空间网壳结构的理论研究_车伟娴
单层网壳屈曲分析
单层网壳屈曲分析摘要：本文以一跨度60m，矢高12m的凯威特型单层网壳结构为分析对象，考虑几何非线性、初始几何缺陷、材料非线性以及活载的半跨布置，对结构进行屈曲分析。
研究表明：结构几何非线性分析结果与双重非线性屈曲分析结果相差较大；单层网壳结构是对初始缺陷较为敏感；活载半跨分布对球面网壳的稳定性更为不利；关键词：单层网壳；非线性屈曲；活载半跨；初始缺陷引言：单层网壳[1]是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。
其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。
此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。
1.相关原理——非线性屈曲分析为全面而准确地研究结构屈曲前后的性能，需对结构进行基于大挠度理论的非线性屈曲分析，通过荷载-位移全过程曲线来完整反映结构的稳定性能，其控制方程表达式：（1）式中：为切线刚度矩阵，；为位移增量向量；为等效外荷载向量；为等效节点力向量。
非线性屈曲分析的难点在于全过程路径的跟踪技术。
对式（1）的求解，通常采用N-R法、Full N-R法、弧长法、混合法等[2]。
本文采用改进的弧长法来跟踪结构的屈曲路径全过程[3]。
2.分析模型本文以一K8凯威特型单层球面网壳为研究对象。
该网壳跨度60m，矢高12m，即矢跨比为1/5。
主肋和环杆采用φ152mmX5.5mm钢管，斜杆采用φ146mmX5mm。
结构周边采用固定铰支座。
结构所受荷载为恒载0.5 KN/m2，活载为0.5 KN/m2。
图1为结构平面图以及结构立面图。
在ansys模型中，采用beam188单元模拟结构杆件，弹性模量为2.06E11N/m2，泊松比为0.3，钢材密度为7850Kg/m3。
图1 模型平面图与立面图3.分析结果特征值屈曲分析只能反映结构在线性条件下的稳定性能，因此，有必要进行非线性稳定性分析。
此节采用一致缺陷模态法分析计算结构的稳定性能，按照《空间网格结构技术规程》[4]：初始几何缺陷分布采用结构的最低阶屈曲模态，其缺陷最大计算值按网壳跨度的1/300取值，且稳定承载力系数（仅考虑几何非线性）、（考虑双非线性）。
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。
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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
空间网壳结构极限承载力分析
Ｌ ０ ２３ ｊ ８４，
构体 系 ， 就是 说 ， 也 当结 构 承 受 荷 载 时 ， 分 杆件 的受 部 拉屈 服或 受压失 稳 并不 能 引起 网壳 结 构 的整 体 破 坏 ， 只有 当屈 服或 失稳 的 的杆 件 足 以使 结构 成 为机 构 时 ， 网壳 结构 才达 到极 限 承 载 力 。相 较 于 空 问 网架 ， 网壳 结构 受压 杆件更 多 ， 杆件屈 曲对 其影 响更 大 。
部 分 杆 件 的 受拉 屈 服 或 受 压 失 稳 并 不 能 引 起 空 间 网 壳 结 构 的 整体破坏 ， 只有 屈服 或 失 稳 的 杆 件 使 结 构 成 为 机 构 后 ， 壳 结 网
构 才 达 到 极 限 承 载 力 。 采 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 分 析 软 件 ， 据 非 ＮＹ 根
１ 研 究 实 例 简 介 及 建 模 老 山 自行 车 馆 屋 盖 双 层 球 面 网 壳 如 图 １ 示 ， 所 以 四 角 锥 网 格 为 主 ， 向 网 格 ３ 个 ， 外 圈 环 向 网 格 径 ２ 最 ９ ６个 ， 内 经 多 次 收 格 使 网 格 大 小 均 匀 ， 壳 杆 件 采 向 网
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铁 路 客 站／ 屋 建 筑 ・ 房
李俊生一空间网壳结构极限承载力分析
题， 所用模 型 的应 力一 应变 关 系 如 图 ４所 示 ， 开始 时 杆
（ ） 面 活 荷 ：．０ｋ ／ ４ 屋 ０ ５ Ｎ ｍ ；
（ 风 荷 载： 荷 载 按 《 筑 结 构 荷 载 规 范》 ５） 风 建 （ Ｂ ０ ０ － ２ ０ ） 参 考 风 洞 试 验 结 果 确 定 ， 本 风 Ｇ ５０９ ０ １ 并 基
８ ３
铁道标准设计
Ｒ Ｉ Ｗ Ｓ Ａ Ｄ Ｒ Ｄ ＳＧ Ａ Ｌ ＡＹ Ｔ Ｎ Ａ Ｄ Ｅ Ｉ Ｎ ２ １ （ ０ １ ３）
网壳结构高烈度强震下的动力强度破坏研究
当 输人加速度幅值增加到５０ ｌ ０蒯 时， 和图７ ０ｇ 和６０ ａ 图６ 给中明显看出结构塑性的 发展， 杆件进人塑性 的 数量分别达到 １和３ 根， ３ ５ 进人塑性杆件的相对塑性应变值继续增加， Ｕ为分别为一 ． 和一 ． ， ５６ ６ ６ ６网壳 ９ 中 具有最大相对塑性应变的杆件仍为 杆件 １ ， 但最大位移节点的位置发生了 改变， 从节点 ａ 变化到节点 ｂｂ ，
的 也较多， 加 这与 速度幅值为５ ｇ 和６０ ｌ 情况相似。 ０ ａ ０ｇ 时的 ０ｌ ａ 当 值 加速度幅 继续增加到９ ｇ 时， ０ ａ 从图９ ０ｌ 中可以 看出， 位移节 位置 最大 点的 未发生改 仍为节 ， 变， 点ｃ
但具有最大相对应变的杆件位置又发生改变， 从杆件２ 变为杆件３此时节点。 ， 为杆件３ 的端节 杆件３ 点， 最 大相对塑性应变 认值达到一３０。网壳中 ２． ６ 进人塑性的杆件数量达到 １ 根， 杆件总数的４％， ９ 占 ６ ８ 接近一半 的杆件进人塑性。 此时结构的 整体位移延性和杆件变形延性基本耗尽， 结构从而失去 继续承载的能力。 为了更直观的 描述网壳结构随加速度幅值增加而发生的塑性发展， ０ 采用直观的 图１ 中 方式表达杆件进 人塑性的位置及塑 性发展的程度， 进人塑 性的杆件以圆 标记出， 该圆的直径大小代表了 杆件的相对塑性应变
随 输 地 波幅 从３ 酬 始 ０ ａ 止， 中Ｋ球壳的 点 震 值 ８ 开 到９ ｇ 为 图３ ８ 着 人 ０ ０ｌ 节 位移幅 也逐 增加。 Ｉ 值 步 图Ｉ
是网壳最大节点位移一 加速度幅 值响应曲 从图中可以看出不同加速度幅值时对应的网壳节点最大位移 线，
幅 加 值， 速度幅 值在３ 咧 到８ ｇ 在之间变化时， ８ ０ ０ａ ０ｌ 最大节 点位移大体呈线性变化， 但加速度幅值在８ １ ， ｇ ０ 时， 发生剧烈变化， ０咧 到９ 咧 之间， 从８ ０ ０ ０ 最大节点位移急剧增加。 很明显８ 蒯 是位移发生剧烈的转折 ０ ０
【国家自然科学基金】_空间网架_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
科研热词 湛江黏土 深圳大运会体育场 氮气吸附(na) 扫描电子显微镜(sem) 微观孔隙 孔隙分布 压汞(mip) 骨髓基质干细胞 骨缺损 风荷载时程 风振响应 频谱分析 静力稳定分析 选址和定容 节点刚度 网架结构 组织工程口腔材料 组织工程化骨 精英保留策略遗传算法 等效静风荷载 空间网格结构 空间网架 生物材料 牙槽骨 煅烧骨 温度场 正放四角锥网架 模态参数识别 模型定阶 最大熵谱 数值模拟 支承形式 抗火性能 扩展规划 成形初应力 弹簧刚度 弯矩一转角曲线 平面桁架 大跨屋盖结构 多目标优化 国家自然科学基金 后张拉整体成形网壳 动力稳定分析 功率谱峰值法 判别准则 分段编码 分布式电源 b-r准则
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
科研热词 推荐指数 网架结构 4 连续倒塌 2 试验研究 2 框架结构 2 马场坪收费站 1 非常规 1 钢结构 1 配电自动化 1 配电网 1 遗传算法 1 运行 1 网格 1 网架厚度 1 结构分析 1 简化分析方法 1 空间网架 1 破坏过程 1 电网规划 1 电力系统 1 环向折线形 1 焊接空心球节点 1 泄爆 1 汽车爆炸 1 杆系计算模型 1 本征正交分解 1 最大供电能力 1 智能电网 1 无序 1 方法库 1 性能指标 1 容载比 1 基本结构体系 1 可视化 1 可缩放矢量图形 1 单层球面网壳 1 单元吊装 1 单元划分 1 加固 1 加劲肋 1 内力计算 1 人机交互响应 1 主动控制 1 spacial grid structure 1 progressive collapse 1 lqr算法 1 gmm作动器 1 frame structure 1 experimental research 1
单层球面网壳结构的频谱转性分析
单层球面网壳结构的频谱转性分析
于晓野;支旭东;范峰
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2005(000)006
【摘要】网壳结构的频谱特性分析是其整个抗震理论研究中的一个重要组成部分.在本文中研究首先开始于结构的自振特性,分析了单层球面网图书馆壳结构的频率分布及振型特征.然后利用简谐响应分析的方法探讨了结构对频域上不同频率激励荷载的的敏感程度.最后结合地震输入的特点,讨论了网壳结构在地震作用下振型参与振动的特点.
【总页数】2页(P65-66)
【作者】于晓野;支旭东;范峰
【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090
【正文语种】中文
【中图分类】TU337
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2.不同类型单层球面网壳结构弹性屈曲分析研究 [J], 潘晓娟
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沛; 韩淼
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5.箱包炸弹内爆作用下单层球面网壳结构的动力响应分析 [J], 李丹;骆志远;夏芊文;邓勇军
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隔震技术在大跨空间网壳结构中的应用研究
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刚度 设 置 ， 且计 算 稳 定性 相对 更 高 。在 Ｎ ｇｒｊｉ 模 型 中 ， ａａａ ａ ａｈ
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稳定性 ， 结构的加速度得到 了有效控制 。 同时对于下部结构 的作 用明显减小 ， 可以对 实际工程提供参考指导。
『 键词１ 地震： 关 隔震； 加速度； 非线性
ｆ 中图分 类号１ Ｕ ５ ．２ 文献 标识 码１ ｆ ３ ２１ ｆ Ｔ 文章编 号１０ ５ ６ ７ （０ ２ ０ — ０ ７ ｏ Ａ １０ — ２ ０ ２ １ ）３ ０ ４ 一 ４
江 苏 建 筑
２ １ 第 ３期 （ 第 １８期 ） ０ ２年 总 ４
隔震技术在大跨空 间网壳结构中的应用研究
王 国安 ． １ 华 田 ３ ｔ
（江 苏建筑 职业 技术 学院 建筑设 计研 究 院 。 － 江苏 徐 州 中国矿业 大学 力建 学院 。 江苏 徐州
２１１； ２ １ ６
２ １０ ） ２ ０ ８
某 体 育 馆 屋 盖 结 构 为 直 径 ７ 的 单 层 凯 威 特球 面 网 ２ｍ 壳 ． 矢 高 １ ｌ ５ｎ。杆 件 均 采 用 圆 形 钢 管 。 其 中 径 向 杆 为
多维地震作用下网壳结构的随机分析方法
近 年 来 ， 连 理 工 大 学 的林 家 浩 教 授 从 计 算 力 学 的 角 度 提 出 ｒ ‘ 汁 算 大 型 结 构 随 机 响 大 种 应 的 高效 算 法 一 虚拟 激 励 法 该 方 法 自动 包 含 ＇所 有 参 振 振 碰 问 的 ＿ 关 性 及 激 励 之 间 的 广 ｆ ｕ
忽 略 振 型 间 的 相 互 影 响 来 减 少 计 算 量 ， 小 阻 尼 及 各 振 型 同有 频 童 分 竹 稀 时 所 得 结 果 尚 能 在 『 接 受 。 然 而 ， 于 大 型 复 杂 二 维 结 构 其 振 型 频 谱 几 乎 都 是 ｛分 密 集∞ ． ＲＳ 对 Ｓ Ｓ方 法 将 造 成 较
多 维 地 震 作 用 下 网 壳 结 构 的 随 机 分 析 方 法
薛 素 铎 ， 曹 资 ， 王 雪 生 ， 李 明辉
（ ｌ 工 业 大 学 建 筑 工 程 学 院 ． 北 京 １ ０ ２ ） 求 ｉ ０ ０ ２ ： 摘
要 ］ 末 文 对 网 壳 结 构 左 多维 地 震 作 ｌ 下 的 随 机 地 震 点 应 分 析 方 击 进 行 了研 咒 ． 大 连 唧 将
表 明 ：． 平 和 竖 同 地 震 对 阿壳 结 构 的 反 应 都 有 较 大 影 响 ． 此 ， 网 壳 结 构 的 地 震 反 应分 析 水 因 对 考虑 水平 干 竖 向 地 震 的 共 问 作 用 更 １ 合理 口 ＾ Ｊ 震 害 经 验 与 理 论 研 究 表 明 地 震 对 的 地 面 运 动 是 一 复 杂 的 多 维 运 动 ， 括 三 个 平 动 分 量 和 包 二 个转 动 分 员 。 构 在 单 维 与 多 维 地 震 作用 下 的 反 应 是 ： 的 ， 别 是 对一 些 复 杂 工 程 结 构 结 同 特 （ 如大 型 水 坝 、 洋 平 台 、 电站 、 跨 度 及 空 间结 构 等 ） 在 结 构 抗 震 分 析 时 只考 虑 单 分 量 地 震 海 桉 大 ， 作 用 是 不 够 的 ， 应 考 虑 多 分 量 对 结 构 的 影 响 年 来 各 国学 者 逐 渐 认 识 到对 结 构 进 行 多 维 地 还 近 震 作 用 分 析 的 必 要 性 ． 脞 了 相 应 的研 究 ． 取 得 一 可 喜 成 果 开 并 些 结 构 在 多 维 地 震 作 用 下 的 反应 分 析 主 要 可 分 为 三 种 方 法 ： 应 谱 法 ， 反 时程 法 和 随 机 振 动 分 析方 法 在 随 饥 地 震 反 应 分 析 的领 域 内 ， 机 振 动 的 功 率 ｛ｆ ． 由给 定 的激 励 功 率 谱 求 出 各 随 干法 即
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文章编号:1009-6825(2005)24-0054-02空间网壳结构的理论研究收稿日期:2005-08-29作者简介:车伟娴(1980-),女,广东工业大学建设学院在读硕士研究生,广东广州 510643李丽娟(1966-),女,博士,教授,广东工业大学建设学院,广东广州 510643车伟娴 李丽娟摘 要:回顾了网壳结构的发展,介绍了网壳结构的计算模型及分析方法,分析了其稳定性,探讨了网壳结构的新型结构体系,指明了网壳结构在21世纪的发展动向及应用前景。
关键词:网壳结构,新型结构体系,计算模型中图分类号:T U 356文献标识码:A1 概述近二十余年来,各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展得很快。
建筑物的跨度和规模越来越大,目前,尺度达150m 以上的超大规模建筑已非个别,结构形式丰富多彩,采用了许多新材料和新技术,发展了许多新的空间结构形式。
可以这样说,大跨空间结构是最近二十多年来发展最快的结构形式,网壳结构是其中之一。
网壳结构是将杆件沿着一定的曲面有规律地布置而成的空间结构体系,兼具杆系和壳体的性质,以/薄膜0作用为主要受力特征,也就是结构杆件的轴向力承受大部分的荷载作用。
网壳的主要优点是自重轻、受力合理、结构刚度好、材料耗量低、覆盖跨度大、杆件类型单一、施工速度快、建筑造型美观、稳定性好,因而得到了广泛应用。
2 网壳结构分析2.1 网壳结构的计算模型及分析方法网壳结构分析的目的是为了计算结构在荷载作用和边界约束条件下的变形和杆件的内力,以及提供杆件、节点设计和结构变形控制的数值依据。
对于网壳结构来说,结构分析的计算模型根据其受力特点和节点构造形式通常可分为两种:空间梁单元模型和空间杆单元模型。
单层的网壳结构采用梁单元模型,双层的网壳结构采用杆单元模型。
网壳结构的分析方法常用的有两种:基于连续化假定的拟壳法和基于离散化假定的有限元法。
在计算机还不发达的早期,计算网壳结构时,往往将离散的网壳等代为连续体结构进行分析计算,也就是采用拟壳法。
拟壳法是一种从离散等代为连续,再从连续回代离散的分析方法,在等代与回代的过程中,便产生了误差,因此该法是近似的计算方法,只能近似地计算出杆件的内力,节点的位移和结构的稳定性,而且往往也只能适用于某种特定的结构形式。
所以这种方法是有较大的局限性的。
但在工程应用中,有时候这种近似的方法却是很方便的。
采用拟壳法进行结构分析时可以运用已比较成熟的薄壳理论即使不依靠计算机也能近似求出网壳的内力,而且采用拟壳法更利于设计人员理解网壳结构的受力性能。
随着计算机的发展和广泛应用,非线性有限元法开始兴起并不断完善,近二十余年来,这一领域的研究工作十分活跃。
有限元法是首先将结构离散成各个单元,在单元基础上建立单元节点力和节点位移之间关系的基本方程式,以及相应的单元刚度矩阵,然后利用节点平衡条件和位移协调条件建立整体结构节点荷载和节点位移关系的基本方程式,及其相应的总体刚度矩阵,通过引入边界约束条件修正总体刚度矩阵后求解出节点位移,再由节点位移计算出构件内力。
有限单元法的计算分析不受结构形状、边界条件和荷载情况的限制,但是计算分析过程需要借助计算机来完成。
许多大型的和特殊形式的新颖的空间结构都能用计算机程序进行分析计算,尤其是当计算的是由成千上万根杆件和结点组成的大型空间网格结构,有限元分析方法的优越性就显得更为突出。
离散化的有限元方法简单,但未知量多、存储容量大、费时[1]。
2.2 网壳结构的稳定性网壳结构计算的另一个关键问题是网壳结构的稳定性,这对于单层网壳来说尤为重要。
网壳的稳定性有两种分析方法,线性分析方法和非线性分析方法。
传统的线性分析方法是把结构的强度和稳定问题分开来考虑的。
事实上,从非线性分析的角度来考察,结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。
结构的荷载)位移全过程曲线可以准确地把结构的强度、稳定性以及刚度的整个变化历程表示得清清楚楚[2]。
在网壳结构稳定性问题上,在非线性有限元分析尚未充分实现的时候,人们普遍采用拟壳法来分析。
拟壳法的主要优点是能提供一个简单而实用的稳定公式。
但连续化壳体稳定性理论是一个本身并未完善,而且缺乏统一理论模式的理论,所以其必需是针对不同的问题假定不同的可能失稳形态,做出相应的假设,从而得到事实上仅对少数特定的壳体才能得到的实用稳定公式,此外所讨论的壳体一般是等厚的和各向同性的,无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点,这就给这种方法带来很大的局限性。
在许多重要的场合,由拟壳法计算的结构都还需要用模型试验来检验,并加以比较[1]。
随着计算机技术的发展和数值求解方法的深入研究,人们开始积极地开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。
非线性有限元分析方法也逐渐成为结构稳定性分析的有力工具[3]。
在这方面,由Ricks 和Wempnor 提出并由Crisfield 和R amn [4]等人改进的各种弧长法为结构的荷载)位移全过程路径跟踪提供了迄今为止仍然是最有效的计算方法。
当考察初始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时,也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
目前网壳结构稳定的设计研究趋势有两个方向,一是间接引用理论研究成果,从设计过程的各个方面进行深入的研究,通过逐个消除误差确保整体设计的安全性和合理性;二是直接引用理论研究成果,对结构设计体系进行双非线性分析和计算机仿真,从分配上确保稳定设计的安全性和合理性,这是一种全新的设计方向,在计算机软件#54#第31卷第24期2005年12月 山西建筑SHANXI ARCH IT ECTUREVol.31No.24Dec. 2005技术高度发展的将来,是完全可能的[1]。
应该说,现在已完全有可能对各种复杂网壳结构进行完整的全过程分析,并且较精确地确定其稳定性极限承载力。
3 网壳结构的新型结构体系由于网壳结构的受力性能与结构形体之间存在紧密的内在联系,又由于计算技术、新型材料和空间结构分析理论的发展,空间结构得到了迅速的发展,网壳结构体系也得以不断地创新。
杂交结构、开合结构的兴起,开创了空间结构的新局面。
3.1 开合网壳结构开合结构(Retractable Structures)是指部分或整体屋盖结构可以在短时间内移动或伸缩,从而使建筑物可以在屋盖敞开与关闭的两种状态下使用。
根据屋面的运动方式,开合屋盖主要分为平行移动式、绕轴转动式、折叠方式和组合方式等四种类型。
平行移动式又可分为水平移动和空间移动两种,绕轴转动式又可分为绕竖直轴转动和绕水平轴转动两种[5]。
目前世界上已建成的大型开合结构都引起了人们的瞩目,有的已经成为其所在城市的标志。
其中有代表性的是,1961年建成的世界上第一座大型开合结构美国匹兹堡会堂[6];1993年建成的日本福岗体育馆;2001年建成的日本大分县综合体育场;将于2006年竣工的开创我国开合结构之先河的南通体育场。
3.2 杂交网壳结构杂交结构(Hybrid Structures)是近年来研究得较为成功的结构,也是今后空间钢结构发展和创新的重要途径。
杂交结构的最大优点是综合利用各种不同结构在性能、综合经济指标等方面的优势;丰富建筑造型,有效利用建筑空间;改善总体力学性能等[7]。
在网壳结构体系中的杂交体系有:网壳)悬索体系、网壳)网架体系、网壳)拱体系、网壳)薄膜体系等。
3.3 张弦结构张弦结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索下弦、中间连以撑杆形成的混合结构体系。
当张弦结构的上弦为空间受力的网壳结构时,即构成弦支穹顶(Suspen -dome)结构体系,它最早由日本川口卫教授于1993年提出。
其基本思想是将穹顶的柔性上弦用刚性的单层网壳替代,形成了一种索承网壳式的空间张弦结构体系[5]。
如1994年建成的世界上第一座弦支穹顶日本东京光球穹顶;2003年建成的国内第一次应用的可/呼吸0的标志性建筑天津博物馆。
3.4 张拉整体结构张拉整体体系是一组不连续的压杆与一组连续的受拉单元组成的自支承、自应力的空间平衡体系。
这种结构体系的刚度由受拉索和受压单元之间的平衡预应力提供,在施加预应力之前,结构几乎没有刚度,并且初预应力的值对结构的外形和结构刚度的大小起着决定作用。
韩国体操馆是世界上第一个采用张拉整体概念的大型工程。
网壳结构形式、体系在外形上突破的同时也应当遵循下列几个基本的要求[8]:1)力求新颖的结构形式与建筑功能协调、统一;2)建筑学与结构力学、优美的结构形体与受力性能之间的合理、一致;3)结构形体与建筑技术(包括构造、材料、施工安装技术等)同步发展。
只有符合上面这几个要求,网壳结构才具有生命力,才能在大跨空间结构的发展过程中起到某种典型作用并得到稳步的发展。
4 网壳结构的研究展望网壳结构由30年前还是一种被认为是有兴趣的但仍属陌生的非传统的结构,发展到今天已被全世界广泛接受的空间结构,充分表明这是一类很有活力、适应性强、方兴未艾的空间结构。
网壳结构大规模的工程应用,对科学研究提出了丰富的研究课题,并提出了更高的要求。
由目前网壳结构研究与工程应用情况来看,以下几方面是网壳结构研究的主要方向:1)关于网壳结构的静力稳定性的研究已比较成熟,然而大跨度的网壳结构的弹塑性静力稳定性问题还需要进一步研究。
2)关于空间结构的专用软件不少,但适用于工程设计人员专用的网壳结构设计软件尚有待进一步开发。
3)体形复杂的大跨度的网壳结构对风荷载比较敏感,故有必要对这些网壳进行风振动响应分析。
4)建筑与结构的设计研究人员应配合起来,总结经验,充分应用结构形态学原理(Structur al M orpholog y),大力开拓和发展各类新型、适用、美观的,安全、可靠和经济的结构。
5)随着网壳结构形式的不断创新,杆件截面形式的变化,网壳结构节点型式也需要不断创新。
应继续开发一些新型装配式、易于加工和装配并且成本低的节点型式。
6)新型的网壳除了具有基本的受力特点之外,也都具有各自鲜明的受力特点,需要对其展开系统的力学性能研究。
参考文献:[1]吴剑国,张其林.网壳结构稳定性的研究进展[J].空间结构,2002,8(1):12-13.[2]沈世钊.大跨度空间结构的发展)))回顾与展望[J].土木工程学报,1998,31(3):7-8.[3]李丽娟.空间网壳结构稳定问题研究进展及展望[J].工程力学,1994(sup):944-949.[4]M.A.Cr i sfield.A n ar c length method including line searches and accelerations ,Interational Journal of numer ical methods in Eng-ineering ,V 01,19,1983.[5]薛素铎.几种新型空间结构体系的发展[J].工业建筑,2004.20-23.[6]刘锡良.现代空间结构的新发展[J].科技论坛,2004.16-17.[7]王仕统.大跨度空间结构的进展[J].华南理工大学学报,1996,24(10):10-11.[8]沈世钊.大跨度空间结构理论研究与工程实践[J].中国工程科学,2001,1(1):60-62.Theoretical study on spatial reticulated shellsCHE We-i xian LI L-i juanAbstract:T he development course of reticulated shells is reviewed.Based upon intro duction of its calculatio n model and analysis method the stability of reticulated shells is analyzed.T he new structure system of reticulated shells is also discussed.I n the end the development trend and application prospect of this structure in t he futur e are pointed out.Key words:r eticulat ed shells,new structure system,calculation mo del#55#第31卷第24期2005年12月车伟娴等:空间网壳结构的理论研究。