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索支撑空间网格结构是一种新型单层网壳结构形式,适合于玻璃采光顶结构。它采用独特网格形状(平面四边形网格)、网格形式(钢结构和柔性交叉斜索)、曲面形态(表面平移法形成)和节点形式,其结构整体稳定性和抗震性能会与传统单层网壳结构有很大不同。目前,对索支撑空间网格结构的抗震性能还缺乏研究。 本文针对振型叠加法计算地震响应,提出了模态贡献系数法用于挑选大跨空间结构地震荷载作用下的主要参振模态,其原理是基于地震荷载空间分布模式和振型的相似程度。本文根据不同网壳结构形式、不同地震波类型和不同地震波方向选取19个算例来分析检验模态贡献系数方法的准确性。获得结论如下:模态贡献系数法可以准确的选择结构主要参振模态计算得到结构地震响应,其准确性高于《空间网格技术规程》提出采用结构前30阶振型进行地震响应计算的方法。结构质量分布均匀情况下,模态贡献系数法与有效质量系数法计算结果相同;质量不均匀情况下,准确性高于有效质量系数。并且此方法具有普适性,适用于索支撑空间网格结构。 本文针对类型为椭圆抛物面索支撑空间网格结构、联方柱面索支撑空间网格结构和马鞍面索支撑空间网格结构三类结构,按照《空间网格结构技术规程》进行静力设计,然后通过有限元软件ANSYS进行时程分析,在9度罕遇地震(TAFT波和EL CENTRO波)三向地震波作用下进行动力计算。通过结构不同矢跨比,不同地震波以及不同索截面面积,分析单元应力和节点位移在地震作用下的分布规律。由分析可知,索支撑空间网格结构在9度罕遇地震下,结构几何非线性较弱,抗震性能良好。 最后,考察索支撑空间网格结构的地震作用下破坏模式。需要分为两种情况来考虑:第一种是索结构先进入塑性,然后拉断,钢结构杆件没有或小部分进入塑性。第二种是钢结构先进入塑性,直到钢结构破坏,索结构都没有破坏。本文针对三种矢跨比的椭圆抛物面索支撑空间网格结构进行动力破坏模式研究,分析了拉索断裂对于结构破坏模式的影响。得到如下结论:拉索不破坏模型,钢杆件能够充分发挥作用,利用率较高,因此极限承载力较高,并且刚度较大。与此相反,拉索破坏模型,钢杆件不能充分发挥作用,利用率低,因此极限承载力较低,并且刚度较小。其破坏形式主要分为两类:一类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加明显,结构破坏有一定征兆;第二类是随着荷载幅值的增加,结构位移增加不明显,结构破坏较为突然,没有明显征兆。