上海交通大学：《土木工程应用软件》课程教学资源（课程讲义）第12课 以网架与网壳为例介绍空间网格结构的力学分析和设计的基本过程和典型问题处理方法（4/4）

上游充通大 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 《土木工程应用软件》 第12次课 SHAN 王春江 上海交通大学土木工程系 wangchj@sjtu.edu.cn A0 TONG

1896 1920 1987 2006 《土木工程应用软件》 第 12 次课 《土木工程应用软件》 第 12 次课 王春江 上海交通大学土木工程系 wangchj@sjtu.edu.cn

8 上游充通大 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 主要内容 、 网架与网壳的发展 二、 网架与网壳的结构形式与特点 三、 荷载分析 四、 一般设计原则 五、网架的计算机计算方法 六、网壳的计算机计算方法

1896 1920 1987 2006 主要内容 一 、网架与网壳的发展 二、网架与网壳的结构形式与特点 三、荷载分析 四、一般设计原则 五、网架的计算机计算方法 六、网壳的计算机计算方法

上游充通大 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 漏 六、网壳的计算机计算方法 SHANGHAL HIAO TONG UNIVERSYT

1896 1920 1987 2006 六、网壳的计算机计算方法

上游充本大网壳的计算机计算方 a后 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 概述 e 网架结构的计算机分析方法是非线性杆单元或非线 性梁单元有限元分析法。 ·对于双层网壳可以借助于网架的满应力优化算法： 对于单层网壳结构的优化更加需要工程师的结构设 计经验与计算机的分析相结合。 流程框图 UN

1896 1920 1987 2006 六、网壳的计算机计算方法 概述 • 网架结构的计算机分析方法是非线性杆单元或非线 性梁单元有限元分析法。 • 对于双层网壳可以借助于网架的满应力优化算法； 对于单层网壳结构的优化更加需要工程师的结构设 计经验与计算机的分析相结合。 流程框图

上游充通大 日后 网壳计算框图 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 输入总信息 形成对角元序号 输入拓扑、几何信息 判断是否超规模 计算等效节点荷载 求杆件内力 荷载增量 构件验算 计算单元切线刚阵 计算节点 输出 不平衡力 装配总体切线刚阵 矩阵分解求节点位移

网壳计算框图 1896 1920 1987 2006 输入总信息 形成对角元序号 输入拓扑、几何信息 判断是否超规模 计算等效节点荷载 计算单元切线刚阵 装配总体切线刚阵 矩阵分解求节点位移 求杆件内力 构件验算 计算节点 输出 不平衡力 荷载增量

上游充通大 a后 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 六、网壳分析中的几个方面 ©静力计算 (几何非线性梁单元法) ·计算原则、杆件计算长度 ·网壳的温度应力计算 ·网壳的装配应力计算 © 网壳结构的抗震分析 © 稳定性分析 ·网壳的失稳现象 ·临界荷载及设计准则 国 杆件的计算长度 杆件的容许长细比 TONG UNIVERSITY

1896 1920 1987 2006 六、网壳分析中的几个方面 静力计算 （几何非线性梁单元法） • 计算原则、杆件计算长度 • 网壳的温度应力计算 • 网壳的装配应力计算 网壳结构的抗震分析 稳定性分析 • 网壳的失稳现象 • 临界荷载及设计准则 杆件的计算长度 杆件的容许长细比

上游充通大 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY (一)静力计算 （梁单元法) 网壳结构的计算原则： >在计算和设计之间存在紧密的内在联系，往往需要经 历设计一计算一再设计一再计算直至满足为止。整体 稳定性对结构的几何形态的变动特别敏感。 > 网壳设计中优或劣的评定准则，除用料经济指标外， 还必须考虑其他多种因素，如网壳是否会对某种因素 敏感，达到极限承载力的安全储备的大小，网壳的延 性指标，网壳是否便于施工安装等等。 > 网壳的几何非线性现象也较其他结构明显。因此，即 使再计算网壳的内力和位移时，应采用能考虑几何非 线性的有限单元法。OTON

1896 1920 1987 2006 （一）静力计算 （梁单元法） 网壳结构的计算原则：  在计算和设计之间存在紧密的内在联系，往往需要经 历设计—计算—再设计—再计算直至满足为止。整体 稳定性对结构的几何形态的变动特别敏感。  网壳设计中优或劣的评定准则，除用料经济指标外， 还必须考虑其他多种因素，如网壳是否会对某种因素 敏感，达到极限承载力的安全储备的大小，网壳的延 性指标，网壳是否便于施工安装等等。  网壳的几何非线性现象也较其他结构明显。因此，即 使再计算网壳的内力和位移时，应采用能考虑几何非 线性的有限单元法

后 上泽台逢静力计算 （梁单 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSIT 网壳的温度应力计算： > 网壳一般都用于大跨建筑，它既具有较复杂的几何曲 面体形，在结构组成上也是高次超静定结构，为了保 证整体结构具有足够的刚度，对支座的设计通常有特 殊的要求。 > 在设计中考虑引起网壳温度应力的温度场分布一般有： 1.整个网壳有等温度差变化，温度差为△。2.双层网 壳上下两层有温度差△。 > 网壳的温度应力实质上是由于网壳的温度变形受到约 束而产生的，因此降低温度应力的最有效方法不是增 加杆件截面面积而应是设法释放掉温度变形，其中最 容易实现的是将支座设计成弹性支座，但也要注意， 支座刚度的减少会影响网壳的稳定性，同时大幅增加 用钢量

（一）静力计算 （梁单元法1896 ）1920 1987 2006 网壳的温度应力计算：  网壳一般都用于大跨建筑，它既具有较复杂的几何曲 面体形，在结构组成上也是高次超静定结构，为了保 证整体结构具有足够的刚度，对支座的设计通常有特 殊的要求。  在设计中考虑引起网壳温度应力的温度场分布一般有： 1.整个网壳有等温度差变化，温度差为Δ。2.双层网 壳上下两层有温度差Δ。  网壳的温度应力实质上是由于网壳的温度变形受到约 束而产生的，因此降低温度应力的最有效方法不是增 加杆件截面面积而应是设法释放掉温度变形，其中最 容易实现的是将支座设计成弹性支座，但也要注意， 支座刚度的减少会影响网壳的稳定性，同时大幅增加 用钢量

上游刘通为静力计算 (梁单港法。 a后 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 网壳的装配应力计算： > 装配应力往往是在安装过程中由于制作和安装等原因， 使节点不能达到设计坐标位置，造成部分节点间的距 离大于或小于杆件的长度。在采用强迫就位使杆件与 节点连接的过程中就产生了装配应力。 >由于网壳对装配应力极为敏感，一般都通过提高制作 精度、选择合适安装方法和控制安装精度使网壳的节 点和杆件都能较好地就位，装配应力就可以减少到不 予考虑

1896 1920 1987 2006 （一）静力计算 （梁单元法） 网壳的装配应力计算:  装配应力往往是在安装过程中由于制作和安装等原因， 使节点不能达到设计坐标位置，造成部分节点间的距 离大于或小于杆件的长度。在采用强迫就位使杆件与 节点连接的过程中就产生了装配应力。  由于网壳对装配应力极为敏感，一般都通过提高制作 精度、选择合适安装方法和控制安装精度使网壳的节 点和杆件都能较好地就位，装配应力就可以减少到不 予考虑

上游充不鸿网壳结构的抗震登 后 1896 1920 1987 2006 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 单层球面网壳的地震效应规律 >单层球壳的自振频率相当密集； > 网壳的振型分析不同于网架结构，应同时考虑水平和 竖向振型。要判断振型的主方向应看该振型的最大位 移出现的方向：要判断该振型的地震反应的主方向则 要看哪个方向的振型参与系数绝对值最大： >网壳结构的周期随跨度的增加而增大，随结构质量的 增大周期也增大；1日口后 > 网壳支座刚度对网壳前几个周期影响较大，支座刚度 越大，结构基本周期越小。 NG

1896 1920 1987 2006 （二）网壳结构的抗震分析 单层球面网壳的地震效应规律  单层球壳的自振频率相当密集；  网壳的振型分析不同于网架结构，应同时考虑水平和 竖向振型。要判断振型的主方向应看该振型的最大位 移出现的方向；要判断该振型的地震反应的主方向则 要看哪个方向的振型参与系数绝对值最大；  网壳结构的周期随跨度的增加而增大，随结构质量的 增大周期也增大；  网壳支座刚度对网壳前几个周期影响较大，支座刚度 越大，结构基本周期越小