球面空腹網(wǎng)殼靜、動(dòng)力特性研究.pdf

1、空腹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是由空腹網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展而來(lái)的新型曲面形空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外均有工程實(shí)例，國(guó)外在日本有上野縣訓(xùn)練館，為木材制作的空腹網(wǎng)殼（屋面材料為膜材）。國(guó)內(nèi)有國(guó)家大劇院，為鋼空腹網(wǎng)殼，貴陽(yáng)市金陽(yáng)水電科技園健身中心籃球訓(xùn)練館為混凝土柱面空腹網(wǎng)殼。空腹網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式眾多，造型各異。既具有單層網(wǎng)殼簡(jiǎn)潔美觀的特點(diǎn)，又具有雙層網(wǎng)殼穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。
　　不同的結(jié)構(gòu)形式受力各異，本文主要以肋環(huán)形球面空腹網(wǎng)殼和肋環(huán)斜桿形球面空腹網(wǎng)殼為研究對(duì)象。這兩種

2、網(wǎng)殼的主要傳力途徑為徑向，因此本文在分析具體結(jié)構(gòu)之前還討論了空腹拱架的力學(xué)性能。
　　本文的研究方法主要為參數(shù)化分析，采用空間梁?jiǎn)卧M(jìn)行了大量算例計(jì)算，重點(diǎn)討論了矢跨比、網(wǎng)格劃分頻數(shù)、弦層剛度、網(wǎng)殼厚度和支承條件等因素對(duì)結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力性能的影響。結(jié)構(gòu)的靜力性能分析考慮的是豎向荷載，全部算例均基于荷載總量不變?cè)瓌t，以使計(jì)算結(jié)果具有相應(yīng)的可比性。
　　分析表明，球面空腹網(wǎng)殼的腹桿內(nèi)力較小，在邊界上、下弦節(jié)點(diǎn)均支承條件下，可以將球面

3、空腹網(wǎng)殼看作兩個(gè)單層網(wǎng)殼通過(guò)腹桿連接而共同工作，結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力性能明顯受矢跨比的影響，過(guò)低的矢跨比將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過(guò)高的應(yīng)力和過(guò)大的變形。文中建議這種結(jié)構(gòu)的合理矢跨比范圍為1/4-1/6。
　　對(duì)于肋環(huán)形球面空腹網(wǎng)殼，網(wǎng)格圈數(shù)的加密對(duì)結(jié)構(gòu)高階振型的頻率影響較大，但對(duì)基頻影響很小。靜載作用下，加密網(wǎng)格圈數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體剛度的改善作用不大，但提高上、下弦層桿件的剛度后能夠明顯增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體剛度。因此跨度較大時(shí)可以采用上、下弦層均設(shè)置有斜桿

4、的肋環(huán)斜桿形球面空腹網(wǎng)殼。
　　靜載作用下的計(jì)算表明，周邊上、下弦節(jié)點(diǎn)均支承時(shí)，結(jié)構(gòu)厚度的改變明顯影響球面空腹網(wǎng)殼的強(qiáng)度和剛度。動(dòng)力分析表明，結(jié)構(gòu)的基頻會(huì)隨著結(jié)構(gòu)厚度的增加而增加，但厚跨比大于1/40后，增加結(jié)構(gòu)的計(jì)算厚度并不能有效提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。
　　本文的計(jì)算主要考慮了兩種支承條件，即邊界上、下弦節(jié)點(diǎn)均固支和僅支承上弦邊界節(jié)點(diǎn)。分析表明，在較小的厚跨比條件下，當(dāng)僅支承上弦邊界節(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力性能類(lèi)似于單層網(wǎng)殼，其內(nèi)