小知識：網殼結構抗震研究現狀
20世紀中期以來，歐美等國家的研究人員對網殼結構進行了多方面的理論研究和實驗研究，并運用于實踐，自此作為一種新型的空間結構體系的網殼結構開始出現在工程中。由于這種體系在強度，剛度和經濟性等方面具有優越性，因而倍受建設者和設計者喜愛，得到了快速的發展。20世紀末期到21世紀初，網殼結構在我國的發展較為迅速，不僅運用于歌劇院、候車廳、體育館等大跨度公共建筑中，而且在商場、工業廠房等需要大空間的建筑中也越來越常見[8]。但對于網殼結構抗震規律的認識不夠深刻，目前還處于初級階段，特別是對于多層與高層建筑的抗震認識程度更為不足[9-10] 。
目前,國 外對網 殼結 構抗震性 能 研究 主 要有以下 幾個方 面 。 澳大利 亞學者L.C.Schmidt通過編制程序,對大跨度空間結構進行動力分析，并且考慮了阻尼的作用。美國學者Malla研究了結構的單元在連續破壞的情況下的動力性能日本Kato等學者,對網殼結構進行了彈塑性動力分析,通過將地震波按水平方向和垂直方向的輸入，對
網殼結構進行了動力分析[13]。日本學者Yamada提出在考慮初始應力的條件下,殼體結構自振頻率的一種算法并且對柱殼進行了分析[14]。
我國參照多層及高層建筑的分析方法對網殼結構進行抗震研究，其方法有振型分解反應譜法、靜力彈塑性分析方法、時程分析法以及虛擬激勵法。
振型分解反應譜法是假定建筑結構是線彈性的多自由度體系，利用振型分解和振型正交性的原理，將求解n個自由度彈性體系的地震反應分解為求解n個獨立的等效單自由度彈性體系的最大地震反應，進而求得對應于每一個振型的作用效應（彎矩、剪力、軸向力），再按一定的法則將每個振型的作用效應組合成總的地震作用效應進行截面抗震驗算。采用振型分解反應譜法研究網殼結構抗震規律要注意的是結構自振頻率密集，振型復雜以及難以運用振型分解反應譜法考慮材料非線性對結構的影響。曹資、張毅剛運用振型分解反應譜法，考慮不同荷載、矢跨比、跨度和支座剛度等因素的影響,對單層球面網殼在地震作用下的反應進行了比較全面的研究,給出了其隨各參數變化的規律,得出了在單層球面網殼抗震設計中起控制作用的是水平地震作用而不是豎向地震作用的結論[16]。郭小農、陳揚驥采用振型分解反應譜法對短程線型單層球面網殼在不同場地條件和地震設防烈度下的地震反應進行了分析，得出豎向和水平地震內力系數的分布規律,并且給出了地震內力系數的取值[17]。史鐵花結合國內外采用的確定振型數的方法,即國內采用的規范規方法和國外采用的有效質量法,總結了結構振動系統特征問題的求解方法,通過了一系列理論研究和實例分析,提出了振型分解法中振型數的確定方法—特征參數法[18]。
尹越等人結合北京2008奧運會老山自行車館屋蓋網殼結構的抗震設計,得出采用振型分解反應譜法對大跨空間結構進行抗震設計時,可通過控制振型參與質量之和占結構總質量的百分比來確定參與組合的合理振型數;當參與組合的振型參與質量達到總質量的90%時通?？梢员ＷC所得地震反應的精度[19]。任彰芳通過振型分解反應譜法對網殼結構進行地震分析，總結出振型可以分為水平振型和豎向振型,并且得出大部分振型都相近。但隨著網殼高度的降低,網殼的振動特性應接近于平板網架,其振型應以豎向振型為主[20]。 靜力彈塑性分析（PUSH-OVER ANALYSIS）方法也稱為推覆法，該方法基于美國的FEMA-273抗震評估方法和ATC-40報告，是一種介于彈性分析和動力彈塑性分析之間的方法，其理論核心是“目標位移法”和“承載力譜法”。采用靜力彈塑性分析方法研究網殼結構抗震性能存在的問題是其加載的極限狀態難以確定，以及不考慮豎向地震作用僅施加水平方向的單調遞增荷載來進行抗震分析，與客觀實際不符。李靜斌和葛素娟利用SAP2000有限元軟件，采用靜力彈塑性分析方法對弦支穹頂屋蓋鋼結構進行了彈塑性極限承載力分析，計算出結構的非線性荷載—位移曲線，通過分析又得出此結構的極限承載安全系數為2.33的有益結論[26]。張崢對雜交張拉結構體系進行全面深入的靜力彈塑性分析,得到關于該體系在靜力特性、穩定性能以及結構安全度等方面的有益結論[27]。羅永峰和楊木旺采用靜力彈塑性分析方法對大跨度剛性空間結構進行地震反應分析，建立了此類結構彈塑性能力譜和地震非彈性需求譜，并提出了兩種豎向加載模式；最后再進行數值計算,驗證了靜力彈塑性分析方法的精確度和有效性,同時也給出了該方法的適用范圍
時程分析法是由結構基本運動方程輸入地震速度記錄進行積分，求得整個時間歷程內結構地震作用效應的一種結構動力計算方法。采用時程分析法研究網殼抗震規律時要注意選波原則和迭代的策略等，這些因素對研究結果的準確性有很大的影響。陳軍明、陳應波、吳代華運用時程分析法中的直接積分法對K8型單層球面網殼結構在地震作用下的地震響應進行分析,得出應該考慮水平地震作用響應,且應用時程法進行抗震分析[21]。沈世釗采用彈塑性時程法對網殼結構的抗震性能進行分析，得出計算結果，對結構的抗震規律有了進一步的認識[22]。王星、董石麟對板錐網殼結構進行罕遇地震作用的時程分析，得出通過時程分析的結果與實際地震響應更為接近[23]。李永梅,鄭志英,張毅剛采用三維地震反應的時程分析法對索承網殼結構進行分析，得出抗震設計中的主要控制參數是撐桿長度和矢跨[24]。孫建梅、張其林采用反應譜法和時程分析法對比分析，得出對于大跨空間網殼結構,存在一些“反應譜法計算安全而時程分析計算危險”的桿件,在設計中應加以重視[25]。
虛擬激勵法是由大連理工大學林家浩提出的用于分析結構系統隨機振動的新方法，是具有理論研究與工程應用前景的創新性成果，在土木、海洋工程等工程領域得到應用和重視。虛擬激勵法可高效解決大規模工程結構的抗震方面的問題。但其隨機荷載的確定方法 以及隨機響應分析結果的應用，還需進一步做專門的研究。孫建梅、葉繼紅、程文采用虛擬激勵法對大跨度空間網格結構的隨機地震響應進行分析，從加速度功率譜和結構節點位移響應方差兩個方面考察了一致輸入與非一致輸入下結構響應的差異,并通過分析，驗證了虛擬激勵法適合用于網架、網殼等復雜結構的隨機地震響應分析[29]。陳賢川、趙陽、董石麟通過分析虛擬激勵法理論,推導了有關空間網格結構的抖振響應計算公式，并且利用Matlab編制程序進行分析，驗證了本文研究方法的正確性[30]。孫建梅、葉繼紅、程文瀼采用虛擬激勵法對網架、網殼等大跨度空間結構進行隨機地震響應分析, 總結出了考慮空間相干性的多點輸入法與一致輸入法之間結構響應的差異和變化規律，并研究了不同結構形式中擬靜力項的影響,得出一些有益結論[31]
。張婷、陳清軍、楊永勝對兩種改進的虛擬激勵法做了簡要的比較，再通過ANSYS程序，實現了大質量法和直接位移求解法的有限元計算，對這兩種改進虛擬激勵法的數值精度進行了比較[32]。
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