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浅谈预应力网壳结构的性能分析
作者：符丽婷
来源：《城市建设理论研究》2014年第02期
摘要：预应力网壳结构是一种新型的空间结构，它在普通网壳结构中增设拉索并施加预应力以改善结构的受力性能，比传统的网壳结构具备跨越更大空间的能力，而且在同等设计条件下其用钢量比普通网壳结构有大幅度地节省。预应力网壳是一种具有良好应用前景的大跨度结构体系，因此对其进行深入的分析研究具有十分重要的意义。
关键词：预应力网壳预应力节点分析方法
中图分类号： TU378.1 文献标识码： A
1.1 网壳结构分析
1.1.1 网壳结构的计算模型
网壳结构分析的目的是为了计算结构在荷载作用和边界约束条件下的变形和杆件的内力，以及提供杆件、节点设计和结构变形控制的数值依据。对于网壳结构来说，结构分析的计算模型根据其受力特点和节点构造形式通常可分为两种：空间梁单元模型和空间杆单元模型。单层的网壳结构采用梁单元模型，双层的网壳结构采用杆单元模型[1]。
1.1.2 网壳结构分析方法
由于网壳是由多根杆件连接而成的高次超静定结构，其节点通常设计为刚性连接，起到传递轴力和弯矩的作用。网壳结构的分析计算方法有如下三种：
(1)平面拱计算法。对于有拉杆或落地式的网状筒壳，可在纵向切出单元宽度，按双铰或
无铰拱计算；对于肋形网状球壳及不计斜杆作用的施威德勒型网状球壳，在轴对称荷载作用下，按具有水平弹性支撑的平面拱计算，弹性支撑的刚度可由环向杆件的刚度及其所在位置确定。
(2)拟壳法。是将离散体的网壳比拟为连续壳体，由能量原理确定壳体的等代薄膜刚度和
抗弯刚度，进而按各向异性或等代为正交异性壳体或各向同性壳体的基本理论，建立基本微分方程式进行计算，待求出内力后再代回求出网壳杆件内力。这种由离散等代为连续，再由连续等代为离散的过程要损失一些计算精度，因此该法是近似的计算方法，只能近似地计算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性，而且往往也只能适用于某种特定的结构形式。所以这种方法是有较大的局限性的。但在工程应用中，有时候这种近似的方法却是很方便的。采用拟壳法进行结构分析时可以运用比较成熟的薄壳理论即使不依靠计算机也能近似求出网壳的内力，而且采用拟壳法更利于设计人员理解网壳结构的受力性能。
索结构应用技术 5.9.1 技术内容 （1）索结构的设计 进行索结构设计时，需要首先确定索结构体系，包括结构的形状、布索方式、传力路径和支承位置等；其次采用非线性分析法进行找形分析，确定设计初始态，并通过施加预应力建立结构的强度与刚度，进行索结构在各种荷载工况下的极限承载能力设计与变形验算；；然后进行索具节点、锚固节点设计；最后对支承位置及下部结构设计。 （2）索结构的施工和防护 索结构的预应力施工技术可分为分批张拉法和分级张拉法。分批张拉法是指：将不同的拉索进行分批，执行合适的分批张拉顺序，以有效的改善张拉施工过程中结构中的索力分布，保证张拉过程的安全性和经济性。分级张拉法是指：对于索力较大的结构，分多次张拉将拉索中的预应力施加到位，可以有效的调节张拉过程中结构内力的峰值。实际工程中通常将这两种张拉技术结合使用。 目前索结构多采用定尺定长的制作工艺，一方面要求拉索具有较高的制作精度，另一方面对拉索施工过程中的夹持和锚固也提出了较高的要求。索结构的夹持构件和索头节点应具有高强度/抗变形的材料属性，并在安装过程中具有抗滑移和精确定位的能力。
索结构还需要采取可靠的防水、防腐蚀和防老化措施，同时钢索上应涂敷防火涂料以满足防火要求，应定期检查拉索在使用过程中是否松弛，并采用恰当的措施予以张紧。 5.9.2 技术指标 （1）拉索的技术指标 拉索采用高强度材料制作，作为主要受力构件，其索体的静载破断荷载一般不小于索体标准破断荷载的95%，破断延伸率不小于2%，拉索的的设计强度一般为0.4～0.5倍标准强度。当有疲劳要求时，拉索应按规定进行疲劳试验。此外不同用途的拉索还应分别满足《建筑工程用索》和《桥梁缆索用热镀锌钢丝》GB/T17101、《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224、《重要用途钢丝绳》GB8918等相关标准。拉索采用的锚固装置应满足《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370及相关钢材料标准。 （2）设计技术指标 索结构的选型应根据使用要求和预应力分布特点，采用找形方法确定。不同的索结构具有不同的造型设计技术指标。一般情况下柔性索网结构的拉索垂度和跨度比值为1/10~1/20，受拉内环和受压外环的直径比值约为1/5~1/20，杂交索系结构的矢高和跨度比值约为1/8~1/12。 （3）施工技术指标 索结构的张拉过程应满足《索结构技术规程》JGJ257要
碳纤维索网与钢索网结构的刚度与内力对比分析 李佳1，赵薇薇2，3，王长燕2，3 1 辽宁工程技术大学土木建筑工程学院，辽宁阜新（123000） 2 中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊（065000） 3 北京凯盛建研建材工程设计有限责任公司，北京（100024） 摘要：索网结构能充分利用材料的抗拉强度、跨越较大空间等优点，但是钢索自重大，强度较低。而碳纤维索(CFCC)具有耐久性好、抗腐蚀、自重轻、富有柔性、高强度等优点，而且徐变和松弛等重要指标均优于钢索。本文用碳纤维索代替钢索，得出在刚度上碳纤维索网高于钢索网，虽然碳纤维索网结构比钢索网结构的内力大，但是CFCC的抗拉强度是钢索的1. 5倍，预应力是索网结构中至关重要的因素，但预应力增加到一定程度，对结构刚度的影响就不是很明显了。 关键词：碳纤维索；鞍形索网；预应力；刚度 1. 引言 碳纤维索(carbon fiber composite cable , CFCC)是一种很有应用前景的材料。已有一些学者对它的使用价值进行了分析，从经济性和抗风性讨论了CFCC的应用可能性[1]，文献[2]中介绍了碳纤维复合材料在土木建筑结构中的应用及其前景。鞍形索网，由于两组索的曲率相反，因此可以对其中任意一组或同时对两组索进行张拉，在索网中建立起预张力。预张力加到足够大时，鞍形索网便具有很好的形状稳定性和刚度，在外加荷载作用下，承重索和稳定索共同工作并在两组索中始终保持张紧力。预应力索结构中预应力和结构的刚度具有密切的关系，同时索结构在荷载作用下会产生较大的变形，所以应考虑预应力对结构刚度的贡献。与钢材相比，CFCC具有耐久性好、抗腐蚀、自重轻、富有柔性、高强度等优点，而且徐变和松弛等重要指标均优于钢索，弹性模量选择范围大，温度变形小，虽然还存在高价和剪切强度低等缺点，但随着CFCC的产量增加和新的锚固技术开发应用，不少问题已逐渐得到解决，目前应用CFCC代替钢索主要用于桥梁，如文献[3]将碳纤维索应用于大跨度斜拉桥。本文根据碳纤维拉索的特点将其应用到大跨度空间索网结构中，并将其与钢索网在刚度和内力方面进行了对比分析。 2. 预应力索结构的基本方程 索结构的基本方程有如下假定： 2.1 基本假定 （1）索是理想柔性的。 （2）索的受拉工作符合胡克定律。 （3）只考虑小垂度问题，且仅有竖向荷载作用。 （4）两个方向的钢索，即承重索与稳定索之间永远保持接触，能互相传递竖向力的作用。在构造上，常在主、副索的交点处用U形螺栓将两根索连牢。 2.2 预应力索网的基本平衡方程 在连续化理论的基础上，将索网看成是只能在互相正交的两个方向受力，而且在两个方向的弹性性质一般并不相同的薄膜，它是一种由经、纬两个方向纤维织成的平纹布式的特殊
大跨度网壳结构的稳定性分析 xx xxxx 摘要：空间结构是一种倍受瞩目的结构形式，其中网壳结构是近半个世纪以来发展最快、应用最广的空间结构之一。随着大跨度单层网壳结构的不断涌现，其结构重要性不言而喻，结构的稳定性问题尤为突出。本文主要介绍了网壳结构的稳定性问题并以某大跨度球类馆为工程实例，采用非线性有限元法针对承载力计算时的11种工况进行整体稳定计算，考虑了材料和几何非线性，对实际工程进行了第一类和第二类稳定分析，结果表明：该网壳结构的第一类稳定符合相关规范的要求；其第二类稳定性较差。因此，第二类稳定分析应该受到重视。 关键词：网壳结构；稳定性；非线性有限元；大跨度；稳定系数 STABILITY ANALYSIS OF LONG-SPAN LATTICED SHELLS xxx Department of Civil Engineering ,xxx Abstract: Space structure is a very attractive structure system, and the latticed shell is one of the furthest development and the most widely applied space structure in the recent half century. The stability analysis is the key problem in the design of latticed shells, especially in single-layer latticed shells. This paper introduces the stability of latticed shells and a long-span ball gymnasium is adopted as a practical work, and it is analyzed by nonlinear finite element method under the first and the second kinds of stability problems. The holistic calculation aimed at 11 conditions in bearing capacity, material and geometric nonlinearity are considered. The results show that the first kind of stability of this latticed shells accords with the requirements of correlative specifications; the second kind of stability is poorer. Therefore, the analysis of the second kind of stability should be paid attention.. Keywords: latticed shells; stability; nonlinear finite element; long-span; stability factor 1 前言 自20世纪以来，大跨度、大空间的建筑在世界各地得到了迅猛发展。平面结构从技术经济方面讲，很难跨越很大的空间，也很难满足建筑平面、空间和造型方面的要求。解决大跨度建筑结构最具有竞争性的结构就是空间结构，即在荷载作用下，具有三维受力特性并呈空间工作地结构。网壳结构作为空间网格结构的优秀代表，在过去半个多世纪得到了快速发展和广泛应用。它构造简单、轻型化、受力合理、造型优美等优点，深受建筑与结构工作人员的喜爱。 网壳结构是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。网壳结构除广泛用于工业与民用建筑的屋盖和楼层外，还用于形态新颖、功能各异的特种结构，如：塑像骨架、标志结构、各种用途的整个球面网壳结构、高耸塔架、网架墙体、网架桥梁、装饰网架等。 对于网壳结构，稳定性分析是非常重要的，特别是单层网壳结构。稳定性分析的目的是
3D3S\sap200\midas gen 都可以做单层网壳的特征值屈曲分析，ANSYS 还可以做更加接近工程实际情况的非线性屈曲分析，来考虑初始缺陷请问各位老师, 网壳规程要求其承载力大于第一屈曲模态下力的5 倍，即k=5。 那么ansys 和3d3s 分析时如何查询这个K 值？ A: 1、过去k=5，如今的新规程已将k 取为4.2 。具体说明如下：确定系数K 时考虑到下列因素： (1) 荷载等外部作用和结构抗力的不确定性可能带来的不利影响； (2) 复杂结构稳定性分析中可能的不精确性和结构工作条件中的其他不利因素。 对于一般条件下的钢结构，第一个因素可用系数1.64 来考虑；第二个因素暂设用系数1.2 来考虑，则对于按弹塑性全过程分析求得的极限承载力，系数K 应取为1.64*1.2=2.0 。 对于按弹性全过程分析求得的极限承载力，系数K 中尚应考虑由于计算中未考虑材料弹塑性而带来的误差； 对单层球面网壳、柱面网壳和双曲扁网壳的系统分析表明，塑性折减系数cp(即弹塑性极限荷载与弹性极限荷载之比)从统计意义上可取为0.47 ，则系数K应取为1.64*1.2/0.47=4.2 。 对其它形状更为复杂的网壳无法作系统分析，对这类网壳和一些大型或特大
型网壳，宜进行弹塑性全过程分析。 2、假定设计载荷为2kN/m2，可给网壳施加约12kN/m2的载荷，通过载荷- 位移全过程曲线判断临界载荷，假如得出为10kN/m2，则其k=10/2=5。 ①单层网壳以及厚度小于跨度1/50 的双层网壳均应进行稳定性计算； ②网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元法（荷载—位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为弹性，也可考虑材料的弹塑性。对于大型和形状复杂的网壳结构宜采用考虑弹塑性的全过程分析方法； ③球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳除考虑满跨均布荷载外，宜补充考虑半跨活荷载分布的情况。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差的影响，可采用结构的最低阶屈曲模态作为初始几何缺陷分布模态，其缺陷最大计算值可按网壳跨度的 1/300 取值；④按以上②和③条进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数K 后， 即为按网壳稳定性确定的容许承载力（标准值）。对于按弹塑性全过程分析求得的极限承载力，系数K可取为2.0 。对于常见的单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳按弹性全过程分析求得的极限承载力，系数K可取为 4.2 ； 首先请关注一下以上四条。 Q:用ansys 进行稳定性分析，一个是特征值屈曲分析，一个是非线性屈曲
关于索结构——（1）预应力和三种受力状态 徐珂兄在其博客“带座位的体育馆工程设计记录（08）索单元初始张拉力与索内力”中提出了关于拉索初始预拉力的疑问，并在本网站留言，约本人一起参与讨论。这是一个很好的话题，其实也是很多同行在实际工程设计中比较容易弄糊涂的一个问题。借此机会，顺便谈谈我的一点个人拙见，供大家参考。 索结构（或者有拉索的结构）不同于常规结构的地方就是拉索初始预应力对结构整体的刚度贡献。拉索是整体结构中的一根构件，其对结构整体刚度的贡献分为两部分：一是其材料刚度；二是几何刚度；其中，材料刚度像铰接杆件一样，是由于其横截面和材料刚度而产生的，只是由于索的材料比较柔，所以其材料刚度非常小，所以实际分析与设计中是可以忽略不计的。几何刚度是由于拉索中预应力对结构产生的刚度贡献，平常我们讲索对结构的刚度贡献通常就是指这部分刚度。索结构、张弦梁、弦之穹顶等结构体系正是充分利用拉索几何刚度对结构整体刚度的贡献。 那么在实际结构分析中，索的几何刚度怎样实现呢？这里我们不妨给出索结构分析中的三种状态：零状态、预应力状态、荷载状态。这里我不想采用常见专业论文中的术语来描述，那样太容易把大家搅糊涂，所以下面采用我自己的“普通话”来与大家交流。个人认为：（1）零状态就是受力分析时刚建好的模型，在此基础上我们可以得到结构的真实构件布置和受力状态；（2）预应力状态就是结构受外荷载之前的真实状态；这里有一些不同观点，有人认为是对索施加预应力，受力平衡之后的状态。我个人认为应该是平衡预应力之后，并考虑结构自重（甚至是恒载）的状态。（3）荷载状态是在预应力状态的基础上，结构承受外荷载的状态。这三个状态之间的关系为：零状态是找到预应力态的基础和手段；预应力态是荷载态的基础，结构必须在预应力态上才能施加外荷载。 这里我想多讨论一下零状态和预应力态的实际用途和意义。（1）零状态是实际工程设计和施工过程中不存在的一种状态。它只是我们为了得到预应力状态而假定，与预应力状态较为接近的一种拓扑关系。我们的目的是利用它找到预应力状态和预应力分布。所以说，它只是一种处理手法。同一个项目，不同的人计算，就可以利用不同的零状态，但是都可以得到几乎相同的目标——预应力状态。（2）预应力状态是具有实际意义的，它是我们设计的目标，也可以讲是建筑师
网壳结构具体案例分析——国家大剧院 姓名：宋建宇班级：2011级5班学号201101020530 摘要：网壳结构即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为壳，其形成网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。它是以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体坐标进行布置的空间构架，兼具杆系结构和壳体结构的性质，属于杆系类空间结构。与平面网架不同，它的承载力特点为沿确定的曲面薄膜传力，作用力主要通过壳面内两个方向的拉力或压力以及剪力传递。网壳结构兼有薄壳结构和平板网架结构的优点，是一种很有竞争力的大跨度空间结构。关键字：壳体结构、优缺点、未来展望 正文： 国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。国家大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达3.55万平方米，各种通道和入口都设在水面下。 国家大剧院是空间双层网壳结构，这一结构更完整，更纯粹。”大剧院的壳体钢结构总重6750吨，网壳面积3.5万平方米，没有一根立柱支撑，全靠148榀弧型钢梁承重。虽然这一壳体的高、重、大为中华第一，但它同时也是大跨度空间结构中单位用钢量最少的，每平方米不到200公斤，仅为卢浮宫钢结构每平方米用钢的三分之一。如此“轻便”的穹顶大大减少了承重钢梁的压力，建筑物的安全系数将会很高。另外，考虑到风、雪、地震等自然因素，壳体钢结构还体现了柔性设计理念。钢梁接触地面的一端允许相应滑动，整个结构的最大变形度大约为20厘米。 国家大剧院主体建筑钢结构椭球体壳体(以下简称:壳体)为一超大空间壳体，东西长约212m，南北约144m，高约46m。整个钢壳体由顶环梁、梁架构成骨架;梁架之间由连杆、斜撑连接。顶环梁通长采用ф1117.6-25.4THK钢管，中间矩形框采用矩形箱型梁。整个顶环梁长约60m，宽约38m。顶环梁半圆区内搁栅呈放射状分布;矩形框内南北向搁栅采用60m钢板梁，东西向采用ф194钢管，搁栅呈网格状分布。整个顶环梁总重约7O0t。 梁架分为A类(短轴梁架)、B(长轴梁架);A类梁架采用60mm厚钢板制作，B 类梁架采用上下翼缘不等的焊接H型钢。A类梁架共46榀，B类梁架共102榀。斜撑及连杆均采用钢管;短轴梁架之间连杆节点采用铸钢节点连接，长轴梁架连杆采用钢套筒连接。 国家大剧院的结构特点如下: (l)该壳体为一超大型空间结构，结构体量大。整个结构待壳体完全形成后，方为稳定的空间结构，所以保证施工阶段的结构稳定至关重要; (2)该壳体为非正椭圆球体，且壳体内外两球面的椭圆方程并不一样，因而施工中平面、空间定位测量的难度颇大; (3)壳体的主要结构体—梁架(尤其是短轴梁架，侧向厚度仅为60mm)平面外刚度极差，因而构件的起扳、搬运、起吊难度颇大;
网壳结构的稳定性 沈世钊(哈尔滨工业大学哈尔滨150090） 摘要：本文通过荷载-位移全过程分析对各种形式网壳结构的稳定性能进行了深入研究。对复杂结构的全过程分析方法作了探讨，通过所完成的2800余例各式网壳的全过程分析揭示了不同类型网壳结构稳定性能的基本特性，并提出了单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳稳定性承载力的实用计算公式。 关键字：网壳结构稳定性全过程分析非线性有限元分析 一、概述 稳定性分析是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题。国外自70年代以来，国内自80年代中期以来，网壳结构发展异常迅速，其稳定性问题遂成为研究热点领域之一。结构的稳定性可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。传统的线性分析方法是把结构强度和稳定问题分开来考虑的。事实上，从非线性分析的角度来考察，结构的稳定性问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以准确地把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察初始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。 但以前，当利用计算机对复杂结构体系进行有效的非线性有限元分析尚未能充分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时间内，人们不得不求助于连续化理论（"拟壳法"）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。例如文献1-3都提出了关于球面网壳稳定性的计算公式。这种"拟壳法"公式对计算某些特定形式网壳的稳定性承载力起过重要作用。但这种方法有较大的局限性：连续化壳体的稳定性理论本身并未完善，缺乏统一的理论模式，需要针对不同问题假定可能的失稳形态，并作出相应的近似假设；事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定结构的稳定性承载力，并与可能的计算结果相互印证。 随着计算机的发展和广泛应用，非线形有限元分析方法逐渐成为结构稳定性分析中有利工具。近20年来，这一领域的研究工作一直相当活跃，尤其在屈曲后路径跟踪的计算技术方面做了许多有效的探索。由Ricks 和Wempnor 提出并由Crisfield 和Ramn 等人改进的各种弧长法是这方面的一个重要成果，它为结构的荷载-位移全过程路径跟踪提供了迄今仍然是最有效的计算方法卜[4-6]。但对于像网壳这样具有成千自由度的大型复杂结构位系，要实现其荷载-位移全过程分析，并不像文献中通常给出的一些简单算例那么容易。大量计算实践表明，由结构过渡到大型复杂结构的全过程分析，不只是量的变化；在后者情况下，由于计算累计误差的严重影响和减少CPU 时间的迫切意义，仅仅依靠改进路径跟踪方法可能仍然无能为力；为了保证迭代的实际收敛性，本文在非线形有限元分析理论表达式的精确化、灵活的迭代策略、以及计算控制参数的
索网结构介绍 1.1.概述 概述 1.1. 1.1.索网结构 索网结构 1.1.1.单索结构玻璃幕墙是悬索结构点支式玻璃幕墙中的一种类 型，其幕墙玻璃的支承结构为单层平面索网结构，它可以是一个单索网结构单元组成的，也可以由多个单索网结构组成的玻璃幕墙（如图）。 1.1. 2.在玻璃幕墙平面受外部荷载后通过玻璃的连接机构将外部荷载转化成节点荷载P，节点荷载P作用在索网结构上，只要在索网中 有足够的预应力N 和挠度F，就可以满足力学的平衡条件。当P为某 一确定值时，挠度F和预应力N 0成反比。即预应力N 值越大，挠度F 就越小。F=P/N 0。因此挠度F和预应力N 是单层平面索网的两个关键 参数，必须经过试验和计算分析后才能确定。 1.2. 1.2.索网结构的特点 索网结构的特点 1.2.1.拉索在工作状态下必须有较大的挠度，通常挠度控制在 1/40～1/50范围内。 1.2.2.曲面单层索网及双层索系玻璃幕墙自初始预应力状态之后的最大挠度与跨度之比不宜大于1/200。 1.2.3.拉索的伸长
不锈钢索的极限强度t σ约为1100～15002/N mm ，其弹性模量E 约为5521.210~1.310/N mm ××，到达极限强度时其伸长率约为1%～２％。对应的钢索挠度为（1/14～1/18）。 钢索的强度设计值取为600～8002/N mm ，相应地，达到强度设计值时不锈钢的挠度为（1/25～1/32），钢索的伸长小于1%，在允许范围内。 1.2.4.初拉力 钢索在自然状态下是柔软的，难以形成稳定的结构，因此必须施加初拉力使其绷紧，才能具有抵抗法向荷载的能力。初拉力不宜过大，通常在钢索的最小破断力的15%～25%范围内。 初拉力应能使钢索在高温工作仍有一定的剩余拉力。不会因拉索膨胀而松弛；另一方面也应考虑在低温时不会因拉索收缩而使拉力过大。 1.3.1.3.主动索与被动索 主动索与被动索主动索：施工过程中通过主动张拉，控制张拉端索力的建筑用索。被动索：施工过程中事先下料，索力的导入是由于主动索的张拉生成的建筑用索。 定义主动索：在初始状态形状确定过程中，控制杆件初张力。主动索意味着在分析过程中索可以“滑动”，其原始长度可以变化，由张拉端的索力控制。 定义被动索：在初始状态确定过程中，不控制杆件初张力。被动索意味着在分析过程中索的下料原长固定，其索力通过主动索的张拉被动获得。 1.4.1.4.力密度 力密度利用力密度法能立刻求出在一定预应力态时索网结构的空间坐标。所谓力密度，就是索的内力除以索长，即：q=F/l，通过定义力密度，完成索网结构的力密度找形。（只有每一段索的索力相同才可保证找形正确，如果各段索的长度不同，应分开计算，再逐步施加力密度） 2.结构的选型和布置
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例题单层网壳屈曲分析 2 例题. 单层网壳屈曲分析1、概要 此例题将介绍利用MIDAS/Gen做网壳屈曲分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。 该例题的建模利用MIDAS/Gen建模助手中的网壳建模助手，这里不再做介绍。通过该例题希望用户能够了解做网壳屈曲分析的一般步骤和过程。 此例题的步骤如下: 1.打开建好的网壳模型 2.输入荷载工况并施加单位荷载 3.定义屈曲分析控制数据 4.运行分析找到结构基本屈曲模态的屈曲向量 5.考虑规范规定的初始缺陷调整模型 6.给模型施加实际荷载 7.运行结构分析 8.查看屈曲模态和临界荷载系数
2、分析模型与荷载工况 本例题网壳的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。荷载只考虑屋盖作用雪荷载的情况，遇到屋盖作用多种荷载的情况，只需按同样的方法加载即可。(该例题数据仅供参考)，荷载组合可以在后处理模式中输入。 荷载工况 1 – 自重 荷载工况 2 – 屋面恒荷载 2kN 荷载工况 3 – 屋顶活荷载 2kN 图1. 分析模型 3
例题单层网壳屈曲分析 4 3、输入各种荷载 设定荷载工况 在输入荷载之前先设定荷载工况。 1.点击主菜单荷载>静力荷载工况 2.在对话窗口中输入如图2所示的荷载工况 图2. 输入荷载工况 在极限状态 设计法中屋面 活荷载与普通 层的活荷载的 荷载分项系数 不同，故荷载 工况也需单独 输入。
5 输入自重 构件的材料和截面被定义后，程序将根据其体积和比重自动计算结构的自重。通过在自重指令中输入系数可以定义其作用方向。 输入自重的步骤如下。 1. 在功能列表(图3的 )中选择自重 2. 在荷载工况名称选择栏选择‘自重’ 3. 在自重系数的Z 中输入‘-1’ 4. 在操作 选择栏点击键 图3. 输入自重
六、网壳结构的施工安装方法 网壳结构具有刚度大、自重轻、造型丰富美观，综合技术经济指标好的特点，是大跨度、大空间结构的主要结构形式之一我国已建网壳结构工程的施工安装方法归纳起来有以下几种。 （1）高空散装法。一般需采用满堂脚手架作为安装和操作平台来组装网壳结构，该法散件多、且在高空作业，要特别注意节点和杆件的空间定位及焊接节点的焊缝质量。 （2）高空分块安装法。一般采用少量立承架，把在地面上已组装好的小块网壳吊装到设计标高就位，然后与相邻的小块网壳连接成整体。石家庄新华集贸中心营业厅双曲扁网壳的施工安装便采用这一方法。 （3）高空滑移法。可在地面上组装成条状的网壳，吊装后在高空滑移就位并连成整体。也可在网壳一端高空组装一段网壳，滑移后让出该段网壳的组装平台，便可组装第二段网壳并与第一段网壳连成整体，再高空滑移一段距离，再组装一段网壳，如此重复，直至组装最后一段网壳，即完成整个网壳的安装工作。这种网壳的施工安装方法称为高空积累滑移法。北京奥林匹克体育中心综合体育馆的斜拉网壳便采用这种四支点三滑道高空积累滑移法。
（4）整体吊装法。网壳在地面上组装，然后采用把杆或其它起重设备整体吊装就位。如汾阳网架公司铸造车间双曲扁网壳是采用这种安装方法施工的。 （5）整体提升法。网壳在地面上组装，然后采用升板机或其它提升设备把整个网壳提升到设计标高就位。杭州钱江海岸实验室钢筋混凝土联方型圆柱面网壳采用了这种安装方法，提升总重量600t。 七、若干建议和要探索的技术问题 网壳结构在我国的发展和应用历史不长，但已显出有很强的活力，应用范围在不断扩大，是一类方兴未艾的空间结构。多年来，我国在网壳结构的合理选型、计算理论、稳定性分析、节点构造、制作安装、试制试验等方面已做了大量的工作，取得了一批成果，且具有我国自己的特色。但与国外相比，在结构跨度、加工工艺、施工安装方法等方面尚有差距。为使网壳结构在我国能得到进一步的发展和推广应用，赶超国际90年代的先进水平，兹提出如下若干建议和要探索的技术问题。 （1）进一步研究各类网壳稳定性的计算理论和方法、破坏机理和极限承载力，给出实用的临界荷载计算公式，合理选取稳定性安全系数。 （2）在推广应用一般的单、双层网壳结构的同时，应进一步开发和采用组合网壳、斜拉网壳、预应力网壳和局部双层网壳等多种新
浅谈网壳结构的稳定性分析 浅谈网壳结构的稳定性分析 【摘要】稳定性是网壳结构（尤其是单层网壳结构）分析设计中的关键问题。在设计网壳结构时，除了按常规设计规范验算网壳结构构件强度、稳定性及结构刚度外，还应该进行结构整体稳定性以及对初始缺陷的敏感性验算[2]。本文对影响网壳稳定性的因素和研究方法做了综述，从而有助于设计人员对网壳稳定性的研究。 【关键词】网壳；稳定性；缺陷 网壳结构的稳定性能可能从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。结构的失稳（屈曲）类型分为两种：一种是极值点屈曲，另一种是分枝点屈曲，其中分枝点屈曲又分为稳定分枝点屈曲和不稳定分枝点屈曲。 网壳结构根据不同的曲面形式对初始缺陷的敏感程度不同。对初始缺陷敏感的网壳，结构稳定承载力会因为初始缺陷的存在而降低，同时，初始缺陷还会导致分枝屈曲问题转化极值点屈曲问题。分枝点屈曲只发生在理想完善的结构，实际结构都是有初始缺陷的，所以其失稳都极值点屈曲而不是分枝点屈曲。 网壳失稳模态有很多种类型，通常有两种分类方法：一种是根据网壳结构失稳时，结构失稳的变形范围可以分为局部失稳和整体失稳；另一种是根据结构失稳时，构件是否发生塑性变形可以分为弹性失稳和塑性失稳。 局部失稳就是结构在荷载作用下失稳时，如果只有某个或某些局部区域结构偏离了初始平衡位置的失稳变形，而其他区域没有发生偏离初始平衡位置的变形。结构的局部失稳又可以分为局部节点失稳和局部杆件失稳，局部节点失稳主要表现为结构局部一个或多个节点偏离了其初始平衡位移，这种节点的偏离平衡位置有两种，第一种是节点仍在它初始平衡位置上，但节点已经出现了绕某个自身轴的转动变形，这样的转动变形有可能会造成连接在此节点上的杆件弯曲变形。第二种是节点偏离了它的初始平衡位置。局部失稳一般容易发生在结
网壳结构是曲面型的网格结构, 它不仅具有受力合理、刚度 大、重量轻、覆盖面积大、造价低等优点, 且兼有杆系结构和薄壳网壳结构应用范围广，既可用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度或超大跨度的 各种建筑。在建筑平面上能适应各种形状 网壳目前在我国多用于仓库、商场和展览馆等建筑中 结构的固有特性, 结构型式丰富, 造型美观, 既可以突出结构美, 同时又具有艺术表现力, 是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。近50多年来，网壳结构受到重视和飞速发展，主要原因是：第一，钢筋混凝 土薄壳施工时需要大量的模板，制作困难，劳动量大，费用高，高空浇筑或吊装 费工费时。而网壳结构在施工时，采用的是在工厂中预制的构件，重量轻，安装 简易。第二，建筑构件的工业化为网壳结构的发展注入了强大的生命力，特别是 发明了多种节点体系和自动化程度较高的生产方法，既提高了生产效率，降低了
成本，又保证了安装精度。实际的网壳结构不可避免的具有各种缺陷，属于缺陷敏感结。从实用角度 考虑, 关于与杆件特性有关的一些缺陷, 如杆件的初弯曲、初始内 应力、杆件对结点初始偏心等, 在按规范规定选择杆件截面时实 际上已作了适当考虑。这样设计出来的网壳结构, 杆件稳定性与 整个网壳稳定性的耦合作用不是一个主要因素。对网壳稳定性 来说, 曲面形状的安装偏差, 即各结点位置的偏差就成为起主要 影响作用的初始缺陷因素。采用一致缺陷模态法来研 究这一因素的影响, 即认为初始缺陷按最低阶屈曲模态分布时 可能具有最不利影响。对这一方法的合理性和有效性进 行过仔细论证。当采用这一方法进行分析时, 即使遇到分枝点的 情形, 均能自动完成正确的平衡路径跟踪。事实上, 初始缺陷通 常使分枝问题转化为极限问题。 缺陷是相对于计算模型的理想结构而言的，任何不符合理想模型的地方均可称之为缺陷。因而， 实际结构中缺陷的种类繁多。概括起来，网壳结构的缺陷有以下几类。 1)材料性能的缺陷 材料性能的缺陷是指计算模型所用材料的物理性能与实际结构所用材料性能之间的差异。例如 材料的应力一应变关系，为了计算的方便，常把实际的曲线关系简
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/f617950435.html, 浅谈预应力网壳结构的性能分析 作者：符丽婷 来源：《城市建设理论研究》2014年第02期 摘要：预应力网壳结构是一种新型的空间结构，它在普通网壳结构中增设拉索并施加预应力以改善结构的受力性能，比传统的网壳结构具备跨越更大空间的能力，而且在同等设计条件下其用钢量比普通网壳结构有大幅度地节省。预应力网壳是一种具有良好应用前景的大跨度结构体系，因此对其进行深入的分析研究具有十分重要的意义。 关键词：预应力网壳预应力节点分析方法 中图分类号： TU378.1 文献标识码： A 1.1 网壳结构分析 1.1.1 网壳结构的计算模型 网壳结构分析的目的是为了计算结构在荷载作用和边界约束条件下的变形和杆件的内力，以及提供杆件、节点设计和结构变形控制的数值依据。对于网壳结构来说，结构分析的计算模型根据其受力特点和节点构造形式通常可分为两种：空间梁单元模型和空间杆单元模型。单层的网壳结构采用梁单元模型，双层的网壳结构采用杆单元模型[1]。 1.1.2 网壳结构分析方法 由于网壳是由多根杆件连接而成的高次超静定结构，其节点通常设计为刚性连接，起到传递轴力和弯矩的作用。网壳结构的分析计算方法有如下三种： (1)平面拱计算法。对于有拉杆或落地式的网状筒壳，可在纵向切出单元宽度，按双铰或 无铰拱计算；对于肋形网状球壳及不计斜杆作用的施威德勒型网状球壳，在轴对称荷载作用下，按具有水平弹性支撑的平面拱计算，弹性支撑的刚度可由环向杆件的刚度及其所在位置确定。 (2)拟壳法。是将离散体的网壳比拟为连续壳体，由能量原理确定壳体的等代薄膜刚度和 抗弯刚度，进而按各向异性或等代为正交异性壳体或各向同性壳体的基本理论，建立基本微分方程式进行计算，待求出内力后再代回求出网壳杆件内力。这种由离散等代为连续，再由连续等代为离散的过程要损失一些计算精度，因此该法是近似的计算方法，只能近似地计算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性，而且往往也只能适用于某种特定的结构形式。所以这种方法是有较大的局限性的。但在工程应用中，有时候这种近似的方法却是很方便的。采用拟壳法进行结构分析时可以运用比较成熟的薄壳理论即使不依靠计算机也能近似求出网壳的内力，而且采用拟壳法更利于设计人员理解网壳结构的受力性能。