[发明专利]一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法

说明书

本发明公开了一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法，该方法包括：确定单层球面网壳结构的初始用钢量及初始稳定承载力；计算各节点的刚度，并对其依次从小到大进行排序，得到刚度序列；依次检查刚度序列中各节点的刚度值是否满足设定的刚度条件，并在不满足时进行杆件截面调整，直至当前所检查的节点的刚度值满足设定的刚度条件；如果重新计算的网壳用钢量及稳定承载力满足优化条件，则记录本次调整后的设计参数，在针对所述刚度序列中的所有节点的刚度值进行杆件截面调整完成后，根据记录的各次调整后的设计参数，确定网壳稳定优化结果。利用本发明，可以在满足结构非线性稳定性能要求的前提下，使网壳结构用钢量最小。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法。

背景技术

随着社会经济的发展，大跨度空间结构的应用越来越广泛。网壳结构由于其受力合理和丰富的造型成为建筑师在设计大跨度空间结构时的首选方案，许多大跨度网壳结构成为了城市的地标建筑。

由于大跨度网壳结构的体量巨大，其用钢量也非常大。单层网壳结构的极限承载力由其稳定性能决定，目前网壳结构的设计一般通过设计荷载作用下的内力来确定杆件截面，在满足杆件稳定、强度及结构挠度前提下，再进行网壳整体稳定分析验算，如果满足《空间网格结构设计规程》规定(网壳结构弹塑性稳定承载力须大于2倍的荷载标准值)则通过稳定验算；如果验算结果不能满足规范要求，由于网壳结构的矢跨比和网格划分尺寸往往由建筑造型及屋面板尺寸决定，一般不能更改，因此通常采用对网壳的杆件截面进行加强的方式，使稳定承载力达到规范要求。由于网壳结构杆件数量众多，增大什么部位的杆件截面、增大多少数量的杆件以及增大到什么程度才能最有效的提高网壳结构的稳定承载力，并使结构的用钢量最少，目前对这个问题的研究较少且没有得到较好的解决，使得在工程设计中缺乏指导。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法，可以在满足结构非线性稳定性能要求的前提下，使网壳结构用钢量最小。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种单层球面网壳结构动力稳定性能优化方法，所述方法包括：

确定单层球面网壳结构的初始用钢量M₀及初始稳定承载力C₀；

计算所述单层球面网壳结构各节点的刚度，并对计算得到的刚度值依次从小到大进行排序，得到刚度序列；

依次检查所述刚度序列中各节点的刚度值是否满足设定的刚度条件，并在不满足时进行杆件截面调整，直至当前所检查的节点的刚度值满足设定的刚度条件；

重新计算网壳用钢量M_i及稳定承载力C_i；

如果重新计算的网壳用钢量M_i及稳定承载力C_i满足优化条件，则记录本次调整后的设计参数，所述设计参数包括所述重新计算的网壳用钢量M_i及稳定承载力C_i；

在针对所述刚度序列中的所有节点的刚度值进行杆件截面调整完成后，根据记录的各次调整后的设计参数，确定网壳稳定优化结果。

可选地，所述进行杆件截面调整包括：

按照设定步长增大所述杆件截面的面积；

重新计算各节点的刚度，并且需要根据计算得到的刚度值依次从小到大重新进行排序，得到杆件截面调整后的刚度序列。

可选地，所述刚度条件为：当前所检查节点的刚度值与参照刚度值的差值小于设定阈值；所述参照刚度值是指与所述当前所检查节点的刚度值相差最小的刚度值。

可选地，所述优化条件包括以下任意一项或多项：