杭州国际会议中心穹顶结构稳定性分析.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 杭州国际会议中心穹顶结构稳定性分析 罗永峰遇瑞王朝波 李建宏 (同济大学土木工程学院建筑工程系，上海，200092) (中国联合工程公司杭州310006) 摘要：杭州国际会议中心穹顶采用单层钢网壳结构，整体稳定性常是这种结构设计的控制因素，本文借助ANSYS有限元分 析软件，对该结构体系的整体稳定性进行了分析研究，获得了该结构在整体稳定性信息及其对缺陷的敏感程度，为类似结构 的分析提供了有价值的参考资料。 关键词：穹顶，网壳，整体稳定 一、工程概况 杭州国际会议中心穹顶采用单层钢网壳结构，材料为Q345。穹顶网格形式采用肋环型，穹顶跨度66．3m， 高度16m。结构主肋杆采用矩形截面500X 200X9X14 顶结构支承于下部主体结构柱上。穹顶底部标高为69．OOm，顶部标高为85．OOm。总体结构如图l所示： 图1穹顶总体结构 二、计算模型及荷载 (一)计算模型 本文采用ANSYS有限元分析软件进行计算分析。穹顶结构的有限元模型如图2、图3所示，除屋面板 采用板壳元外，其余单元均为三维梁单元。屋面板简化为板壳单元是为了施加荷载，该单元刚度设定很小， 不起受力构件作用。弹塑性分析时，材料假设为理想弹塑性材料。 工业建筑2006增刊 575 第六届全国现代结构工程学术研讨会 图2梁单元布置图 图3板单元布置图 (二)荷载及组合 在分析中本文考虑以下荷载：①恒载1．OkN／m2，结构自重程序自动计算。②活载0．5kN／m2。③风荷载 体型系数由委托方提供，该结构主体呈现圆球形状，风荷载考虑00，450，90。，180。四种风向，但是由于 该穹顶整体较为扁平，结构所受的风荷载均为吸风，对结构的稳定起有利的作用，可不考虑其影响。因此， 本文的分析计算只考虑一种组合：1．0×恒载+1．0×活载。 结构整体稳定分析 (一)线性整体稳定分析 表1列出了线性整体稳定分析所得到的两种荷载组合下前6阶屈曲系数，图4至图六给出了前三阶屈 曲模态。 表1结构在两种荷载组合作用下线性屈曲临界荷载因子入。， 9 ‘东必窖 l 2 3 4 5 6 入。， 8．4 8．7 10．5 10．7 11．8 12．1 图4一阶屈曲模态 图5二阶屈曲模态 576 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 图6三阶屈曲模态 (二)考虑几何非线性的整体稳定分析 对该穹顶结构进行几何非线性整体稳定分析，分别分析考虑和不考虑初始缺陷两种情况，以说明该结 构对缺陷的敏感程度并表明失稳情况。 1不考虑缺陷的影响 当认为该穹顶为完善结构时，对其进行几何非线性的整体稳定分析，得到的屈曲荷载因子为：入cr=8．3， 此时结构的失稳形状如图7所示；选出此时位移最大的点并做出该点z方向的荷载一位移曲线如图8所示。 图7屈曲形态 图8 Z方向的荷载一位移曲线 2考虑缺陷的影响 当考虑该穹顶结构的缺陷作用时，对其进行几何非线性的整体稳定分析，得到的屈曲荷载因子为：入 cr=5。0此时结构的失稳形状如图9所示；选出此时位移最大的点并做出该点z方向的荷载一位移曲线如图 lO所示。 工业建筑2006增刊