球面空腹網(wǎng)殼靜、動力特性研究.pdf

1、空腹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是由空腹網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的新型曲面形空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外均有工程實例，國外在日本有上野縣訓練館，為木材制作的空腹網(wǎng)殼（屋面材料為膜材）。國內(nèi)有國家大劇院，為鋼空腹網(wǎng)殼，貴陽市金陽水電科技園健身中心籃球訓練館為混凝土柱面空腹網(wǎng)殼?？崭咕W(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式眾多，造型各異。既具有單層網(wǎng)殼簡潔美觀的特點，又具有雙層網(wǎng)殼穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
　　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性能。
　　本文的研究方法主要為參數(shù)化分析，采用空間梁單元進行了大量算例計算，重點討論了矢跨比、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結(jié)構(gòu)靜、動力性能的影響。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原則，以使計算結(jié)果具有相應的可比性。
　　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)點均支承條件下，可以將球面

3、空腹網(wǎng)殼看作兩個單層網(wǎng)殼通過腹桿連接而共同工作，結(jié)構(gòu)的靜、動力性能明顯受矢跨比的影響，過低的矢跨比將導致結(jié)構(gòu)過高的應力和過大的變形。文中建議這種結(jié)構(gòu)的合理矢跨比范圍為1/4-1/6。
　　對于肋環(huán)形球面空腹網(wǎng)殼，網(wǎng)格圈數(shù)的加密對結(jié)構(gòu)高階振型的頻率影響較大，但對基頻影響很小。靜載作用下，加密網(wǎng)格圈數(shù)對結(jié)構(gòu)強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結(jié)構(gòu)的整體剛度。因此跨度較大時可以采用上、下弦層均設置有斜桿

4、的肋環(huán)斜桿形球面空腹網(wǎng)殼。
　　靜載作用下的計算表明，周邊上、下弦節(jié)點均支承時，結(jié)構(gòu)厚度的改變明顯影響球面空腹網(wǎng)殼的強度和剛度。動力分析表明，結(jié)構(gòu)的基頻會隨著結(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)的計算厚度并不能有效提高結(jié)構(gòu)的整體剛度。
　　本文的計算主要考慮了兩種支承條件，即邊界上、下弦節(jié)點均固支和僅支承上弦邊界節(jié)點。分析表明，在較小的厚跨比條件下，當僅支承上弦邊界節(jié)點時，結(jié)構(gòu)的受力性能類似于單層網(wǎng)殼，其內(nèi)