基于上部网架和下部支承结构共同工作的网架结构设计方法的研究

摘要

空间网架结构依靠其自重轻、受跨度限制小、造型优美等优势在世界各地得到了广泛的应用，尤其是我国，无论网架结构的总体数量还是个体规模都在世界上处于领先的地位。
　　 大空间及网架结构的设计方法总体来看可以分为两类:分离式和整体式。
　　 分离式方法即对上部网架和下部支承体系分开来设计，这也是长时间以来国内惯用的设计方法，钢网架公司在单独设计网架的时候通常会采取简支边界、弹性支座、固定铰支座三种方法来模拟下部支承对网架的影响，同样，在单独设计下部支承的时候也会采取全开洞、等代刚性板、等代钢梁的方法来处理网架对下部支承的作用，这几种方法都是分离式的设计方法。
　　 近年来，随着人们对大空间结构相互作用认识的加深，网架结构在实际工程中的考虑上下部结构共同工作的整体设计技术一直深受广大设计工作者的关注。同时随着CAD软件的不断进步升级，使得考虑大空间结构上下部共同工作设计方法成为了可能。但是，网架结构的考虑上下部结构共同工作的整体设计技术还不很成熟，并没有一套完整的设计流程和设计规程作为依据。
　　 综上所述，分离设计方法和整体设计方法哪一种或几种设计技术更合理、更简洁，设计出来的产品在受到地震作用时各项性能指标如何等这些问题是人们所着重关心的，目前对这个问题的研究测试工作还相当匮乏。
　　 本文采用目前国内应用最广泛的PKPM软件的分析计算程序PMSAP，并结合三维建模程序SpasCAD，完成了在一个集成CAD软件内对上下部为不同材料的空间网架结构进行整体建模分析，并对建模技术、上下部结构边界参数设置、结构分析等进行了详细研究，采用SpasCAD&PMSAP设计方法实现了对大空间结构整体设计;在此基础上，对本文采用的整体设计方法与过去的分离设计方法设计的建筑产品在稳定性、自振特性、动力性能进行了考察，并用大型有限元分析软件ANSYS作为基准模型，从而得出各种模型差距的大小。并提出了一些关于网架结构在实际工程设计中的建议和意见。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．1．1 国外的发展应用情况

1．1．2 国内的发展情况

1．2 关于网架结构上下部协同工作的研究

1．2．1 整体工作性能的研究

1．2．2 网架结构橡胶支座的研究

1．3 当前我国关于网架结构的设计方法

1．4 本文的研究目的和意义

第2章 工程算例资料及几个关键问题的解决

2．1 工程算例概况

2．2 工程设计软件PMSAP的介绍

2．3 连接支座的处理

2．3．1 橡胶支座对结构的整体影响

2．3．2 橡胶支座的抗侧刚度计算

2．3．3 在PMSAP软件中的实现

2．4 钢—砼混合材料结构阻尼比的计算

2．4．1 有关阻尼比的计算理论

2．4．2 钢—混凝土整体结构阻尼比的计算

2．4．3 CCQC方法在PMSAP中的实现原理和形式

第3章 对下部支承不同处理时模型的网架受力性能对比

3．1 概述

3．2 网架的基本计算假定及理论

3．2．1 网架结构的基本假定

3．2．2 网架的基本计算方法

3．3 ANSYS基准模型的建立

3．3．1 关于有限元程序ANSYS的介绍

3．3．2 计算单元的选取及有限元计算模型的建立

3．4 各种简化计算模型的建立

3．5 静力荷载下计算结果对比分析

3．5．1 上弦杆轴力的提取及对比

3．5．2 下弦杆轴力的提取及对比

3．5．3 节点位移的提取及对比

3．6 整体稳定性分析

3．6．1 特征值屈曲分析理论

3．6．2 特征值屈曲分析结果对比

3．7 动力性能分析

3．7．1 自振性能分析的理论

3．7．2 自振模态的对比分析

3．7．3 不同模型的自振频率对比

3．8 水平地震作用下各模型的反应对比

3．8．1 振型分解反应谱法的基本理论

3．8．2 振型分解反应谱法的计算结果对比

3．9 本章小结

第4章 网架不同简化时模型的下部支承受力性能对比

4．1 概述

4．2 不同简化模型的建立

4．3 各模型自振特性的对比分析

4．3．1 自振模态的对比分析

4．3．2 频率

4．4 在水平地震作用下柱顶位移对比

4．5 水平地震作用下柱底弯矩和剪力对比

4．6 不同模型位移比和位移角的对比分析

4．7 柱顶位移的时程分析

4．7．1 时程分析的基本理论

4．7．2 地震波的选取和调整

4．7．3 柱顶的位移时程分析结果对比

4．8 本章小结

第5章 结论及展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间论文发表及科研情况