橢球形施威德勒弦支穹頂?shù)奶卣髦登治?/h1>
2012-04-29 00:00:00王晨照
建筑與文化 2012年10期
摘要: 施威德勒橢球形弦支穹頂是弦支穹頂結(jié)構(gòu)的一種新型結(jié)構(gòu)形式，利用有限元計(jì)算軟件ANSYS對(duì)橢球形弦支穹頂和單層網(wǎng)殼進(jìn)行特征值屈曲分析。通過對(duì)不同矢跨比的對(duì)比分析，預(yù)測(cè)施威德勒橢球形弦支穹頂?shù)那匦浴?/p>
關(guān)鍵字：施威德勒橢球形弦支穹頂 特征值屈曲 矢跨比
一 引言
弦支穹頂是由日本法政大學(xué)川口衛(wèi)教授等[ ]人將索穹頂?shù)葟埨w體系與單層球面網(wǎng)殼相復(fù)合而研制成的一種新型的雜交空間結(jié)構(gòu)體系。同單層網(wǎng)殼相比， 它具有更高的剛度和穩(wěn)定性與索彎頂相比， 它克服了柔性結(jié)構(gòu)在施工中的困難由張拉整體結(jié)構(gòu)和球面單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、揚(yáng)長(zhǎng)避短、互相藕合而得到的弦支彎頂結(jié)構(gòu)， 在大跨度空間結(jié)構(gòu)中扮演了更合理、更經(jīng)濟(jì)的角色。橢球形的弦支穹頂相對(duì)于球形的弦支穹頂具有更加實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值，例如，籃球館、游泳館、冰球館等。所以有必要單獨(dú)進(jìn)行橢球形弦支穹頂靜力分析。
二 計(jì)算模型
本文采用大型通用有限元分析程序ANSYS為計(jì)算軟件，對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征值屈曲分析。采用梁?jiǎn)卧狟EAM4模擬上部單層球面網(wǎng)殼桿件，用桿單元LINK8模擬撐桿和徑向拉桿，用桿單元LINK10模擬環(huán)向拉索。
三.特征值屈曲分析
3.1弦支穹頂?shù)奶卣髦登治?/p>
從弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值屈曲模態(tài)可以看出，隨著矢跨比的減小，屈曲位置由腰部及頂部附近向網(wǎng)殼中心移動(dòng)，且波峰和波谷的個(gè)數(shù)也相應(yīng)減少。當(dāng)矢跨比到達(dá)1/13時(shí)，屈曲位置在結(jié)構(gòu)中心沒有布置撐桿和鋼索的較小區(qū)域，屈曲模態(tài)形狀也不再呈現(xiàn)波浪型，而是呈現(xiàn)出中心點(diǎn)上下起伏振動(dòng)。
3.2單層網(wǎng)殼特征值屈曲分析
可以看出，隨著矢跨比的減小，屈曲位置由腰部及頂部向網(wǎng)殼根部移動(dòng)，且波峰和波谷的個(gè)數(shù)也相應(yīng)減少。
3.3弦支穹頂與單層網(wǎng)殼特征值屈曲特性比較
（a）矢跨比與第一階特征值關(guān)系
（b）矢跨比與第二階特征值關(guān)系
從圖中可以看出，第一階和第二階特征值變化規(guī)律基本相同，在相同矢跨比的情況下，弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值都高于相應(yīng)單層網(wǎng)殼的特征值。隨著矢跨比的降低，特征值也隨著減小，但是減小的幅度越來越小。矢跨比對(duì)單層網(wǎng)殼的特征值影響很顯著，而對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值影響很小。
四 結(jié)論
（1）施威德勒橢球形弦支穹頂在下部張拉體系的作用下，相對(duì)于單層網(wǎng)殼，在相同矢跨比的情況下，弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值都高于相應(yīng)單層網(wǎng)殼的特征值。
（2）弦支穹頂結(jié)構(gòu)與單層網(wǎng)殼相比，隨著矢跨比的減小，單層網(wǎng)殼特征值下降的速度較快與弦支穹頂。
（3）從以上分析中可以得到弦支穹頂?shù)某休d力要高于單層網(wǎng)殼。
參考文獻(xiàn)
[1]董軍，唐柏鑒.預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)[M].北京：建筑工程出版社，2008.
[2]董石麟，羅堯治，趙陽等新型空間結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社，2006.
[3]Mamoru Kawaguchi，M asaru A be，Tatsuo Hatato，etal.On astructural system“suspend2dome”[A].Proceedings of IASS Symposium [C]，1993 523-530.
摘要: 施威德勒橢球形弦支穹頂是弦支穹頂結(jié)構(gòu)的一種新型結(jié)構(gòu)形式，利用有限元計(jì)算軟件ANSYS對(duì)橢球形弦支穹頂和單層網(wǎng)殼進(jìn)行特征值屈曲分析。通過對(duì)不同矢跨比的對(duì)比分析，預(yù)測(cè)施威德勒橢球形弦支穹頂?shù)那匦浴?/p>
關(guān)鍵字：施威德勒橢球形弦支穹頂 特征值屈曲 矢跨比
一 引言
弦支穹頂是由日本法政大學(xué)川口衛(wèi)教授等[ ]人將索穹頂?shù)葟埨w體系與單層球面網(wǎng)殼相復(fù)合而研制成的一種新型的雜交空間結(jié)構(gòu)體系。同單層網(wǎng)殼相比， 它具有更高的剛度和穩(wěn)定性與索彎頂相比， 它克服了柔性結(jié)構(gòu)在施工中的困難由張拉整體結(jié)構(gòu)和球面單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、揚(yáng)長(zhǎng)避短、互相藕合而得到的弦支彎頂結(jié)構(gòu)， 在大跨度空間結(jié)構(gòu)中扮演了更合理、更經(jīng)濟(jì)的角色。橢球形的弦支穹頂相對(duì)于球形的弦支穹頂具有更加實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值，例如，籃球館、游泳館、冰球館等。所以有必要單獨(dú)進(jìn)行橢球形弦支穹頂靜力分析。
二 計(jì)算模型
本文采用大型通用有限元分析程序ANSYS為計(jì)算軟件，對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征值屈曲分析。采用梁?jiǎn)卧狟EAM4模擬上部單層球面網(wǎng)殼桿件，用桿單元LINK8模擬撐桿和徑向拉桿，用桿單元LINK10模擬環(huán)向拉索。
三.特征值屈曲分析
3.1弦支穹頂?shù)奶卣髦登治?/p>
從弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值屈曲模態(tài)可以看出，隨著矢跨比的減小，屈曲位置由腰部及頂部附近向網(wǎng)殼中心移動(dòng)，且波峰和波谷的個(gè)數(shù)也相應(yīng)減少。當(dāng)矢跨比到達(dá)1/13時(shí)，屈曲位置在結(jié)構(gòu)中心沒有布置撐桿和鋼索的較小區(qū)域，屈曲模態(tài)形狀也不再呈現(xiàn)波浪型，而是呈現(xiàn)出中心點(diǎn)上下起伏振動(dòng)。
3.2單層網(wǎng)殼特征值屈曲分析
可以看出，隨著矢跨比的減小，屈曲位置由腰部及頂部向網(wǎng)殼根部移動(dòng)，且波峰和波谷的個(gè)數(shù)也相應(yīng)減少。
3.3弦支穹頂與單層網(wǎng)殼特征值屈曲特性比較
（a）矢跨比與第一階特征值關(guān)系
（b）矢跨比與第二階特征值關(guān)系
從圖中可以看出，第一階和第二階特征值變化規(guī)律基本相同，在相同矢跨比的情況下，弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值都高于相應(yīng)單層網(wǎng)殼的特征值。隨著矢跨比的降低，特征值也隨著減小，但是減小的幅度越來越小。矢跨比對(duì)單層網(wǎng)殼的特征值影響很顯著，而對(duì)弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值影響很小。
四 結(jié)論
（1）施威德勒橢球形弦支穹頂在下部張拉體系的作用下，相對(duì)于單層網(wǎng)殼，在相同矢跨比的情況下，弦支穹頂結(jié)構(gòu)的特征值都高于相應(yīng)單層網(wǎng)殼的特征值。
（2）弦支穹頂結(jié)構(gòu)與單層網(wǎng)殼相比，隨著矢跨比的減小，單層網(wǎng)殼特征值下降的速度較快與弦支穹頂。
（3）從以上分析中可以得到弦支穹頂?shù)某休d力要高于單層網(wǎng)殼。
參考文獻(xiàn)
[1]董軍，唐柏鑒.預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)[M].北京：建筑工程出版社，2008.
[2]董石麟，羅堯治，趙陽等新型空間結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)與施工[M].北京:人民交通出版社，2006.
[3]Mamoru Kawaguchi，M asaru A be，Tatsuo Hatato，etal.On astructural system“suspend2dome”[A].Proceedings of IASS Symposium [C]，1993 523-530.
