考虑杆件失稳影响的网壳结构稳定性研究_范峰

单层网壳结构稳定性分析
周飞;宛树旗
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2007(028)003
【摘要】介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法,利用大型通用有限元分析程序对单层球面网壳结构进行建模及求解,通过分析单层球面网壳的载荷-位移曲线,对单层球面网壳的失稳形态和稳定性能进行了研究,对影响单层球面网壳稳定性的多种因素进行了分析和总结,指出影响单层球面网壳稳定性的几个主要因素,较精确地确定单层球面网壳结构稳定性极限承载力,提出的简便计算公式.
【总页数】4页(P119-122)
【作者】周飞;宛树旗
【作者单位】广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630;广东瀚华建筑设计有限公司,广州,510630
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.地震作用下单层网壳结构动力稳定性分析的能量准则 [J], 徐军;孙锐
2.某开口单层网壳结构设计及稳定性分析 [J], 程杨苟;张晓光
3.MG(南汽)展示厅异型单层网壳结构稳定性分析 [J], 姚东生
4.单层网壳结构稳定性分析的随机缺陷模态迭加法 [J], 刘慧娟;罗永峰;杨绿峰;张
伟
5.单层网壳结构整体稳定性分析 [J], 武继虎
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考虑整体稳定的单层网壳截面优化设计
王法武;唐敢
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】2006(12)3
【摘要】整体稳定性是单层网壳结构设计中的一个关键问题.在进行此类结构的优化时,必须考虑整体稳定性的影响才能得到符合规程要求的设计.本文综合考虑了位移、应力和杆件稳定以及结构整体稳定性条件,提出了基于最优准则法的优化设计方法,可按照钢结构设计规范和网壳结构规程的要求,对单层网壳结构进行杆件截面设计.
【总页数】5页(P31-34)
【关键词】单层网壳;优化设计;结构稳定
【作者】王法武;唐敢
【作者单位】东南大学土木工程学院;南京航空航天大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.地震荷载作用下考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性研究 [J], 马腾飞;冯秀苓;周晖;王江;魏昕
2.矢跨比对考虑杆件屈曲的单层球面网壳结构整体稳定性能的敏感性分析 [J], 马腾飞;周晖;曲淑萍
3.钢结构单层网壳整体稳定性分析设计 [J], 史纲;刘辉;庄晓玲
4.考虑结构整体稳定性的单层网壳优化设计 [J], 李永梅;张毅刚
5.考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计 [J], 张年文;董石麟;黄业飞;赵阳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

单层柱面网壳的稳定性(上)
沈世钊;陈昕;张峰;范卓
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】1998(4)2
【摘要】本文有计划地对３８０例实际尺寸的单层柱面网壳进行了荷载－位移全过程分析，求得了它们的极限承载力。

系统地考察了四边支承柱面网壳的矢宽比（矢高与波宽之比）和长宽比（长度与波宽之比）这两个主要几何参数对网壳稳定性能的影响；还系统考察了网壳初始几何缺陷和荷载不对称分布对其稳定性能的影响。

通过这种大规模参数分析方法，较好地掌握了单层柱面网壳稳定性能的规律，在此基础上提出了供设计使用的实用公式。

【总页数】12页(P17-28)
【关键词】单层柱面网壳;荷载;初始几何缺陷;权限承载力;全过程分析;长宽比;位移;基础;参数分析
【作者】沈世钊;陈昕;张峰;范卓
【作者单位】哈尔滨建筑大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU356;TU337
【相关文献】
1.抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性 [J], 贺拥军;周元亮
2.单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法 [J], 曲扬;罗永峰;黄青隆
3.铝合金单层柱面网壳结构稳定性能研究 [J], 张凤起;齐麟
4.折线形单层柱面网壳的稳定性分析 [J], 张帅亮;高萌萌;杜文风
5.考虑节点偏差、杆件缺陷与偏心的单层三向柱面网壳稳定性研究 [J], 姜守芳;李会军;龙婷婷
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单层网壳结构整体稳定性分析摘要：作为常用的大跨度空间结构形式之一，单层网壳结构不仅结构形式美观，而且较少的节点和杆件也体现出该结构形式良好的经济性，但现实中单层网壳的整体失稳破坏现象在国内外均有发生，并得到设计师关注。

本文以结构稳定性分析理论为基础，对单层网壳整体结构线性稳定和考虑初始缺陷的非线性稳定问题的分析方法进行了系统的研究，并将研究成果直接应用于某站房屋盖的整体稳定性设计中，取得了良好的效果。

关键词：单层网壳结构；整体稳定性；分析1、前言单层网壳面外刚度弱，随着跨度的增大，结构的承载力主要由稳定控制，稳定验算成为结构设计的关键。

此外，单层网壳对缺陷敏感，其初始缺陷的分布与取值是该领域研究的主要课题之一。

网壳整体稳定性能的影响因素有很多种，而且都具有随机性。

而这些因素之间的相互影响使得网壳结构的稳定性问题变得更为复杂。

因此，对网壳结构进行整体稳定性分析是非常有必要的。

2、结构稳定分析基本问题在荷载作用下结构处于稳定平衡状态，荷载逐渐增加到某一值时，若继续施加某一微小增量，结构的平衡状态即发生明显的变化，结构体系由开始的衡状态变为不稳定平衡状态，最后达到一个新的稳定状态，这就是结构失稳或屈曲过程，对应的荷载即为屈曲荷载或临界荷载。

结构失稳主要有三种类型：第一类失稳通常是指结构荷载增加至一定数值时，结构由原来平衡状态变为另外一个平衡状态，该类失稳又称为分支点失稳或平衡分岔失稳，基本平衡路径为外荷载与内力相等的平衡状态对应的平衡路径，当结构沿基本平衡路径加载达到屈曲临界荷载时，平衡路径发生变化，有可能会出现新的平衡状态，新的平衡路径称为分支平衡路径，分支平衡路径与基本平衡路径的交叉点称为分支点，线性屈曲失稳的临界荷载N即为分支点对应的外荷载。

第二类失稳是指结构在大变形和大位移的不稳定的发展过程中，没有新的变形形式出现，失稳时结构平衡形态本质没有发生改变，这类失稳也称极值点失稳。

当外荷载逐渐增加至极值荷载Nmax后，结构平衡状态由稳定变为不稳定，荷载增大或即使保持不变，结构也会产生很大的位移，若要维持结构内外力之间的平衡必须逐渐减小外荷载。

第24卷第5期 V ol.24 No.5 工 程 力 学 2007年 5 月 May 2007 ENGINEERING MECHANICS17———————————————收稿日期：2005-09-17；修改日期：2005-12-27 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50338010)作者简介：*曹正罡(1975)，男，黑龙江呼玛县人，讲师，博士生，从事网壳结构稳定性研究(E-mail: caohit@)； 范 峰(1971)，男，安徽安庆人，教授，博士，长期从事大跨空间结构抗震、稳定性能研究；沈世钊(1933)，男，浙江嘉兴市人，教授，中国工程院院士，长期从事大跨空间结构抗风、抗震、稳定性能研究.文章编号：1000-4750(2007)05-0017-07单层球面网壳结构弹塑性稳定性能研究*曹正罡，范 峰，沈世钊(哈尔滨工业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090)摘 要：有计划地针对六种实际尺寸的常用单层球面网壳结构，利用ANSYS 软件及自编的前后处理程序进行了3200余例网壳双重非线性全过程分析。

求得网壳的弹塑性极限承载力，系统地考察了初始缺陷和荷载不对称分布，支承条件等因素对单层球面网壳结构弹塑性稳定性能的影响，着重研究考虑材料非线性后网壳极限承载力的变化规律。

通过这种大规模参数分析研究，较全面了解单层球面网壳结构的弹塑性稳定性能，为实际工程设计提供了理论依据和设计参考。

关键词：球面网壳；稳定；极限承载力；弹塑性；ANSYS 中图分类号：TU311.2 文献标识码：AELASTO-PLASTIC STABILITY ANALYSIS OF SINGLE LAYER LATTICEDDOMES*CAO Zheng-gang , FAN Feng , SHEN Shi-zhao(School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150090, China)Abstract: A comprehensive parametric analysis of elasto-plastic stability behaviors of six kinds of real latticed domes with various geometric parameters were carried out in the present paper. Based upon geometrical and material nonlinear complete-process analysis, more than 3200 examples of latticed domes were analyzed by Finite Element Method software ANSYS and self-developed pre- and post-processing programs for critical elasto-plastic loads. The effects of initial imperfection, possible unsymmetrical distribution of loads and different supporting conditions, especially the effects of material nonlinearity on the critical loads of these kinds of domes were considered. Through the analytical results, the elasto-plastic stability behaviors of single-layer latticed domes are concluded, and guide-lines for the design of this structure is provided. Key words: latticed domes; stability; critical loads; elasto-plasticity; ANSYS网壳结构在静力作用下的稳定性问题自20世纪80年代后期至90年代中期曾是一个理论研究热点课题，当时许多研究者运用非线性有限元分析方法对网壳结构进行弹性的或弹塑性的荷载-位移全过程跟踪，从各个方面研究其稳定性能。

异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析
马宏伟;徐健聪;吴文斌;莫振忠
【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2024(56)1
【摘要】单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明:异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.
【总页数】10页(P47-56)
【作者】马宏伟;徐健聪;吴文斌;莫振忠
【作者单位】华南理工大学土木与交通学院;广东廷旭建筑工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.3
【相关文献】
1.世博轴阳光谷单层异形钢结构网壳节点制作工艺研究
2.异形单层网壳结构整体提升施工数值分析及应用
3.半刚性节点单层球面网壳整体稳定性分析
4.世博轴单层异形钢结构网壳节点制作工艺的研究
5.异形单层网壳结构体系优化与整体稳定性研究
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网壳结构稳定性研究现状分析摘要:网壳结构以其受力合理、轻质高强以及良好的跨越能力等优点在世界各地被广泛应用，网壳结构稳定性是衡量其安全与否的重要指标之一，本文综述了网壳结构稳定性的国内、外研究现状，并对网壳结构的应用发展趋势做了总结。

关键词:网壳结构；稳定性1、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高，人们亟需更大的自由空间及更小内支撑相互干扰的结构的出现，如大型集会场所、体育馆会展中心等。

而一般的平面结构，如刚架、桁架、平板网架等，受其结构形式的限制，跨越能力有限。

为此网壳结构应运而生，它以杆件为基础，按一定的规律组成网格，以壳体构型，兼具杆系和壳体的性质，保证了三维空间受力特性以及空间工作状态。

此外，网壳结构还有以下特点：1）轻型化特征，网壳结构各个构件之间没有特别明显的主次关系，各个构件几乎都能均衡承受荷载，其内力分布较为均匀，受力更加合理。

2）可以将结构美和建筑美有机地结合起来，完美与周围环境协调。

3）计算原理成熟、计算方法简便。

4）具有标准化、规格化特征。

网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材等建材制成，容易实现建筑构件的大批量工业化生产，多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化，可以提高生产效率，降低生产成本，从而使网壳结构的力学合理性与生产经济性完美结合起来，使大跨度网壳结构的广泛应用成为现实。

2、网壳结构稳定性的国内外研究现状网壳结构多数构件呈受压状态，典型的破坏形态是失稳破坏，具有突然性，会造成严重的损失。

尤其对于单层网壳，稳定更是控制其设计的关键，失稳破坏时钢材实际承受的应力水平很低，仅为30～40N/mm?，远未达到钢材屈服强度，使得网壳稳定性成为国内外学者关注的焦点。

网壳结构的计算方法大致分为两类：基于连续化拟壳理论的拟壳法和基于杆系有限元分析理论的离散结构法。

拟壳法的是一种近似方法，可近似算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性，适合于中小跨度的网壳计算。

随着电子计算机技术的飞速发展，杆系结构的有限元方法已被广泛应用在网壳结构计算上，该法可以精确的计算出网壳结构的内力和挠度。

张弦双向网格型单层柱面网壳稳定性及可靠度分析
张中昊;段皓鹏;于艳春;支旭东;范峰
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2022(39)10
【摘要】在双向网格型单层柱面网壳面外布置弦杆和拉索形成张弦结构体系,有效地增强了结构的承载能力。

该文针对40m、50m、60m跨度网壳,分析了网壳随预应力、矢跨比、初始缺陷以及拉索强度等参数变化对结构静力稳定性能的影响,并结合100m和120m大跨度网壳算例,论证了该结构体系的实用性。

基于ANSYS和MATLAB响应面法,分析了网壳在承载力失效和变形失效两种失效形式下的的可靠度,获得了失效概率、可靠指标及其灵敏度和相关性。

结果表明,布置弦杆和拉索后结构稳定承载力最大可提高744%。

100m跨度网壳的稳定承载力的失效概率为1.026 54×10^(-1),其可靠度相对较低。

跨度小于60m网壳的稳定承载力和变形的失效概率极小。

网壳中拉索强度是影响结构稳定承载力的主要因素,大跨度网壳中拉索的影响相对减弱。

拉索强度及弦杆内、外径对结构变形均产生一定影响。

【总页数】12页(P161-172)
【作者】张中昊;段皓鹏;于艳春;支旭东;范峰
【作者单位】东北农业大学水利与土木工程学院;哈尔滨工业大学土木工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究
2.斜拉杆增强温室双向网格型单层柱面网壳稳定性
3.单层柱面网壳动力稳定性评估的阶跃推覆分析方法
4.折线形单层柱面网壳的稳定性分析
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大跨温室单层网壳结构稳定分析杨军【摘要】A long span single-layer latticed shell structure is used in the botanical garden on the Black Bear Island.Stability analysis of such a latticed shell is the key in structural design besides its strength and stiffness requirement calculations.This paper verified that the integral stability analysis is a critical design process for small single-layer reticulated shell structures through the single nonlinear stability and the double nonlinear stability analyses.%黑瞎子岛植物园温室采用大跨单层网壳结构。

温室网壳除满足结构所需的强度、刚度外，其整体稳定是计算分析重点。

通过单、双非线性整体稳定分析，证明矢跨比较小的单层网壳结构整体稳定分析指标是其设计的控制指标。

【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】5页(P41-45)【关键词】单层网壳结构;大跨;矢跨比;非线性稳定性分析【作者】杨军【作者单位】上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041【正文语种】中文1 引言单层网壳因其空间无柱化及造型简洁、多变而在工程设计中越来越受到建筑师的青睐并广泛运用于温室建筑中。

位于祖国最东北端的黑瞎子岛植物园温室是呈类椭球面的单层网壳结构(图1)。

建筑师在类椭球面上切割成异型的结构。

温室建筑最高点高度为20 m,网壳东西向短向跨度为70.0 m，南北向长向跨度为125 m。

大跨度四边支承单层柱面网壳的稳定性能曹正罡;范峰;孙瑛;王玉芹;王伟【摘要】为拓宽单层柱面网壳的应用跨度,以参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对波宽为20 m四边支承柱面网壳开展400余例非线性全过程分析,考察屈曲模态、临界荷载、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢宽比、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对网壳临界荷载的影响规律.研究结果显示:四边支承柱面网壳的直杆以受弯作用为主,壳面中部是结构的薄弱区域;当长宽比过大时,应通过增设加劲肋提高壳面刚度,加劲肋的间距应使得网壳长宽比保持在1.0为宜;柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感,当缺陷值达到波宽的1/300时,网壳的弹塑性临界荷载将降低30%以上;当荷载呈不对称分布且p/g=1.0时,网壳的临界荷载将降低到均布荷载作用情况下的86%～94%.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2010(042)010【总页数】6页(P1524-1529)【关键词】柱面网壳;弹塑性;稳定性;屈曲模态;临界荷载【作者】曹正罡;范峰;孙瑛;王玉芹;王伟【作者单位】哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090【正文语种】中文【中图分类】TU393.3近30年来，国内外学者在网壳结构的稳定性能研究方面取得了丰硕成果［1－6］，所研究的网壳结构形式也多种多样.其中针对柱面网壳结构的研究［7－8］我国学者自上世纪90年代中期就已经开始，在此基础上提出的柱面网壳极限承载力的简化计算公式已成功应用到现有规程［9］.近几年，研究人员进一步对柱面网壳弹塑性稳定性能开展重点分析，获得了较为系统的研究成果［10－12］.这些研究针对的柱面网壳均以15 m做为适用跨度并符合当时的建设要求，但随着单层柱面网壳建设跨度的逐渐增大，前期研究成果的局限性就凸显出来.为此，本文针对四边支承条件下三向网格柱面网壳，将研究波宽(b)增大到20 m，而且为提高结构整体刚度考虑了利用加劲肋来提高网壳的整体刚度.在此基础上，利用有限元软件ANSYS 开展系统的弹性和弹塑性全过程分析.通过考察屈曲模态、塑性发展分布及矢宽比(矢高/波宽)、长宽比(长度/波宽)、初始几何缺陷和荷载不对称分布等因素对极限荷载的影响，总结柱面网壳结构的弹性、弹塑性稳定性能，进而为开展更大跨度柱面网壳设计与建设提供技术指导.1 参数分析方案1.1 结构计算模型图1 柱面网壳网格布置四边支承柱面网壳构造通常分为两种情况:当长宽比(L/b)＜2.2时，构造如图1(a)所示;长宽比＞2.2时，沿长度方向一倍宽范围内加设一道加劲肋，以提高结构的整体刚度和稳定性，加劲肋结构形式为平面桁架，见图1(b).有限元模型中网壳各节点采用刚性连接;网壳的支承形式为两纵边节点三向固定铰支，两端面节点只限制平面内位移(X、Z向位移)，不限制纵向位移(Y向位移).1.2 长宽比与矢宽比选取6种网壳长度:L=20，28，36，44，52，60 m.相应的长宽比:L/b=1.0，1.4，1.8，2.2，2.6，3.0.考虑4种矢宽比f/b=1/2，1/3，1/4，1/5.网壳网格划分沿长度方向每3 m一格，沿圆弧方向按等弧长原则划分为10段.1.3 荷载分布形式考虑满跨均布和半跨均布两种荷载分布形式.其中，恒荷g满跨分布，活荷载p可满跨均匀布置也可半跨均布.考虑了活荷p与恒荷g的4种比例:p/g=0，1/4，1/2，1.0;荷载分布形式见图2.图2 不对称荷载分布形式1.4 杆件截面网壳杆件均采用Q235B圆钢管.分别选取3套常用杆件截面，以截面①、截面②、截面③表示，所选截面见表1.杆件的选取原则为按照规程JGJ61－2003静力稳定性验算原则，利用非线性弹塑性有限元分析，通过调整杆件截面，以保证结构的整体稳定承载力相对正常使用荷载的2倍安全系数，同时杆件的应力比控制在0.6以内.表1 柱面网壳几何构造及杆件配置 mmL/b 杆件形式截面① 截面② 截面③102×8 102×8 108×6 f/b=1/2～1/5 斜杆121×10 121×10 127×8纵杆、直杆L/b≤2.2 纵杆、直杆89×5 73×4 95×4斜杆102×7 89×6 108×6 L/b=2.6，3.0 f/b=1/4，1/5 肋弦杆102×7 89×6 146×6肋腹杆89×5 73×4 27×4纵杆、直杆89×5 73×5 95×4斜杆102×7 89×7 108×6 L/b=2.6，3.0 f/b=1/2，1/3 肋弦杆133×8 121×8 146×6，1肋腹杆121×6 102×6 27×41.5 初始几何缺陷将网壳最低阶特征屈曲模态作为最不利初始几何缺陷分布模式，考虑初始缺陷值分别为r= 2.7 cm(L/750)，4.0 cm(L/500)，6.7 cm(L/300)3种情况.2 屈曲模态及塑性发展分布2.1 屈曲模态屈曲模态代表结构在临界点处的位移发展趋势，对结构的屈曲模态进行分析，可以了解网壳结构的薄弱环节，预测结构可能发生的失稳形式.图3给出了柱面网壳在不同荷载分布情况下的屈曲模态，可以看出，在对称荷载作用下网壳呈现对称的变形趋势，主要体现在跨中部位发生较大凹陷(图3(a))，这表明网壳中部是柱面网壳刚度较弱的部分.当将这一区域内增置加劲肋后，网壳的屈曲模态表现为在加劲肋外侧壳面两边侧发生对称凹陷(图3(c))，加劲肋作用体现的非常明显.当屋面荷载呈现不对称分布时，壳面的凹陷略偏向于荷载较大的一侧(图3(b)，(d)).图3 网壳屈曲模态2.2 塑性发展分布对应于网壳的屈曲模态，失稳过程中的塑性发展过程更能直接反应出结构内部的内力分布机制.考虑材料非线性影响后，外荷载达到结构极限承载力之前，壳面中部杆件会不同程度进入塑性，结构刚度会在壳体几何变形与塑性发展的共同作用下而逐渐减弱.图4给出了长宽比为2.2、矢宽比为1/5的柱面网壳的塑性发展分布图，对应的位置分别为网壳出现塑性时刻(a)、临界时刻(b)、失稳后某一时刻(c);图中圆圈大小表明塑性发展的程度，实心圆圈表明杆件全截面进入塑性.显然，对应前文所展示的屈曲模态可知，网壳进入塑性的位置与壳面凹陷区域基本一致，进入塑性的杆件全部是壳面中部的斜向杆件，屈曲前并没有杆件全截面进入塑性，屈曲后全截面进入塑性的杆件出现在壳面中央，这表明柱面网壳壳面中部在直杆方向上承受的弯矩作用较大，整体结构仍以受弯状态为主.3 各种因素对临界荷载的影响本文共对400余例柱面网壳进行全过程参数分析，以研究各参数对网壳临界荷载的影响规律.对每例结构取第一个临界点处极限荷载值作为结构的临界荷载.3.1 初始几何缺陷影响限于篇幅，图5中仅给出了长宽比为1.4、2.6两种情况下具有不同初始缺陷时柱面网壳临界荷载的变化规律.图4 网壳塑性发展分布图(L/b=2.2、f/b=1/5、p/g=0)由图5(a)、(b)可见，随初始几何缺陷的增加，弹性、弹塑性稳定极限荷载呈下降趋势.这主要是由于几何缺陷的存在使得网壳壳面整体刚度减弱，同时壳面内力分布不均匀，外荷载作用下杆件更容易进入塑性，并且缺陷的大小影响着杆件塑性发展的程度，进而进一步削弱了网壳的整体刚度，使得结构的临界荷载显著降低.当r= 6.7 cm(L/300)时，f/b=1/3的柱面网壳弹塑性临界荷载相对于完整网壳平均降低了30%; f/b=1/2的柱面网壳则降低了46%.当荷载不对称分布与初始几何缺陷共同存在时，这种规律并没有发生明显的变化，这表明柱面网壳临界荷载对于初始几何缺陷的变化更加敏感.图5 临界荷载随初始几何缺陷的变化曲线更进一步研究初始几何缺陷对于设有加劲肋柱面网壳临界荷载的影响规律.从图5(c)中加肋柱面网壳临界荷载随初始几何缺陷变化规律曲线可见看出，f/b=1/5时，弹性临界荷载随初始几何缺陷的增加呈现出先降后升的趋势，而弹塑性临界荷载荷载则始终呈现下降的趋势.这主要是在于初始缺陷达一定值后，结构在失稳前变形过大而发生“形状畸变”，从而使得临界荷载出现上扬现象，此时计算出的弹性临界荷载已不具有实际意义;当考虑塑性影响后，网壳的整体刚度在构件进入塑性后进一步削弱，这也就是导致结构的临界荷载始终随初始几何缺陷的增大而降低的直接原因.“畸变现象”做为一种极端情况，并不是出现在所有网壳结构中，例如，图5(d)中给出的L/b=2.6、f/b=1/2柱面网壳，其弹性和弹塑性临界荷载都是随初始几何缺陷的增大而逐渐降低的;当r=6.7 cm(L/300)时，网壳临界荷载平均降低了29%.3.2 长宽比影响图6给出了各不对称荷载分布情况下，柱面网壳临界荷载随长宽比变化的规律曲线.图6 柱面网壳临界荷载随L/b的变化曲线(r=0)图中可见，不设肋的柱面网壳(L/b≤2.2)的临界荷载随长宽比的增加呈下降趋势;加设加劲肋后(L/b＞2.2)稳定极限荷载有所提高，但不等同于L/b=1.0时柱面网壳的临界荷载值，显然加劲肋对于提高网壳结构整体刚度起到了一定作用，但并不能起到完全支承作用.因此提高加劲肋的刚度对于保证网壳临界荷载起到至关重要的作用;而且对于四边支承的柱面网壳结构当长度较大时，应合理增设加劲肋，使网壳分段长宽比保持在1.0为宜.3.3 矢宽比影响柱面网壳的矢宽比类似于两铰拱结构的矢跨比，是影响结构力学性能的重要参数.图7给出了具有不同长宽比的柱面网壳，当p/g=0时结构临界荷载随矢宽比的变化规律曲线.图中结果显示，网壳的弹性临界荷载随矢宽比的增加变化趋势较为复杂，但总体上呈现为上升趋势;而弹塑性临界荷载则呈现出先升后降的趋势.矢宽比为1/2时，网壳的临界荷载最低.显然这也与网壳结构整体受力性能以及塑性发展情况密切相关，材料为弹性时，矢跨比越大，网壳的整体刚度越大，因此结构抵抗外荷载和保持原有形状的能力也就越强.但相同网格数布置情况下，矢宽比大的网壳壳面中央部分每个节点上承受的荷载越大，同样的外荷载作用下，杆件的内力响应也就越大，这样当考虑材料非线性的影响后，壳面中央区域的杆件也容易过早进入塑性，导致壳面刚度的削弱而无法抵抗荷载的进一步增大而丧失稳定性.但这同样还要考虑矢宽比提高对于整体刚度的影响作用，两者对于临界荷载的影响是相互抵制的，究竟哪个因素对于临界荷载的影响更显著，这要根据具体网壳的几何特征及杆件配置情况而定.因此，设计过程中提高矢宽比的同时，应增加网壳在波宽方向的网格数，降低节点负荷面积及相连杆件的内力响应，从而达到通过增大矢宽比来有效提高网壳整体临界荷载的作用.图7 网壳临界荷载随f/b的变化曲线(r=0)3.4 荷载不对称分布的影响网壳结构对于荷载不对称分布的敏感性是值得关注的一个重要问题，因为荷载的不均匀分布在实际工程中是普遍存在的现象.图8分别给出了矢宽比为1/5和1/2、具有不同长宽比的柱面网壳临界荷载随不对称荷载分布比例变化的曲线.由图可见，随着不对称荷载比例的增加，无论是弹性临界荷载还是弹塑性临界荷载都呈现出下降的趋势，而且规律性基本一致.经统计，当p/g=1.0时，矢宽比为1/5的柱面网壳临界荷载平均降低到对称荷载作用情况下86%;而矢宽比为1/2的柱面网壳则仅降低到94%.显然，四边支承情况下柱面网壳对于荷载不对称分布的敏感性并不类似于两铰拱结构，而且结构长度的改变也没有引起这种敏感性的变化.这也可以从前文图3中给出的网壳在不对称荷载作用下的屈曲模态得出相应的结论.显然对称荷载作用与不对称荷载作用下，网壳的屈曲模态形式大体相同.只是当荷载对称作用时，网壳的失稳区域出现在壳面中线两侧呈对称分布或在壳面中央;而当荷载不对称分布时，则失稳区域仅出现在壳面中线一侧或同样主要在壳面中央，但荷载偏大一侧变形趋势更明显.这种情况下，无论荷载是否对称分布，发生失稳的壳面区域并无明显突变，失稳壳面的初始刚度也就相差不大，而网壳的临界荷载基本上是与网壳失稳区域内壳面的薄膜刚度和弯曲刚度有关，也就是导致两种不同分布荷载形式下的临界荷载比较接近.图8 网壳临界荷载随p/g的变化曲线(r=0、截面①)4 结论1)四边支承柱面网壳的屈曲模态主要表现为壳面中部区域的大面积凹陷，进入塑性的杆件也出现在相应的位置，表明结构仍是以受弯作用为主，壳面中部区域是结构的薄弱环节，可通过增设加劲肋提高壳面刚度.2)四边支承柱面网壳对于初始几何缺陷较为敏感，当初始几何缺陷达到跨度的1/300时，网壳的弹塑性临界荷载平均降低30%以上，而且初始几何缺陷过大而引起的网壳“畸变”现象在考虑材料非线性的影响后将消失.3)长宽比的增大将导致四边支承柱面网壳临界荷载的显著降低，但可通过增设加劲肋消除这一因素的影响.增设加劲肋的间距应使得网壳的长宽比保持在1.0左右为宜.4)矢宽比的增大将有效提升网壳的壳面刚度，提高结构的临界荷载，但对于同样波宽的网壳，矢宽比越大，壳面节点承担的荷载值也相应增大，从而可能导致网壳临界荷载的反而降低.因此提高矢宽比的同时，应增加网壳在波宽方向的网格数，降低节点负荷面积，从而提高结构的整体临界荷载.5)荷载的不对称分布将导致四边支承柱面网壳临界荷载略有降低，当p/g=1.0时，网壳的临界荷载将降低到对称荷载作用情况下的86%～94%.网壳在不对称荷载作用下的屈曲模态在形式上与对称荷载作用下基本一致，只是壳面凹陷的区域出现在荷载偏大的一侧.参考文献:［1］沈世钊，陈昕.网壳结构稳定性［M］.北京:科学出版社，1999:148－153. ［2］ KATO S，YAMASHITA T，UEKI T.Evaluation of elasto-plastic buckling strength of two-way grid shells using continuum analogy［C］//Sixth Asian Pacific Conference on Shell and Spatial Structures.Seoul，Korea:［s.n.］，2000:105－114.［3］ KATO S，YAMAUCHI Y，UEKI T.Buckling load of elliptic paraboloidal single layer reticulated roofs under uniform load［J］.International Journal of Space Structures，2005，20(2):91－106.［4］ KATO S，KIM J M，NIHO Y.Proportioning method for member sections of single layer reticulated domes based on the results of liner buckling analysis［C］// Sixth Asian Pacific Conference on Shell and Spatial Structures.Seoul，Korea，［s.n.］，2000:25－40.［5］ KATO S，KIM J M，CHEONG M C.A new proportioning method for member sections of single layer reticulated domes subjected to uniform and non-uniform loads［J］.Engineering Structures，2003，25:1265－1278.［6］ YAMADA S，TAKEUCHI A，TADA Y，et al.Imperfection-sensitive overall buckling of single-layer latticed domes［J］.Journal of engineering mechanics，2001，4:382－386.［7］张峰.单层柱面网壳非线性稳定性分析［D］.哈尔滨:哈尔滨建筑大学，1997. ［8］刘承宗，赵惠麟，周志勇.单层组合网壳的双重非线性稳定问题［J］.东南大学学报，1998，28(2):75－80.［9］ JGJ61－2003，网壳结构技术规程［S］.北京:中国建筑工业出版社，2003:17－20.［10］陈军明，陈应波，李秀才.单层柱面网壳结构的非线性稳定研究［J］.武汉理工大学学报，2003，25(4): 51－54.［11］曹正罡.网壳结构弹塑性稳定性能研究［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2007.［12］范雪莲.单层柱面网壳的弹塑性稳定分析［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2005.。

网壳结构两种悬挑形式稳定性研究摘要：网壳结构是一种常见的钢结构形式，被广泛的应用于工业厂房，其结构形式多变，本文以某工业厂房为例，使用有限元分析软件sap2000，对网壳结构的悬挑部分在不同设计方案下的计算长度以及不同连接方式对计算长度的影响进行了分析，并进行了理论验证，根据不同的设计形式得出了相应的计算长度，供相关设计使用参考。

关键词：网壳结构；计算长度；sap2000；临界荷载1.引言钢结构常常被用于空间结构之中，网壳是工业厂房常用的结构形式。

要做出安全、经济、合理的钢结构设计，除了把握好工艺要求和结构布置以外，还应重视设计分析方法和构造要求。

工程上多采用单层网壳、双层网壳等复杂曲面来实现建筑物的特殊造型，稳定性是影响网壳结构的承载力主要因素，而计算长度系数是控制杆件稳定性的重要参数。

网壳结构设计的实用方法除了考虑整体分析的方法外，还要对结构中每个杆件进行承载力的校核，在计算时考虑其他杆件的约束，用计算长度系数体现。

由于工程实际中杆端的约束各种各样的，在进行结构设计时为了方便计算。

通常是使用等效计算长度，即把端部不同约束杆件的承载力换算到两端铰接的轴压杆件的形式，我们常把等效长度叫做计算长度，把计算长度除以杆件的几何长度就可以得到杆件的计算长度系数。

对于网壳结构，其外荷载可按静力等效的原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上，分析双层网壳时可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力，分析其计算长度时，可将杆件看作轴心受压构件进行分析。

2.工程背景在西安某工业厂房设计项目中，主生产厂房为总装厂房，该车间占地面积约为14580平方米，厂房纵向长度为162m，横向宽度为90m。

厂房地上一层，高度为18m，跨度分别为18m、36m及36m，柱距27m；其中：18m跨内设有夹层，夹层首层层高7m，以库房、小型加工区为主；二层层高4米，为管理办公用房；另外两跨36米区域为总装生产区，每跨设有两台2t悬挂式单梁吊车，吊车钩底净高不低于8m。

球面网壳结构是一种独特的结构形式，它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优点。

在现代建筑、桥梁、航空航天等领域得到了广泛应用。

然而，球面网壳结构也存在一些稳定性问题，特别是在承受外力作用下容易发生失稳破坏。

因此，研究球面网壳结构的稳定性是非常重要的。

一、球面网壳结构的基本概念和分类球面网壳结构是由若干根经纬组成的高强度杆件和节点组成的网状结构，呈球面形状。

根据节点连接方式的不同，球面网壳结构可分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种。

刚性节点球面网壳是由刚性连接件将若干根经纬杆件连接起来组成的网架结构，具有较高的刚度和强度。

由于刚性连接件的存在，刚性节点球面网壳的计算和设计比较容易。

铰接节点球面网壳是通过铰接节点将若干根经纬杆件连接起来，形成一个柔性的球面网壳结构。

由于节点处的连接件和杆件均为铰接，因此在其承载过程中产生较多的应力变形。

因此，设计铰接节点球面网壳结构的过程较为复杂。

二、球面网壳结构的稳定性分析球面网壳结构的稳定性研究是结构设计和计算的重要内容。

与其他结构相比，球面网壳结构的稳定性分析存在以下特点：1.不规则形状球面网壳结构的形状不规则，因此其受力状态也较为复杂。

在球面网壳结构的设计过程中，需要充分考虑其形状和受力状态，进行合理的分析和设计。

2.不同的节点类型根据节点的不同类型，球面网壳结构分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种形式。

在分析结构的稳定性时，需要分别考虑刚性节点和铰接节点的情况。

3.多个节点位移相互影响球面网壳结构中的多个节点之间存在位移相互影响的情况。

因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑节点位移的影响，确定每个节点的位移方向和大小。

4.复杂的边界条件球面网壳结构的边界条件比较复杂，需要考虑框架的边缘受力状态、球面曲率半径、节点位置等多个因素的影响。

因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑各种边界条件的复杂性，并进行相应分析和计算。

三、球面网壳结构的稳定性控制球面网壳结构的稳定性受到许多因素的影响，例如材料的强度、形变能力、边界条件等。

《网壳结构的稳定性》沈世钊著网壳结构的稳定性沈世钊(哈尔滨工业大学哈尔滨150090）摘要：本文通过荷载-位移全过程分析对各种形式网壳结构的稳定性能进行了深入研究。

对复杂结构的全过程分析方法作了探讨，通过所完成的2800余例各式网壳的全过程分析揭示了不同类型网壳结构稳定性能的基本特性，并提出了单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳稳定性承载力的实用计算公式。

关键字：网壳结构稳定性全过程分析非线性有限元分析一、概述稳定性分析是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题。

国外自70年代以来，国内自80年代中期以来，网壳结构发展异常迅速，其稳定性问题遂成为研究热点领域之一。

结构的稳定性可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。

传统的线性分析方法是把结构强度和稳定问题分开来考虑的。

事实上，从非线性分析的角度来考察，结构的稳定性问题和强度问题是相互联系在一起的。

结构的荷载-位移全过程曲线可以准确地把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。

当考察初始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。

但以前，当利用计算机对复杂结构体系进行有效的非线性有限元分析尚未能充分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。

在较长一段时间内，人们不得不求助于连续化理论（"拟壳法"）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。

例如文献1-3都提出了关于球面网壳稳定性的计算公式。

这种"拟壳法"公式对计算某些特定形式网壳的稳定性承载力起过重要作用。

但这种方法有较大的局限性：连续化壳体的稳定性理论本身并未完善，缺乏统一的理论模式，需要针对不同问题假定可能的失稳形态，并作出相应的近似假设；事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。

浅谈网壳结构的稳定性分析浅谈网壳结构的稳定性分析【摘要】稳定性是网壳结构（尤其是单层网壳结构）分析设计中的关键问题。

在设计网壳结构时，除了按常规设计规范验算网壳结构构件强度、稳定性及结构刚度外，还应该进行结构整体稳定性以及对初始缺陷的敏感性验算[2]。

本文对影响网壳稳定性的因素和研究方法做了综述，从而有助于设计人员对网壳稳定性的研究。

【关键词】网壳；稳定性；缺陷网壳结构的稳定性能可能从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念。

结构的失稳（屈曲）类型分为两种：一种是极值点屈曲，另一种是分枝点屈曲，其中分枝点屈曲又分为稳定分枝点屈曲和不稳定分枝点屈曲。

网壳结构根据不同的曲面形式对初始缺陷的敏感程度不同。

对初始缺陷敏感的网壳，结构稳定承载力会因为初始缺陷的存在而降低，同时，初始缺陷还会导致分枝屈曲问题转化极值点屈曲问题。

分枝点屈曲只发生在理想完善的结构，实际结构都是有初始缺陷的，所以其失稳都极值点屈曲而不是分枝点屈曲。

网壳失稳模态有很多种类型，通常有两种分类方法：一种是根据网壳结构失稳时，结构失稳的变形范围可以分为局部失稳和整体失稳；另一种是根据结构失稳时，构件是否发生塑性变形可以分为弹性失稳和塑性失稳。

局部失稳就是结构在荷载作用下失稳时，如果只有某个或某些局部区域结构偏离了初始平衡位置的失稳变形，而其他区域没有发生偏离初始平衡位置的变形。

结构的局部失稳又可以分为局部节点失稳和局部杆件失稳，局部节点失稳主要表现为结构局部一个或多个节点偏离了其初始平衡位移，这种节点的偏离平衡位置有两种，第一种是节点仍在它初始平衡位置上，但节点已经出现了绕某个自身轴的转动变形，这样的转动变形有可能会造成连接在此节点上的杆件弯曲变形。

第二种是节点偏离了它的初始平衡位置。

局部失稳一般容易发生在结构整体刚度分布不均匀，存在较薄弱的区域或者在结构上某区域作用过大的集中荷载。

整体失稳就是结构在荷载作用下失稳时，结构的大部分或几乎整个结构都偏离了初始平衡位置的失稳变形。