单层球面网壳的优化设计研究.pdf

·854 . 《工程力学J增刊 1999 单层球面网壳的优化设计 王秀丽 方有珍 朱彦鹏 (甘肃工业大学建工系.兰州 7300501 摘 耍 本文以网壳的矢高、网格数、杆件截面积、球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数， 采用直接有哪些信誉好的足球投注网站法与准则法有机结合的练合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进 行优化设计，并考虑了竖向和水平地展作用。编制了SSSAOP(FORTRAN)软件，同时对杆件面积规格化， 以便直接用于实际工程.此外，计算中所需信息自动生成，实现了网壳结构设计的自动化。 关性词:单层球面网壳、数学模型、空间杆系有限元、优化设计、程序 1、前言 空间结构的出现与发展，总是与人类社会生产、生活的需要，科技水平以及物质条件 紧密相连的，特别从本世纪以来，大跨度、大空间的建筑在许多国家得到了前所未有的发 展;而且空间结构被公论为一个国家社会文明的象征，使它成为了一个国家建筑科技水平 的标志，因而一些国家为了主办大规模国际性博览会，奥运会，亚运会等国际盛会，纷纷 以结构新颖的空间结构来显示本国的建筑科技力量，再者，平面结构从技术经济方面而 言，难以跨越较大的空间，也很难满足建筑平面、空间造型和经济方面的要求。由此可见 空间结构具有良好的发展前景。 2、优化设计及程序的实现 2.1效学棋型的建立 2.1.1设计交皿 (1).球面网壳的矢高X，; (Z).环向网格数Xs; (3).径向网格数x:: (4)杆件截面积X4,…，X;,…，X..,(n为杆件单元数) (5)球节点体积L.…，X-4(m为球节点数): 2.1.2目标函效 图1单层网壳图示意图 本文以单层网壳的总造价为目标函数: 用+nr3 W=C艺pX,L+。艺pX,+C,A, (1) J=+5 式中:C一 杆件钢材的单位价格 (元/吨): CI一 球节点钢材的单位价格 (元/吨) 王秀丽.女，1963.9出生.工学硕士，副救授 甘甫省自然科学基金资助项目 (工程力学》增刊 1999 ·855 C一 屋面板材的单位价格 元〔加一) p一杆件钢材的密度 (吨/m); p’一球节点钢材的密度(吨//m); x，一第I根杆件截面积(m); x，一第1个球节点体积(m) L.一 第1根杆件的几何长度 (m); As‘一 网壳屋面等效面积 (而)。 2.1.3约束条件 (1)单层网壳杆件的计算长度 单层网壳内力分析时经常采用的力学模型为空间梁元体系由于单层网壳杆件多数为 受压或压弯杆件，而且在一般情况下内力值及应力值偏低。同时，单层网壳节点外交汇的 杆件也较网架节点少。目前在这方面的研究还不多，因此，单层网壳杆件的计算长度可分 为两种:对壳体平面内，取1a=o.91;对壳体平面外，取1a=1.61，1为杆件的几何长度。 (2).网壳最大挠度的限制: f-.-SL/250 (2) (3).杆件强度的约束条件: a =N IX Ifl(二‘，‘，“一1) (3) 式中:N 一第i根受拉杆件的轴心拉力 (N) X 一 第i根受拉杆件截面积 ((m) 1一 受拉杆件总数。 (;)压杆稳定睦条件:a,=NI/(w，Xi)、If](j=1+1.1+2，一，1+k) (4) 式中:N，一第J根受压杆件的轴心压力(N); 。，一第1根受压杆件的稳定系数; X，一第1根受压杆件截面积(m); (5).容许长细比幻〔的限制: x，二L,/r,-[划