网壳结构基本理论—04.ppt

1、第8章 网壳结构的基本理论与分析方式,8.1 概述 8.1.1 网壳结构分析设计的主要内容 强度验算（构件和节点设计）、稳定性验算（构件稳定和结构整体稳定）承载能力极限状态 变形验算（节点位移）正常使用极限状态 内力、变形验算模型：常规小变形、小应变、线弹性 整体稳定性验算模型：考虑几何非线性 规模不大的网壳：只进行使用阶段的结构分析和验算 规模较大网壳：根据具体情况进行施工阶段结构分析和验算,8.1.2网壳结构的荷载和作用,静荷载：恒荷载（结构和屋面自重、屋面悬挂荷载） 可变荷载（屋面施工荷载、积灰荷载、雪荷载、吊车荷载、风荷载的平均风效应） 动荷载：地震作用、风荷载脉动风成分 此外：温度变

2、化、支座沉降 风荷载：重要荷载之一。风载体型系数可按荷载规范或风洞实验。风振效应问题。 地震作用：水平地震作用（与网架的区别）。7度区，网壳可不进行竖向抗震验算，但必须进行水平抗震验算。8、9度区，水平、竖向抗震验算。,8.1.3 网壳结构分析的计算模型,空间杆单元：双层网壳 空间梁单元：单层网壳 节点约束退化的梁单元（一端刚接、一端铰接）： 局部双层网壳 荷载（通过檩条传递）：按静力等效原则等效为集中荷载 悬挂灯具等局部荷载要考虑局部弯曲内力 支承条件： 双层二向可侧移、一向可侧移、无侧移的铰接支座 或弹性支座,单层：二向可侧移、一向可侧移、无侧移 的铰接支座或刚接支座、弹性支座,8.2 网

3、壳结构分析的计算方法及其分类 离散化方法：有限单元法（步骤） 连续化方法：拟壳法（通过刚度等代比拟为光面实体壳，按弹性薄壳理论得到解析解）。初步设计时可用，可以利用球面壳或柱面壳的已知解答。 静力荷载效应：有限单元法 动力荷载效应： 地震振型分解反应谱法、时称分析法,风荷载频域分析法、时称分析法 稳定分析：几何非线性的有限单元法（全过程分析）。小跨度、规则网壳，标准公式。 8.3 网壳结构分析的有限单元法空间刚架位移法 总思路： 8.3.1 基本假定 （1）梁单元为等截面双轴对称直杆,（2）不考虑剪切变形的影响（通常杆件细长） （3）结构符合小变形假定 （4）材料为各向同性的小应变线弹性材料

4、（5）荷载仅作用在节点上 8.3.2 空间梁单元的坐标系定义及坐标变换矩阵 1、梁单元的坐标系定义 局部坐标系、整体坐标系,整体坐标系下的节点力向量、 节点位移向量： 局部坐标系下的节点力向量、 节点位移向量：,2、坐标变换,8.3.3 两端刚接空间梁单元单刚（虚功原理）,1、局标下单刚 （1）几何关系 梁单元内部任意一点位移和节点位移之间的关系,梁单元任意一点的应变：,(2)物理关系,梁单元中任一点的应力：,（3）虚功原理,梁上无荷载，处于平衡状态的空间梁单元，要满足虚功原理：,节点轴向力与位移的关系：,节点扭矩与位移的关系：,2、整体坐标系下单刚,8.3.4 一端刚接一端铰接空间梁单元单刚

5、 1、局标下单刚,2、整体坐标系下单刚,8.3.5 基本方程及总刚矩阵,8.3.6 边界条件支座沉降及施工安装荷载,同空间桁架位移法（包括斜边界） 8.3.7 温度变化、温度应力计算 温度效应有两种情况： （1）所有构件存在等温度差tx （2）杆件上下表面之间存在温差txy 温度效用计算基本思路：约束各节点，求解杆件固端节点内力；求解各节点的不平衡力；将节点不平衡力反作用于结构，释放节点约束；空间刚架位移法求解节点位移、杆件内力；叠加固端力和节点不平衡力引起的杆件内力，即为杆件温度内力。,8.3.8 单元内力计算 1、两端刚接空间梁单元 轴力,第9章 网壳结构的抗震分析,9.1 网壳结构的动力

6、特性 自振方程： 球壳： （1）频率密集。截断频数要超过网架。 （2）应同时考虑水平振型和竖向振型（不同于网架） （3）跨度增大，刚度减小 （4）厚度增大，刚度提高 （5）基频随荷载增大而减小,（6）支座约束刚度对前几阶频率影响大，支座刚度大，频率大。,双层柱壳： 一般规律同球壳 矢跨比大于1/6时以水平振动为主，小于等于1/6时以竖向振动为主。实际工程： 柱壳基频估算公式： 9.2 网壳结构的地震反应分析 9.2.1 网壳的振动方程 （1）基本假定,A、节点完全刚接或铰接 B、质量集中于各节点，只考虑线位移加速度引起的惯性力，不考虑角位移加速度引起的惯性力 C、质点上的阻尼力与地面的相对速度

7、成正比，不考虑角速度引起的阻尼力 D、支承网壳的基础按地面的地震波运动 （2）振动方程,9.2.2 网壳的抗震分析,（1）振型分解反应谱法 水平或竖向地震作用效应组合:,(2)时程法,选取三条波 关于多维地震 9.3 几种网壳结构动内力分布规律 9.3.1 单层球壳 扇形三向网格、肋环斜杆型、短程线型轻屋盖，周边固定铰支座：,K8型：水平地震下的动响应较竖向下的强烈 水平地震设计宜与下部结构一起分析。 9.3.2 双层柱面壳 纵向分布中间最大，边缘及1/3处较小。横向跨中内力最大。 正方四角锥，沿两纵边固定铰支在上弦节点：,球壳、柱壳动内力分布规律：,（1）水平地震响应大于竖向地震，矢跨比越大越明显 （2）矢跨比增大