网壳结构由于其自身结构形式的多样性、造型复杂多变、杆件和节点数目繁多等特点,人们对该种结构抗震规律的认识还远远不够,对于网壳结构的抗震设计,至今还未基本解决。目前仅对平板网架结构的抗震规律有了一些认识,设计规范中也反映了部分研究成果,但还远未达到多层及高层结构的抗震认识程度。随着计算机硬件和软件的飞速发展,为人们进一步认识网壳结构的抗震规律提供了有利客观条件。
目前对大跨度空间结构的抗震研究主要借鉴多层及高层结构的研究方法,常用的方法有:(1)振型分解反应谱法;(2)时程分析法;利用上述方法,主要对结构进行弹性和弹塑性地震响应分析。
日本YAMADA等学者提出一种在考虑初始应力情况下,网壳或类似壳体的大跨度空间结构自振频率的简单计算方法,并且利用这种方法对柱壳改变几何、刚度、荷载等参数进行分析。
日本KATO等学者利用Newmark方法对单层球壳进行弹塑性分析,同时考虑垂直和水平地震波按比例输入,分别输入Taft、El-Centro、Miyagi-Oki和神户地震波,考察球面网壳的动力性能。
澳大利亚L.C.Schmidt等学者研究在阻尼作用下,考虑非线性粘塑性材料,大跨空间结构受动力荷载作用时的响应,并编制相应程序,进行动力分析。
美国MALLA等学者对大跨度空间结构单元连续破坏时,引起结构的动力响应进行了研究。
香港Siu-Lai, CHAN等学者通过改变节点刚度,对大跨度空间结构动力响应进行了一些研究。
我国对网壳结构的抗震研究成果,主要是由国家自然科学基金资助重大项目《大跨度网壳结构的抗震性能和稳定性能》所取得的。此课题主要是由哈尔滨工业大学沈世钊教授的研究梯队和北京工业大学完成。其中对网壳结构的动力特性和抗震性能进行了较为系统的研究,包括单层球面、柱面和鞍型网壳,双层球面、柱面网壳的动力特性和抗震性能分析,以及使用 MTMD、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器对网壳结构进行振动控制的研究。网壳结构的频率十分密集,振型非常复杂,而且如矢跨比、屋面荷载和杆件截面等因素都对频率有较大影响。沈世钊教授等人采用自编程序及通用有限元软件Ansys,从弹塑性时程分析入手,研究了网壳结构的抗震性能,考虑了多维输入,并进行了单层球面网壳模型的振动台试验,以验证理论推导及所编制的有限元分析程序的正确性。在此基础上提出了在进行地震响分析时,必须考虑地震动的多维输入,水平地震和竖向地震对网壳结构地震响应均产生较大贡献,忽略任何其中之一都是不可取的。而且建议网壳结构弹塑性地震响应分析应以位移分析为主。与此同时,也采用振型分解反应谱法进行平行的运算,与弹塑性时程分析的结果进行对照。
北京工业大学的曹资教授等人采用林家浩提出的虚拟激励方法,以多维随机振动分析方法对网壳结构的多维地震响应进行了研究,推导了多维地震作用随机地震反应虚拟激励法公式并编制了相应的程序。
浙江大学的董石麟教授等人也对网壳结构做了许多抗震研究。以上的研究取得了很多的研究成果,为我国网壳结构应用于工程实际奠定了良好的基础。