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摘要: 施威德勒椭球形弦支穹顶是弦支穹顶结构的一种新型结构形式,利用有限元计算软件ANSYS对椭球形弦支穹顶和单层网壳进行特征值屈曲分析。通过对不同矢跨比的对比分析,预测施威德勒椭球形弦支穹顶的屈曲特性。
关键字：施威德勒椭球形弦支穹顶 特征值屈曲 矢跨比
一 引言
弦支穹顶是由日本法政大学川口卫教授等[ ]人将索穹顶等张拉整体体系与单层球面网壳相复合而研制成的一种新型的杂交空间结构体系。同单层网壳相比, 它具有更高的刚度和稳定性与索弯顶相比, 它克服了柔性结构在施工中的困难由张拉整体结构和球面单层网壳结构优势互补、扬长避短、互相藕合而得到的弦支弯顶结构, 在大跨度空间结构中扮演了更合理、更经济的角色。椭球形的弦支穹顶相对于球形的弦支穹顶具有更加实际的运用价值，例如，篮球馆、游泳馆、冰球馆等。所以有必要单独进行椭球形弦支穹顶静力分析。
二 计算模型
本文采用大型通用有限元分析程序ANSYS为计算软件，对弦支穹顶结构进行特征值屈曲分析。采用梁单元BEAM4模拟上部单层球面网壳杆件，用杆单元LINK8模拟撑杆和径向拉杆，用杆单元LINK10模拟环向拉索。
三.特征值屈曲分析
3.1弦支穹顶的特征值屈曲分析
从弦支穹顶结构的特征值屈曲模态可以看出，随着矢跨比的减小，屈曲位置由腰部及顶部附近向网壳中心移动，且波峰和波谷的个数也相应减少。当矢跨比到达1/13时，屈曲位置在结构中心没有布置撑杆和钢索的较小区域，屈曲模态形状也不再呈现波浪型，而是呈现出中心点上下起伏振动。
3.2单层网壳特征值屈曲分析
可以看出，随着矢跨比的减小，屈曲位置由腰部及頂部向网壳根部移动，且波峰和波谷的个数也相应减少。
3.3弦支穹顶与单层网壳特征值屈曲特性比较
（a） 矢跨比与第一阶特征值关系
（b） 矢跨比与第二阶特征值关系
从图中可以看出，第一阶和第二阶特征值变化规律基本相同，在相同矢跨比的情况下，弦支穹顶结构的特征值都高于相应单层网壳的特征值。随着矢跨比的降低，特征值也随着减小，但是减小的幅度越来越小。矢跨比对单层网壳的特征值影响很显著，而对弦支穹顶结构的特征值影响很小。
四 结论
（1）施威德勒椭球形弦支穹顶在下部张拉体系的作用下，相对于单层网壳，在相同矢跨比的情况下，弦支穹顶结构的特征值都高于相应单层网壳的特征值。
（2）弦支穹顶结构与单层网壳相比,随着矢跨比的减小,单层网壳特征值下降的速度较快与弦支穹顶。
（3）从以上分析中可以得到弦支穹顶的承载力要高于单层网壳。
参考文献
[1]董军，唐柏鉴.预应力钢结构[M].北京：建筑工程出版社，2008.
[2]董石麟，罗尧治，赵阳等新型空间结构分析、设计与施工[M].北京:人民交通出版社，2006.
[3]Mamoru Kawaguchi,M asaru A be,Tatsuo Hatato,etal.On astructural system“suspend2dome”[A].Proceedings of IASS Symposium [C],1993 523-530.
关键字：施威德勒椭球形弦支穹顶 特征值屈曲 矢跨比
一 引言
弦支穹顶是由日本法政大学川口卫教授等[ ]人将索穹顶等张拉整体体系与单层球面网壳相复合而研制成的一种新型的杂交空间结构体系。同单层网壳相比, 它具有更高的刚度和稳定性与索弯顶相比, 它克服了柔性结构在施工中的困难由张拉整体结构和球面单层网壳结构优势互补、扬长避短、互相藕合而得到的弦支弯顶结构, 在大跨度空间结构中扮演了更合理、更经济的角色。椭球形的弦支穹顶相对于球形的弦支穹顶具有更加实际的运用价值，例如，篮球馆、游泳馆、冰球馆等。所以有必要单独进行椭球形弦支穹顶静力分析。
二 计算模型
本文采用大型通用有限元分析程序ANSYS为计算软件，对弦支穹顶结构进行特征值屈曲分析。采用梁单元BEAM4模拟上部单层球面网壳杆件，用杆单元LINK8模拟撑杆和径向拉杆，用杆单元LINK10模拟环向拉索。
三.特征值屈曲分析
3.1弦支穹顶的特征值屈曲分析
从弦支穹顶结构的特征值屈曲模态可以看出，随着矢跨比的减小，屈曲位置由腰部及顶部附近向网壳中心移动，且波峰和波谷的个数也相应减少。当矢跨比到达1/13时，屈曲位置在结构中心没有布置撑杆和钢索的较小区域，屈曲模态形状也不再呈现波浪型，而是呈现出中心点上下起伏振动。
3.2单层网壳特征值屈曲分析
可以看出，随着矢跨比的减小，屈曲位置由腰部及頂部向网壳根部移动，且波峰和波谷的个数也相应减少。
3.3弦支穹顶与单层网壳特征值屈曲特性比较
（a） 矢跨比与第一阶特征值关系
（b） 矢跨比与第二阶特征值关系
从图中可以看出，第一阶和第二阶特征值变化规律基本相同，在相同矢跨比的情况下，弦支穹顶结构的特征值都高于相应单层网壳的特征值。随着矢跨比的降低，特征值也随着减小，但是减小的幅度越来越小。矢跨比对单层网壳的特征值影响很显著，而对弦支穹顶结构的特征值影响很小。
四 结论
（1）施威德勒椭球形弦支穹顶在下部张拉体系的作用下，相对于单层网壳，在相同矢跨比的情况下，弦支穹顶结构的特征值都高于相应单层网壳的特征值。
（2）弦支穹顶结构与单层网壳相比,随着矢跨比的减小,单层网壳特征值下降的速度较快与弦支穹顶。
（3）从以上分析中可以得到弦支穹顶的承载力要高于单层网壳。
参考文献
[1]董军，唐柏鉴.预应力钢结构[M].北京：建筑工程出版社，2008.
[2]董石麟，罗尧治，赵阳等新型空间结构分析、设计与施工[M].北京:人民交通出版社，2006.
[3]Mamoru Kawaguchi,M asaru A be,Tatsuo Hatato,etal.On astructural system“suspend2dome”[A].Proceedings of IASS Symposium [C],1993 523-530.