随着经济和技术的不断进步,人们的体育、文娱活动越来越丰富,对大跨度空间结构的需求愈来愈高涨。由杆系和壳体结构特性组合而成的开口椭球面空间结构被广泛应用于大型体育场及文娱演出类建筑。开口椭球面网壳结构改善了传统椭球面网壳结构顶点集中汇交较多杆件而出现的应力集中现象,使得网格分布不再受限于网壳顶部节点的大小,结构受力更加合理,并且其造型曲线优美,几何形式对场地适应性强,采光性好,深受设计者喜爱。本文利用ANSYS软件的APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化设计语言,开发了六种开口椭球面网壳参数化设计的模型及受力分析程序,并对这六种网壳的结构静动力性能和结构优化设计进行了研究。主要工作有:(1).详细介绍了开口椭球面网壳的参数化设计思想与方法,引入矢高分配系数p,将椭球面标准方程转化为方便编程的参数方程形式,应用APDL参数化设计语言建立了六种开口椭球面网壳参数化设计宏程序。(2).针对六种开口网壳结构的特点,通过空间两点之间的距离公式,推导出开口椭球面网壳上任意一条杆件长度的几何参数表达式,根据此得出网壳相关参数的数量关系,对网格进行优化。根据椭圆面积公式,推导出开口部分的面积表达式,为下一步的模型优化做了理论基础。(3).利用ANSYS软件,对六种开口网壳结构进行了静力性能的分析,研究了在不同跨度、矢跨比等相关参数对结构静力性能的影响,总结出一些具有工程实际价值的结论。根据静力分析得出的结论,利用开口部分的面积表达式对模型的建立进行了改进与优化,总结了一种关于修整矢高分配系数的优化方法,并分析得出优化后的模型具有更好的受力性能。(4).引入价格换算系数q,对网壳结构的形状优化设计理论模型进行了改进,将求解结构的总造价问题转化为求解结构的总质量问题,通过序列两级优化算法针对网壳的优化模型及原模型进行了优化设计,得出了一些具有工程参考价值的结论,并发现了优化模型在经济上同样具有一定的优越性。(5).对几种开口网壳结构及其对应的优化模型进行了动力性能的分析。通过模态分析总结了这几种网壳的自振特性,利用时程分析法进行了结构的地震响应分析,为提高开口网壳结构的抗震性能提供了工程建议与参考。最后,对开口椭球面网壳的研究工作进行了总结与展望。