基于ANSYS的单层球面网壳参数化建模及风振响应分析(4)
在中国，最早在解放初期，网壳结构便有所运用，如上海电影院屋盖结构、南京展览中心等。随着时代的发展和科技水平的提高，越来越多的网壳结构被运用于随处可见的国内外诸如大型体育场馆、车站、展厅、重要民用建筑等。海南球结构（图1-2）、国家大剧院（图1-3）、上海科技馆（图1-4），都是空间网壳结构在土木工程方面较为出色的一些应用。
1.2网壳结构风振研究现状
1.2.1风振研究重要性
1.2.2网壳结构抗风研究现状
1.3研究问题的提出及意义
网壳结构节点数量多、杆件连接形式多样，且跨度、矢高、网壳尺寸和类型等参数的变化会引起球面网壳结构内部作用力的重新分配。因此，当需要对球面网壳结构进行受力分析和结构优化设计时，需要对结构进行重新建模，导致工程师工作量大大增加。在国内外相关研究文献当中，可以发现大多数作者都是采用手工建模方法，而在应用有限元分析软件ANSYS及其参数化设计语言APDL来实现网壳结构参数化建模而后分析的领域还是存留空白的。
作为大跨空间结构的网壳，伴随着跨度需求的递增，屋面势必要向轻型材料发展，导致了此类建筑物对风荷载非常敏感。在长时间持续风荷载作用下，结构可能出现疲劳损伤、结构失稳等现象，从而危及结构自身安全。网壳结构基于风荷载条件下的影响的严重性、敏感性已经足以同高层、高耸结构和大跨桥梁相提并论，并且往往制约着结构的设计。理论方法求解结构的风振响应过于复杂，工作量巨大，投入实际工作中显然是耗时耗力。那么，寻求一种高效、高精度的网壳结构的风振影响分析方法也就势在必行了。
1.4研究目的和主要内容
1.4.1研究目的
网壳结构的风敏性以及风振响应的复杂性，在实际工程中大大制约着空间网壳的广泛应用。本次设计目的在于通过应用ANSYS软件对单层球面网壳进行参数化建模，而后运用软件自身对模型进行静态分析、模态分析和风压时程作用下的结构动力分析等。通过简单修改APDL程序参数，实现反复分析与优化不同尺寸、不同类型构件的目的。这样不仅能够为设计者本身提供多种设计方案的可能，提升建模的速度，而且能够能极大地提高网壳结构受力分析与优化设计效率，降低结构的分析成本。
1.4.2主要内容
⑴结合单层球面网壳特点，运用APDL实现对单层球面网壳的参数化建模；
⑵对有限元模型进行静力分析；
⑶对有限元模型进行模态分析；
⑷现有的有限元软件无法在结构各节点处施加风速功率谱。故基于AR理论，结合平均风荷载与脉动风荷载性质，运用Matlab编写程序得到具有空间相关性的脉动风速时程曲线。而后转化为风荷载风压数值模拟，对有限元模型进行风压时程分析。