华中科技大学体育馆 数值模拟分析

6.1分析模型的建立

采用有限元软件ANSYS建立该网壳结构有限元分析模型。整体屋盖结构共计1481个节点，4430个单元，16种截面类型。建模时，网壳结构主体结构部分（包括主桁架、次桁架、水平支撑和檩条）采用ANSYS的LINK8杆单元建模，两侧翼的主梁、次梁和支承钢管柱均采用BEAM4梁单元，网壳结构屋面下部混凝土支承结构亦采用BEAM4梁单元。分析时，屋面板、设备管线等荷载等效为节点荷载，施加在结构节点上。

在网壳结构有限元分析中，对于杆件采用的LINK8 3-D Spar单元为三维单元，假设材料为均质等直杆，且在轴向上施加载荷，可以承受单向的拉伸或者压缩，每个节点上具有三个自由度，即沿X、Y和Z坐标轴方向。该单元具有塑性、蠕变、应力硬化和大变形等功能，能较好的模拟三维空间桁架单元。

对于两侧翼结构和下部支撑体系的柱、梁等结构采用的BEAM4单元是一个轴向拉压、扭转和弯曲单元，每个节点有三个平动自由度和三个转动自由度，具有应力刚化和大变形功能。

施工过程模拟分析时考虑时，同时考虑温度效应影响，计算时材料假定为理想弹塑性材料。

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图6-1 有限元分析模型

6.2分析工况选取

按照实际施工顺序，将网壳结构屋盖施工过程划分为5个工况进行施工数值模拟，计算温度取为该阶段施工完成时的环境温度。

工况1: 7榀拱形主桁架安装完毕，但临时支撑未撤除，计算温度为温度15℃；

（a）短轴立面

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（b）长轴立面

图6-2 工况1中屋盖结构平面图 图6-3 工况1中屋盖结构立面图

工况2: 两侧翼结构安装完毕，完成后拆除其临时支撑，计算温度为8℃；

（a）短轴立面

（b）长轴立面

图6-4 工况2中屋盖结构平面图 图6-5 工况2中屋盖结构立面图

工况3: 次桁架、水平支撑及楼梯安装完毕，临时支撑拆除，计算温度为29℃；

（a）短轴立面

（b）长轴立面

图6-6 工况2中屋盖结构平面图 图6-7 工况2中屋盖结构立面图

工况4: 檩条及设备管线安装完毕，计算温度为41℃；

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（a）短轴立面

（b）长轴立面

图6-8 工况2中屋盖结构平面图 图6-9 工况2中屋盖结构立面图

工况5: 屋面板及保温层等安装完毕，计算温度为16℃。

6.3分析结果

图6-10所示为华中科技大学网壳结构屋盖施工过程模拟分析杆件应变云图。从图中可以看出，在网壳结构施工过程中，受力较大杆件都集中在支座附近。

（a）施工工况1网壳结构杆件应变图

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