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第十届全同现代结构I：程学术研讨会 拱壳杂交结构稳定性研究进展 高 阳，石永久，施刚，王元清 土木工程安全与耐久教育部重点实验室，清华大学土木工程系，北京100084 提要： 拱结构和网壳结构的稳定性问题足结构设计分析中不可忽略的一项内容，有时甚至成为控制因素。目前对于这两 类结构的稳定性研究已经十分深入，不论是理论研究、试验研究还是有限元分析，都有许多的文献资料可供参考。 而大量工程的实际应用也为此提供了丰富的实践经验。但对于新型的拱壳杂交结构体系，由于没有相应的规范规 定，稳定性研究还仅局限于工程实例分析。拱和网壳杂交结构形式多样：壳体曲面复杂，拱的形式和材料各异， 既有实腹拱，又有桁架拱；既有钢筋混凝土拱，又有纯钢拱。本文总结了目前对于此类杂交结构稳定性的研究现 状，介绍了现有的一些拱壳杂交结构工程实例及其稳定性问题的分析方法，指出了其中存在的问题，并为找出一 种合理而有效的方法来处理这类杂交结构的稳定性问题指明了研究的方向。 关键词： 拱壳杂交结构：拱支阀壳；局部双层网壳：稳定性；工程实例 一、引言 杂交结构是由不同类型的结构进行优化组合形成的一种新的结构体系。它的最大优点是充分利用某类 结构的长处来抵消另一种与之组合的结构的短处。杂交结构的类型有许多种，本文着重讨论其中的拱壳杂 交结构。由于网壳的曲面形状可能随着建筑师的创意而千变万化，拱的材料既可以选择钢筋混凝土，也可 以选择钢材，而对于钢拱，则既有实腹拱，又有桁架拱。因而可将拱壳杂交结构分为钢筋混凝土拱壳杂交 结构、实腹拱壳杂交结构、桁架拱壳杂交结构三类进行讨论。 拱壳杂交结构是由拱与网壳结构杂交而成的一种新型结构体系，目前的应用十分有限。拱壳杂交结构 利用了拱结构整体刚度大、稳定性好的特点，使网壳结构在变形后内力重分布，从而提高了结构出现整体 失稳时的承载力。此外，拱的存在使整网壳被划分为若干小的区段，从而使网壳结构的整体稳定问题转化 为局部区段的稳定性问题，局部区域的失稳不易扩散至整个结构，降低了网壳结构对缺陷的敏感性。同时。 网壳结构对拱结构的稳定，特别是侧向稳定，也有所帮助。因此，拱壳杂交结构的整体性较强，两种结构 形式均可以充分发挥各自的潜力，既增加了结构跨度，又在一定程度上提高了经济效益。 目前对于拱和网壳结构各自稳定性的研究都已经十分成熟，但对这种新型杂交结构的稳定性研究尚未 形成统一的理论。本文总结了现有的对这种杂交结构稳定性的研究，介绍了一些拱壳杂交结构的工程实例 及其稳定性问题的处理方法，并在此基础上提出了对于拱壳杂交结构稳定性研究的初步设想。 拱壳杂交结构体系 目前，专门研究拱壳杂交结构体系的稳定性研究文献很少，虽然有少量工程采用了该类结构，但对其 稳定性的研究成果仅局限于工程本身。下面将着重介绍见于目前文献中对于拱壳杂交结构的研究。 一 拱支网壳13--91 同济大学沈祖炎、李元齐较早地提出了拱支网壳结构，并对其稳定性进行了一些研究。文献【3】认为， 相对于要求纯网壳结构的每一个节点都具有较小的初始几何缺陷，要求拱支网壳结构中拱结构具有较小的 工业建筑2010增刊 801 第十届全国现代结构[程学术研讨会 初始儿何缺陷显然婪容易实现得多。闲而初始缺陷土要发生在网壳结构L。井据此世想将拱壳杂交结构的 稳定问题分为州步：结构的整体稳定应由其中的拱结构控制，而局部稳定问题则可对支撑于拱结构及部分 边界上的埘部网壳结构进行分析。根据研究果还提出了基于稳定性的拱支网壳设计方法。 同时迁建立r人跨度拱支网壳结构的弹颦性分析理论，并用FORTRAN语言编制了相应的结构分析程序 ㈨。在球面网壳的基础上，提出了两种具有代表性的拱立网壳结构模型 同I 。运用所编程序进行了力学性 能等的比较，井对这三种结构进行了试验研究n…·。 a 纯单层网壳 b 交叉拱支网壳 c 拱支拉索网壳 图1李元齐等人的研究模型 研究结果表明： 1 拱立网壳结构的极限承载力有所提高。本例中．两