东北林业大学体育馆结构设计分析分解
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空间杆系有限元法是以网壳结构的各个杆件作为基本单元，以节点位移作为基本未知量，先对杆件单元进行分析建立单元杆件内力与位移的关系，然后再对结构进行整体分析。根据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点荷载和节点位移之间的关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚度方程。解出各节点位移值后，再由单元杆件内力和位移之间的关系求出杆件内力。
期末测试论文
东北林业大学体育馆结构设计分析
学生姓名：
专业班级：
2013级土木工程（卓越工程师）二班
指导教师：
学 院：
土木工程学院
2016年5月
东北林业大学体育馆结构设计分析
摘要
大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。东北林业大学体育馆建成于 2010年8月，属于大跨空间结构中的网壳结构。在此，将对东北林业大学体育馆进行简要分析。
关键词网壳结构，体育馆，结构设计分析
摘要
1前言
东北林业大学体育馆建成于 2010年8月, 建筑面积37000平方米。内部设有游泳、健身、乒乓球、篮排球、轮滑等功能馆河容纳5000人观看比赛。该体育馆是目前黑龙江省面积最大、功能最多的综合性体育场馆。此场地是学校举行重大多人会议、篮球比赛等的场所。
1.1
网壳结构的受力合理，可以跨越较大的跨度，节约钢材。具有优美的建筑造型，建筑平面上适应多种形状，建筑外型上可以形成多种曲面，如球面，双向抛物面等，还可以通过曲面切割和组合得到建筑其它形体。施工方便也是网壳的优点之一，可以用较小的构件组成很大的空间，构件在工厂预制，实现工业化生产，安装简单快速，不需大型设备。
网壳结构的外荷载可按静力等效的原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。分析双层网壳时可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力；分析单层网壳时假定节点为刚接，杆件除承受轴向力外，还承受弯矩、剪力等。当杆件上作用有局部荷载时，必须另行考虑局部弯曲内力的影响。对于单个球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳的风载体型系数，可按《建筑结构荷载规范》（GB 50009一2001 )取值；对于多个连接的球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳，以及各种复杂体形的网壳结构，应根据模型风洞试验确定风载体型系数。
2.3
网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法（荷载认一位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为线弹性。用非线性理论分析网壳稳定性时，一般采用空间杆系非线性有限元法，关键是临界荷载的确定。单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算。
球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差影响；可采用结构的最低屈曲模态作为初始缺陷分布模态，其最大计算值可按网壳跨度的1 /300取值。
东北林业大学体育馆位于哈尔滨市香坊区和兴路26号，东北林业大学院内，隶属于东北林业大学。建成于2010年8月,该场馆由哈尔滨工业大学建筑设计研究院设计，建筑高度30.6米。
图1.1 东北林业大学体育馆
1.2
1.2.1
东北林业大学体育馆属于网壳结构。网壳结构兼具杆系和壳体的性质。主要特性是杆件比较单一,受力比较合理,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;结构的刚度大、跨越能力大。
计算结构总自重时，应根据各构件的材料重度不同将结构人为地划分为多种容易计算的基本构件，先计算基本构件的重力，然后叠加得到结构的总重。
2.2
网壳结构计算方法主要包括连续化的方法及离散化的方法。连续化的方法主要指将网壳比拟成实体薄壳的拟壳分析法，属于近似方法；离散化的方法是各类有限元法，属于精确的计算方法。
2.1
2.1.1
东北林业大学体育馆地处哈尔滨市，基本风速重现期为50年，建筑设计年限取50年，基本风压为0.55KN/m2，风压值取基本风压1.1倍，地面粗糙程度为C类（密集建筑群的城市市区）。风荷载计算中，顺风向结构风效应与横风向结构风效应均需计算，对于大跨度体育馆结构分析,顺风向风振较横风向风振更具有破坏性。因此，在东北林业大学体育馆，顺风向结构风效应占主要地位。
2.1.2
东北林业大学体育馆地处哈尔滨市，地处东北地区，雪荷载很大，对于雪荷载所带来的后果必须加以考虑。体育馆属于大跨屋面，对堆雪分布情况比较敏感，并且由于屋面积雪在风作用下的漂移效应，屋面积雪会呈现中部大边缘小的情况。
哈尔滨基本雪压为0.50kN/m2，
2.1.3
根据新规范中永久作用的范围，体育馆的永久作用包括结构构件、围护结构、面层及装饰、固定设备（主要包括：采暖、空调及给排水设备，电气设备，管道、电缆及支架等）、长期储物的自重、土压力、水压力，以及其他需要按永久作用考虑的荷载。
图1.3东北林业大学体育馆俯视图
2荷载分析
网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。
体育馆设计过程中应考虑风荷载、雪荷载、地震荷载、结构自重、场内重力荷载（设备自重，观众的静载）等wk.baidu.com同时还要考虑作为学校场馆东北林业大学体育馆经常会被作为讲座、全校大会、文艺演出、演唱会等各种情况下的综合荷载。
东北林业大学体育馆网壳按曲线外形的分类方法可视为非典型曲面，是由双曲扁网壳和球面网壳的切割和组成形成。按自身构造分为双层网壳。网壳采用周边支承的方式，它的优点在于支承点多，传力直接，受力均匀。
图1.2东北林业大学体育馆网壳
1.2.2
网壳结构是将杆件沿着某个曲面有规律的布置而组成的空间结构体系，其受力特点与薄壳结构类似，大部分荷载是由网壳杆件的轴向力承受。它具有自重轻、结构刚度好等一系列特点，不同曲面的网壳可提供各种新颖的建筑造型。
风荷载的影响因素包括风压高度变化系数，风荷载体型系数，风阵系数，以及基本风压。由于脉动风周期较短，与一些工程自振周期接近，将是结构产生动力效应，需进行风洞试验，试验结果按随机振动理论计算确定，不宜采用与高层建筑相同的风阵计算方法。这是因为屋盖结构的脉动风压除了和风速脉动有关外，还和流动分离、再附、漩涡脱落等复杂流动现象有关。
期末测试论文
东北林业大学体育馆结构设计分析
学生姓名：
专业班级：
2013级土木工程（卓越工程师）二班
指导教师：
学 院：
土木工程学院
2016年5月
东北林业大学体育馆结构设计分析
摘要
大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。东北林业大学体育馆建成于 2010年8月，属于大跨空间结构中的网壳结构。在此，将对东北林业大学体育馆进行简要分析。
关键词网壳结构，体育馆，结构设计分析
摘要
1前言
东北林业大学体育馆建成于 2010年8月, 建筑面积37000平方米。内部设有游泳、健身、乒乓球、篮排球、轮滑等功能馆河容纳5000人观看比赛。该体育馆是目前黑龙江省面积最大、功能最多的综合性体育场馆。此场地是学校举行重大多人会议、篮球比赛等的场所。
1.1
网壳结构的受力合理，可以跨越较大的跨度，节约钢材。具有优美的建筑造型，建筑平面上适应多种形状，建筑外型上可以形成多种曲面，如球面，双向抛物面等，还可以通过曲面切割和组合得到建筑其它形体。施工方便也是网壳的优点之一，可以用较小的构件组成很大的空间，构件在工厂预制，实现工业化生产，安装简单快速，不需大型设备。
网壳结构的外荷载可按静力等效的原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。分析双层网壳时可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力；分析单层网壳时假定节点为刚接，杆件除承受轴向力外，还承受弯矩、剪力等。当杆件上作用有局部荷载时，必须另行考虑局部弯曲内力的影响。对于单个球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳的风载体型系数，可按《建筑结构荷载规范》（GB 50009一2001 )取值；对于多个连接的球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳，以及各种复杂体形的网壳结构，应根据模型风洞试验确定风载体型系数。
2.3
网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法（荷载认一位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为线弹性。用非线性理论分析网壳稳定性时，一般采用空间杆系非线性有限元法，关键是临界荷载的确定。单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算。
球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差影响；可采用结构的最低屈曲模态作为初始缺陷分布模态，其最大计算值可按网壳跨度的1 /300取值。
东北林业大学体育馆位于哈尔滨市香坊区和兴路26号，东北林业大学院内，隶属于东北林业大学。建成于2010年8月,该场馆由哈尔滨工业大学建筑设计研究院设计，建筑高度30.6米。
图1.1 东北林业大学体育馆
1.2
1.2.1
东北林业大学体育馆属于网壳结构。网壳结构兼具杆系和壳体的性质。主要特性是杆件比较单一,受力比较合理,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;结构的刚度大、跨越能力大。
计算结构总自重时，应根据各构件的材料重度不同将结构人为地划分为多种容易计算的基本构件，先计算基本构件的重力，然后叠加得到结构的总重。
2.2
网壳结构计算方法主要包括连续化的方法及离散化的方法。连续化的方法主要指将网壳比拟成实体薄壳的拟壳分析法，属于近似方法；离散化的方法是各类有限元法，属于精确的计算方法。
2.1
2.1.1
东北林业大学体育馆地处哈尔滨市，基本风速重现期为50年，建筑设计年限取50年，基本风压为0.55KN/m2，风压值取基本风压1.1倍，地面粗糙程度为C类（密集建筑群的城市市区）。风荷载计算中，顺风向结构风效应与横风向结构风效应均需计算，对于大跨度体育馆结构分析,顺风向风振较横风向风振更具有破坏性。因此，在东北林业大学体育馆，顺风向结构风效应占主要地位。
2.1.2
东北林业大学体育馆地处哈尔滨市，地处东北地区，雪荷载很大，对于雪荷载所带来的后果必须加以考虑。体育馆属于大跨屋面，对堆雪分布情况比较敏感，并且由于屋面积雪在风作用下的漂移效应，屋面积雪会呈现中部大边缘小的情况。
哈尔滨基本雪压为0.50kN/m2，
2.1.3
根据新规范中永久作用的范围，体育馆的永久作用包括结构构件、围护结构、面层及装饰、固定设备（主要包括：采暖、空调及给排水设备，电气设备，管道、电缆及支架等）、长期储物的自重、土压力、水压力，以及其他需要按永久作用考虑的荷载。
图1.3东北林业大学体育馆俯视图
2荷载分析
网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。
体育馆设计过程中应考虑风荷载、雪荷载、地震荷载、结构自重、场内重力荷载（设备自重，观众的静载）等wk.baidu.com同时还要考虑作为学校场馆东北林业大学体育馆经常会被作为讲座、全校大会、文艺演出、演唱会等各种情况下的综合荷载。
东北林业大学体育馆网壳按曲线外形的分类方法可视为非典型曲面，是由双曲扁网壳和球面网壳的切割和组成形成。按自身构造分为双层网壳。网壳采用周边支承的方式，它的优点在于支承点多，传力直接，受力均匀。
图1.2东北林业大学体育馆网壳
1.2.2
网壳结构是将杆件沿着某个曲面有规律的布置而组成的空间结构体系，其受力特点与薄壳结构类似，大部分荷载是由网壳杆件的轴向力承受。它具有自重轻、结构刚度好等一系列特点，不同曲面的网壳可提供各种新颖的建筑造型。
风荷载的影响因素包括风压高度变化系数，风荷载体型系数，风阵系数，以及基本风压。由于脉动风周期较短，与一些工程自振周期接近，将是结构产生动力效应，需进行风洞试验，试验结果按随机振动理论计算确定，不宜采用与高层建筑相同的风阵计算方法。这是因为屋盖结构的脉动风压除了和风速脉动有关外，还和流动分离、再附、漩涡脱落等复杂流动现象有关。