旋轉拋物面網殼參數化設計及穩定性分析.pdf

1、網殼是一種類似于網架的空間網格結構，這種結構以桿件為基礎，按照一定的規律通過節點連接組成網格，然后按殼體結構布置成空間構架。網殼結構不僅具有豐富多彩的建筑表現形式以及優越的受力性能，還可跨越較大的距離（即有較大的跨度），所以網殼這種獨具特色的空間結構形式越來越多的被用于現代建筑結構設計中。
　　本文研究對象為單層旋轉拋物面網殼，這種結構為正高斯曲率網殼，易形成內力自封閉系統，能夠很好的抵消桿件之間的內力，可用于各種體育場館、音樂廳

2、等;并且外形流暢優美，結構形式新穎，可以建立伊斯蘭建筑穹頂風格的大矢高網殼，從而滿足一定的建筑要求。本文主要工作有:
　　(1)據旋轉拋物面方程Z=(-4f/S2)(x2+y2)f及比例系數t=(Nx-i)/(Nx-0.5)，參照六種典型球面網殼網格劃分特點，應用APDL（ANSYS Parametric Design Language）參數化設計語言研制了網格類型分別為肋環、施威德勒、凱威特、聯方、三向格子且各圈桿件長度較均勻的

3、五種單層旋轉拋物面網殼結構參數化設計方法及相應宏程序;利用比例系數t克服了傳統投影法使網殼下部桿件越來越長這一缺點;設計者只需輸入結構跨度S、矢高f,環向對稱區域份數Kn、徑向節點圈數Nx，便能方便、快速地建立這五種不同類型的單層旋轉拋物面網殼模型。這為設計者對該類網殼的結構設計奠定了一定的理論基礎。
　　(2)據空間解析幾何兩點間距離公式、應用各節點坐標公式將旋轉拋物面網殼宏觀幾何參數（S、f、Kn、Nx）與微觀參數（網格形狀及

4、大小、桿間角度、桿件長度等）建立網殼宏、微觀幾何參數數學模型。以肋環型旋轉拋物面網殼為例，以徑向桿件長度相等為條件，建立了關于網殼結構矢高f的顯函數關系式f=S√(Nx-0.5)[2.5-2i+2√i2-2i+0.75]/3,i=2,3,4…,Nx并得出實際工程中f可選取的范圍，從而大大減少了計算量，提高了工作效率。
　　(3)利用ANSYS軟件分別對五種單層旋轉拋物面網殼進行了靜力性能分析，研究了五種網殼模型的受力特點;并分別探

5、究了S、矢跨比、Kn、Nx對網殼靜力性能的影響，這為設計者對該類網殼設計時跨度、矢高、網格數如何選取能使網殼受力較好，奠定了一定的理論基礎。
　　(4)采用序列兩級優化算法，選取兩種網殼模型以結構總耗鋼量為目標函數，以網格數(Kn、Nx)為設計變量對其進行了形狀優化。深入細致的分析了結構的耗鋼量隨網格數、矢跨比及跨度的變化規律，并得出對應具體某一跨度下、某一矢跨比時耗鋼量最少的最優網格數。該部分工作為實際工程中結構在保證強度、剛度