大跨結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

1、大跨空間結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式（繪圖） 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,（1）層數(shù),1.1分類,（a）單層網(wǎng)殼 （b）雙層網(wǎng)殼 （c）三層網(wǎng)殼,（2）高斯曲率,1.1分類,曲線坐標(biāo),法截面與曲面相交的曲線，在點(diǎn)處的曲率稱為法曲率。在點(diǎn)處所有法曲率中，有兩個(gè)取極值的曲率（即最大與最小的曲率）稱為點(diǎn)主曲率，用k1，k2表示。,曲面的兩個(gè)主曲率之積稱為曲面在該點(diǎn)的高斯曲率。,1.1分類,（a）圓錐殼（

2、K=0） （b）雙曲面網(wǎng)殼（K0）（c）單塊扭曲面網(wǎng)殼（K0）,零高斯曲率的網(wǎng)殼有柱面網(wǎng)殼、圓錐形網(wǎng)殼等。 正高斯曲率的網(wǎng)殼有球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、橢圓拋物面網(wǎng)殼等。,（3）曲面外形,1.1分類,柱面網(wǎng)殼,球面網(wǎng)殼,1.1分類,雙曲拋物面網(wǎng)殼,復(fù)雜曲面網(wǎng)殼,基本形式有柱面的切割與組合、球面的切割與組合、雙曲拋物面的切割與組合及柱面與球面的組合等。,雙曲拋物面網(wǎng)殼是由一根曲率向下的拋物線（母線）沿著與之正交的另一根具有曲率向上的拋物線平行移動(dòng)而成。該曲面呈馬鞍形。,（1）旋轉(zhuǎn)法,1.2曲面的形成方法,（a）圓球面 （b）旋轉(zhuǎn)橢圓球面 （c）旋轉(zhuǎn)拋物面,（d）旋轉(zhuǎn)雙曲面 （e）圓錐面 （f）圓柱面

3、,1.2曲面的形成方法,（2）平移法,（a）柱面 （b）柱狀面 （c）劈錐曲面,（d）橢圓拋物面 （e）雙曲拋物面,1.3柱面網(wǎng)殼,（1）單層柱面網(wǎng)殼的形式,（a）單向斜桿型 （b）人字型 （c）雙斜桿型（d）聯(lián)方型 （e）三向網(wǎng)格,1.2分類,（2）雙層柱面網(wǎng)殼的形式-交叉桁架體系,交叉桁架體系基本單元,（2）雙層柱面網(wǎng)殼的形式-四角錐體系,1.3柱面網(wǎng)殼,（a）正放四角錐柱面網(wǎng)殼 （b）正放抽空四角錐柱面網(wǎng)殼,（2）雙層柱面網(wǎng)殼的形式-四角錐體系,1.3柱面網(wǎng)殼,（c）斜放四角錐柱面網(wǎng)殼 （d）棋盤形四角錐柱面網(wǎng)殼,（1）單層球面網(wǎng)殼,1.4球面網(wǎng)殼（繪圖）,肋環(huán)型球面網(wǎng)殼,只有經(jīng)向和緯向

4、桿件。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只匯交四根桿件，故節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)一般為剛性連接，承受節(jié)點(diǎn)彎矩。 用于中、小跨度的穹頂。,1.4球面網(wǎng)殼,（a）左斜桿型 （b）左右單斜桿型,（c）雙斜桿型 （d）無緯向桿 施威德勒型球面網(wǎng)殼,1.4球面網(wǎng)殼,（a）無緯向桿 （b）有緯向桿 聯(lián)方型球面網(wǎng)殼,由左斜桿和右斜桿組成菱形網(wǎng)格的網(wǎng)殼。 用于大、中跨度的穹頂。,1.4球面網(wǎng)殼,（a）K6型 （b）K8型,（c）K6與聯(lián)方組合型 （d）K8與聯(lián)方組合型 凱威特型球面網(wǎng)殼,劃分n個(gè)對(duì)稱扇形曲面，然后在每個(gè)扇形曲面內(nèi)，再劃分為大小比較勻稱的三角形網(wǎng)格。 網(wǎng)格大小勻稱，內(nèi)力分布均勻，常用于大、中跨度的穹頂中。,1.4球面網(wǎng)殼,

5、三向格子型球面網(wǎng)殼,在球面上用三個(gè)方向的、相交成60的大圓構(gòu)成，或在球面的水平投影面上，將跨度n等分，再作出正三角形網(wǎng)格，投影到球面上后，即可得到三向格子型球面網(wǎng)殼。 多用于中、小跨度的穹頂。,1.4球面網(wǎng)殼,（a）正四面體 （b）正六面體 （c）正八面體 （d）正12面體（e）正20面體 正則多面體,正則多面體面數(shù)F，棱數(shù)E，頂點(diǎn)數(shù)V,1.4球面網(wǎng)殼,正則多面體的基本數(shù)據(jù),1.4球面網(wǎng)殼,（a）半截四面體（b）斜截六面體（c）平截八面體（d）斜截12面體 （e）斜截20面體,（f）正放六八面組合體（g）2012面組合體 （h）六八面組合體 （i）過渡六面體,1.4球面網(wǎng)殼,（j）過渡12面體

6、（k）正放2012面組合體（l）斜截六八面組合體（m）斜截2012面體 半正則多面體,半正則多面體（第一類：阿基米德體）的面是由二種或三種正多邊形組成，同類型的正多邊形相等，其多面角雖不是正則的，卻是相等的，棱長(zhǎng)也是相等的，而且可以內(nèi)接在一個(gè)球面內(nèi)，但不能外切于一同心球。,半正則多面體的基本數(shù)據(jù),1.4球面網(wǎng)殼,（a）內(nèi)接正20面體 （b）等邊球面三角形 （c）等角再分 球面劃分,（a）三角形 （b）菱形 （c）半菱形 （d）六角形 網(wǎng)格形式,短程線 富勒,1.4球面網(wǎng)殼,根據(jù)短程線的原理，將正多面體和半正則多面體的基本三角形均分，從其外接球中心將這些等分點(diǎn)投影到球面上，連接此球面上所有點(diǎn)構(gòu)成

7、的網(wǎng)殼，通常都稱為短程線網(wǎng)殼。 a交替劃分法 均分法,（a）N=1 （b）N=2 （c）N=3 （d）N=4 （e）N=4 弦均分法,1.4球面網(wǎng)殼,弧（等角）再分法 將多面體的基本三角形的邊進(jìn)行二等分或三等分，并從其外接球中心將等分點(diǎn)投影到球面上。 把投影點(diǎn)連線形成新多面體的棱（弦），此時(shí)原弦長(zhǎng)縮小一半或l/3。 再將此新弦二等分（以后各次均分都相同），并從外接球中心通過此新的再分點(diǎn)投影到球面上。如此循環(huán)進(jìn)行直至劃分結(jié)束。,（a）N=2 （b）N=4 等弧（等角）再分法,1.4球面網(wǎng)殼,等分弧邊法 該法與等?。ǖ冉牵┰俜址ú煌幨菍⒒救切胃鬟吽鶎?duì)的弧直接進(jìn)行等分，連接球面上各劃分點(diǎn)，即

8、求得短程線型球面網(wǎng)格。 b. 面心劃分法 將多面體的基本三角形的邊以N次等分，并在劃分點(diǎn)上以各邊的垂直線相連接，從而構(gòu)成了正三角形和直角三角形的網(wǎng)格。再將基本三角形各點(diǎn)投影到外接球球面上，連接這些新的點(diǎn)，即求得短程線型球面網(wǎng)格。,（a）N=1 （b）N=2 （c）N=4 （d）N=6,1.4球面網(wǎng)殼,短程線球面網(wǎng)殼,1.4球面網(wǎng)殼,兩向格子型球面網(wǎng)殼 這種網(wǎng)殼一般采用子午線大圓劃分法構(gòu)成四邊形的球面網(wǎng)格，即用正交的子午線族組成網(wǎng)格。子午線間的夾角一般都相等，可求得全等網(wǎng)格，如不等則組成不等網(wǎng)格。,二向格子型球面網(wǎng)殼網(wǎng)格劃分,內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4

9、、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,2.1雙層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（1）網(wǎng)格形式 由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)除承受彎曲以外，尚有薄膜力的作用，所以雙層網(wǎng)殼的上弦桿和下弦桿都可以是受壓的，因此適用于平板網(wǎng)架中的上弦桿短、下弦桿長(zhǎng)的很多形式，但并不一定適用于雙層網(wǎng)殼。 （2）網(wǎng)殼的厚度 雙層柱面網(wǎng)殼的厚度可取跨度的1/501/20；雙層球面網(wǎng)殼的厚度一般可取跨度的1/601/30。 （3）容許撓度 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的最大撓度值不應(yīng)超過短向跨度的1/400。對(duì)于懸挑網(wǎng)殼，其最大位移不應(yīng)超過懸挑跨度的1/200。,2.1雙層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（4）桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù),雙層網(wǎng)殼桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù),雙層網(wǎng)殼桿件的容許長(zhǎng)細(xì)比，

10、對(duì)受壓桿件=180；受拉桿件，對(duì)于一般桿件取=300，對(duì)于支座附近桿件取=250，對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載桿件則取=250。,2.1雙層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（5）焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力 平板網(wǎng)架焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力公式的缺點(diǎn)之一是適用范圍僅為500mm以內(nèi)，當(dāng)直徑超過500mm時(shí)該公式不再適用；缺點(diǎn)之二是受壓承載力的公式量綱是不一致的。 以彈塑性理論為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)空心球的徑厚比滿足一定要求時(shí)，其破壞形式均為沖剪破壞，其拉壓極限承載力主要與鋼材的拉剪強(qiáng)度及球桿連接處的環(huán)形沖剪面積等因素有關(guān)。 現(xiàn)行規(guī)程空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ2010）將焊接空心球節(jié)點(diǎn)拉壓承載力公式統(tǒng)一。,2.1雙層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（6）螺栓球

11、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 螺栓球節(jié)點(diǎn)產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)（JG/T 10）的規(guī)定。高強(qiáng)度螺栓的性能等級(jí)應(yīng)按螺紋規(guī)格分別選用。對(duì)于M12M36的高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)為10.9S；對(duì)于M39M64的高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)為9.8S。螺栓的形式與尺寸應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點(diǎn)用高強(qiáng)度螺栓（GB/T 16939）的要求。,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（1）計(jì)算模型 當(dāng)采用螺栓球節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)采用空間桿系有限元法計(jì)算；當(dāng)采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)時(shí)，可采用空間梁系有限元法進(jìn)行分析。 （2）桿件設(shè)計(jì) 單層網(wǎng)殼桿件的受力一般有兩種狀態(tài)：一種為軸心受力，一種為拉彎或壓彎。當(dāng)網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型為鉸接時(shí)，桿件只承受

12、軸向拉力或軸向壓力，桿件截面設(shè)計(jì)可參考網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件設(shè)計(jì)。 當(dāng)網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型為剛接時(shí)，網(wǎng)殼的桿件除承受軸心力以外，還有彎矩作用，桿件應(yīng)按偏心受力構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),強(qiáng)度驗(yàn)算 穩(wěn)定性驗(yàn)算,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),剛度驗(yàn)算 單層網(wǎng)殼桿件的容許長(zhǎng)細(xì)比，一般比雙層網(wǎng)殼的略嚴(yán)，對(duì)受壓桿件取=150，受拉桿件取=300。其計(jì)算長(zhǎng)度分殼體曲面內(nèi)和曲面外兩種情況，在殼體曲面內(nèi)取=0.9，殼體曲面外取=1.6。,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),（3）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 單層網(wǎng)殼的桿件采用圓管時(shí)，鉸接節(jié)點(diǎn)一般采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，剛接節(jié)點(diǎn)一般采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)。具體采用何種節(jié)點(diǎn)形式，主要由網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的跨度決定。一般認(rèn)為當(dāng)

13、單層網(wǎng)殼的跨度較小時(shí)可采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，正常情況下均應(yīng)采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)。,（a）彎矩作用 （b）偏心受壓 （c）偏心受拉 節(jié)點(diǎn)受力簡(jiǎn)圖,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),式中： Nc偏心壓力作用下節(jié)點(diǎn)所受的壓力（kN）； Ncu軸向壓力作用下節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)值（kN）； Mu彎矩作用下極限承載力設(shè)計(jì)值（kNm）。,式中： Nt偏心壓力作用下節(jié)點(diǎn)所受的壓力（kN）。 Ntu軸向壓力作用下節(jié)點(diǎn)的承載力設(shè)計(jì)值（kN）；,2.2單層網(wǎng)殼的設(shè)計(jì),帶肋節(jié)點(diǎn)在彎矩、軸向壓力、軸向拉力作用下的極限承載力，應(yīng)考慮承載力提高系數(shù)m（彎矩作用）、c（壓力作用）、t（拉力作用）的影響。,加勁肋可使節(jié)點(diǎn)承載力在軸向拉力作用時(shí)提高1

14、0，軸向壓力作用時(shí)提高40，彎矩作用時(shí)提高50。即加肋節(jié)點(diǎn)受彎承載力提高系數(shù)m；加肋節(jié)點(diǎn)受壓承載力提高系數(shù)c；加肋節(jié)點(diǎn)受拉承載力提高系數(shù)t。,2.3網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力和裝配應(yīng)力,（1）溫度應(yīng)力的計(jì)算 網(wǎng)殼的溫度應(yīng)力的計(jì)算應(yīng)采用空間桿系有限元法進(jìn)行。 基本原理同網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 溫度應(yīng)力是由于溫度變形受到約束而產(chǎn)生的，降低溫度應(yīng)力的有效方法應(yīng)是設(shè)法釋放溫度變形，其中最易實(shí)現(xiàn)的是將支座設(shè)計(jì)成彈性支座，但應(yīng)注意支座剛度的減少會(huì)影響網(wǎng)殼的穩(wěn)定性。 （2）裝配應(yīng)力的計(jì)算 裝配應(yīng)力往往是在安裝過程中由于制作和安裝等原因，使節(jié)點(diǎn)不能達(dá)到設(shè)計(jì)坐標(biāo)位置，造成部分節(jié)點(diǎn)間的距離大于或小于桿件的長(zhǎng)度，在采用強(qiáng)迫就位使桿件與

15、節(jié)點(diǎn)連接的過程中就產(chǎn)生了裝配應(yīng)力。 當(dāng)需要計(jì)算裝配應(yīng)力時(shí)應(yīng)采用空間桿系有限元法，基本原理與計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)相仿，即將桿件長(zhǎng)度的誤差比擬為由溫度引起的伸長(zhǎng)或縮短即可。,內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,3.1定義,結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性。任何結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)可能有三種形式，即穩(wěn)定的平衡狀態(tài)、不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)和隨遇平衡狀態(tài)。,（a）穩(wěn)定的平衡狀態(tài) （b）不穩(wěn)定的平衡狀態(tài) （c）隨遇平衡狀態(tài),3.2分類,（1）失穩(wěn) 受一定荷載作用的結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，當(dāng)該荷載達(dá)到某一值時(shí)，若增加一微小增量，結(jié)構(gòu)的平

16、衡位形將發(fā)生很大變化，結(jié)構(gòu)由原平衡狀態(tài)經(jīng)過不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)而到達(dá)一個(gè)新的穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。這一過程就是失穩(wěn)或屈曲，相應(yīng)的荷載稱為臨界荷載或屈曲荷載。 （2）失穩(wěn)的種類 根據(jù)結(jié)構(gòu)在失穩(wěn)過程中平衡位形是否發(fā)生質(zhì)變，結(jié)構(gòu)的屈曲一般可以分為第一類屈曲（分枝點(diǎn)屈曲）和第二類屈曲（極值點(diǎn)屈曲）。,3.2分類,當(dāng)外荷載超過臨界荷載時(shí)，基本平衡狀態(tài)成為不穩(wěn)定的平衡，在它附近還存在另一個(gè)平衡狀態(tài)，此時(shí)一旦有微小擾動(dòng)，平衡形式就會(huì)發(fā)生質(zhì)變，由基本平衡狀態(tài)屈曲后到達(dá)新的平衡狀態(tài)，所以這種屈曲被稱為分枝點(diǎn)屈曲。 極值點(diǎn)屈曲：如果結(jié)構(gòu)存在初始缺陷，并考慮結(jié)構(gòu)的非線性性能，當(dāng)外荷載增大到臨界荷載Pcr以后，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)變

17、為使荷載保持不變，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大位移。,（a）分枝點(diǎn)屈曲 （b）極值點(diǎn)屈曲,3.3屈曲分析,（1）線性屈曲分析 線性屈曲分析用來預(yù)測(cè)一個(gè)理想線性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強(qiáng)度，無須進(jìn)行復(fù)雜的非線性分析，即可獲得結(jié)構(gòu)的臨界荷載和屈曲模態(tài)，并可為非線性屈曲分析提供參考荷載值。 （2）非線性屈曲分析 考慮初始缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)理論屈曲強(qiáng)度的影響，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于大撓度理論的非線性屈曲分析。 非線性有限元增量方程的最基本的求解方法是牛頓拉斐遜法（Newton Raphson Method）或修正的牛頓拉斐遜法（Modified Newton Raphson Method）?；谶@個(gè)基本方法，形成比較有參考價(jià)值而又行之有效的

18、一種方法即等弧長(zhǎng)法（Arc Length Method）。,3.3屈曲分析,結(jié)構(gòu)在某一特定平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性能可以由它當(dāng)時(shí)的切線剛度矩陣來判別：正定的切線剛度矩陣對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)；非正定的切線剛度矩陣對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)；而奇異的切線剛度矩陣則對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)的臨界狀態(tài)。,極值點(diǎn)判別一 極值點(diǎn)判別二 極值點(diǎn)判別三,3.3屈曲分析,單層網(wǎng)殼以及厚度小于跨度1/50的雙層網(wǎng)殼均應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算 全過程分析 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可按考慮幾何非線性的有限元分析方法（荷載-位移全過程分析）進(jìn)行分析，分析中可假定材料保持為線彈性。其全過程分析可按滿跨均布荷載進(jìn)行，圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)補(bǔ)充考慮半跨活荷載分布。

19、分析時(shí)應(yīng)考慮初始幾何缺陷的影響，并取結(jié)構(gòu)的最低階屈曲模態(tài)作為初始缺陷分布模態(tài)。其最大值可按容許安裝偏差采用，但不小于網(wǎng)殼跨度的1/300。 K安全系數(shù)，當(dāng)按彈塑性全過程分析時(shí)，安全系數(shù)可取2.0；當(dāng)按彈性全過程分析、且為單層球面網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼和橢圓拋物面網(wǎng)殼時(shí)，安全系數(shù)可取4.2。,3.4提高穩(wěn)定性措施,（1）優(yōu)化網(wǎng)殼的曲面形狀及曲率 在滿足建筑造型的條件下，選擇對(duì)缺陷不敏感的曲面形狀和矢跨比。對(duì)于周邊支承的網(wǎng)殼，較大矢跨比的反向曲面較為經(jīng)濟(jì)合理。 （2）選擇合理的網(wǎng)格體系和網(wǎng)格密度 三角形網(wǎng)格面內(nèi)剛度大；網(wǎng)格密度應(yīng)以桿件的失穩(wěn)不早于網(wǎng)殼整體失穩(wěn)為原則；結(jié)構(gòu)整體不應(yīng)有明顯的剛度薄弱區(qū)域。 （3

20、）選擇合理的節(jié)點(diǎn)連接方式 剛性節(jié)點(diǎn)利于整體穩(wěn)定，但大矢跨比的網(wǎng)殼，在剛性邊界節(jié)點(diǎn)處需要規(guī)格較大的桿件，否則可能出現(xiàn)顯著的局部邊界屈曲效應(yīng)。 （4）選擇合理的桿件材料 桿件材料彈性模量E大，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)剛度大，受荷載作用變形小，整體穩(wěn)定性高。另外，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，采用閉口截面桿件利于穩(wěn)定，當(dāng)采用矩形鋼管時(shí)，長(zhǎng)邊應(yīng)垂直于結(jié)構(gòu)曲面。,3.4提高穩(wěn)定性措施,（5）結(jié)構(gòu)剛度分布合理 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體等效剛度與桿件規(guī)格、網(wǎng)格體系、結(jié)構(gòu)層數(shù)有關(guān)。大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)宜采用雙層結(jié)構(gòu)體系。 （6）合理的支座約束 支座約束包括：支座數(shù)量、布置方式、約束方向、約束剛度。對(duì)于大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，周邊支承比點(diǎn)支承穩(wěn)定性高；樹狀支撐比單柱

21、支撐穩(wěn)定性高；支座約束剛度大穩(wěn)定性高。大跨度網(wǎng)殼的支座布置應(yīng)均勻，且每個(gè)主肋下均應(yīng)設(shè)置支座。 （7）采用不同結(jié)構(gòu)體系的組合 大跨度拱支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；斜拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)；單雙層網(wǎng)殼。,內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,4.1抗震分析,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平與豎向振型，與矢跨比有關(guān)。 抗震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，矢跨比大于或等于1/5時(shí)，水平抗震驗(yàn)算；當(dāng)矢跨比小于1/5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。在抗震設(shè)防烈度為8度或9度的地區(qū)，對(duì)各種網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。 采用振型分解反應(yīng)譜法，計(jì)算時(shí)宜至少取前2530個(gè)振型。 對(duì)于

22、體型復(fù)雜或重要的大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)需要取更多振型進(jìn)行效應(yīng)組合，并可應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算。應(yīng)根據(jù)建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于二組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線。 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析需分兩階段進(jìn)行。 第一階級(jí)為多遇地震作用下的分析。彈性時(shí)程分析。 第二階段為罕遇地震作用下的分析。網(wǎng)殼在罕遇地震作用下處于彈塑性階段，應(yīng)作彈塑性時(shí)程分析，用以校核網(wǎng)殼的位移以及是否會(huì)發(fā)生倒塌。,內(nèi)容,1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式 2、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 4、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析 5、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌失效機(jī)理,5.1定義,連續(xù)倒塌(Progressive Collapse)定義為：初始的局

23、部破壞在構(gòu)件之間發(fā)生連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的倒塌或是發(fā)生與初始局部破壞不成比例的結(jié)構(gòu)大范圍倒塌。而引起局部破壞的意外荷載一般由自然災(zāi)害和人為失誤兩類因素造成，通常包括爆炸、撞擊、火災(zāi)大風(fēng)、地震、異常降雪、施工誤差、基礎(chǔ)沉降等。 建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌控制與設(shè)計(jì)的基本思想： （1）減小結(jié)構(gòu)遭受突發(fā)事件的影響； （2）加強(qiáng)局部構(gòu)件或連接對(duì)減小結(jié)構(gòu)遭受突發(fā)事件的影響； （3）提高結(jié)構(gòu)抵抗連續(xù)性倒塌的能力應(yīng)著眼于結(jié)構(gòu)的整體性能或者說魯棒性能； （4）考察各類結(jié)構(gòu)體系發(fā)生連續(xù)性倒塌的機(jī)理和能力特征。,5.2分析方法,（1）拉結(jié)力設(shè)計(jì)法 拉結(jié)力設(shè)計(jì)即要求構(gòu)件和連接滿足最低的抗拉強(qiáng)度要求，且各相連構(gòu)件形成的傳

24、力路徑必須是直線的和連續(xù)的。 內(nèi)部拉結(jié)力，主要由梁或樓板承擔(dān)，可根據(jù)發(fā)揮梁懸鏈線效應(yīng)或樓板薄膜效應(yīng)的要求確定； 周邊拉結(jié)力，主要由周邊大梁承擔(dān)，可用以錨固內(nèi)部拉結(jié)的大梁或樓板； 對(duì)邊柱或邊墻的水平拉結(jié)力，除滿足內(nèi)部拉結(jié)力要求外，還應(yīng)承受一定的懸掛拉力； 豎向拉結(jié)力，由上下連續(xù)貫通的柱子承擔(dān)，要求能夠承受與其軸壓力相等的拉力。,框架結(jié)構(gòu)的拉結(jié)力設(shè)計(jì)示意,5.2分析方法,（2）變換荷載路徑法（Alternative Path-AP） 變換荷載路徑法：通過假定結(jié)構(gòu)中某主要構(gòu)件（高敏感性構(gòu)件）失效，即在計(jì)算過程中將其從結(jié)構(gòu)中“刪除”，以此模擬結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，分析剩余結(jié)構(gòu)在原有荷載作用下發(fā)生內(nèi)力重分布

25、后能否形成“搭橋”能力，即是否能夠形成新的荷載傳遞路徑，從而判斷結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌。,變換荷載路徑法中柱子的刪除,5.2分析方法,AP法定義中，初始局部破壞引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化，即承載力對(duì)于桿件移除前后的靈敏程度被定義為敏感性指標(biāo)，結(jié)構(gòu)敏感性與結(jié)構(gòu)冗余特性是成反比的，由下式表示：,冗余度可以被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)抵抗連續(xù)倒塌的能力。如果結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，即結(jié)構(gòu)的某個(gè)構(gòu)件由于意外荷載的作用而突然消失，理想的結(jié)構(gòu)應(yīng)該仍然能夠繼續(xù)承擔(dān)荷載，而不至于連續(xù)倒塌，但結(jié)構(gòu)在桿件去除后的極限承載力會(huì)有所降低，據(jù)此提出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件冗余度的計(jì)算公式：,5.2分析方法,（3）動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析法 結(jié)構(gòu)在偶然荷載作用下發(fā)生的連

26、續(xù)倒塌是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，當(dāng)結(jié)構(gòu)局部發(fā)生破壞、一些構(gòu)件失效喪失承載力后，其幾何構(gòu)成和邊界條件發(fā)生突變而振動(dòng)，從而使剩余結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力、變形和剛度重分布。本質(zhì)上，結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌是一個(gè)動(dòng)力過程，同時(shí)結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌也必然伴隨著非線性，因此合理地考慮動(dòng)力效應(yīng)和非線性是進(jìn)行抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)和評(píng)估的難點(diǎn)和關(guān)鍵所在。 對(duì)抗連續(xù)倒塌動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析則能很好的解決這些問題。,5.3工程實(shí)例,（1）模型及基本假定 以北京老山自行車館雙層球面網(wǎng)殼為例，結(jié)構(gòu)為雙層球面網(wǎng)殼，設(shè)置有環(huán)桁架。柱頂支承跨度133.06 m，矢高14.69 m，矢跨比約1/10，網(wǎng)殼厚度2.8 m，為跨度的1/47.5。結(jié)構(gòu)共8364根桿件，均采用345C圓鋼管。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)，柱頂采用鋼管相貫節(jié)點(diǎn)，柱腳采用鑄鋼球鉸節(jié)點(diǎn)。,雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)示意圖,5.3工程實(shí)例,分析模型采用雙線性材料模型；將焊接空心球節(jié)點(diǎn)重量折合進(jìn)材料密度中，折算后鋼材密度取9420 kg/m3；屈服強(qiáng)度取345 N/mm2（桿件序號(hào)1-7）和335 N/mm2（桿件序號(hào)8、9），彈性模量為2.06105 N/mm2，泊松比為0.