网壳结构跨度大、杆件受力合理、杆件形式单一、安装制作方便,近年来此类结构形式建筑物逐步增多,在曲面网格结构中应用最广。然而,网壳结构在地震作用下的受力十分复杂,一旦破坏必将给人民的生产和生活带来严重的损失,因此对地震荷载作用下空间网壳结构的损伤机制及其倒塌破坏机理进行深入的研究具有重要意义。本文以单层球面网壳结构为研究对象,通过数值模拟,系统地研究网壳结构在地震作用下的损伤演化规律及其倒塌机制。首先,通过对单层凯威特型、单层肋环形、单层联方网格、单层施威德勒型球面网壳结构的稳定性进行分析,找出其中稳定性较好的球面网壳结构,然后通过时程分析法研究其在地震荷载作用下的的非线性动力特性,并根据网壳结构的等效塑性应变分布情况确定薄弱部位。结果表明:强震作用下,单层球面网壳结构最外层斜杆是结构的薄弱部位,随着地震荷载的进一步增大,结构中进入屈服的杆件比例也随之增大,最后由于屈服杆件的增长及其贯通导致结构发生倒塌。其次,根据结构的时程分析结果,利用空间多尺度建模方法,对结构中的薄弱部位采用壳单元,一般部位采用梁单元,建立网壳结构的多尺度模型,应用MPC法实现跨尺度的连接,以获得结构局部塑性演化规律。通过对比宏观模型及多尺度模型的结构耗能、最大位移响应、最大加速度幅值与塑性杆件比例之间的关系,验证多尺度模型的合理性。最后,建立结构多尺度损伤本构模型,并通过ABAQUS有限元分析软件引入VUMAT子程序对网壳结构的损伤演化全过程进行分析。研究网壳结构在地震荷载作用下的强度及刚度退化准则,包含网壳结构在地震荷载作用下的损伤演化规律、失效荷载变化特征以及结构倒塌规律。结果表明:引入材料损伤本构模型后,与不考虑损伤相比,网壳结构的极限承载力急剧下降,位移响应特征也发生较大的变化,随着荷载幅值的增大,结构中的塑性区域不断扩增,直至贯通,最终导致结构发生倒塌破坏。