某单层球面网壳结构设计和整体稳定性分析

初始 缺 焰 的 存 在 会 在很 大 程 度 上降 低 结 构 的 承 载 力
［
。
根据 现 行
，
考虑 初始 时 安 装偏 差 的 影 响
图
，
对 该 结 构 引 入几 何初 始 缺 陷 进行 几 何 非线 性 分 析
一
4
］
。
按照
一
致 模态 法 缺 陷 分
。
布模 式 为 线 性 整 体 稳 定分 析得 到 的 第
。
Ｈ
型 钢 梁 与 环 向 圆 钢 管 梁采 用 梁 单 元
，
腹 杆采 用 桁架 单 元
。
6
1
4
工 业建筑
2 0
1
3
增刊

第 十 三 届 全 国 Ｐ 代 结 构 工 程 学 术 研讨 会

―
（
）
＃ ＾ 取值 与荷载 组 合
结构
1
．
荷载 取 值
1 ）
，
初 步得 到 以 下 结 论
：
网 壳 结构 烧 度 以 及应 力 分 析 结 果 满 足 设 计 要 求
。
2
、
网 壳 结构 的 整 体 稳 定 承 载 力 对 初 始缺 陷 比 较 敏感
3
］
。

：
该 网 壳 结 构 梁 单元 和 桁 架 单 元在荷 载 作 用 下 的最 大 应力 分别 为
小 于设 计 强度
2
1
2 0 0
ＭＰ ａ
、
5
7
．
7
Ｍ Ｐａ
，
如图
2 （ ｂ
）、
2 （ ｃ
）
5
ＭＰ ａ
，
满足 设 计要 求
。
祕？ 巍
（
ａ
）
挠度
（
ｂ）
梁单 元应 力
（
自
重
（
（
ＳＷ
）
：
由 程序 自
．
动计 算
，
增 大 系数
1
．
2
（
2
）
恒荷 载
活 荷载 风 荷载
ＤＬ ） 3
：
6 ｋＮ／ ｍ 2 ｋＮ／ ｍ
（
3
）
（
ＬＲ ） 1
：
．
（
4
）
（
ＷＬ Ｘ ＋
－
，
ＷＬ Ｘ
－
－
－
，
Ｗ Ｌ Ｙ ＋ ＷＬ Ｙ
＿ －
－
，
）：
折 算 线 荷载
，

1
．
1
矢高
ｌ
1
4
．
2 6ｍ
，
矢 跨比 为
．
0
．
5
，
柱脚 位
置处 的 标 髙 为
0
2 7 3ｘ
1
4 9
．
1
5
ｍ。
径 向 肋 梁 采用
，
Ｈ
型钢
，
截面 尺 寸 Ｈ 6 0 0 ｘ 2
4
＞
0 0ｘ 8ｘ
2
，
环 向 肋梁 采用 圆钢 管
，
，
截面 尺 寸
0
，
其他 加 劲 斜杆 采用 圆 钢 管
Ｑ2
3 5
．
＊
ｊ
0 0 0
．
5
．
1 0
（
0
ｍ）
．
0
1
50 0 2 0
．
（
ａ
）
结构 变 形 图
图
5
（
ｂ
）
荷 栽 因 子 位移 曲 线
－
大 位 移双 重 非 线 性 分 析
五
、
结论
根 据 以 上对 该 单层 球面 网 壳 结 构 进 行 整体稳 定 性 分 析
1 、
：
？
，
和 ＡＢＡ ＱＵ Ｓ
，
对 网 壳 结 构 进 行 了 结 构 设 计 以及 整 体稳 定 性 分 析
，
＾
关 键词
：
单 层 球面 网 壳
结构设计
，
整 体稳 定 性
一
、
引 言
空 间 网 壳 结 构 近些 年 来 在 建筑 工 程 中 应 用 越 来 越 广 泛
，
由 于 结 构 整 体失 稳 导 致 的 倒 塌事故 也 时 有发 生
—
？
．
．



＇

；
｜
＇
Ｖ
＇ ．
－
‘
＊
－
．
、 ｏ Ｖ 4 0 0 00 、

＇
．

■

！
丨
／
2
．
1

1

1 1 1
1

‘
■
ｉ
．
0 1 0 0 20
．
．
0 3
0
．
0 4
？
位移
（
（
ｍ
）
（
ａ
）
结 构变 形 图
截 面尺 寸
。
1
4 〇ｘ 4
。
节 点 为 刚 接 节点
Ｈ
型 钢 梁 最 下端 节 点 为 铰接 支
座
。
材 料 均 采用
钢材
。
如图
1
所示
Ｈ 1
图
ｉ
单 层 球 面 网 売 结 构体 系
三
、
结 构设计
采 用 结构 分 析 与 设计 软 件 Ｍ
ｉ
ｄａｓ ／Ｇ ｅ ｎ
进 行 结 构 分析与 设 计 径 向
8 ％
，
进行 双 重非 线性 分 析
。
结 构 位移 最 大 点 的 荷 载 因 子 位 移 曲 线 如 图
，
所示
5
．
。
在 同 时 考 虑 几何 非 线 性 和 材料 非 线 性 的 情况 下
为
3 6
．
荷载 因 子 最 大 值又 有所 降 低
，
为
。
5
左右
，
降 低 幅度 约
。
因此
－
－
1
．
2 Ｓ Ｗ ＋ 1
．
2 ＤＬ ＋ 0
．
6 ＬＲ

＋

2
．
6
ＥＱ
－
Ｘ
1
．
2 Ｓ
Ｗ

＋ 1 2 ＤＬ ＋ 0
．


．
6 ＬＲ

＋

2
．
6

ＥＱ
－
Ｙ
1

．
2 Ｓ Ｗ ＋
1
．
2

ＤＬ

＋ 0
．
6
ＬＲ
－

2
，
6

ＥＱ Ｘ
－

1
．
2 ＳＷ ＋
1
．
ｋ Ｎ ／ｍ
0 0
ＩＩ
（
5
）
地 震荷 载
（
Ｅ ＱＯ Ｃ
，
ＥＱ Ｙ ）
2］
。
：
抗 震 设防 烈 度
7
度
基 本地 震 加 速 度
．
1
ｇ
，
类场 地土
，
采用振型
分 解 反应 谱法 进 行抗 震 设计 将恒 荷 载
2
．
［
4
、
活 荷载 和风 荷 载折 算 为 等 效线 荷 载 施加 于 结 构 圆 钢 管 环梁 上
．
0

ＤＬ

＋ 0

．
5
ＬＲ
－

2
．
6

ＥＱ
－
Ｘ
1
．
0 ＳＷ ＋
1
．
0

ＤＬ ＋


0
．
5
Ｌ Ｒ
－
2
．
6

（
二）
结 果分 析
，
在标 准荷 载组 合作 用 下
范 设计 要 求
1
结 构 的 最 大挠度 为
2
．
5
ｍｍ
，
如图
2 （ ａ ）
所示
，
小 于 结 构 跨度 的
1 ／
4 0 0
，
满 足规
。
6
1
6
工业 建 筑
2 0
1
3
增刊
第十 三 届 全 国 现 代 结 构 工 程 学 术 研讨 会


始 缺 陷 进 行 几何 非线 性分 析 时
，
最 大荷 载 因 子 降 为
8
．
7
左右
，
满 足规 范 中 弹 性 安 全系 数 Ｋ 大 于
4 2
．
的要 求
。
’

：
1
：ｓ
‘
7
－
2Ｓ
Ｗ

＋ 1 2
．

Ｄ Ｌ ＋
1
．
4 ＬＲ ＋ 0

．
8 4
ＷＬ Ｘ
－ －
－


—
1

．
2
1
．
2
1
．
4
ＬＲ ＋


0
．
8
4
ＷＬ Ｙ＋
－ －
Ｕ


ＳＷ

＋ 1
．
2
Ｄ Ｌ ＋

1
．
4

ＬＲ ＋


0
．
8 4
ＷＬ Ｙ
－
－
1
．
2 Ｓ Ｗ ＋ 1 2 Ｓ Ｗ ＋ 1
，
采 用 荷 载标
‘
准值 进行 组 合
一
，
将
6
．
4
Ｋ Ｎ ／ｍ
的 线 荷 载 施 加 于 结构环 梁 上
＿

得到 该 结构 的 前
6
（
）
线 性 屈 曲 分析
Ｂ ｕ ｃｋ
ｌ
利 用 ＡＢ ＡＱＵ Ｓ 软 件 的
以 及 相 应 的 荷载 因 子
。
ｅ
分 析 功 能 首 先对 结 构 举行线 性 屈 曲 分 析
，
，
引 起 了 各 界 的 普遍 关 注
。
网 壳 结 构 受 力 特 点 类 似 于 连 续 薄壳 结 构
［
1
］
当 结 构 失 稳时
，
部 分杆 件 和 节 点 发 生 较
大 的 薄膜 平 面 外 变 形 是十 分 重要 的 环 节
，
呈 现结 构表 面大 范 围 内 的 凹 陷 或 凸 起
Ｈ ＾ ｉ ／
Ｉ
，
＇
＇
：
：

＾
：
、
＇
■
■
：
■
；
Ｘ
：
＇
－
2 4 3？
＊
03
Ｖ
ｎ

？
＇
＞
？
－
ｆ
＇
4
＾
＊
，
、

．
1
0

；
；
／

，
Ｖ＼ ｍ

－
？
－


…酬
｜
ｉ
Ｌ
6
－
？
／
－ —
Ｉ
／／
—
无祕
ｉ
；
—
以 入酿

Ｉ
Ｉ ％ ｆ 、 Ａ Ｕ
4
阶 屈 曲 模 态 取 结构 跨 度
，
2 8
．
5
ｍ
的
1 ／
3 0 0
作 为 缺 陷 幅 值 分 析结 果 如
当 引 入 几何 初
所示
。
．
．
．
不 对 该 网 壳 结 构 引 入 初始 缺 陷 时
，
最 大荷 载 因 字 亩 ｆ ａ达 到
？ ＜
1
〇 〇
．
左右
，
而 且 出 现 水平 段
图
4
ｂ
）
荷载因 子 位移曲 线
－
大 位移 几 何 非 线 性分 析
（
三 ） 双重 非线 性 分析
，
在 进 行 大位 移 几 何 非 线 性 分 析 的 基 础 上
同 时 考 虑钢 材 的 非线 性 的 影响
－
，
将 材料 的 本 构 关 系 设 置 为 理
5
想弹 塑 性材 料

．
2 Ｄ Ｌ

＋ 0 9
．
8
ＬＲ ＋

1
．
4

ＷＬ Ｘ＋
ＷＬ Ｙ＋
－
1
．
2Ｓ
Ｗ
＋ 1 2
．

ＤＬ ＋
ＤＬ ＋


0
．
9 8
ＬＲ ＋
1
．
4
ＷＬ Ｘ

－
1
．
Ｊ 2
ＤＬ ＋


0
．
9 8
ＬＲ ＋ 1 4

．

1
．
2

ＳＷ ＋ 1 2
．


0
．
9 8 Ｌ Ｒ ＋
1
．
4
ＷＬ Ｙ
2 ＤＬ ＋ 0
．
6 ＬＲ
－
2
．
6

ＥＱ Ｙ
－
－
1

．
0 Ｓ
Ｗ Ｈ
－

．
0 Ｄ Ｌ ＋ 0

．
5 ＬＲ

＋ 2

．
6 Ｅ
Ｑ Ｘ
－
1


．
0 Ｓ
Ｗ＋

1
．
0 ＤＬ ＋ 0

．
5
ＬＲ ＋ 2


．
6

ＥＱ Ｙ ＥＱ Ｙ
－
1
．
0 Ｓ Ｗ ＋

1
．
，
阶屈 曲 模 态
屈 曲 模 态如 图
3
所示
。

（
ａ）
Ｍ ｏ ｄｅ
1
（
ｂ）
Ｍ ｏｄｅ

2

（
ｃ ）
Ｍ ｏ ｄｅ

3
＿＿暴
（
ｄ ） Ｍ ｏｄｅ 4
图
（
ｅ ）
Ｍｏｄｅ

5

（
ｆ ）
Ｍ ｏｄｅ

6
3
线 性屈 曲 模 态
结 构 荷载 因 子如 表
，
在 设计 和 分 析 过程 中
，
应 当 重 视 材料 非 线 性对 结 构 承载 力 的 影 响
ｍ磁
！
8
－
：！ ！
：
Ｈ
Ｖ
＇
■
■
，
－
？
舰械性
Ｉ

－ ？

？
；
．
一
0
：
－ Ｉ
＊
—
？
—

ｉ
1
1

？ 1

？

1
0 0 0 0 00 ★— 位 移
第十 三 届 全 国 现 代 结 构 工程 学 术研 讨会


某 单 层球 面 网 壳 结 构 设 计和 整 体稳 定 性分 析
张松
（
王泽 龙
，
尹越
夭津
3 0
天 津 大学 建 筑 工 程学 院
0 0 7 2
）
摘
要 整 体 稳 定 性 是 网 壳 结 构 设 计 中 的 关 键 性 问 题 本 文 在某 实 际 单层 球 面 网 壳 工 程 结 构 的 基 础 上 利 用 有 限 元 软 件 ＭＥ Ｄ Ａ Ｓ
1
．
0
ＤＬ ＋
ＤＬ ＋
1
1
．
4
Ｗ Ｌ Ｘ＋
－



1
．
1
．
0 ＳＷ ＋
1
．
0
ＤＬ ＋
．
4
ＷＬ Ｘ
－
－


1
．
1
．
0 ＳＷ ＋
1
．
0
1
．
4
Ｗ Ｌ Ｙ＋
－
ＬＯ ＳＷ ＋


1
．
0
ＤＬ ＋ Ｉ Ａ ＷＬ Ｙ
－
－

2
ＳＷ ＋ ＳＷ ＋
1
．
2
ＤＬ ＋ ＤＬ ＋

．
4
ＬＲ ＋


0
．
8
4
ＷＬ Ｘ ＋
2
所示
。
表

2
线 性屈 曲 荷 载 因 子

2
—
3
＾

＿ ＿
4
＿



．


7 2
5
—
6


．
—
—
—
因子 2
1
4
．
4 6
2
3 7
．
8 5
2 3
7
．
8 5
2
7 2
1
3
2
．
9 2
2
7 2
9 2
（
二）
几 何非 线 性分析
，
单 层 网 壳 结 构 对 于 初始 缺 陷 十 分 敏 感
，
，
基 于 有 限 元 分析 理 论 和 技 术
。
对 网 壳 结构 进行 设 计 和 整 体 稳定 性 分 析
，
对 于 优 化 和 改 进结 构 设计 工作
二
、
工程概况
该 单 层 球 面 网 壳结 构 采 用 肋 环 斜杆 型 网 格设计 结 构 跨度
2 8
．
，
5ｍ，
，
对径 向 梁
、
环 向 梁 和 斜杆 均 采 用
Baidu Nhomakorabea
Ｂ3 3
单 元 类 型 进行 模 拟
。
材料 弹 性 模 量
：
2
1
0
ＧＰ ａ
，
泊松比
）
0
．
3
，
屈 服 强度
2 3 5 Ｍ Ｐａ 。
网 壳 上 的 荷 载包 括
恒荷 载
（
包括 自 重
5
．
2
Ｋ Ｎ ／ｍ
，
活 荷载
。
1
．
2
Ｋ Ｎ ／ｍ
。
整 体稳 定 性 验 算 时
。
荷载 组 合
表
1
荷栽 组 合


基本




1
．
0 Ｓ Ｗ ＋
1
．
0
ＤＬ ＋
1
．
0 ＬＲ
标 准组 合
1
．
3 5

ＳＷ ＋
1
．
3 5

ＤＬ ＋

0 9 8 ＬＲ
．
1
．
2 Ｓ Ｗ ＋ 1
．
2
ＤＬ ＋
1
1
．
4

ＬＲ
1

．
0 ＳＷ ＋
2
（
ｃ
）
桁架 单 元应 力
图
结 构 分 析结 果
工 业 建筑
2 0
1
3
增 刊 6
1
5
第 十 三 届 全 国 现代 结 构 工 程学 术 研讨 会

四
、
整 体稳 定性分析
采 用 有 限 元 软 件 ＡＢ ＡＱＵ Ｓ 对该 单 层 球面 网 壳 结 构 进 行 数 值 建 模