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某单层柱面网壳结构计算分析

这段时间没有怎么写东西,因为又接了两个项目,时间赶得不行,所以每天只是打开网站看看大家的留言,没有时间写东西。现在两个项目已基本上结束了,可以拿出来简单介绍一下,与大家共同分享。

先介绍一个单层柱面网壳的项目吧。

1基本介绍

某单层柱面网壳,结构总长度为48m左右。跨度30m。屋顶矢跨比1/6.57,网格为矩形,跨度与长度方向的杆件长度分别为1.8m、1.5m,截面分别为BOX 100×200×5×5与BOX 60×120×5×5。

 

 

2考虑的荷载:

(1)荷载:包括结构自重、玻璃重量、拉索预应力;

(2)活荷载:考虑了满布、不均匀分布3种情况;

(3)风荷载:考虑左右风向两种情况;

(4)地震作用:考虑X、Y、Z三种方向;

(5)温度:考虑升温和降温两种情况;

3 结构动力特性

 

前三阶振型

4位移校核

所有非地震标准组合作用下,屋面结构最大竖向位移为51mm,相应的u/L=1/588,小于《空间格构结构设计规程》(DG/TJ08-52-2004)对网壳屋盖结构最大容许变形值的规定(L/300);包络工况与各单工况作用下结构的变形图见下图。

 

UZ包络值(m)

5结构整体稳定性分析

5.1 Buckling分析

表 不同荷载组合作用下的荷载屈曲因子

工况组合 荷载因子
第一阶 第二阶 第三阶
恒+活(满) 6.3594 7.5228 9.2859
恒+活(左) 7.5644 8.9526 11.0440
恒+活(右) 7.3181 8.6520 10.6690
恒+风(左) 11.7387 13.9067 17.1779
恒+风(右) 11.7574 13.9267 17.1981
恒+活(满)+0.6风(左) 7.0712 8.3666 10.3272
恒+活(满)+0.6风(右) 7.0753 8.3709 10.3314
恒+活(左)+0.6风(左) 8.5930 10.1722 12.5426
恒+活(左)+0.6风(右) 8.5991 10.1793 12.5520
恒+活(右)+0.6风(左) 8.2770 9.7872 12.0665
恒+活(右)+0.6风(右) 8.2825 9.7925 12.0696
恒+0.7活(满)+风(左) 8.5352 10.1028 12.4718
恒+0.7活(满)+风(右) 8.5451 10.1133 12.4823
恒+0.7活(左)+风(左) 10.0368 11.8864 14.6623
恒+0.7活(左)+风(右) 10.0507 11.9023 14.6827
恒+0.7活(右)+风(左) 9.7335 11.5170 14.2085
恒+0.7活(右)+风(右) 9.7462 11.5295 14.2169

 

“恒+活(满)”作用下前三阶屈曲模态

 

“恒+风(左)”作用下前三阶屈曲模态

可以看出“恒+活(满)”组合作用下,结构的第一阶屈曲荷载因子最小,为6.3594。也就是说这个组合是稳定性分析中结构的控制组合。

5.2 非线性荷载-位移全过程跟踪分析

利用“恒+活(满布)”作为稳定性分析的工况,考虑几何非线性、材料弹塑性与初始几何缺陷,对结构进行非线性“荷载-位移”全过程跟踪。其中以第一阶屈曲模态作为初始缺陷的分布,节点最大竖向几何缺陷分别取0mm、20mm、40mm、60mm、100mm,其中100mm是《网壳结构技术规程》(JGJ 61━2003)的建议值(L/300)。

 

不同条件下的荷载-位移曲线

 

 极限荷载系数与最大初始缺陷之间的关系曲线

 表 不同最大初始缺陷值对应的极限荷载因子

初始缺陷(mm) 0 20 40 60 100
极限荷载因子 5.900 5.63 5.44 5.300 5.070

 6 小结

通过这个工程的计算,对单层柱面网壳结构的了解也进一步加深:

(1)单层柱面网壳在结构体系上其实不是特别合理的一种结构形式。很简单,网壳结构重在屋面体系的整体作用,而单层柱面网壳实际上相当于单跨梁,整体作用不是很强,所以这种结构体系往往跨度不能做得很大。

(2)单层柱面网壳结构,特别是这种勒环型网格布置,往往是稳定性起控制作用。

(3)单层柱面网壳结构,跨端不能是铰接。结构发生失稳的原因其实就是薄膜应力,也就是轴压力。如果跨端设置为铰接的话,则跨度方向杆件主要以轴压力为主,而网壳的厚度又很小,所以进一步增加了结构整体失稳的可能性。这点在实际项目中跟设计单位发生过争论。不过,后来设计方终于还是接受了我们的建议。

(4)单层柱面网壳结构对活荷载不均匀布置较为敏感,特别是半跨布置的情况。这点在位移和内力上可以反映的较为明显。

相对来讲,这是一个比较简单的结构,本来应该很快就完成的。但是由于在做的过程中出现了很多变化,比如原来屋面是铝合金材料,后来变为钢结构,所以反反复复浪费了很多时间。不过,最后终于是完成了,还是比较开心的。

备注:原文日期2009-9-24

9 Responses

  1. tsots说道:

    崔工:我是搞桥的,我觉得这玩意儿有点线预应力张拉的系杆拱桥。跨越能力挺大啊!

  2. 匿名说道:

    崔工,请问这个柱面网壳风载体形系数如何取值?

  3. 文龙说道:

    崔工您好!我是在做球面网壳屈曲分析时从网上搜到了“结构分析”网站,感觉您是真正的在做结构,晚辈无比佩服!我来自重庆大学,现在正自学ANSYS软件,苦于周围没有在这方面做得好的师兄师姐,所以以前只能闭门造车,但是现在看到了崔工如此完美的分析,晚辈不揣冒昧,想借用崔工的命令流深入学习不知方便与否?晚辈不胜感激!如有唐突冒犯之处,还请崔工见谅!谢谢!

  4. 常健说道:

    崔工您好!我是从网上搜到了“结构分析”网站,看到了您这篇关于单层柱面网壳结构的文章,我是学生,现在正自学ANSYS软件建立关于柱面网壳结构的模型,苦于这方面资料偏少,又看到前辈在做这方面的工作,晚辈冒昧想借用关于柱面网壳结构的命令流?如有唐突之处,还请前辈见谅!谢谢前辈

  5. cjc说道:

    你好,我都不用apdl做结构建模的,通常用犀牛等绘图软件做的比较多。其实你可以去网上下载一个浙江大学罗尧治老师的mst软件,可以参数化建模。

  6. zhj说道:

    用您的saptoansys小软件,为什么导入时ansys显示参数调用错误?
    不知道您用过3d3s导入出ansys功能,导入后ansys总是有莫名其妙多余的点

  7. hjZ说道:

    用了您编的sAp2000TOANSyS的转化软件为什么今显示参数调用错误?

  8. cjc说道:

    sAp2000TOANSyS这个接口是很早做的,后来没有持续更新。因为我重新做了一个SOFT_LINKER。这个应该是最目前最新的sap2ooo都是适用的。

  9. hjz说道:

    请问哪里可以下载?或者发一个到我邮箱?

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