1 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 单层球面网壳结构概述 2

1.3 本文主要研究内容及技术路线 5

2 凯威特型球面网壳参数化建模及静力分析 6

2.1 凯威特型球面网壳的结构和特点 6

2.2 APDL 语言的参数化建模 7

2.3 网壳建模程序设计 14

2.4 K 系列球面网壳静力分析 18

3 K 系列球面网壳模态分析 22

3.1 模态分析基本理论 22

3.2 模态分析及结果 23

4 K 系列球面网壳风振响应分析 26

4.1 风的特性 26

4.2 风振响应分析方法 28

4.3 风载荷模拟 29

4.4 风载荷下的时程分析 33

4.5 风载荷下的频域分析 37

4.6 本章小结 40

5 结论 41

参考文献 42

致谢 44

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

网壳结构同时具有杆系结构和薄壳结构这两种特性，因其造型美观、受力分 布均匀合理、覆盖跨度相对较大、应用范围广等特点，在全球范围内受到了广泛 的关注并得到了广泛应用。网壳结构在我国已有 60 多年的历史。早期大多是跨 度在 30m 左右的网状筒壳，为一类联方型结构，材料大多为型钢或木材，譬如位 于扬州的苏北农学院体育馆、上海的长宁电影院屋盖结构、南京的展览中心（551 厂）等，都是网壳结构早期应用的案例。70 年代以来，网壳结构被广泛应用于 大型建筑，例如机场、体育馆、会馆等。在 90 年代之后，网壳结构的技术开始 飞速发展，一系列体育建筑群和公共建筑拔地而起，引起全球关注。21 世纪以 来，大跨度的网壳结构陆续出现，成为人类现代文明发展的标志。现在自然灾害 频发，各级别的台风侵害全球。因此，对广泛运用于重要公共建筑的网壳结构其 进行较为透彻的研究具有十分重要的意义。

网壳结构由于其具有多节点和多杆件的特点，且网壳跨度、矢高、网格尺寸 和类型等相关参数的变化将引起其内力的重新分配，所以在对网壳结构进行受力 分析时，需要重新建模，导致工作量大大增加，因而其所需的成本也将同步提高。 目前，网壳结构的静力性稳定问题已经得到了解决。杆件的内力分布、变形规律 能由软件分析出。而由于网壳结构跨度、高度等各方面的因素变化和经济性、安 全性的要求，网壳结构的抗风性能问题越来越突出，风载荷作用已经成为网壳结 构的决定性因素。风载荷的关键因素是风速时程，因此风速时程的数值模拟也相 当重要。时域分析和频域分析是国内外常用的风载荷数值模拟方法。网架整体的 自振周期长，属于风敏感性结构，但目前我国针对高层、高耸结构的抗风设计方 法难以适用于大跨度空间结构。因此，风振响应性能分析研究是该结构研究中需 要解决的一个难题。

本课题采用 ANSYS 对某球壳网架结构进行参数化建模——这是网壳结构内 力分析和优化设计的基础和前提。然后进行网架结构的强度和刚度分析以及模态 分析，确定各杆内力及分布规律，并对其进行风载荷作用下的动力学分析，找出 结构中的变形最大的部分以及受力不同时的振型，完善单层球面网壳结构的计算 分析理论，而且为同类型产品的实际工程结构设计提供参考和完善相关的技术标 准提供理论依据，降低施工难度、减少能源消耗。