大跨空间结构的发展--回顾与展望
结构形式。
计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件，且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上，当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构，尤其是当采用螺栓球结点时，离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出，对某些形式的悬索结构来说，简单实用的解析方法仍然有意义；对于像双层索系等比较简单的体系，解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如，吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。
十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构，都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起，以及它们之间的相互印证，使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面，为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。
（2）除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外，一些更为基础性的理论研究也受到了重视，例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。
稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题，也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念；这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内，人们不得不求助于连续化理论（“拟壳法”）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性：连续化壳体稳定性理论本身并未完善，事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定稳定性承载力，讲与可能的计算结果相互印证。
随着计算机的发展和广泛应用，非线性有限元分析方法兴起，并逐渐成为结构稳定性分析中的有力工具。我国从80年代后期开始也积极开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。在总结国外已取得成果的基础上，在理论表达式的精确化、合理选用平衡路径跟踪的计算方法、灵活的迭代策略等方面进行了深入细致的探索，使具有大量自由度的复杂结构体系的全过程分析成为可能；并编制出相应的分析程序。此外，在研究初始缺陷对网壳稳定性的影响时，对所提出的“一致缺陷模态祛”（即认为初始缺陷按最低屈
曲模态分布时可能具有最不利影响）的合理性和有效性进行了仔细论证，并使之规范化。
在上述理论成果的基础上，采用大规模参数分析的方法，进行了网壳稳定性分所实用方法的研究。即结合不同类型的网壳结构，在其基本参数（几何参数、构造参数、荷载参数等）的常用变化范围内，进行大规模的实际结构全过程分析，对所得结果进行统计分析和归纳，考察网壳稳定性的变化规律，最后通过回归分析提出网壳稳定性验算的实用公式。近几年来，共计对2800余例各种形式的实际尺寸网壳结构进行了全过程分析，得到了相当规律性的结果。所提出的实用公式用起来比较简便，然而是建立在精确分析方法的基础之上的。这一工作很受广大设计部门欢迎。这些公式已列入正在编制的“网壳结构技术规程”（征求意见稿）。应该说，我国关于网壳稳定性的研究是相当深入和细致的。
（3）相对来说，国内外关于网壳结构在风和地震荷载作用下的反应研究得较少。作者个人认为，对网壳结构来说，风荷载的动力作用可能不是设计中的主要问题，但随着网壳尺度的增大，深入研究其抗地震性能则具有重要意义。在抗震领域，对高层和高耸结构研究得比较透彻；但网壳等大跨结构的动力性能具有不同特点，例如其频率分布比较密集，往往从最低阶算起前面数十个振型都可能对其地震反应有贡献，因而一般的振型分解法是否适用是一个值得探讨的问题，不同方法（包括竖向）的地震作用引起的反应往往是同量级的，因此考虑多维输入可能是一个相当重要的问题；国外已建的和我国今后将要建的一些超大跨度网壳尺度十分巨大，因而在计算中也许有必要考虑地震动力的空间相关性；此外，单层网壳结构在静力作用下的稳定性是设计中的重要因素，它们在地震作用下同样存在动力失稳问题，其严重性如何？对于某些动力反应过大的网壳结构，是否有必要采取适当的振动控制措施？诸如此类问题都是我国学术界正在深入思考或已着手进行研究的问题。
（4）具有曲面形状的空间结构是最充分地利用形状来抵抗外力作用的结构形式，所以空间结构的形体设计（或从理抡分析角度称作形态分析）具有十分重要的意义。对于钢筋混凝土薄壳和钢网壳等较刚性的体系，其形态分析主要涉及结构几何形状的优化。对索网、膜和索-膜等柔性结构体系，形态
计算机的普及和有限元分析方法的广泛运用为空间结构的加速发展创造了真正的条件。许多大型的和特殊形式的新颖空间结构只能用计算机程序进行分析。我国从80年代开始陆续编制出适用于不同空间结构的各种计算机分析程序和CAD软件，且功能日益完备。现在我们设计空间结构几乎全部依靠计算机。事实上，当设计由成千杆件和结点组成的大型空间网格结构，尤其是当采用螺栓球结点时，离开适用的CAD软件是无法想象的。但也应当指出，对某些形式的悬索结构来说，简单实用的解析方法仍然有意义；对于像双层索系等比较简单的体系，解析力法已完全可以提供准确而完整的计算结果。例如，吉林滑冰馆的大型悬索屋盖设计是由简单的手筹来完成的。
十余年来关于空间结构研究的一个特点是做了大量的试验。这是我国结构研究领域的一个优良传统。80年代乃至90年代初期建造的几乎每一个有代表性的大型空间结构，都作过模型试验或现场实测。这些试验研究同理论分析工作一起，以及它们之间的相互印证，使我们对原来可能比较生疏的各种新颖空间结构的基本性能了解得越来越全面，为设计这些结构积累起比较丰富的理论储备。
（2）除了关于各种类型空间结构的基本性状和计算方法的研究以外，一些更为基础性的理论研究也受到了重视，例如关于网壳稳定性的研究已取得许多重要成果。
稳定性是网壳结构、尤其是单层网壳结构设计中的关键问题，也是国内外十多年来的热点研究领域。结构的稳定性能可以从其荷载-位移全过程曲线中得到完整的概念；这种全过程曲线要由较精确的非线性分析得出。从非线性分析的角度来考察，结构的稳定问题和强度问题是相互联系在一起的。结构的荷载-位移全过程曲线可以把结构的强度、稳定性以至于刚度的整个变化历程表示得清清楚楚。当考察创始缺陷和荷载分布方式等因素对实际网壳结构稳定性能的影响时，也均可从全过程曲线的规律性变化中进行研究。
但是当利用计算机对具有大量自由度的复杂体系进行有效的非线性有限元分析尚未能允分实现的时候，要进行网壳结构的全过程分析是十分困难的。在较长一段时期内，人们不得不求助于连续化理论（“拟壳法”）将网壳转化为连续壳体结构，然后通过某些近似的非线性解析方法来求出壳体结构的稳定性承载力。这种方法显然有较大局限性：连续化壳体稳定性理论本身并未完善，事实上仅对少数特定的壳体（例如球面壳）才能得出较实用的公式；此外，所讨论的壳体一般是等厚度的和各向同性的，无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性的特点。因此，在许多重要场合还必须依靠细致的模型试验来测定稳定性承载力，讲与可能的计算结果相互印证。
随着计算机的发展和广泛应用，非线性有限元分析方法兴起，并逐渐成为结构稳定性分析中的有力工具。我国从80年代后期开始也积极开展以非线性全过程分析为基础的网壳稳定性研究。在总结国外已取得成果的基础上，在理论表达式的精确化、合理选用平衡路径跟踪的计算方法、灵活的迭代策略等方面进行了深入细致的探索，使具有大量自由度的复杂结构体系的全过程分析成为可能；并编制出相应的分析程序。此外，在研究初始缺陷对网壳稳定性的影响时，对所提出的“一致缺陷模态祛”（即认为初始缺陷按最低屈
曲模态分布时可能具有最不利影响）的合理性和有效性进行了仔细论证，并使之规范化。
在上述理论成果的基础上，采用大规模参数分析的方法，进行了网壳稳定性分所实用方法的研究。即结合不同类型的网壳结构，在其基本参数（几何参数、构造参数、荷载参数等）的常用变化范围内，进行大规模的实际结构全过程分析，对所得结果进行统计分析和归纳，考察网壳稳定性的变化规律，最后通过回归分析提出网壳稳定性验算的实用公式。近几年来，共计对2800余例各种形式的实际尺寸网壳结构进行了全过程分析，得到了相当规律性的结果。所提出的实用公式用起来比较简便，然而是建立在精确分析方法的基础之上的。这一工作很受广大设计部门欢迎。这些公式已列入正在编制的“网壳结构技术规程”（征求意见稿）。应该说，我国关于网壳稳定性的研究是相当深入和细致的。
（3）相对来说，国内外关于网壳结构在风和地震荷载作用下的反应研究得较少。作者个人认为，对网壳结构来说，风荷载的动力作用可能不是设计中的主要问题，但随着网壳尺度的增大，深入研究其抗地震性能则具有重要意义。在抗震领域，对高层和高耸结构研究得比较透彻；但网壳等大跨结构的动力性能具有不同特点，例如其频率分布比较密集，往往从最低阶算起前面数十个振型都可能对其地震反应有贡献，因而一般的振型分解法是否适用是一个值得探讨的问题，不同方法（包括竖向）的地震作用引起的反应往往是同量级的，因此考虑多维输入可能是一个相当重要的问题；国外已建的和我国今后将要建的一些超大跨度网壳尺度十分巨大，因而在计算中也许有必要考虑地震动力的空间相关性；此外，单层网壳结构在静力作用下的稳定性是设计中的重要因素，它们在地震作用下同样存在动力失稳问题，其严重性如何？对于某些动力反应过大的网壳结构，是否有必要采取适当的振动控制措施？诸如此类问题都是我国学术界正在深入思考或已着手进行研究的问题。
（4）具有曲面形状的空间结构是最充分地利用形状来抵抗外力作用的结构形式，所以空间结构的形体设计（或从理抡分析角度称作形态分析）具有十分重要的意义。对于钢筋混凝土薄壳和钢网壳等较刚性的体系，其形态分析主要涉及结构几何形状的优化。对索网、膜和索-膜等柔性结构体系，形态
分析具有更基本的意义，因为在一定边界条件下，柔性体系仅当存在适当预应力时才具有确定的形状，且其几例形状是随支承条件和预应力分布形态而变化的；因而结构设计的首要内容就是所谓的“找形”（ F
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