大跨度空间网壳结构的稳定分析.docx

工程硕士课程论文(2012-2013学年第一学期)大跨度空间网壳结构的稳定分析学生：提交日期：2012年06月30日学生签名：学号20xx2学院土木与交通学院课程编号Zxccc课程名称大跨度空间结构学位类别工程硕士任课教师Xxx教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日大跨度空间网壳结构的稳定分析土木与交通学院xx207952xxx[摘要]网格结构是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的杆系结构，因外形灵活，结构形式多样，既能充分实现建筑的功能目标，又兼具优美的建筑造型，在众多形式的空间结构中，网格结构是当前发展最快，应用最多的一种结构形式。网壳结构是网格结构的一种。网壳结构是一种曲面型网格结构，由单层网壳与单层网壳之分，近半个世纪以来，网壳结构作为大跨度空间结构的优秀代表，得到快速发展与广泛应用，本文结合现行规范，通过对一单层球面网壳结构的稳定分析，提出相应的施工要求和处理措施，使网壳结构得到合理的优化。[关键词]网格大跨度空间结构网壳稳定分析一．网格结构概述网格结构是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的杆系结构，其外形可呈平板状(双层或多层)，即网架结构，也可是曲面状(单层或双层)，即网壳结构(图4-1)。网格结构是网架与网壳的总称。网架具有多向受力的性能，空间刚度大、整体性强、稳定性好，具有良好的抗震性能和较好的建筑造型效果，同时兼有重量轻、材料省、制作安装方便等特点。网壳即网状的壳体，是将杆件沿着壳面有规律地布置而组成的刚性屋盖空间结构，网壳一般采用单层或多层，并按其外形分为单曲面或双曲面，构成网状穹顶、网状筒壳及双曲抛物面网壳等多种形式。其受力特点与薄壳结构类似，以薄壳的薄膜内力为主要受力特征，即大部分荷载由网壳杆件的轴向力承受。由于网壳能充分发挥材料的强度，所以他可以轻巧地覆盖大的空间。不同的曲面网壳提供各种新颖的建筑造型和支撑条件，因此也是建筑师非常乐意采用的一种结构形式。二.网壳结构的特点近半个世纪以来，网壳结构作为大跨度空间结构的优秀代表，得到快速发展与广泛应用，这与其下述特点是分不开的。1.网壳结构具有轻型化的特征。网壳结构中各个构件作为整体结构中的一部分，几乎均衡地承受各种荷载的作用，其杆件内力一般为轴力，各杆件的内力分布比较均匀，最大应力值也较小。网壳结构的各根杆件是作为一个整体做协同工作，其整体作用远大于各根杆件的作用之和，能够用小构件构成大空间，结构轻型化是网壳结构的一个重要特征；2.网壳结构的计算原理成熟、计算方法简便。随着计算机技术的飞速发展，目前已有多种计算机网壳结构的大型通用程序，使网壳结构的计算、设计、制造和应用变得更加简捷，更加实用；3.网壳结构的制作具有标准化、规格化特征。网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材、钢筋混凝土和玻璃钢等建材制成，容易实现建筑构件的大批量工业化生产，多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化，可以提高生产效率，降低生产，从而使网壳结构的力学合理性和生产经济性完美结合起来。4.优美的建筑造型是网壳结构的又一特征。网壳结构无论在平面还是立体型面都可以给建筑师充分的想象力和创作自由。另外由于网壳结构的曲面外形，还可以使其形成天然的排水功能。三.网壳结构的发展随着科学技术的快速发展和人们不懈的发明与创造，网壳结构无论在结构形式，还是在构造材料和计算方法上都得到了很大的发展；1.网壳结构形式的发展开始阶段的网壳型式多为半球形，这是因为半球型网壳为同向曲率，易于设计、制造和施工，且可以封闭没有支柱的最大空间，尤其是此种造型看起来雄伟、高大、美观。纵观网壳结构的发展历程，其结构型式大致可分为以下几种类型：（1）肋环型和施威德勒型球面网壳。肋环型网壳是在肋型穹顶的基础上，把环形檩条与径向的肋连结成一个刚性体系，使环向力由檩条承受，这样就改善了结构的内力分布，减轻了结构自重。施威德勒型球面网壳又在肋环型球面网壳的基础上，把每个梯形网格再用斜杆分成更小的三角形，是结构内力沿网壳表面分布更加均匀，从而可进一步减轻结构自重，使网壳可跨越更大空间；（2）联方型球面网壳。这种网壳的网格是由两向斜交杆系构成的，它的基本单元式菱形。有时有为了增强其空间稳定性，还加设水平环向杆系，这种体系是德国在1980年发明的，它既使每个节点上汇交的杆件数量尽可能少，又使各根杆件的尺寸在整个结构中尽量相同或相差不多。联方型网壳主要用于金属网壳，它既适用于球面网壳，也适用于柱面网壳，在国内外已得到广泛应用。（3）凯威特型球面网壳（又称平行联方型网壳）。这种网壳综合了施威德勒型网壳、联方型网壳和三角形格子网壳分割的优点，其结构的受力性能十分良好，尤其是在强烈风荷载和地震荷载作用下的受力性能，因此常用于大跨度结构。凯威特型球面网壳在美国和日本广为流行。1973年7月建成的美国新奥尔良体育馆