椭圆水平投影双曲抛物面网壳参数化设计及抗震性能分析

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随着经济社会的不断发展,人们对大跨度空间结构的需求愈发高涨,在保证结构的安全性的同时也在更多的要求建筑的美观与新颖性。传统的球面、柱面网壳因覆盖空间广、矢高大等特点广泛应用于大型体育馆及工厂类建筑;然而放眼望去,其造型多固守成规、千篇一律,缺乏建筑美感。双曲抛物面网壳结构形式多变,既可以单块作屋盖,也能多块灵活组合。可塑造成矩形、菱形和椭圆形等多种平面,特别适用于艺术馆、音乐厅、中型体育场馆等对建筑美感要求较高的建筑。本文的研究对象为单块的单层椭圆水平投影双曲抛物面网壳,其索拱正交的结构形式可创造多变的内部空间效果,使建筑更具现代艺术气息。文章通过归纳文献介绍的类似网壳工程实例,依照文献原型的主要特征,创建相似的模型。引入ANSYS有限元分析软件,分析该类双曲抛物面网壳在静力和地震作用下的一般特性,得到一些重要结论。研究的主要内容如下:1、依据双曲抛物面方程其中.f为矢高,S1为长跨,S2为短跨,对椭圆投影面的双曲抛物面网壳进行参数化设计;借鉴肋环、联方、凯威特、施威德勒、短程线、三向格子六种典型球面网壳的结构形式,建立了六种椭圆水平投影双曲抛物面网壳模型;只要输入矢高、长短轴跨度、环向份数、径向圈数便可方便实现该类网壳模型结构的参数化设计。考虑自重,对该类结构施加静力载荷,通过比较不同矢高、跨度下的位移云图和应力云图,归纳出六种结构模型各自的适用跨度、矢高等范围。2、依据双曲抛物面正、负曲率抛物线正交的特性,推导了该类双曲抛物面网壳的杆件长度与参数之间的关系式;在结构设计时,给定跨度矢高等参数,可通过引入该公式,保证工程上对杆件长度的控制要求,进而对结构的优化设计奠定基础。3、选取所研究的六种双曲抛物面网壳结构静力性能较优的两种进行地震响应分析,对该结构施加EI-CENTRO三维地震波,采用时程分析法导出节点位移时程曲线及位移云图,通过跨度、矢高、环向份数、径向圈数等参数变化对结构位移的影响找出该种网壳结构在地震发生时受哪些参数影响最显著。
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