弦支穹顶结构影响因素非线性分析

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1、研究与探讨广东建材2011年第5期弦支穹顶结构影响因素非线性分析周婧(广东工业大学土木与交通工程学院)摘要：弦支穹项结构是一种新犁杂交空间结构形式，本文通过对跨度为40m的K8犁弦支穹顶结构进行几何非线性分析，分析了弦支穹顶结构在不同矢跨比，初拉力，竖杆长度等影响因素下模型竖向位移，水平推力，梁单元内力及索单元内力的变化规律。关键词：弦支穹顶；几何非线性；欠跨比；初拉力；撑杆长度随着社会经济的发展、人类生活水平的提高，不断对空间结构提出了各种各样的要求，其中最丰要的就是增大结构的跨度，向超大跨度结构发展。各种国际性的体育比赛、博览会等都需要跨度大，外观新颖美观的场馆。而单一形式的空间网格结构

2、随着跨度的增大，其受力性能的不合理性也逐渐突出，为寻求改善结构体系的受力性能的方法，近年来出现了一些应用于超大跨度建筑体的非单一结构形式，如整体张拉结构体系，杂交结构体系等。1弦支穹顶结构由日本的川口卫等人基于张拉整体结构和单层球面网壳组合而提出的一种新型空间杂交结构——弦支穹顶结构。在国内外对这一新型空间结构已进行了一些理论与试验研究。并应用在实际工程中，如日本的光丘穹顶和前田会社的职工活动中心。在国内已经建成的弦支穹顶有天保国际商务交流中心、天津博物馆贵宾厅、济南奥体中心体育馆和2008年奥运会羽毛球馆等。弦支穹顶作为一种刚、柔结合的新型杂交窄间结构形式，其丰要特点是把单层网壳和张拉整体

3、结构相结合，兼具单层网壳和索穹顶结构的优点，近些年来逐渐受到人们的青睐。典型的弦支穹顶结构体系是由一个单层网壳和下端的撑杆、索组成(图1～图4)。其中各环撑杆的上端与单层网壳对应的各环节点铰接，撑杆下端由径向拉索与单层网壳的下一环节点连接，同一环的撑杆下端由环向张拉整体(索杆体系)图1弦支穹顶结构构成该波浪形网架结构不会发生倒塌破坏，满足‘‘大震不倒”谱法或时程分析法进行计算。的设汁原则。(3)与平板网架相比，波浪形网架的竖向地震反应稍5结论通过以上分析可以得到以下结论：(1)在多遇地震作用下，本工程波浪形网架的强度及刚度均符合有关规范的要求，并有足够的安全储备；在罕遇地震作用下，该网架虽有

4、个别杆件进入塑性状态，但不会引起网架的整体倒塌，网架的动位移较小。(2)与平板网架相比，波浪形网架的水平地震反应较大，因此在进行该类网架的抗震设计时应首先考虑该方向水平地震作用的影响；在水平地震反应分析时，由于波浪形网架的体型通常很不规则，应采用振型分解反应一156一大，采用《网架结构设计与施工规程》(JGJ7—91)中的近似方法进行计算偏于不安全，应采用振型分解反应谱法或时程分析法作专门的抗震分析和验算。●【参考文献】[1]GB50009—200l(2006版)．建筑结构荷载规[2]JGJ7—91．网架结构设计与施工规程[3]丁芸孙，刘罗静，朱洪符，胡浩，网架网壳设计与施工，中国建筑工业出

5、版社，2006．8．[4]嘲架结构设计手册(实例及图集)，《网架结构设计手册》编辑委员会，中国建筑工业出版社，2005．12．黛9恭广东建材2011年第5期研究与探讨图2弦支穹顸结构体系N八A铂儡／杉／＼A胁、胁．胁胁＼／＼／＼／＼／＼j图3弦支穹顶上部形式往触曩卜∑专么4劬。丐撇乡糕>※。么＼瓜么惑＼专，＼∥V＼<＼／＼／＼A<＼，＼，＼，＼oI<＼J＼八八，＼／(／、／、／11／．，II元■号。I，，、，＼r＼J＼r＼l訇‘K翰自、<、>筘川幽丘蔫主∑、∑、／＼、图4弦支穹项下部形式箍索连接在一起，使整个结构形成一个完整的机构体系，结构的传力路径也比较明确。在正常使用荷载作用下，内力通过

6、上端的单层网壳传到F端的撑杆上，再通过撑杆传给索，索受力后，产生对支座的反向推力，使整个结构对下端约束环粱的横向推力大大减小。与此同时，由于撑杆的作用，大人减小了上部单层网壳各环节点的竖向位移和变形。2非线性方程组解法非线性方程组的解法很多，目前一般用：Ne旷ton—Raphson法，修正的Newton—Raphson法、拟New-ton—Raphson法、增量法、混合法和直接迭代法等(包括直接刚度法、初应力法和初应变法)。初应力法和初应变法主要用于材料非线性的求解。其中迭代法的主要优点是简单易行，主要缺点是对某些逐渐硬化的物体不能保证其收敛(其中Newton—Raphson法收敛快，适合高

7、程度非线性问题)；增量法的主要优点是收敛性好和适应性强，主要缺点是靠方法本身无法判断其解偏离程度；混合法综合了上述两种方法的优点，在某种程度上克服了它们各自的缺点，但是用这种方法计算量大。各种解法都有其各自的优缺点，它们都有自身适合的求解范围。本文采用求解上述方程组的一个最常用的方法——-Newton—Raphson法，简称牛顿法。牛顿法是数值求解非线性方程组1lr(Q)=P(a)一R最著名的方法。以下是对该