地震作用下单层球面网壳动力特性及设计适用原则.pdf免费

笫九届伞国现代结构工程学术研讨会 地震作用下单层球面网壳动力特性 及设计适用原则 任彰芳 罗尧治 (宁波工业建筑设计研究院有限公司，宁波315000)(浙江大学空间结构研究中心。杭州310058) 提要：网壳结构的频谱密集，振型复杂，采用振型分解反应谱法对网壳结构的抗震性能进行分析。采用自编程序对K8型 单层球面网壳进行大规模的动力响应参数分析，得出K8型球面网壳在抗震设计中起控制作用的是水平地震作用还 是竖向地震作用，得出了一些适用于实际设计的结论，使得设计人员在结构选型和初步设计时有一定的参考价值。 关键词：网壳结构，地震作用，自振频率，地震内力系数 ．‘i。-|一 一、刖舌 网壳结构由于其自身结构形式的多样性、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等特点，其总的趋势是 跨度越来越大。然而正是由于这一结果将使动力问题愈来愈不容忽视。以往的研究主要侧重在网壳的静力 稳定性，而人们对该种结构的抗震规律性认识不够，远未达到对平板网架和多高层结构的抗震认识程度。 网壳结构在风、地震及某种难以预见的冲击等动力荷载作用下，也可能会屈曲失稳，甚至引起倒塌。网壳 结构作为一种实际的缺陷敏感性结构，地震作用是网壳结构可能遭受的最主要的动力荷载。网壳结构在地 震作用下的响应问题属于多自由度复杂体系的非线性问题。随着计算机硬件和软件的飞速发展，为人们进 一步认识网壳结构的抗震规律提供了有利客观条件。 本文就单层球面网壳结构凯威特型(简称K型)，以一般常见的K8型球面网壳为研究对象，通过在不 情况下，利用有限元计算程序ANSYS软件，对该网壳结构进行大量的参数分析，并且对该网壳结构的静内 力和动内力进行比较和对《网壳结构技术规程》中4．4．1条提到的在设防烈度为7度的地区，网壳结构 可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。在设防烈度为8，9度地区必须进行网壳结构水平和 竖向抗震计算进行了进一步的讨论和深化，使得设计人员在结构选型和初步设计时提供参考指导。 网壳结构自振特性分析 结构在地震作用下的动力稳定性不仅与地震波的大小及其随时间的变化规律有关，而且还取决于结构 本身的自振特性。研究这种自振运动是对结构进行地震效应分析等一切动力响应的前提。结构的自振特性 主要是指自振频率、周期和振型。 用／kNSYS开发的语言编制了相应的命令流，实现了对单层球面网壳的自动建模。控制一个球面网壳的 主要几何参数有：球面的半径尺，跨度S。布置参数有：杆件布置沿环向循环对称分布的对称区域个数、 节点圈数Ⅳ。对于每一个节点可以利用控制参数确定它们的位置。 如图l所示，根据跨度和球面半径几何尺寸，可以确定节点所对应的球坐标角度岛： 工业建筑2009增刊 449 第九届全国现代结构工程学术研讨会 、 ＼ ／＼ 厂力／ ＼ Y l 跨j罗一l 图1 球面网壳参数几何尺寸示意图 图2球面网壳中使用的坐标系 吼=tan一1(s，再丽) 单层球面网壳建模是以空间坐标系的Z轴为对称轴，以坐标系原点为球心，设球壳上有一点为M，在 计算MANION，选用球面坐标(尺，包，岛)表示。如图l所示，设原点D到M点的长度为尺，尺也是球 何关系得到球面坐标节点计算公式如下： Xf=Rsin(Oi)cos(fls)鬈=Rsin(8／)sin(fls)zf=Rcos(O,) 式中，包为以Z轴为对称轴0M为母线的转角；层为0M在XOY面上的投影与x轴形成的夹角； i=1，2，…，Ⅳ；J=1，2，…，KX‘ 对于第l圈的节点来说， 谚：上R