91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

 苗  峰1  鄭曉清2  董石麟1  張  杰2

 （1．浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心，杭州310027；2．浙江大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州310028）

摘  要：以浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心鋼屋蓋為背景，研究復(fù)雜雙層折板網(wǎng)殼的動(dòng)力性能。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)、穩(wěn)定性和抗震性能分析。結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)形式具有良好的受力性能、剛度和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在考慮雙重非線性分析桿系結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)引入桿件失穩(wěn)的本構(gòu)關(guān)系。復(fù)雜折板網(wǎng)殼具有較好的抗震性能，但對(duì)地震波頻率成分主要以低頻為主時(shí)尤為敏感，因此需要足夠的持時(shí)以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：空間結(jié)構(gòu)；折板網(wǎng)殼；動(dòng)力分析  DOI:10. 13206/j.gjg201604010

 折板網(wǎng)殼由平板網(wǎng)架或網(wǎng)殼單元按照特定的規(guī)律組合而成，可構(gòu)造出形式豐富、造型多樣的建筑，因此成為結(jié)構(gòu)師和建筑師樂于采用的結(jié)構(gòu)形式。例如：廣州歌劇院屋蓋網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)（圖1），其造型奇特，結(jié)構(gòu)采用了空間折板式三向斜交單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；杭州陳經(jīng)倫體校網(wǎng)球場網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其屋蓋為雙層平板網(wǎng)架構(gòu)成的折板網(wǎng)殼（圖2）；廣東水利水電學(xué)院文體館屋蓋結(jié)構(gòu)，為組合桁架與網(wǎng)格復(fù)合結(jié)構(gòu)的折板型屋蓋（圖3）；山東濱州會(huì)展中心扁五角錐形鋼屋蓋結(jié)構(gòu)，其采用肋環(huán)形H型鋼單層折板網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，不少學(xué)者也對(duì)折板網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)研究。研究了折板網(wǎng)殼的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和幾何非線性，認(rèn)為該類結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對(duì)兩種單層折面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究。

 本文工程背景為在建的浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心，其造型具有折面數(shù)量多、相鄰折面角度大等特點(diǎn)，較以往類似的折板網(wǎng)殼，其建筑形式和結(jié)構(gòu)受力更加復(fù)雜。因此有必要對(duì)這一復(fù)雜雙層折板網(wǎng)殼進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)力分析研究。

1  工程概況

 浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心（圖4）總建筑面積6 300m2，平面投影尺寸為108. 25 m×56. 29 m，建筑高度23.7 m，建筑造型宛如水面上純潔的冰山，也具有荷花層疊綻放的形態(tài)特征，建筑造型極其復(fù)雜。學(xué)生活動(dòng)中心地上部分可分為上、下兩個(gè)體塊。上部體塊則包含核心劇場和入口門廳。下部基座部分包含學(xué)生活動(dòng)用房、藝術(shù)教育中心、劇場后勤等功能。屋蓋結(jié)構(gòu)部分由36個(gè)三角形平面組成一復(fù)雜折面結(jié)構(gòu)(最大三角形面跨度約40 m)。設(shè)計(jì)采用Q235鋼，屋面為鋁鎂錳輕型屋面板，恒載1.0 k N／m2，活載0.5 k N／m2，抗震設(shè)防烈度6度，地震設(shè)計(jì)分組第一組�？紤]到結(jié)構(gòu)形式美觀、面與面復(fù)雜的連接關(guān)系以及受力性能，雙層網(wǎng)架采用三角錐、抽空三角錐I型和四角錐組合的拓?fù)湫问剑�較好地解決了36個(gè)面之間弦桿和腹桿相互連接的問題。對(duì)于舞臺(tái)與觀眾廳的上部網(wǎng)架，由于單片折面的面積較大且主要承受豎向荷載，采用2.0 m厚度，其余雙層網(wǎng)架折面厚度均為1.5 m。為滿足建筑內(nèi)部走道、走廊和衛(wèi)生間的空間要求，屋蓋周邊部分的局部折面采用了單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

2  結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

 對(duì)浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心鋼屋蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，采用ANSYS通用有限元軟件建立模型，桿單元用Link 180模擬，梁單元用Beam 188模擬，并根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求將恒載和活載轉(zhuǎn)化為質(zhì)量附加在節(jié)點(diǎn)上。模態(tài)分析使用分塊蘭克斯法，計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)頻率比較密集，主要介紹具有代表性的幾階模態(tài)：第1階頻率為1. 770 Hz，其振動(dòng)形式為側(cè)面面積較大的一片單層網(wǎng)殼沿垂直面方向的振動(dòng)；第2階振型（圖5a）頻

率2. 064 Hz，主要是整個(gè)屋蓋最中間部分雙層網(wǎng)架的豎向振動(dòng)，該區(qū)域跨度較大并在兩支承側(cè)有較大區(qū)域?yàn)閱螌泳W(wǎng)殼，且伴有小部分側(cè)面單層網(wǎng)殼的面外振動(dòng)；第6階振型（圖5b）頻率為2.548 Hz，主要是結(jié)構(gòu)屋蓋最高點(diǎn)區(qū)域“冰山一角”的整體振動(dòng)；第15階振型（圖5e）頻率為3.516 Hz，為高度稍低區(qū)域折板網(wǎng)架整體的豎向振動(dòng)。通過對(duì)各階模態(tài)的對(duì)比可以看出，結(jié)構(gòu)主要的低階模態(tài)是側(cè)面剛度相對(duì)薄弱的單層網(wǎng)殼面的振動(dòng)、跨度較大的雙層網(wǎng)殼的豎向振動(dòng)以及結(jié)構(gòu)不規(guī)則處（例如突出的角）的整體振動(dòng)。對(duì)于這一工程，因需滿足建筑要求，部分側(cè)面采用單層網(wǎng)殼，由于其空間組合受力性能較差，同時(shí)又承受來自屋蓋恒載、活載傳遞的面內(nèi)壓力，故面外位移導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)二階效應(yīng)會(huì)十分明顯。若要達(dá)到足夠剛度，其截面必然要很大，連接處通常需要設(shè)置鑄鋼節(jié)點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致造價(jià)的大幅增加。可以采用局部雙層網(wǎng)殼加大剛度，形成側(cè)面主次分明的傳力體系，提高結(jié)構(gòu)受力性能、降低工程造價(jià)。

3  結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

 按照J(rèn)GJ 7-2010《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮幾何非線性和材料非線性的穩(wěn)定性分析，得穩(wěn)定系數(shù)為0. 238 27，符合安全系數(shù)K≥2.0的要求。其在失穩(wěn)時(shí)的變位見圖6，變形最大的區(qū)域?yàn)榻Y(jié)構(gòu)跨度最大的部分，并且在兩支承側(cè)有較大區(qū)域?yàn)閱螌泳W(wǎng)殼，因此相對(duì)薄弱。圖7為失穩(wěn)時(shí)結(jié)構(gòu)桿件的軸向應(yīng)力分布，可以看到此時(shí)有較大部分的下弦桿受拉進(jìn)入塑性狀態(tài)，且桿件分布較為均勻，說明這一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分利用了材料性能，具有較好的整體受力性能，另外結(jié)構(gòu)有部分上弦桿已經(jīng)進(jìn)入了受壓屈服狀態(tài)，這種情況下桿件通常已經(jīng)被壓屈，因此在考慮雙重非線性分析桿系結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該引入桿件失穩(wěn)的本構(gòu)關(guān)系才更加精確、合理�？紤]到現(xiàn)階段未有簡單易用的相關(guān)模型，以及JGJ 7-2010的條文說明，其在安全系數(shù)K巾考慮了復(fù)雜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中可能的不精確性和結(jié)構(gòu)工作條件中的其他不利因素，本文暫不考慮這一方面的影響。

4  結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)分析

 浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心鋼屋蓋結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度，地震設(shè)計(jì)分組第一組。采用適用于場地類別的El Centro三向地震動(dòng)作為結(jié)構(gòu)激勵(lì)，地震激勵(lì)加速度時(shí)程（圖8）為水平主方向的地震激勵(lì)加速度時(shí)程。使用時(shí)程分析方法，瑞利阻尼，阻尼比取0. 02。考慮到結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則，分別計(jì)算X方向?yàn)橹鞣较虻?度多遇地震（峰值加速度為18 cm／s2）和罕遇地震(峰值加速度為125 cm／s2)，以及Y方向?yàn)橹鞣较虻?度多遇地震和罕遇地震。主要記錄3個(gè)具有代表性的節(jié)點(diǎn)位移數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)位置見圖9，測點(diǎn)1為結(jié)構(gòu)頂部跨中豎向位移較大的節(jié)點(diǎn)，測點(diǎn)2為雙層網(wǎng)架與單層網(wǎng)殼相接的節(jié)點(diǎn)，測點(diǎn)3是結(jié)構(gòu)最高點(diǎn)，為3片雙層網(wǎng)架的上弦交點(diǎn)。

 X、y分別為主方向時(shí)所計(jì)算的結(jié)果差異較大，對(duì)兩種情況的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，部分節(jié)點(diǎn)的位移最大值、單元軸向應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在X為主方向的情況，另一部分出現(xiàn)在Y為主方向的情況，也就是說，在結(jié)構(gòu)地震時(shí)程分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)選取多個(gè)方向來計(jì)算才能得到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)響應(yīng)峰值。對(duì)于浙江科技學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心鋼屋蓋結(jié)構(gòu)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的位移最大值、單元軸向應(yīng)力的最大值出現(xiàn)在Y為主方向情況時(shí)的較多，可以看出結(jié)構(gòu)y方向的整體剛度小于X方向。為此，本文主要對(duì)主方向?yàn)閥軸時(shí)所得結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)測點(diǎn)1的Z向位移時(shí)程曲線見圖10a，峰值出現(xiàn)在47. 42 s，由圖8可以看出：這時(shí)雖然地震激勵(lì)的振蕩范圍已經(jīng)減弱，但是結(jié)構(gòu)的響應(yīng)卻很大，原因應(yīng)當(dāng)是此時(shí)的地震波頻率成分主要以低頻為主，與結(jié)構(gòu)的Z向振動(dòng)主頻率相近所致。測點(diǎn)2的水平y(tǒng)向位移時(shí)程曲線見圖10b，由于該點(diǎn)位于側(cè)面單層網(wǎng)殼的頂部，單層網(wǎng)殼的面外抗側(cè)剛度較差，故其地震響應(yīng)較為明顯。圖10c為測點(diǎn)3的Y向位移時(shí)程曲線，此點(diǎn)為結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)，并且向外懸挑，但是由于3片網(wǎng)架相交于此，因此結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向的剛度都較大（此點(diǎn)的X、Y，、Z三個(gè)方向中，y向振動(dòng)的峰值最大）。

 另外從以上的數(shù)據(jù)可以看出：結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)均是以靜力作用時(shí)的位移為中心發(fā)生的震蕩，在多遇地震下，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，具有良好的抗震性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭受罕遇地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)有部分桿件進(jìn)入塑性，并且部分區(qū)域發(fā)生永久的塑性變形，但是其變形并不太大，因此認(rèn)為結(jié)構(gòu)能夠滿足罕遇地震“不倒”的要求。對(duì)于復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的最大地震響應(yīng)并未出現(xiàn)在地震波峰值加速度的附近時(shí)刻，而對(duì)地震波頻率成分主要以低頻為主時(shí)尤為敏感，因此需要足夠的持時(shí)以保證計(jì)算結(jié)果的合理準(zhǔn)確，對(duì)于GB 50011-2010規(guī)定的地震加速度時(shí)程曲線的有效持續(xù)時(shí)間一般為結(jié)構(gòu)基本周期的5~ 10倍，是否適用于大跨度復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)，本文認(rèn)為有待進(jìn)一步商榷。

5  結(jié)束語

 1)雙層折板網(wǎng)殼可構(gòu)造出形式豐富、造型多樣的建筑。采用雙層網(wǎng)架作為結(jié)構(gòu)的折面，可使結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能、剛度、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而且根據(jù)面與面之間的關(guān)系，采用不同形式的網(wǎng)格構(gòu)成，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)之美。

 2)該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了材料的特性，具有較好的整體受力性能。通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算和分析，認(rèn)為在考慮雙重非線性分析桿系結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)引入桿件失穩(wěn)的本構(gòu)關(guān)系，從而使結(jié)果更加精確、合理。

 3)復(fù)雜折板網(wǎng)殼具有較好的抗震性能，但對(duì)地震波頻率成分主要以低頻為主時(shí)尤為敏感，因此需要足夠的持時(shí)以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。