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目 录
摘 要 .................................................................... I ABSTRACT ............................................................... III 第一章 绪论 .............................................................. 1
1.1引言 .............................................................. 1 1.2网壳结构的发展 .................................................... 2
1.2.1网壳结构的发展史 ............................................. 2 1.2.2网壳结构型式 ................................................. 5 1.2.3 网壳结构的发展趋势 .......................................... 9 1.3网壳结构的计算方法 ............................................... 10
1.3.1静力分析 .................................................... 10 1.3.2稳定性分析 .................................................. 11 1.3.3动力分析 .................................................... 11 1.4本文研究的背景和主要内容 ......................................... 12 第二章 椭球网壳的静力分析 ............................................... 15
2.1引言 ............................................................. 15 2.2工程概况 ......................................................... 15 2.3结构设计所用规范 ................................................. 16 2.4设计参数 ......................................................... 16
2.4.1材料 ........................................................ 16 2.4.2杆件尺寸的选取 .............................................. 17 2.4.3荷载与作用 .................................................. 17 2.5计算模型 ......................................................... 18 2.6结构静力分析 ..................................................... 20
2.6.1荷载工况组合 ................................................ 20 2.6.2结构位移分析 ................................................ 21 2.6.3结构内力分析 ................................................ 28 2.6.4强度应力比分析 .............................................. 32
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2.7本章小结 ......................................................... 34 第三章 双层扁平椭球网壳的自振特性 ....................................... 35
3.1引言 ............................................................. 35 3.2 SAP2000模态分析原理 ............................................. 35
3.2.1模态分析的定义 .............................................. 35 3.2.2模态分析的基本理论 .......................................... 36 3.3支座选用 ......................................................... 38 3.4网壳模态分析 ..................................................... 38
3.4.1 SAP2000对网壳的模态分析 .................................... 38 3.4.2 3D3S对网壳的模态分析 ....................................... 42 3.4.3结果对比 .................................................... 43 3.5本章小结 ......................................................... 45 第四章 双层扁平椭球网壳地震响应分析 ..................................... 47
4.1 引言 ............................................................. 47 4.2时程分析法简介 ................................................... 48 4.3地震波的选取 ..................................................... 49 4.4结构在罕遇地震下的时程分析 ....................................... 50
4.4.1 在X向地震作用下网壳结构的响应 ............................. 50 4.4.2 在Y向地震作用下网壳结构的响应 ............................. 56 4.4.3 在Z向地震作用下网壳结构的响应 ............................. 61 4.4.4 在三向地震作用下网壳结构的响应 ............................. 65 4.5分析结果及对比 ................................................... 71 第五章结论与展望 ........................................................ 73
5.1本文主要结论 ..................................................... 73 5.2展望 ............................................................. 74 参考文献 ................................................................ 77 附录 .................................................................... 83
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第一章 绪论
1.1引言
如今，随着世界人口的持续增长和人们生活水平的不断提高，以及对集会、工作、学习等大空间、少支撑环境的要求，大型体育馆、飞机库、会展中心、大跨厂房等建筑需求增大。但传统结构在跨度达到一定程度以后往往就不是一个合理的选择，所以对大跨结构的研究越来越多。而空间结构的出现成为人类梦想的跳板。
空间结构的定义为：结构的形态呈三维状态，在荷载作用下，具有三维受力特性并呈空间工作的结构[2]。相对于平面结构，空间结构展现出来的丰富多彩的造型和优良的受力性能使其成为发展最快的结构类型。例如椭球壳体的中国国家大剧院（如图1.1），跨度达到了212米，单层球面网壳的日本名古屋网壳穹顶（如图1.2），直径为182米。而英国伦敦的“千年穹顶”，其直径已经达到320米。日本巴组铁工更提出了建造跨度500米-1000米的穹顶空间，这种集工作、居住、娱乐、餐饮一体化的空间建筑已经成为人们又一个伟大的梦想。
因此，大跨空间结构已成为影响现代建筑发展的结构类型之一，并且大跨度建筑物及空间结构技术的发展状况成为衡量一个国家建筑科技水平的标志之一。而从学术方面来说，大跨度空间结构已经成为建筑结构学科中最重要和最活跃的研究、发展领域之一。
图1.1 国家大剧院
Figure1.1 National grand theatre
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图1.2 日本名古屋网壳穹顶
Figure1.2 Reticulated shell dome of nagoya
大跨度空间钢结构有造型美观、丰富，自重轻、跨度大,传力明确受力合理，施工方便周期短，综合经济指标较好等优点。
其主要的结构形式有网架结构、网壳结构、空间杆弦结构、膜壳结构、张拉整体结构、索穹结构、开合屋盖结构、折叠结构等并且都得到了广泛的应用[3]。
在这些结构形式当中，空间网格结构是最为量大面广的。其中包括平板网架结构、网壳结构,当网架结构起拱后形成网壳结构。网壳结构的出现早于平板网架结构,在国外传统的肋环型穹顶已有一百多年的历史,而第一个平板网架是1940年在德国建造的(采用Mero体系)。其空间工作，重量轻、刚度大、抗震性能好，施工安装简便，投资周期短是网架结构和网壳结构共同的特点。由于网壳结构是由网架起拱而成，它兼有杆系结构和薄壳结构的主要特征。那就是适用的跨度可以更大，受力比平板网架更为合理。
由于起拱形式的多样化，如：柱面、球面、椭圆抛物面、双曲抛物面等，网壳结构的形式就更加灵活、富于变化，适用范围会更加广泛。但与此同时其设计分析也面临着很多困难，特别是一些复杂的网壳，结构找形要结合建筑美观与建筑功能，受力合理但空间力系分析复杂，建筑造型迥异但在风和地震作用下结构的实际受力难以准确模拟等等。此类结构的设计与分析都给工程技术人员带来了极大的困难与挑战[4-5]。
1.2网壳结构的发展
1.2.1网壳结构的发展史
网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程，人类很早就观察到在自然界中存在大量的受力性能好，形式简洁美观的天然空间结构，如蜂窝，鸟巢，蛋壳等。经过长
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