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摘 要
网壳结构覆盖空间大、重量轻，杆件制作方便，施工高效，在大型体育场和公共场所中得到广泛应用。环向折线形
(1)以济南全运会体育场为例，采用APDL语言（Ansys Parametric Design La
Static and dynamic performance analysis and the sh
ABSTRACT
1、对环向折线形单层球面网壳的研究现状进行归纳分析，现在并没有发现，利用ANSYS的APDL语言对环
2.1.2 APDL语言的介绍
2.4 环向折线形单层球面网壳结构的几何参数及应用
根据环向折线型单层球面网壳的各节点的空间坐标位置，利用空间两点的距离公式计算两节点距离，考虑结构的基
网壳结构中计算环向杆件的长度，第一步建立球面坐标系，第二步在建好的球面坐标系中计算出各节点坐标，然后
引入空间两点和
在环向折线形单层球面网壳结构受到外加荷载，对结果进行分析之后，结构中的杆件受力形式主要表现为压力，为
根据ANSYS中BEAM188单元的应用，
两端都固定的杆件，
d为圆钢管内径，D为圆钢管外径，
根据式（2.10）、（2.11）、 （2.12）和（2.13），可得到杆件的长度l的范围式（2.14
引入式 （2.9）、（2.14），可确定径向节点圈数的取值范围为式（2.15）：
若给定了环向折线形单层球面网壳结构的几何参数，包括环向区域份数Kn、跨度S、矢高f、就能够确定结构的
对其它种类环向折线形单层球面网壳结构的宏、微观参数的应用，也可以参照以上计算过程，篇幅原因，此处不再
在对环向折线形单层球面网壳进行内力分析和杆件的设计时。所使用的规范和规程按照国家颁布的来执行。比如：
分布在环向折线形单层球面网壳结构的荷载主要两种形式，一种是永久荷载，另一种是可变荷载。除此之外还要考
在对网壳结构进行荷载组合时，依靠当地的具体实际情况和使用用途，假设可能在以后使用过程中出现的不利荷载
查阅《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）可知。优先考虑的两种钢分别是Q235钢和Q345
表2.1 计算长
弯曲朝向
节点类型
焊接空心球
平面内
0.9l
平面外
1.6l
表2.2 杆件长细比[
网壳类型
受压和压弯杆件
受拉和拉弯杆件
承受静力荷载
单层网壳
150
300
2.5.3 节点的类型和选用 现在网壳结构中的节点一般采用两种，一种是空心球节点，另一种是
网壳周边支座的设计，要保证传力合理并且连接牢固。一般依据施加到结构上的荷载种类和周围边界的约束情况来
单层网壳的支座节点一般采用固定铰支座，它可以用来传递轴力和剪力（图2.8）。弹性支座受力后，它在水平
1对环向折线形单层球面网壳的研究成果分析归纳，并没有发现有利用ANSYS的APDL语言，对环向折线形
2计算出环向折线形单层球面网壳结构杆件长度，最后以左右斜杆型的环向折线形单层球面网壳的径向杆为例，讲
第3章 环向折线形单层球面网壳的静力性能分析
表3.5 支座形式对结构静力性能的影响
支座形式
最大位移（cm）
许用位移（cm）
最大应力（MPa）
许用应力（MPa）
左右斜杆型
2.07
刚接
1.96
119
铰接
3.94
3.73
139
序列两级形状优化算法是本文章采用的优化方法。环向折线形球面网壳结构节点的分布规律由以下因素决定，比如
ρi、ρj-杆件和球节点钢材的密度kg/m3；Vj-第j个球节点的体积m3；
Li-杆件的几何长度m；C1、C2 -杆件钢材和球节点钢材的单价；
和n分别表示约束
（
-现在的设计变
只要给定Kn和Nx的范围，就可以搜索Kn和Nx的组合，在满足整体位移的条件下，使网壳结构的总耗钢量最
(1)集合变量
(2)目标函数刚开始带入的第一个值是
(3)开始下一步计算，当获得的值在所有给定的约束条件的范围内。此时停止继续代入，结构优化结束
(4)依据式（4.3）算出
(5)计算设计点的值
(6)对获得的最优解进行修正，然后就可以得到结构杆件的最优重量；
(7)节点的优化是根据截面优化的结果，就可以获得节点最优重量，最后算出结构的总重量；
(8)根据输入的宏观参数，最终可以获得使结构最优的网格数Kn和Nx。
（1）杆件截面面积
（2）目标函数为结构最优总含钢量：
表示杆件组数，
表示第
（3）约束条件
1）强度要求：受拉杆件：
对于受拉杆件：
对于受压杆件：
表示受压杆件的应
2）长细比要求：
和
3）位移要求：
表示结构的
4）焊接球节点的直径要求：
表示第
5）离散集要求：
表示杆件
表4.1 空心焊接球许用离散集
4.3.1 左右斜杆型环向折线形球面网壳形状优化
阶次
1
6.879
7.771
10.842
21-30
11.499
12.593
14.236
15.149
31-40
17.454
18.639
19.661
20.335
阶次
16.914
18.413
19.629
22.345
4、因为篇幅的关系，在进行地震分析时，仅选取一条典型的地震波分析两种环向折线形球面网壳的抗震性能。但
参考文献
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况
