工程学院，大连理工大学，，大连116024，海岸及近海工程学院，大连理工大学，大连116024，土木工程学院，河南工业大学，郑州450052，中国国家重点实验室（提交2010.3.5，接收修订文件，2010 .9.27，接受2010.11.30）摘要：在可靠性和空间结构的敏感性分析方面，传统的可靠性指标的方法（RIA）在某些情况下变得更加难以收敛，甚至发散。为了克服这些缺点，性能测量方法（PMA）引入到处理空间网格结构的上述问题中。对四个双层球面网壳的可靠性和灵敏度进行了讨论。计算结果表明，PMA是强大的，高效的。随着网壳的高度与跨度比的降低，最大竖向变形逐渐增大，这就是为什么可靠性指标明显倾斜的原因。环绕其中发生最大变形的节点的集中荷载，显著影响着最大变形。关键词：双层球面网壳，可靠性，性能度量法，灵敏度，高度与跨度比。 1引言近年来，空间结构得到了迅猛发展。越来越多的空间结构由于其优良的结构特性已经在公共和工业建筑得到了应用。随着设计理论和施工技术的发展，空间钢结构的跨度近期明显增加。不过，也有损坏，世界各地的许多大跨度钢结构倒塌。例如，1978年1月18日哈特福德文娱中心体育馆的屋檐在一场大雪后瘫倒[1?4]。1961年由于暴风雪罗马尼亚布加勒斯特的一个单层圆顶壳（直径93.5米）倒塌，此后，大跨度单层网壳结构一直被视为禁区[5]。7月3日，屋面施工的重要组成部分在正常天气下倒塌，包括上面的皇家包厢的部分（参见图1（a）条）。温哥华BC Place体育场的巨型空中支持的圆顶，为2010年冬季奥运会的开幕式和闭幕式场地，由于恶劣的天气条件倒塌，主要原因为屋顶倒塌所使用的设计和材料的破坏。（见图1（b）条）。因此，大跨度空间结构的可靠性和安全性已受到越来越多的工程师，学者和投资者的关注。有许多方法来处理的可靠性问题。例如，被称为简单随机抽样的方法或统计试验方法的蒙特卡罗模拟（MCS）使基于对随机生成的采样变为不确定变量，。MCS的计算过程很简单，但计算的代价也很大[6，7]。所谓HLRF算法，最初由Hasofer和Lind开发[8]后来由Rackwitz的和Fiessler扩展到非正态随机变量[9]，由于其效率和简单性，此算法是使用的最广的可靠性分析算法。一般来说，如果极限状态函数的非线性度低，近似解可成功地通过迭代的数字实现，但是，如果极限状态函数围绕检查曲率点（设计点）为大，计算可能不收敛。因此通过一些改进，已经考虑到了这个障碍。刘，张和DerKiureghian[10，11]，增加了线性搜索方式改进了这一算法。通过记iHLRF张和DerKiureghian 开发的算法[11]，，在OpenSees实施。然而，所有这些改进的方法都有它们自己的缺点[6?11]。基于这些缺点，PMA被引入到对大跨度空间钢结构的有限元可靠度分析中。J. Tu等[12]提出了性能度量法（PMA），并提出了PMA本质上对评估无效的概率约束是强大的和更有效的，而RIA在违反概率约束方面更有效。此外，基于可靠性的优化设计往往产生比用PMA更高的收敛速率，而RIA产生奇异点的情况。Lee等[13]讨论了两种方法对概率约束进行评比。一种是传统的以可靠性指标为基础的方法，另一种是以目标绩效为基础的方法。Byeng D.youn等人[14]提出了RIA

单层球面网壳设计实例(已加密)

硕士研究生课程考试试卷硕士研究生课程考试试卷考试科目：大跨与空间钢结构考生姓名：许爱国考生学号：20101602009 考生姓名：杨丹考生学号：20101602024 考生姓名：张长考生学号：20101602084 考生姓名：田真珍考生学号：20101602015 学院：土木工程学院专业：土木工程（结构工程方向）考生成绩：90 任课老师(签名) 崔佳考试日期：2011 年9月5日

目录录 1设计资料 (1) 1.1 设计题目 (1) 1.2 设计参数 (1) 2 设计分析软件 (2) 2.1 分析软件简介 (2) 2.2 软件分析步骤 (2) 3 网壳结构设计计算 (3) 3.1 设计基本要求 (3) 3.2 计算分析方法 (3) 3.3 结构模型建立 (4) 3.4 节点与单元属性设置 (5) 3.5 材料参数设置 (6) 3.6 施加约束和荷载 (7) 3.7 软件初步分析设计 (11) 3.8 结构动力分析 (14) 3.9 竖向和水平地震作用抗震验算 (19) 3.10 结构风振系数计算 (21) 3.11 支座节点及檩条设计说明 (21) 4 网壳结构计算结果信息 (22) 4.1 网壳结构各杆件内力 (22) 4.2 网壳结构挠度验算 (23) 4.3 杆件与球节点配置及材料表 (25) 4.4 图纸生成说明 (25) 5 设计结果分析 (26) 5.1 单层球面网壳设计结果概述 (26) 5.2单层球面网壳整体稳定性分析简述 (27) 5.3 网壳结构设计中的几个问题 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)

1 设计资料 1.1 设计题目设计一单层球面网壳，网壳直径为20m，矢高7m，周边支承在钢筋混凝土柱及圈梁上，钢筋混凝土柱沿周边每20°一个均匀布置，柱截面尺寸为400mm×700mm，柱顶及圈梁顶标高为15.2m，圈梁截面尺寸为400mm×600mm。网壳上搭设檩条，屋面板采用压型钢板。 1.2 设计参数 1.2.1 静荷载网壳自重：网壳结构的自重包括钢管杆件和焊接空心球节点（或螺栓球节点）的重量，可由计算机分析软件程序自动生成。附加恒载：檩条、压型钢板和灯具重量取2 kN m。 0.65/ 1.2.2 活荷载本工程屋面为不上人屋面，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(2006年版)第4.3.1条规定，屋面均布活荷载标准值取为2 kN m。屋面均布活荷载不应 0.5/ 与雪荷载同时考虑，取二者的较大值，此处不考虑雪荷载。基本风压取2 0.4/ kN m，本工程不考虑积灰荷载和吊车荷载。 1.2.3 温度作用此处的温度作用仅指分析软件用到的温度差，即结构施工安装时的温度与使用过程中温度的最大差值，此处取为-25℃~25℃。 1.2.4 地震作用本工程所在场地的抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，根据《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）第4.4.2条规定，本工程单层球面网壳结构需要进行竖向和水平抗震验算。 1.2.5 结构材料网壳结构杆件对钢材材质的要求与普通钢结构相同，本工程采用Q235B钢。网壳杆件截面形式有圆钢管、方钢管、角钢及H型钢等，由于圆钢管相对回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利，一般情况下，圆钢管截面比其他型钢截面可节约20%的用钢量，当有条件时应优先采用薄壁圆管形截面，圆钢管可采用高频电焊钢管（即有缝管）或无缝钢管，其中高频电焊钢管较无缝钢管造价低且壁薄，设计时应优先使用，故本工程采用高频电焊圆钢管。网壳结构下部的钢筋混凝土柱及圈梁的混凝土强度等级采用C30。

凯威特型局部双层球面网壳参数化建模及静力分析

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软件 Key Words: regional double-layer spherical shell, parameter modeling, apdl language, ansys software 中图分类号:TU393 文献标示码:A文章编号： 0引言根据网格划分形式不同，常见的球面网壳有：肋环球面网壳、施威德勒球面网壳、联方球面网壳、凯威特球面网壳、三向格子球面网壳和短程线球面网壳等。根据其结构形式可分为单层球面网壳、双层球面网壳等[1]。局部双层网壳是在结合单层与双层球面网壳的基础上发展起来的一种新型球面网壳形式，它结合了单层与双层球面网壳的特点。凯威特型局部双层球面网壳是应用最多的球面网壳之一，但由于结构形式比较复杂，建模比较困难，本文通过有限元软件ansys的apdl编程语言，编制参数化建模程序，从而实现自动建模。 1. 几何描述描述凯威特型局部双层球面网壳的主要几何参数有跨度S、矢高F、环向对称循环区域个kn、径向节点圈数Nx，双层区厚度T[2]。则球面曲率半径为：

双层网壳结构的静力分析与设计

双层网壳结构的静力分析与设计摘要：本文简述了双层网壳的静力设计过程，并通过对杆件内力的分析和变形能力的探讨得出如下结论：双层网壳这种结构型式具有有较强的承载能力，良好的稳定性和优越的协调变形性能，是各种大跨度建筑值得采用的一种屋盖型式。关键词：双层网壳，柱壳，大跨度空间结构。设计概况：某展览馆主展厅屋面为弧线形，跨度27m，结合使用要求，拟采用双层网壳的屋盖结构型式。该结构不仅具有有较高的承载能力，且当在屋顶安装照明、空调等各种设备及管道时，它还能有效地利用空间，方便吊顶构造，经济合理。一、柱壳结构的型式与分析 1 柱壳结构型式本设计所用柱壳采用正放四角锥体系，柱壳跨度27m，矢高4.5m，纵向长度42m。杆件长度控制在3m～3.5m之间。 2 柱壳结构分析结构分析的核心问题是计算模型的确定。本设计中柱壳结构的计算模型为空图1 柱壳上弦支座图图1中，a点为二向支承（约束x，z方向位移），d点为二向支承（约束y，z方向位移），c点为三向支承（约束x，y，z方向位移），其余带×号的各点均设置单向支承（只约束z方向的位移）。柱壳结构为大型复杂结构，因此采用有限元分析软件SAP2000对其进行结构分析，并结合我国钢结构设计规范对各杆件进行截面设计和验算。二、静力设计 1、荷载计算 1）恒载标准值计算

2 /375 m KN 2/5m KN 2 /m KN 屋面构件及网壳自重恒载： 0.752/m KN 灯具： 0.052/m KN 2）活载标准值计算屋面活载：0.52/m KN ；雪荷载：375.05.075.00=?=?=s s r k μ2/m KN ；风荷载： C 类地貌，风压高度变化系数查表得74.0=z μ，风振系数 0.1=z β 2所示：因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -= 2○ 1。 ○ 2 ○ 3 6/127/5.4/==l f 15 4)2.06/1(1.02.0-=-?-=s μl f /s μ 0.10.8 -0.20 0.50.6 +

单层球面网壳结构抗震性能研究

第7卷第4期空　间　结　构V ol.7N o.4 2001年12月SPA T I AL ST RU CT U RES Dec.2001 [文章编号]1006-6578(2001)04-0030-07 单层球面网壳结构抗震性能研究陈军明,　陈应波,　吴代华 (武汉理工大学理学院结构工程与力学系,　湖北　武汉430070) [摘　要]　本文研究了单层网壳结构地震响应的计算理论和计算方法。以K8型单层球面网壳为研究对象,得出了单层网壳在水平地震作用和竖向地震作用下的力学响应特性的一些重要结论。进一步针对地震响应的主要影响参数,如结构几何参数、边界刚度、阻尼比等,对单层球面网壳地震响应规律作了系统的研究,并提出了对单层网壳结构抗震设计有应用价值的结论和建议。 [关键词]　单层网壳;地震响应;计算理论;参数分析;抗震设计 [中图分类号]　T U311.3 [文献标识码]　A 1　引　言鉴于大跨建筑物的重要性,其地震作用效应引起了工程界的关注。近年来,许多学者对平板网架结构在地震作用下的反应及抗震计算方法进行了系统的研究,并制定了《网架结构设计与施工规范》。但国内外学者对单层网壳结构的研究主要集中在静力稳定性能研究,对其抗震性能研究进行较少。网壳结构的地震反应特征是否与网架结构相同?在各种结构参数影响下网壳结构地震内力响应规律如何?对罕遇地震作用下结构的弹塑性反应如何计算?这些都是急待解决的问题。研究网壳结构的抗震性能是其在地震地区广泛应用的前提和基础。 2　运动平衡方程 2.1　运动方程从单层网壳结构的合理传力方式来看,一般认为空间刚接是其最佳节点形式。故可将网壳 [收稿日期]　2001-06-30 [基金项目]　高等学校博士后流动站科研基金资助。 [作者简介]　陈军明(1966—),女,湖南人,博士,主要从事大跨结构抗震性能的研究。

单层球面网壳结构的稳定性分析

单层球面网壳结构的稳定性分析摘要：网壳结构是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，它受力合理,造型美观, 用料经济,施工简便。其结构形势多样,跨度较大,重量轻，因而网壳结构的稳定性问题是结构设计和施工安装中的十分重要。本文主要在国内外研究成果的基础上，介绍单层球面网壳结构的发展状况以及其非线性稳定性分析方法，并得出相关结论。关键词：单层球面网壳结构、非线性、稳定性 Abstract:In recent years latticed shell is a widespread spatial structure in the architectural engineering because of the reasonable stress, the beautiful modeling and convenient installation. Its structure diversifies , span is big and the weight is light. So the stability calculation problem on the latticed shell structure becomes important in the structure design and construction installment. Based on the recent research within and without , this paper mainly introduce the development and the nonlinear stability analysis methods of single-layer spherical lattice shells and draws some conclusions. Key words: single-layer spherical lattice shell、nonlinear、stability 1 网壳结构的发展概况网壳结构是一种由杆件构成的曲面网格结构，可以看作是曲面状的网架结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性。该结构形式受力合理、造型美观多样、跨度大、材料耗量低，现场安装简便，是非常有发展前景的一类空间结构[1-2]。网壳结构按照曲面外形可以分为:球面网壳、柱面网壳、双曲扁网壳、圆锥面网壳、单块扭网壳、扭曲面网壳、双曲抛物面网壳以及切割或组合形成面网壳等[3]。国外最早网壳可追溯到1863年在德国建造的一个由凯威特设计的30m直径的钢穹顶，是作为储气罐的顶盖之用。由此命名的这种施威德勒形式的网状穹顶，至今仍作为球面网壳的一种主要形式。近二、三十年来，国外尤其在美国、日本等国网壳结构发展迅速。我国网壳结构作为空间结构受力体系设计并广泛应用，始于上世纪80年代末，近年来正蓬勃发展，国外很多网壳结构在建筑形体、结构跨度、加工精度、安装方法、网壳的开启技术等方面有独到之处，都值得我们学习和借鉴[4]。近年来国内外不少的标志性建筑都采用了球面网壳这种空间结构。日本于1996年建成的名古屋体育馆（见图1）是世界上跨度最大的单层球面网壳。该体育馆整个圆形建筑直径为229.6m,支承在看台框架柱顶的屋盖直径则有187.2m。另外1993年建成的日本福冈体育馆（见图2）也为球面网壳，直径为222m,是目前世界上最大的可开合式球面网壳结构。我国于1994年修建的天津市新体育中心体育馆的双层网状球壳结构（如图3），平面为圆形，直径108m，外悬挑部15.4m，厚度3.0m，整个球壳平面直径为135.0m，矢高13.5m，用钢指标为55kg/m2，

球面网壳结构类型和特点

球面网壳结构类型和特点球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。 1交叉桁架体系各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。 1.1肋环型球面网壳它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。具有网格划分简单，节点构造简单的特点。但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。

图1：勒环型单层球面网壳 1.2施威德勒型球面网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。图2：施威德勒型单层球面网壳 1.3联方型球面网壳联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右

浅论单层网壳钢结构采光顶设计

浅论单层网壳钢结构采光顶设计摘要：介绍了遵义医学院附属医院新蒲医院-门急诊住院综合楼项目。该工程为门急诊住院综合楼中庭屋顶钢结构部分的单层网壳设计。文中介绍了工程的结构分析和设计方法。在设计中建立中庭采光顶结构有限元计算模型。在综合考虑工程重要性的同时，根据结构的几何力学特点，节点的刚度等多种因素的基础上，对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况组合，对结构在使用阶段的内力和变形进行分析。在大量计算和分析的基础上，对结构几何体系和构件进行了设计。并对结构的整体稳定进行了分析。关键词：网壳的选型设计；节点设计；整体稳定绪论本工程为医院门急诊住院综合楼中庭钢结构部分，属于大型公共建筑。钢结构屋盖平面呈防锤形，结构纵向最长为82.50m，横向最大跨度27.50m，立面呈椭圆形，最高点高度 21.9m。最低点高度15.55 m。整个屋顶建筑面积近1850m2。屋顶中间部分采用夹层中空全钢化玻璃，两侧部分为铝板。整个结构落在主体混凝土结构上。深化后采光顶轴侧图论文正文一、结构选型综合考虑建筑的外观效果、经济性、结构安全等因素，屋面结构决定采用经济性、安全性都较好的网壳结构。本工程钢结构屋面跨度不大，约28m。因此，形式上采用单层网壳结构。下端固定在混凝土平台上，交联过程稳定，重复性好。结构视图二、网格划分在建筑方案的基础上对网壳的曲面形式、几何尺寸重新划分，根据网壳的受力特点，同时考虑了施工因素等因素，来确定网格类型的选择、网格大小的划分，其目的是使网壳受力合理，能充分发挥结构材料的力学性能，也考虑了整体造型美观。除上述原则外，在遵循最优的结构形式，还应考虑加工制作、半成品运输、吊装安装等条件，与之覆盖的材料协调和匹配，以取得最好的技术和经济效果。综上考虑，在方案设计时，通过分析和比较，最终网格采用了三向网格型，三向网格形是在水平面内形成大小相等的三角形网格，然后投影到曲面上形成的。由于这种网格结构组成规律性强，结构外形美观，受力好，适用于该工程。

钢结构单层网壳设计本科学位论文

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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 钢结构单层网壳设计 ――某椭球面网壳设计学生梁江浩(专业：土木工程学院建筑工程专业) 指导教师郭小农(单位：土木工程学院建筑工程系) 【摘要】单层钢结构网壳外形美观，结构新颖，是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构有如下特点： (1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。 (2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。 (3)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。本设计是以工程实例为背景，完成一个的单层钢网壳设计。网壳型式是椭球型网壳，底面为30m*20m的椭圆，矢高为10m。结构是肋环形网壳，网壳的地点在天津。本设计的实施过程如下： (1)进行钢结构网壳空间建模：完成结构选型和网格划分,首先用3D3S生成一个尺寸相同的肋环形网壳，然后手动删改生成网壳的区格构件，使得每根构件的长度大致处于1.5m-2.2m，这样结构的网格更加合理，方便玻璃的制作与安装，结构本身也更加美观； (2)进行结构内力分析：完成荷载输入、杆件截面选择。内力计算使用3D3S软件，但是其中荷载的导算是人工完成，由于荷载规范中网壳的风载体型系数较为复杂，软件并不能很好的导算。因此借助于ANSYS中的编程功能，读入3D3S生成的模型数据，在依据规范的公式，计算出导算好的节点荷载，并写出适用于3D3S和ANSYS 的荷载文件； (3)构件设计：计算长度根据网壳结构技术规程得出，杆件采用热扎无缝钢管114*4.0和95*4.0，电算后再任选一根构件，利用3D3S得到的杆件内力，进行手动验算； (5)节点设计：本网壳中节点采用焊接球节点，采用两种焊接球：200*8的不带肋空心球节点和300*12的带肋空心球节点，电算选择球类型，然后根据网壳结构技术规程的计算方法任选一个球节点手算。 (6)结构整体稳定性分析，首先进行线性屈曲分析，得到屈曲模态，以此选定初始缺陷然后进行几何非线性整体稳定性分析，并且进行同时考虑材料非线性的整体稳定性分析； (7)施工图绘制，大概共绘制10张A2图，其中手绘2张； (8)计算书整理。【关键词】单层网壳；整体稳定；大跨空间结构。

组合多面体理论在球面网壳结构中的应用

第29卷第2期2008年　4月河南科技大学学报:自然科学版Journal of Henan University of Science and Technol ogy:Natural Science Vol .29No .2Ap r .2008 基金项目:河南省教育厅自然科学基金项目(200510464007) 作者简介:杜泽丽(1982-),女,河南信阳人,硕士生;周丰峻(1938-),男,山东黄县人,中国工程院院士,防护工程专家,近年从事空间结构的研究. 收稿日期:2007-09-20 文章编号:1672-6871(2008)02-0062-03 组合多面体理论在球面网壳结构中的应用杜泽丽1,周丰峻2,梁　斌1 (1.河南科技大学建筑工程学院,河南洛阳471003;2.总参工程兵三所,河南洛阳471000) 摘要:根据组合多面体理论及突角和理论,得出有12个正五边形和多个六边形构成的网壳,并计算了网壳中五边形边长与五边形外接球半径的比例关系,给出了相应的拟合公式,其相对误差不大于4.07%,据此,可根据工程需要进行多面体选型。关键词:球面网壳结构;组合多面体;突角和;拟合公式中图分类号:T U31文献标识码:A 0　前言我国空间钢结构从20世纪60年代开始研制和应用,但扩大应用发展缓慢,自1982年空间结构委员会成立以后的二十年发展很快。特别是近十年来,钢产量占世界首位,各省市都在兴建体育馆、会议展览馆、机场机库、大型娱乐场所、多功能厅等,结构跨度不断要求增大而且形式也不断创新[1]。目前,国内外空间网壳大多由三角形、四边形或者组合而成的[2] 。本文介绍了根据组合多面体理论,得到的由12个五边形和六边形组合而成的球面网壳,它不仅具有优美的构型,而且其节点、杆件、构型的类型数降到最低,能有效的减少用材以及缩短工期[3]。并计算了12个五边形外接球半径和五边形边长的比例关系,给出了相应的拟合公式,据此,可以根据工程需要来选取合适的多面体及杆件。目前, 多面体理论首次在国家游泳中心“水立方”中得以应用[4-6],它不仅受力合理,而且造型优美。1　理论基础 1.1　组合多面体理论组合多面体理论主要包括以下几个定理: 定理1:组合正五角形和正六角形多面体有无穷多个,面数最低的组合多面体为32面体。所有组合多面体面数(S )、节点数(J )和棱边数(L )满足欧拉拓扑定理,即S +J -L =2。定理2:任意一个组合多面体有且只有12个五角形,当以任一五角形心为中心极点进行平面展开时可以获得五个相同的分支展开图,每个分支展开图具有中心对称性[7-8]。定理3:在所有五角形六角形组合多面体中,以五角形形心为顶点,可以构成正20面体。每3个五角形形心对应立体角范围,可构成一个单元体,单元体具有组合多面体的全部几何特征,正20面体为所有球内接组合多面体的对偶变换,是其研究的基本构形。定理4:以正五角形形心为极点中心的组合多面体展开分支中,自极心点至赤道中心对称点每层面数满足递增关系,赤道两侧五角形间的每层面数不变。定理5:组合多面体展开分支有沿五边形角展开和座边展开两种形式。两种展开同时满足上述定理,其性质是单元立体角内含1个或多个(非整数个)六角形,组合多面体沿角展开和沿边展开可以形成不同面数的多级组合多面体分支展开图形。 1.2　突角和理论突角和理论:球面网壳的每个节点处,各突角之和均相等。

凯威特型局部双层球面网壳参数化建模静力分析

单层网壳体育中心钢结构施工组织设计-第六章-第五节+第六节高强螺栓施工、压型钢板施工

第五节高强度螺栓的施工一高强螺栓施工概述本工程钢结构高强度螺栓的安装主要分布于展望桥核心筒钢结构，主要采用10.9级的高强度螺栓，高强度螺栓制孔采用数控钻孔。高强度螺栓与构件连接处接触面采用喷砂处理，处理后其抗滑移系数μ值要达到0.50。二安装准备 (一)高强度螺栓保管要求 (二)高强度螺栓的性能检测 1检测标准及准备

2检测方法名称类别试件试验方法注意事项高强度螺栓性能检查高强度螺栓紧固轴力试验现场安装用螺栓随机抽取（1）连接副预拉力采用经计量检定、校准合格的轴力计进行测试。（2）采用轴力计方法复验连接副预拉力时，应将螺栓直接插入轴力计。（3）紧固螺栓分初拧、终柠两次进行，初拧应采用手动扭矩板手或专用定扭电动板手;初拧值应为预拉力标准值 50%左右。终拧应采用专用电动板手，至尾部梅花头拧掉，读出预拉力值。（1）扭剪型高强度螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取，每批应抽取8套连接副进行复验。（2）试验用的电测轴力计、油压轴力计、电阻应变仪、扭矩板手等计量器具，应在试验前进行标定，其误差不得超过2%。（3）每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。（4）在紧固中垫圈发生转动时，应更换连接副，重新试验。（5）复验螺栓连接副的预拉力平均值和标准偏差应符合上页表的规定。高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验二栓拼接拉力试件（1）先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个装换成同批经预拉力复验的扭剪型高强度栓。（2）紧固高强度螺栓应分初柠、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右。（3）试件应在其侧面画出观察滑移的直线。（4）将组装好的试件置于拉力试验机上，试件的轴线与试验机夹具中心严格对中。（5）加荷，应先加10% 的抗滑移设计荷载值，停1min后，再平稳加荷，加荷速度为3-5kN/s。直拉至滑移破坏，测得滑移荷载。（6）由紧固轴力平均值和测得的滑移荷载计算抗滑移系数。（1）制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数检验。制造批可按分部（子分部）工程划分规定的工程量每 2000t为一批，不足2000t的可视为一批。（2）选用两种及两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。每批三组试件。（3）试件钢板的厚度t1、t2应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定;宽度b可参照上页表规定取值；L1应根据试验机夹具的要求确定。（4）试件板面应平整，无油污，孔和板的边缘无飞边、毛刺。（5）抗滑移系数检验用的试件应由制造厂加工，试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态，并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副，在同一环境条件下存放。

基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计

第37卷第9期振动与冲击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.9 2018基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计陆明飞，叶继红 (东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京210018) 摘要：稳定是单层柱面网壳结构分析与设计中的关键因素。从节点构形度的视角，考虑外在因素中与稳定问题直接相关的核心部分，定义了能全面反映结构静力稳定特性的节点构形度相对变化梯度（0(_U，其最小值()与稳定承载力直接相关。能定量地衡量结构丧失稳定的趋势，揭示网壳结构失稳机理。在此基础上，进一步提出了单层柱面网壳稳定优化设计方法。稳定优化模型以最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定的各项设计约束条件，在给定用钢量的前提下，提高结构稳定承载力。两个实际工程算例验证了单层柱面网壳稳定优化设计方法的有效性。关键词：单层柱面网壳;节点构形度;稳定;稳定优化;优化设计中图分类号：TU393.3 文献标志码：A DOI ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2018.09.012 Stability optim izationdesignfor single-layer cylindrical domes based on joint well-formedness LU Mingfei, YE Jihong (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of China Ministry of E Southeast University，Nanjing 210018，China) Abstract:St abi li ty i s a key factor in design and analysis of single-layer cylindrical domes. From the perspective of joint well-formedness，the relative gradient of joint well-formedness (g r a_r)was defined here t o f u l l y r e flect the s t a t i c s t a b i l i t y of structures a nd consider the core part directly related t o s t a b i l i t y of external factors，i t s minimum value (g r a_ U b) was directly related t o s t a b i l i t y loads. I t was shown that g r a_r can quantitatively measure lose s t a b i l i t y and reveal domes ’unstable mechanism. On t h i s basis，the s t a b i l i t y optimization design metliod for single-layer cylindrical domes was proposed. Using the st a b i l i t y optimization model，the maximization of g objective，and discrete rods’cross-sections as variables，various design constraint conditions specified in the code were considered，the force-bearing a b i l i t y for the structure s t a b i l i t y was improved under the premise of a given steel-consuming amount. Two practical engineering examples verified the effectiveness of the proposed s t a b i l i t y opti for single-layer cylindrical domes. Key words:single-layer cylindrical domes;joint well-formedness;stability;s t a b i l i t y optimization;optimal design 整体失稳是壳体结构特有的一种失效模式，因此，稳定是网壳结构分析中的一个重要因素。1979年，Riks[1]提出了弧长法，成功解决了在迭代过程中，因刚度矩阵奇异而导致的不收敛问题。经弧长法非线性跟踪，可以准确求得代表网壳结构稳定的临界荷载J r。30多年来，学者们对网壳结构稳定性问题做了深入研究，在计算方法、缺陷、后屈曲性能等方面取得了丰硕成果[2—7]。曹正罡等[8]考虑弹塑性，研究了单层柱面网基金项目：国家杰出青年科学基金项目（51125031) 收稿日期：2016 -12-09修改稿收到日期：2017 -02-15 第一作者陆明飞男，博士生,1991年生通信作者叶继红女，博士，教授，博士生导师,1967年生壳弹塑性稳定性能。M a等[9]研究了半刚性节点对单层柱面网壳稳定性的影响。然而，对于网壳结构的静力失稳机理，系统性的研究尚未见报导。不同于其它杆系结构，稳定性已经超越了强度、刚度问题，成为单层柱面网壳结构设计中的控制性因素。也就是说，单层柱面网壳在经满应力优化设计后，一般难以满足稳定性要求。沈世钊等在20世纪90年代末期，对许多大型复杂单层柱面网壳进行了大规模参数化分析，所得到的部分结论已编入相关设计规程。K a o 等[10]利用线性特征值屈曲荷载，以广义长细比为基础，提出了杆件截面分配法的网壳结构稳定设计方法。其不足在于，以放大系数及经验拟合公式考虑非线性。

施威德勒型球面网壳的建模过程详解

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 /clear /filename,schwedler /title,analysis of spherical reticulated-shell /prep7 et,1,beam4 r,1,1382,2093500,2093500,114,114,, rmore,,4187000,,,,, mp,dens,1,7.85e-9 mp,ex,1,2.06e5 mp,nuxy,1,0.3 local,11,2,0,0,0 cscir,11,1 n,1,20000,0,30 n,10,20000,180,30 n,18,20000,340,30 fill,1,10 fill,10,18 ngen,6,18,1,18,1,0,0,10 n,109,20000,0,90 *do,i,1,91,18 e,i,i+1 egen,17,1,i,i,1 e,i+17,i *enddo e,1,19 egen,5,18,109,109,1 egen,18,1,109,113,1 *do,i,91,108,1 e,i,109 *enddo *do,i,1,73,18 e,i,i+19 *enddo egen,17,1,217,221,1 *do,i,18,90,18 e,i,i+1 *enddo csys,0 nsel,s,loc,z,9900,10100

凯威特型单层球面网壳的静力及屈曲分析

凯威特型单层球面网壳的静力及屈曲分析【摘要】目的:研究静力与屈曲分析对凯威特型单层球面网壳设计的影响。方法: 结合静力及屈曲分析的基本原理和方法,基于ANSYS对某凯威特型单层球面网壳进行静力和屈曲分析。结果:得到了所选网壳的静力模态和第一阶弹性屈曲临界荷载,线弹性屈曲分析得到的一阶屈曲荷载是几何非线性屈曲分析的得到的屈曲荷载的上限。结论:在线弹性范围内仍然具有较大的富裕强度,具有较高的弹性强度贮备。分析给出了具体结论,为工程结构设计与监测提供了理论依据。【关键词】球面网壳;ANSYS;静力分析;屈曲分析;线弹性;几何非线性 1 前言网壳结构设计中要考虑的一个重要问题是结构的稳定性,对于跨度越来越大的网壳结构来说,对其屈曲问题的研究已经成为重要的研究课题。基于此,本文先介绍了网壳结构的计算方法,进而运用大型有限元软件ANSYS数值模拟的方法对凯威特型单层网壳进行了静力与屈曲分析,得出结论为工程结构设计与监测提供了理论依据。如何分析单层球面网壳在荷载作用下的非线性屈曲变形情况,保证其设计的安全性是网壳结构设计工作面临的问题。 2 分析原理及方法采用几何非线性有限元分析,能更加准确地得到结构变形和内力分布情况,因此对网壳结构的设计和分析等工作有着重要的意义。实际上,几何非线性分析不仅仅用来做大变形分析,还可以把几何非线性分析用于稳定性分析。非线性屈曲分析是一种逐渐增加载荷的非线性静力分析技术来求解使得结构开始变得不稳定的临界载荷,该方法比线性屈曲分析更加精确,一般在实际的设计和计算中比较常用。屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界荷载和结构发生屈曲响应时的的技术。特征值屈曲载荷是预期的线性屈曲载荷的上限,可以作为非线性屈曲分析的给定载荷,在渐进加载达到此载荷前,非线性求解应该发散,特征矢量屈曲形状可以作为施加初始缺陷或扰动载荷的根据。 3 计算模型及分析过程 3.1 模型工况某凯威特型单层球面网壳结构位于沈阳地区,属于C类地区,抗震设防烈度7度,底平面的直径为40 m,矢高为5.4 m,圆心角为60度。 (1)模型的静力分析只需要对模型施加一个单位荷载,进而进行静力求解。开始阶段的静力分析前5阶模态频率,且图1-2显示了前的静力模态。