单层双曲抛物面网壳的抗震性能研究.pdf

单层双曲抛物面网壳的抗震性能 张毅刚 北〔京工业大学建筑工程学院 北京1M022) 提 要 本文研究了单层双曲抛物面网壳的自振特性和地震反应，分析了各种结构参数 包括:边梁刚度、矢跨比、跨度变化对网壳自振特性和地震反应的影响，得出水平地震反应比 竖向地震反应大的结论，并对此类结构的抗震设计提出了建议 关键词 单层双曲抛物面网壳、自振特性、地震反应 单层双曲抛物面网壳 (图 1)由于其造型活 泼，而且具有直纹性，便于施工，近年来工程应 用逐渐增多，但对其抗震性能的研究很少。本章 研究了单层双曲抛物面网壳的自振特性和地震反 应。为便于讨论，本文先介绍单层双曲抛物面网 壳的静力特性，然后分析其在地震作用下的反 应。 图1单层双曲抛物面网壳 一、 静力特性 图2所示为一个单层双曲抛物面网壳的平面图 跨度L为15m，矢kif为3m，即矢 跨比了L=115.弦杆采用4,60X3，，四周边梁采用中290X10，面积约为弦杆的10倍。屋 面荷载为aNlm=。简记为NI-I。采用空间梁单元、刚节点模型，四角节点为固定铰支座， 边梁节点简支。由于弯曲应力较小，剪应力可以忽略，所以主要分析杆件轴向力的分布规 律。 由图2可见静荷载作用下单层双曲抛物面网壳杆件轴向力分布的特点是:正交弦杆均 受压，斜杆受拉，边梁从高点受拉逐步过渡为低点的受拉。最大拉力位于高点附近的斜杆， 最大压力位于低点附近的边梁。 为研究矢跨比对网壳杆件轴向力影响，改变上例的矢跨比为多Z=1/6,1/7，分别简记 132 为Nl-2,30内力对比列于表I。显然，矢高越小杆件轴向力越大。 进一步改变边梁的截面，在Nl一1基础上分别取边梁面积为弦杆的2,5倍，简记为 NI-la,lb。内力对比列于表2。可见边梁增强后 对弦杆最大轴向力几乎没有影响，边 梁轴向力略有增大 表2边梁刚度变化对杆件轴向力影响 考察跨度改变对杆件轴向7J的影响，计算了N2-1(L=30m,11网格)、N3-1(L=45n1, 15网格)两个单层双曲抛物面网壳，荷载同NI-1 内力对比列于表3.随着跨度的增加 杆件轴向力明显增大，而且边梁内力耍大于弦杆内力，即跨度增大后，最大内力都发生在 边梁_L 应该指出的是，上述参数改变影lit,]了网壳内力大小，但杆件轴向力分布规律没有改变 二、 自振特性 用子空间迭代法计算上述算例的自振周期列于表a,图3以N1-1为例给出丁前十个 振型。分析表明单层双41抛物面网完自由振动有如下规律; 1.频谱密集且多为反对称振型，如N1-1仅3,6与9为对称振型。 2,基本周期较单层球面网壳和双层圆柱面网壳要长许多，说明单层双曲抛物面网壳 133 较柔。 3、比较Nl-la,Nl-lb和Nl-1可知，随边梁刚度的增加，基本周期缩短。 4、比较Nl-1,Nl-2和Nl-3可知，随矢跨比的降低，基本周期加长。 图2 单层双曲抛物面网壳Ni-1的静内力分布图 (单位:kN,a高点，b低点) 表4 前十个自振周期 序号 N 卜I NI-1a N l-lb Nl-2 NI刁 N2-I N3-I I 05718 0.6409 0.5879}{0.5823 05900 0.9392 1.4454 2 0.4297 0.4660 0.4376 0.4526 0.4726 0.8177 1.28)9 3 0.4019 0.4040 0.3964 0.4194 0.4367 0.6465 、02企7 4 0.3642