大跨复杂屋面组合结构协同工作动力性能研究.PDF

第36卷第9期 北京工业大学学报 Vol-36No．9 2010年9月 JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITY0FTECHNOLOGY Sep．2010 大跨复杂屋面组合结构协同工作动力性能研究 王秀丽1，王 磊1，薛素铎2 (1．兰州理工大学土木工程学院，兰州730050；2．北京工业大学建筑工程学院，北京100022) 摘要：以甘肃省庆阳体育馆工程为背景，利用大型有限元分析软件ANSYS对有、无下部结构的复杂空间网壳 进行了动力特性分析；对整体结构在三维EL—Centro波作用下进行了动力时程分析；同时考虑不同阻尼比和地 震波对整体结构抗震性能的影响．结果表明，考虑下部结构作用时，屋盖结构的位移显著增大，部分节点位移增 幅达50％，因此，实际工程设计时应充分考虑整体协同工作对大跨复杂空间结构整体性能的影响． 关键词：复杂空间结构；协同工作；时程分析；阻尼比 393．3 中图分类号：TU 文献标志码：A 文章编号：0254—0037(2010)09—1215—07 网壳是曲面型空间网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的特性，具有整体性好、结构受力合理和抗震 性能好等特点，是大跨建筑常用的一种结构体系．随着建筑技术水平的不断发展，一些复杂的曲面网壳被 应用于大跨空间结构．对于大跨复杂曲面网壳，由于几何形状的独特性和约束条件的不规则性，使得常规 的拟壳法不再适用．为简化计算，工程中有时将上部网壳屋盖与下部支承体系分别取简图计算，通过等效 约束进行简化，并以此进行构件设计．然而，实际结构在地震作用下，下部结构的惯性作用将影响网壳结 构的内力和节点位移。“．《网壳结构技术规程》(JGJ61—2003)规定：对于体型复杂或重要的大跨度网壳 结构，应采用时程分析法进行补充计算．为考察支承体系对复杂曲面网壳结构地震响应的影响，本文依托 甘肃庆阳体育馆结构，系统分析了整体协同工作下复杂曲面网壳的动力特性和地震响应特征． 1 分析模型 821．6 甘肃庆阳体育馆建筑面积10 m2，效果如图1所示，下部结构为钢筋混凝土框架结构，屋面采用 钢结构交叉桁架体系构成的双层网壳，局部采用曲面弧形造型的拱结构．平面跨度短向75．8m，长向 83．6 m． m．结构沿长向设置三角形立体桁架，桁架宽度3．5m，高度5 图1体育馆效果图 Fig．1Effect ofstadium picture 收稿日期：2009-02．24． 基金项目：国家自然科学基金资助项目；国家科技支撑计划子课题资助(2006BAJl3801—03)． 作者简介：王秀丽(1963一)，女，辽宁沈阳人，教授。博士生导师． 北京工业大学学报 该体育馆上部网壳结构有2个特点：1)平面形状不规则．现有的工程均是针对形如圆形，矩形，多边 形等规则的形状，对此类大跨复杂网壳的研究还不多：2)空间受力不均匀．该网壳采用周边支撑方式，且 网壳两个方向截面均为变截面，造成网格在局部不规则，使得局部的受力会与规则地方的受力有所差别． 点上，质量单元采用Mass21单元，分析考虑了整个结构的几何非线性、网壳初始静载(采用重力加速度g Mises屈服准则，节点采用铰接形式． 的方式施加)．材料的本构关系采用理想弹塑性模型，屈服准则采用Von 图2有限元分析模型图 ofthefiniteelementmodel Fig．2Analysispicture 通过MST计算程序对上部钢网壳结构进行静力计算，并进行优化设计，最终确定杆件截面有12种，