網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析1荷載作用2分析方法3網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析1．永久荷載2．可變荷載（風(fēng)、雪等）3.溫度作用

地震作用§1荷載作用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的荷載作用與網(wǎng)架類似，主要有：

主要差別在于風(fēng)荷載和地震作用1）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載確定根據(jù)荷載規(guī)范，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

—當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：

風(fēng)振系數(shù)×體型系數(shù)×高度變化系數(shù)×基本風(fēng)壓—當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)：

陣風(fēng)系數(shù)×局部體型系數(shù)×高度變化系數(shù)×基本風(fēng)壓風(fēng)載體型系數(shù)的確定方法查規(guī)范風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)值風(fēng)洞模擬拱形屋面的風(fēng)載體型系數(shù)風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算

高層、高聳、大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)：T1>0.25s

一般建筑物：高度大于30m且高寬比大于1.5

廠房：跨度大于36m

按隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行時(shí)域或頻域分析。注意，荷載規(guī)范公式不適用，需進(jìn)行專門分析。風(fēng)振計(jì)算的條件：風(fēng)振計(jì)算的方法：在抗震設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，當(dāng)網(wǎng)殼矢跨比≥1/5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算；當(dāng)矢跨比<1/5時(shí)，應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算對(duì)于8度以上地區(qū)的各種網(wǎng)殼，均應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算2）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算

第一階段：多遇地震作用分析網(wǎng)殼在多遇地震時(shí)應(yīng)處于彈性階段，因此應(yīng)作彈性時(shí)程分析，根據(jù)求得的內(nèi)力按荷載組合的規(guī)定進(jìn)行桿件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗震分析需分兩階段進(jìn)行：

第二階段：罕遇地震作用分析網(wǎng)殼在罕遏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?！?分析方法

網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)通常采用剛性連接，能傳遞軸力和彎矩，因而是比網(wǎng)架階數(shù)更多的高次超靜定結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分析方法有：（1）平面拱計(jì)算法（2）擬殼法（3）有限元法方法一：平面拱計(jì)算法

對(duì)于有拉桿或落地的柱殼，可在縱向切出單元寬度，按雙鉸拱或無鉸拱計(jì)算；對(duì)于肋環(huán)形球殼，在軸對(duì)稱荷載作用下，可按具有水平彈性支承的平面拱計(jì)算，彈性支承的剛度由環(huán)向桿件的剛度及其所在位置確定。方法二：擬殼法

將格構(gòu)式的球面、柱面網(wǎng)殼比擬為連續(xù)的實(shí)體球面、柱面薄殼。

按彈性薄殼理論分析求得殼體的內(nèi)力和位移，再根據(jù)應(yīng)力值折算為球面或柱面網(wǎng)殼的桿件內(nèi)力，此法須經(jīng)過連續(xù)化再離散化的過程。

雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分析方法與平板網(wǎng)架基本相同，計(jì)算模型也是采用空間桁架位移法。

單層網(wǎng)殼應(yīng)采用空間梁系有限元法分析。方法三：有限元法

將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)離散為各個(gè)單元，分別求得各單元?jiǎng)偠染仃嚰敖Y(jié)構(gòu)的總剛度矩陣，根據(jù)邊界條件修正總剛度矩陣后求解基本方程，以得到各單元節(jié)點(diǎn)的位移進(jìn)而得到桿件的內(nèi)力。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的分析不僅僅是強(qiáng)度分析，還包括剛度和穩(wěn)定性。在某些條件下，結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性甚至比強(qiáng)度更為重要。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般僅對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度提出控制性要求，但對(duì)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)還應(yīng)進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)。

途徑是在既定荷載下，通過結(jié)構(gòu)外形設(shè)計(jì)及剛度分配，來控制結(jié)構(gòu)力流的導(dǎo)向。矢跨比F/S與耗鋼量W的關(guān)系跨度S與耗鋼量W的關(guān)系

影響網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的因素很多，主要有：結(jié)構(gòu)的幾何外形、荷載類型及邊界條件等。§3網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析§3網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析一、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的概念

結(jié)構(gòu)因微小干擾而失去原有平衡狀態(tài)，并轉(zhuǎn)移到另一新的平衡狀態(tài)，即為失穩(wěn)。穩(wěn)定平衡隨遇平衡不穩(wěn)定平衡生活中的穩(wěn)定問題結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題的類型（1）

按平衡路徑：分支型、極值型、越躍型結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題的類型（2）

按作用類型：靜力失穩(wěn)、動(dòng)力失穩(wěn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)問題的類型（3）

按破壞部位：局部失穩(wěn)、整體失穩(wěn)

失穩(wěn)破壞具有隱蔽性、突發(fā)性和連鎖性，是工程結(jié)構(gòu)（特別是鋼結(jié)構(gòu)）倒塌的主要原因之一。二、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)類型拱的失穩(wěn)整體失穩(wěn)網(wǎng)殼失穩(wěn)局部失穩(wěn)波狀失穩(wěn)條狀失穩(wěn)點(diǎn)失穩(wěn)桿件失穩(wěn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)極值點(diǎn)失穩(wěn)分枝失穩(wěn)極值路徑分枝路徑

極值點(diǎn)失穩(wěn)—屈曲前后的位移形態(tài)一致，即平衡路徑唯一但結(jié)構(gòu)發(fā)生幾何軟化分枝失穩(wěn)—屈曲前后的位移形態(tài)不一致，即具有多條平衡路徑，平衡狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移。24/581.非線性連續(xù)化理論方法(擬殼法)

關(guān)鍵是網(wǎng)殼等代剛度的確定，僅對(duì)少數(shù)特定的殼體(例如球殼)能得出較實(shí)用的公式

無法反映實(shí)際網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的不均勻構(gòu)造和各向異性的特點(diǎn)

無法考慮不同荷載分布的影響三、網(wǎng)殼穩(wěn)定性分析方法25/582.模型試驗(yàn)方法

耗費(fèi)時(shí)間，并且成本昂貴

無法考慮不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響26/583.非線性有限元——荷載-位移全過程分析

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進(jìn)行分析，迭代方程為：Kt——t時(shí)刻結(jié)構(gòu)的切線剛度矩陣

U(i)——當(dāng)前位移的迭代增量Ft+t——t+t時(shí)刻外部施加的節(jié)點(diǎn)荷載向量Nt+t——t+t時(shí)刻相應(yīng)的桿件節(jié)點(diǎn)內(nèi)力向量27/58荷載-位移全過程分析的特點(diǎn)

可以精確反映結(jié)構(gòu)性能隨荷載變化的全貌

可以分析不同類型、不同網(wǎng)格、不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同荷載分布等多種情況

對(duì)工程設(shè)計(jì)人員而言比較復(fù)雜，較難掌握A=27.49cm2Ix=2106cm4Iy=1053cm4Ix=1053cm4E=2.1X105MPaG=8.5MPa28/58四、影響網(wǎng)殼穩(wěn)定性的因素1）非線性效應(yīng)包括幾何非線性和材料非線性對(duì)于單層網(wǎng)殼，幾何非線性的影響較大；對(duì)于雙層網(wǎng)殼需要考慮雙重非線性；對(duì)于大跨度網(wǎng)殼，幾何非線性影響明顯；對(duì)于小跨度網(wǎng)殼，材料非線性影響增大。29/582）初始缺陷單層網(wǎng)殼屬缺陷敏感性結(jié)構(gòu)，其臨界荷載可能會(huì)因極小的初始缺陷而大大降低。對(duì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，初始缺陷主要表現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)的幾何偏差。思考：對(duì)于桿件初始缺陷如何解決？30/583）曲面形狀雙曲型曲面優(yōu)于單曲型曲面雙曲拋物面的穩(wěn)定性最好4）結(jié)構(gòu)剛度剛度與結(jié)構(gòu)形狀、網(wǎng)格拓?fù)?、網(wǎng)格密度、桿件截面等多種因素有關(guān)結(jié)構(gòu)剛度越大抗失穩(wěn)能力越強(qiáng)31/586）荷載分布非對(duì)稱荷載是導(dǎo)致網(wǎng)殼失穩(wěn)的重要原因5）節(jié)點(diǎn)剛度節(jié)點(diǎn)的嵌固作用對(duì)網(wǎng)殼穩(wěn)定性影響很大計(jì)算采用鉸接假定偏于安全7）邊界條件約束數(shù)量、約束方向、約束剛度不僅影響穩(wěn)定承載力還影響失穩(wěn)模態(tài)五、規(guī)程關(guān)于網(wǎng)殼穩(wěn)定性驗(yàn)算的規(guī)定1.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。

單層網(wǎng)殼和厚度較小的雙層網(wǎng)殼均存在總體失穩(wěn)(包括局部殼面失穩(wěn))的可能性；設(shè)計(jì)某些單層網(wǎng)殼時(shí)，穩(wěn)定性還可能起控制作用，因而對(duì)這些網(wǎng)殼應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

鞍形網(wǎng)殼可不考慮失穩(wěn)問題，建議采用結(jié)構(gòu)整體剛度驗(yàn)算來代替穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.網(wǎng)殼的穩(wěn)定性可按考慮幾何非線性的有限元法(荷載一位移全過程分析)進(jìn)行計(jì)算

可假定材料為彈性，也可考慮材料的彈塑性。對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，宜考慮材料彈塑性。球面網(wǎng)殼可按滿跨均布荷載進(jìn)行分析，柱面和橢圓拋物面網(wǎng)殼應(yīng)考慮半跨活荷載分布情況。分析時(shí)應(yīng)考慮初始幾何缺陷的影響，缺陷分布可采用結(jié)構(gòu)的最低階屈曲模態(tài)，缺陷最大值可取網(wǎng)殼跨度的1/300。

由網(wǎng)殼全過程分析求得的第一個(gè)臨界點(diǎn)處的荷載值，可作為該網(wǎng)殼的穩(wěn)定極限承載力Pcr，則網(wǎng)殼的穩(wěn)定容許承載力標(biāo)準(zhǔn)值為K——安全系數(shù)按彈塑性全過程分析時(shí)，K＝2.0

按