单层扁网壳结构的选型及施工[详细]

单层扁网壳结构的选型及施工

济南动物园嘤鸣馆由东、西两舍组成.东舍网壳的直径为46米,矢高7米,矢跨比为126.57,投影面积为1662 米2.网壳上覆盖不锈钢丝网,网壳承重90千克/ 米2.东舍网壳西斜,由54个支座节点支撑在坡度为128的钢筋混凝土平面圈梁上,支座节点从西往东的就位标高为7.8~13.5米.西舍网壳的直径为40米,矢高6米,矢跨比为126.67,投影面积为1257 米2,网壳上覆盖预制三角形钢筋混凝土屋面板,网壳承重250千克/ 米2.西舍网壳东斜,由48个支座节点支撑在坡度为128的钢筋混凝土平面圈梁上,支座节点从东往西的就位标高为6.5~11.4米.东、西两舍的圈梁皆由钢柱支承.

第1章网壳的选型和分析计算

第1节网壳的选型

网壳的选型嗖鸣馆网壳的外形呈球冠状,采用结构简洁的单层网壳.在确定杆件布置规律时,有4类形式可供选择:(1)施威德勒型;(2)联方网型,(3)短程线型;(4)三向网格型.施威德勒型和联方网型的网格尺寸大小悬殊,加上中央杆件交汇在一起,使节点构造变得复杂,给设计与施工带来不便.短程线型适合在矢高大于或接近于半径时选用,对嘤鸣馆这类矢跨比很小的球冠,若按短程线划分,将在边缘出现很多不规则的杆件,给加工制作带来麻烦.而三向网格型的网格平面投影为正三角形,杆件间夹角相同,节点规格也相同,加工制作较为简便.经比较,该馆内2个网壳均取三向网格型.

第2节网壳的分析计算

由于单层网壳的等效厚度比其平面面积小得多,加之网壳杆件的横向尺寸又比其长度小得多,这就使网壳的整体屈曲、局部屈曲或单根杆件的屈曲先于强度破坏而发生.因此,单层网壳的屈曲验算比强度计算更为重要.使用米SGS程序和DDJTIQ程序完成了嘤鸣馆东、西两舍网壳在多种荷载情况下的结构静力分析和整体线性屈曲分析.

穹顶薄壳的屈曲分析研究有悠久历史和丰富的试验资料.经典的线性理论于1915年由Zoel ly提出.但大量的试验资料表明,其破坏荷载仅达到壳体失稳的上临界荷载线性理论值的 1/2~ 1/4.因壳体的稳定性与其几何形状、荷载和边界条件有关,而且对缺陷十分敏感,至今未能获得令人满意的研究结果.所以,在对嘤鸣馆网壳的屈曲分析中,参考混凝土薄壳设计施工规程,取临界荷载值为上临界荷载的 1/20.

两座网壳的材料均为Q235钢.东舍网壳杆件采用Ф127×7和Ф159×6无缝钢管,共738根;采用D400×l0焊接空心球,共265个节点,其中44个为鼓形球支座节点.西舍网壳杆件采用Ф159×8和Ф159×l0无缝钢管,共584根;采用D450×12焊接空心球,共211个节点,其中39个为鼓形球支座节点.

第2章施工组织管理

嘤鸣馆网壳工程属技术较复杂的单层扁网壳工程,施工中组成专项工程施工管理组,负责熟悉和审查图纸,了解网壳结构的有关技术指标,制定合理的施工工艺.与一般平板网架相比,倾

斜的球冠状外形给施工带来困难,主要是每个节点经纬坐标位置难以控制.为防止施工中造成网壳初始缺陷,影响其整体稳定,决定搭设阶梯形满堂脚手架.采用高空散装,将构件一次安装就位.采用这种施工方法,可避免整体吊装或提升时的网壳结构整体变形.

上述施工方法要求支座节点的预埋位置准确,误差不大于3米米.利用高空散装法拼装网壳时,网壳节点的空间位置是由焊接球的标高与相应的杆件长度来控制的 .因此要求脚手架与板具有足够的强度和刚度 ,能够承受3kN/米2的荷载,包括结构自重、施工荷载及材料堆放等荷载.杆件应采用专用机床下料,长度误差控制在±1米米范围内.调整节点标高时,利用可调整式支承台座,它既是球节点的临时支撑,又能调节标高.

第3章施工工艺

第1节杆件长度计算

计算杆件下料长度时,首先根据节点坐标对各杆件认真复算,然后放大样与计算尺寸核实.同时根据钢管规格及节点连接情况,取每条焊缝的收缩量为1米米.杆件的下料长度为：

2220+--=d D l l

式中0l —节点之间的轴线长度 ;

D —焊接球节点外径;

d —钢管杆件内径;

2—两条焊缝的收缩量(米米).

由于所有节点的外径都相同,故其每端的含球尺寸也相同.

第2节杆件下料

杆件下料采用专用机床,杆端坡口角度为35°~40°,不留钝边,对坡口刃部应注意保护,否则易造成杆长不准,影响其安装精度与焊接质量.下料长度允许误差为±1米米,对每根杆件做好标记,逐件进行检验登记,并对号入座.

第3节网壳拼装

网壳拼装时,从最低处的支座节点开始,向高处逐排进行拼装.在每一排里面,由中部向两端拼装,直到支座节点为止.确定球节点的空间位置时,先根据节点的平面坐标放置可调式支承台座,然后通过调节与该节点相交点的两根杆件长度和支承台座的高度来确定焊接球节点的准确空间位置.连接时必须保证杆的端面与球面完全吻合,使杆件轴线通过球心.将杆件圆周进行三点均布点焊,点焊长度为20米米,焊透焊牢,形成一个空间三角形.以相同的方法,逐排向上和向左右延伸,形成由一个个空间三角形组成的穹顶网壳曲面.

网壳拼装时应特别注意的是,球与杆件点焊之后,必须复测球与球之间的中心距离与杆件长度是否与理论计算值一致,若有误差应及时加以调整,以免造成网壳初始缺陷.另外,测量焊接球节点时应考虑脚手架与板的下沉和焊接收缩量的因素,可在每个节点设计标高的基础上增加5~10米米.测量标尺放在球面顶部,每一钢球的测量点应一致.

网壳逐排拼完后,再用水准仪和经纬仪配合进行复测并矫正.如有积累误差,可在每排的边界杆件中逐步消除,使整个网壳的几何尺寸满足设计要求.

网壳拼装时,应从网壳中心向四周均匀扩散进行焊接,以减少因焊接产生的残余变形与残余应力.该工程的球管为全方位焊接,即采用平、横、立、仰4种焊接方式,而且都集中在1条焊缝上,所以施焊过程中应采用1个均等的焊接电流值,要求焊接运条角度得当.清理污垢后,采用Ф2.5~ 3.2米米E4303焊条焊透.罩面要用Ф3.2~4.0米米焊条,使焊缝根部焊透,并做到焊缝饱满.

第4节网壳焊接

第4章质量情况与安全措施

第1节安装质量

两座网壳拼装合拢时的杆件长度误差为10~15米米,直径误差为±20米米.

东、西两舍网壳挠度分别为25.2米米和23.2米米.

第2节焊接质量及保证质量的措施

焊缝外观全部自检合格.

对30%焊缝进行超声波无损探伤,探伤部位选择网壳中心点一圈、中间区域一圈、边界一圈和所有对接杆件焊缝,结果全部合格.

对各道工序进行全面的质量控制.电焊工实行自检、互检,并打钢印工号登记,以增加操作者的责任感.

第3节安全措施

现场安全检查人员必须作好安全防范工作,其中包括防火、防爆、防盗等,监督工人严格执行安全操作规程,做好安全设备的配备与使用管理工作.施工前对工作面进行全面检查,对不符合施工要求的部位应进行修理或加固.

1.对于矢跨比较小的单层穹顶网壳,选用三向网格可以取得较好的建筑艺术效果.其优点是网壳结构受力比较均匀,杆件之间的夹角相同,节点规格相同,杆件规格少,便于网壳结构的制作与安装..

2.对于外形复杂而又倾斜的大型单层扁网壳的施工,采用阶梯形满堂脚手架进行高空散装是一种行之有效的施工方法.它具有施工速度快、质量容易控制等优点.

大跨空间结构案例分析

通过这一个学期建筑结构选型将建筑结构分类如下:●平面结构梁柱结构(框架结构桁架结构单层钢架结构拱式结构 ●空间结构薄壁空间结构网架结构网壳结构网格结构悬索结构薄膜结构 ●高层建筑结构 ●平面结构平面屋盖结构空间跨度相比较小,节点、支座形式较简单。 2008年奥运会摔跤比赛馆总建筑面积约23950平方米,比赛馆平面是一个82.4*94米平面,屋面是反对称的折面,采用巨型门式钢钢架结构,将建筑塑造为富有韵律感的

造型,如图所示。三维整体模型工程屋盖由12榀空间门式钢钢架组成,跨度82.4米,中心距8,0米,钢刚架为四肢组合的格构式结构。构件间的连接节点均为相贯节点,钢架柱(钢管连接于看台部分的钢筋混凝土柱,屋盖结构外形简洁、流畅,节点形式简单,刚度大,几何特性好。单榀空间门式钢刚架单榀空间门式钢刚架(有连系杆单榀空间门式钢刚架(有连系杆

刚架柱支座 ●空间结构 ●网格结构 ?网架结构一:2008奥运会国家体育馆国家体育馆位于北京奥林匹克公园中心区,建筑面积80 476m2 ,固定座席118 万座,活动座2 000座,用于举办2008 年奥运会的体操、手球比赛,赛后用于举办体育比赛和文艺演出。虽然体育馆在功能上划分为比赛馆和热身馆两部分,但屋盖结构在两个区域连成整体,即采用正交正放的空间网架结构连续跨越比赛馆和热身馆两个区域,形成一个连续跨结构。空间网架结构在南北方向的网格尺寸为815m,东西方向的网格有两种尺寸,其中中间(轴a和○K之间的网格尺寸为1210m,其他轴的网格尺寸为815m。按照建筑造型要求,网架结构厚度在11518~31973m之间。不包括悬挑结构在内,比赛馆的平面尺寸为114m ×144m,跨度较大,为减小结构用钢量,增加结构刚度,充分发挥结构的空间受力性能,在空间网架结构的下部还布置了双向正交正放的钢索,钢索通过钢桅杆与其上部的网架结构相连,形成双向张弦空间网格结构。其中最长桅杆的长度为91237m,钢索形状根据桅杆高度通过圆弧拟合确定。在

双层网壳结构的静力分析与设计

双层网壳结构的静力分析与设计摘要：本文简述了双层网壳的静力设计过程，并通过对杆件内力的分析和变形能力的探讨得出如下结论：双层网壳这种结构型式具有有较强的承载能力，良好的稳定性和优越的协调变形性能，是各种大跨度建筑值得采用的一种屋盖型式。关键词：双层网壳，柱壳，大跨度空间结构。设计概况：某展览馆主展厅屋面为弧线形，跨度27m，结合使用要求，拟采用双层网壳的屋盖结构型式。该结构不仅具有有较高的承载能力，且当在屋顶安装照明、空调等各种设备及管道时，它还能有效地利用空间，方便吊顶构造，经济合理。一、柱壳结构的型式与分析 1 柱壳结构型式本设计所用柱壳采用正放四角锥体系，柱壳跨度27m，矢高4.5m，纵向长度42m。杆件长度控制在3m～3.5m之间。 2 柱壳结构分析结构分析的核心问题是计算模型的确定。本设计中柱壳结构的计算模型为空图1 柱壳上弦支座图图1中，a点为二向支承（约束x，z方向位移），d点为二向支承（约束y，z方向位移），c点为三向支承（约束x，y，z方向位移），其余带×号的各点均设置单向支承（只约束z方向的位移）。柱壳结构为大型复杂结构，因此采用有限元分析软件SAP2000对其进行结构分析，并结合我国钢结构设计规范对各杆件进行截面设计和验算。二、静力设计 1、荷载计算 1）恒载标准值计算

2 /375 m KN 2/5m KN 2 /m KN 屋面构件及网壳自重恒载： 0.752/m KN 灯具： 0.052/m KN 2）活载标准值计算屋面活载：0.52/m KN ；雪荷载：375.05.075.00=?=?=s s r k μ2/m KN ；风荷载： C 类地貌，风压高度变化系数查表得74.0=z μ，风振系数 0.1=z β 2所示：因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -= 2○ 1。 ○ 2 ○ 3 6/127/5.4/==l f 15 4)2.06/1(1.02.0-=-?-=s μl f /s μ 0.10.8 -0.20 0.50.6 +

建筑结构选型总复习-张建荣教材配套..

《建筑结构选型（第2版）》课外练习题及答案第一章梁 1.梁按支座约束分为：静定梁和超静定梁，根据梁跨数的不同，有单跨静定梁或单跨超静定梁、多跨静定梁或多跨连续梁。 2.简述简支梁和多跨连续梁的受力特点和变形特点答：简支梁的缺点是内力和挠度较大，常用于中小跨度的建筑物。简支梁是静定结构，当两端支座有不均匀沉降时，不会引起附加内力。因此，当建筑物的地基较差时采用简支梁结构较为有利。简支梁也常被用来作为沉降缝之间的连接构件。多跨连续梁为超静定结构，其优点是内力小，刚度大，抗震性能好，安全储备高，其缺点是对支座变形敏感，当支座产生不均匀沉降时，会引起附加内力。（图见5页）第二章桁架结构 1.桁架结构的组成：上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆 2.桁架结构受力计算采用的基本假设：（1）组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各柱的中心线（轴线）都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。（2）桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。（铰接只限制水平位移和竖向位移，没有限制转动。）（3）所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上（节点只受集中力作用） 3.桁架斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有何关系答：斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有直接的关系。对于矩形桁架，斜腹杆外倾受拉，内倾受压，竖腹杆受力方向与斜腹杆相反，对于三角形桁架，斜腹杆外倾受压，内倾受拉，而竖腹杆则总是受拉。（图见11页） 4.按屋架外形的不同，屋架结构形式有几种答：三角形屋架，梯形屋架，抛物线屋架，折线型屋架，平行弦屋架等。 5.屋架结构的选型应从哪几个方面考虑答：（1）屋架结构的受力；（2）屋面防水构造；（3）材料的耐久性及使用环境；（4）屋架结构

单层球面网壳设计实例(已加密)

硕士研究生课程考试试卷硕士研究生课程考试试卷考试科目：大跨与空间钢结构考生姓名：许爱国考生学号：20101602009 考生姓名：杨丹考生学号：20101602024 考生姓名：张长考生学号：20101602084 考生姓名：田真珍考生学号：20101602015 学院：土木工程学院专业：土木工程（结构工程方向）考生成绩：90 任课老师(签名) 崔佳考试日期：2011 年9月5日

目录录 1设计资料 (1) 1.1 设计题目 (1) 1.2 设计参数 (1) 2 设计分析软件 (2) 2.1 分析软件简介 (2) 2.2 软件分析步骤 (2) 3 网壳结构设计计算 (3) 3.1 设计基本要求 (3) 3.2 计算分析方法 (3) 3.3 结构模型建立 (4) 3.4 节点与单元属性设置 (5) 3.5 材料参数设置 (6) 3.6 施加约束和荷载 (7) 3.7 软件初步分析设计 (11) 3.8 结构动力分析 (14) 3.9 竖向和水平地震作用抗震验算 (19) 3.10 结构风振系数计算 (21) 3.11 支座节点及檩条设计说明 (21) 4 网壳结构计算结果信息 (22) 4.1 网壳结构各杆件内力 (22) 4.2 网壳结构挠度验算 (23) 4.3 杆件与球节点配置及材料表 (25) 4.4 图纸生成说明 (25) 5 设计结果分析 (26) 5.1 单层球面网壳设计结果概述 (26) 5.2单层球面网壳整体稳定性分析简述 (27) 5.3 网壳结构设计中的几个问题 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)

1 设计资料 1.1 设计题目设计一单层球面网壳，网壳直径为20m，矢高7m，周边支承在钢筋混凝土柱及圈梁上，钢筋混凝土柱沿周边每20°一个均匀布置，柱截面尺寸为400mm×700mm，柱顶及圈梁顶标高为15.2m，圈梁截面尺寸为400mm×600mm。网壳上搭设檩条，屋面板采用压型钢板。 1.2 设计参数 1.2.1 静荷载网壳自重：网壳结构的自重包括钢管杆件和焊接空心球节点（或螺栓球节点）的重量，可由计算机分析软件程序自动生成。附加恒载：檩条、压型钢板和灯具重量取2 kN m。 0.65/ 1.2.2 活荷载本工程屋面为不上人屋面，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(2006年版)第4.3.1条规定，屋面均布活荷载标准值取为2 kN m。屋面均布活荷载不应 0.5/ 与雪荷载同时考虑，取二者的较大值，此处不考虑雪荷载。基本风压取2 0.4/ kN m，本工程不考虑积灰荷载和吊车荷载。 1.2.3 温度作用此处的温度作用仅指分析软件用到的温度差，即结构施工安装时的温度与使用过程中温度的最大差值，此处取为-25℃~25℃。 1.2.4 地震作用本工程所在场地的抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，根据《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）第4.4.2条规定，本工程单层球面网壳结构需要进行竖向和水平抗震验算。 1.2.5 结构材料网壳结构杆件对钢材材质的要求与普通钢结构相同，本工程采用Q235B钢。网壳杆件截面形式有圆钢管、方钢管、角钢及H型钢等，由于圆钢管相对回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利，一般情况下，圆钢管截面比其他型钢截面可节约20%的用钢量，当有条件时应优先采用薄壁圆管形截面，圆钢管可采用高频电焊钢管（即有缝管）或无缝钢管，其中高频电焊钢管较无缝钢管造价低且壁薄，设计时应优先使用，故本工程采用高频电焊圆钢管。网壳结构下部的钢筋混凝土柱及圈梁的混凝土强度等级采用C30。

建筑结构选型复习资料及试题(有答案)

建筑结构选型复习资料 1、简述简支梁和多跨连接梁的受力和变形特点？简支梁的缺点是内力和挠度较大，常用于中小跨度的建筑物。简支梁是静定结构，当两端支座有不均匀沉降时，不会引起附加内力。因此，当建筑物的地基较差时采用简支梁结构较为有利。简支梁也常被用来作为沉降缝之间的连接结构。多跨连续梁为超静定结构，其优点是内力小，刚度大，抗震性能好，安全储备高，其缺点是对支座变形敏感，当支座产生不均匀沉降时，会引起附加内力。 2、桁架结构的受力计算采用了哪些基本假定? 一、组成桁架结构的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。二、桁架的杆件和杆件的相连接的节点都是铰接节点。三、所有外力都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上。 3、桁架斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有何关系？斜腹杆的布置方向对腹杆受力符号（拉或压）有直接关系。对于矩形桁架，斜腹杆外倾受拉，内倾受压，竖腹杆受力方向与斜腹杆相反。对于三角形桁架，斜腹杆外倾受压，内倾受拉，而竖腹杆总是受拉。 4、屋架结构的布置有哪些具体要求？一、屋架的跨度：一般以3米为模数二、屋架的间距：宜等间距平行排列，与房屋纵向柱列的间距一致，屋架直接搁置在柱顶三、屋架的支座：当跨度较小时，一般把屋架直接搁置在墙、跺、柱或圈梁上。当跨度较大时，则应该采取专门的构造措施，以满足屋架端部发生转动的要求。 5、钢筋混凝土刚架在构件转角处为避免受力过大，可采取什么措施？在构件转角处，由于弯矩过大，且应力集中，可采取加腋的形式，也可适当的用圆弧过渡。为了减少材料用量，减轻结构自重，也可采用空腹刚架，其形式有两种：一种是把杆件做成空心截面，另一种是在杆件上留洞。 6、刚架结构的支撑系统起何作用？应怎样布置？为保证结构的整体稳定性，应在纵向柱之间布置连系梁及柱间支撑，同时在横梁的顶面设置上弦横向水平支撑。柱间支撑和横梁上弦横向水平支撑宜设置在同一开间内。 7、简述拱的支座反力的受力特点？一、在竖向荷载作用下，拱脚支座内将产生水平推力二、在竖向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同跨度简支梁在相同竖向荷载作用下所产生的相应于顶铰C截面上的弯矩除以拱的失高

浅论单层网壳钢结构采光顶设计

浅论单层网壳钢结构采光顶设计摘要：介绍了遵义医学院附属医院新蒲医院-门急诊住院综合楼项目。该工程为门急诊住院综合楼中庭屋顶钢结构部分的单层网壳设计。文中介绍了工程的结构分析和设计方法。在设计中建立中庭采光顶结构有限元计算模型。在综合考虑工程重要性的同时，根据结构的几何力学特点，节点的刚度等多种因素的基础上，对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况组合，对结构在使用阶段的内力和变形进行分析。在大量计算和分析的基础上，对结构几何体系和构件进行了设计。并对结构的整体稳定进行了分析。关键词：网壳的选型设计；节点设计；整体稳定绪论本工程为医院门急诊住院综合楼中庭钢结构部分，属于大型公共建筑。钢结构屋盖平面呈防锤形，结构纵向最长为82.50m，横向最大跨度27.50m，立面呈椭圆形，最高点高度 21.9m。最低点高度15.55 m。整个屋顶建筑面积近1850m2。屋顶中间部分采用夹层中空全钢化玻璃，两侧部分为铝板。整个结构落在主体混凝土结构上。深化后采光顶轴侧图论文正文一、结构选型综合考虑建筑的外观效果、经济性、结构安全等因素，屋面结构决定采用经济性、安全性都较好的网壳结构。本工程钢结构屋面跨度不大，约28m。因此，形式上采用单层网壳结构。下端固定在混凝土平台上，交联过程稳定，重复性好。结构视图二、网格划分在建筑方案的基础上对网壳的曲面形式、几何尺寸重新划分，根据网壳的受力特点，同时考虑了施工因素等因素，来确定网格类型的选择、网格大小的划分，其目的是使网壳受力合理，能充分发挥结构材料的力学性能，也考虑了整体造型美观。除上述原则外，在遵循最优的结构形式，还应考虑加工制作、半成品运输、吊装安装等条件，与之覆盖的材料协调和匹配，以取得最好的技术和经济效果。综上考虑，在方案设计时，通过分析和比较，最终网格采用了三向网格型，三向网格形是在水平面内形成大小相等的三角形网格，然后投影到曲面上形成的。由于这种网格结构组成规律性强，结构外形美观，受力好，适用于该工程。

钢结构单层网壳设计本科学位论文

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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 钢结构单层网壳设计 ――某椭球面网壳设计学生梁江浩(专业：土木工程学院建筑工程专业) 指导教师郭小农(单位：土木工程学院建筑工程系) 【摘要】单层钢结构网壳外形美观，结构新颖，是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构有如下特点： (1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。 (2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。 (3)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。本设计是以工程实例为背景，完成一个的单层钢网壳设计。网壳型式是椭球型网壳，底面为30m*20m的椭圆，矢高为10m。结构是肋环形网壳，网壳的地点在天津。本设计的实施过程如下： (1)进行钢结构网壳空间建模：完成结构选型和网格划分,首先用3D3S生成一个尺寸相同的肋环形网壳，然后手动删改生成网壳的区格构件，使得每根构件的长度大致处于1.5m-2.2m，这样结构的网格更加合理，方便玻璃的制作与安装，结构本身也更加美观； (2)进行结构内力分析：完成荷载输入、杆件截面选择。内力计算使用3D3S软件，但是其中荷载的导算是人工完成，由于荷载规范中网壳的风载体型系数较为复杂，软件并不能很好的导算。因此借助于ANSYS中的编程功能，读入3D3S生成的模型数据，在依据规范的公式，计算出导算好的节点荷载，并写出适用于3D3S和ANSYS 的荷载文件； (3)构件设计：计算长度根据网壳结构技术规程得出，杆件采用热扎无缝钢管114*4.0和95*4.0，电算后再任选一根构件，利用3D3S得到的杆件内力，进行手动验算； (5)节点设计：本网壳中节点采用焊接球节点，采用两种焊接球：200*8的不带肋空心球节点和300*12的带肋空心球节点，电算选择球类型，然后根据网壳结构技术规程的计算方法任选一个球节点手算。 (6)结构整体稳定性分析，首先进行线性屈曲分析，得到屈曲模态，以此选定初始缺陷然后进行几何非线性整体稳定性分析，并且进行同时考虑材料非线性的整体稳定性分析； (7)施工图绘制，大概共绘制10张A2图，其中手绘2张； (8)计算书整理。【关键词】单层网壳；整体稳定；大跨空间结构。

大跨度柱面网壳结构设计要点

大跨度柱面网壳结构设计要点袁耀明 (唐钢国际工程技术股份有限公司，河北唐山063000) [摘要]钢铁企业的露天原料厂很多不符合当今我国的环保要求，所以需要新型的符合环保要求的原料厂来替代。由于生产工艺限制，封闭结构必须满足空间大跨的要求，大跨度柱面网壳以其优异的空间大跨的结构性能，本文将重点阐述该结构形式的优势及设计要点Q [关键词]大跨度；网壳；空间结构文章编号:2095 -4085 (2019)03 - 0032 - 01謂年上计 1概述大跨度柱面网壳结构该结构形式具有三维受力特点，该结构为超静定结构，如果出现某杆位置失效，大跨度柱面网壳结构可以通过内力的调节，重新达到稳定，安全度较高。交汇于节点处的杆件相互支撑，增强了结构的稳定性，也具有一定的抗震能力。该结构还有节约材料，安装方便，空间刚度大，适于工业化生产等优点。该结构形式是近半个世纪以来应用最广的一空间结构。 2设计方法大跨度柱面网壳结构，无论采用哪种节点，荷载都在节点上，构件内力仅为轴向拉力和压力，由节点刚度引起的杆件弯矩很小。按照空间杆系结构进行计算，杆件之间的连接假定为铰接，忽略节点刚度的影响和次应力引起的杆件内力变化。受荷后网格结构位移很小，属于小挠度范畴，不必考虑因挠度所引起的结构几何非线性；另外结构设计时钢材处于弹性阶段，不必考虑材料的非线性，这样大大缩短了结构计算时间。传统计算方法分为两类，一类是连续化假定，一类是离散化假定。连续化假定已很少采用；离散化假定也就是通常所说的有限单元法，这种方法首先将结构离备为各个M元，茬卓元基础上建立卓元节点另和节点位移之间的基本方程，以及相应的单元刚度矩阵，然后利用节点平衡条件和位移协调条件建立整体结构节点荷载和节点位移关系的基本方程，及其相应的总体刚度矩阵，通过引入边界约束条件求解出节点位移，再由节点位移计算出杆件内力。复杂的网架结构杆件数量多，计算量大，需要辅助设计软件进行计算，目前国内空间结构辅助设计软件有 3D3S，SFCAD，MST及 SAP2000，其中 3D3S在建模与模型编辑，荷载添加，构件分析验算，后处理，节点设计等方面均有独特优势，作为主要的辅助设计软件，用SAP2000进行校核验算。 3案例分析以某封闭料场进行案例分析，案例概况：三心圆柱面网壳由三心圆拟合而成，中部以半径为63m的圆弧进行12等分，每等分3.51m，两边以半径为 31m的圆弧进行11等分，每等分3.485m，大小圆在相交点相切，为减小水平推力，两小圆弧与基础顶面正交，网壳厚度为3m，最终模型净跨77m，外包尺寸83m，矢高为32. 75m。网壳计算参数：沿网壳面均匀分布的檩条及屋面板等恒荷载：〇?25kN/m2;活荷载0?5kN/m2;基本雪压0?4kN/m2;基本风压0?6kN/m2;网壳自重模型自动计算。 ?32? 3D3S开发平台为CAD，建模操作相对灵活，可以利用CAD命令进行操作，利用线段来拟合三心圆网壳，然后对几何线段赋予结构属性，如截面尺寸，材料属性等，通过杆件导荷，将面荷载转化成节点荷载施加到结构模型，最后按照实际支座位置设置边界约束条件，这样就形成了最终的结构模型，通过设置求解参数，如抗震设防烈度，地震分组，场地类别，阻尼比等参数，对结构模型进行求解。最终利用 SAP2000复核3d3s计算结果，通过对比发现结果完全一^致。 4设计及施工中中应注意的问题大跨度柱面网壳结构对荷载比较敏感，荷载取值必须做到尽可能的精准，以恒荷载为例，以往结构设计中认为恒荷载对结构不利，可适当取大值，以保证结构安全，但是柱面网壳并非如此，很有可能由于恒载取值过大，导致在风荷载控制的组合工况下本应拉压发生转变的杆件没有发生拉压转变，意味着计算过程中始终处于受拉状态的杆件在实际工作过程中处于受压状态，这是不安全的。大跨度柱面网壳结构的抗风设计参数取值主要参考高层或高耸结构设计规范，由于设计依据少，难以选取风振系数，这种取值方法还不够完善，风振系数的选取主要靠经验。网壳结构的支座通常采用铰接形式。考虑到支座不可能存在理想的不动铰支座，也就是说支座在两个水平方向上是一种弹性支承。既然是弹性支撑，就涉及到了弹性支撑的线刚度问题。由于影响这一支承刚度很难精准进行计算，那么如何来解决这个支座刚度为问题的关键。目前关于这个问题的解决方案就是对支座支承刚度进行包络设计，通过支承刚度自足够小到足够大这一包络设计过程，以充分保证结构的安全可靠。 5结语该结构形式设过程中计算已经比较成熟，但应注意施工工况的验算，跟踪计算每一施工步骤的受力状态变化，避免采用不同的施工方法和施工顺序引发的工程事故。参考文献： [1]罗尧治，沈雁彬.干煤棚网壳结构使用现状与缺陷分析[J].工业建筑，2005,（01). [2]邢克勇，刘辰.华能海口电厂干煤棚网壳结构设计 [J].建筑结构，2006,（05). [3]聂国隽，浅若军.干煤棚柱面网壳结构设计[J].结构工程师，2001，（02). [4]黄鹤，顾明，叶孟洋.干煤棚柱面网壳结构风荷载试验研究[J].建筑结构，2011，（03).

单层网壳体育中心钢结构施工组织设计-第六章-第五节+第六节高强螺栓施工、压型钢板施工

第五节高强度螺栓的施工一高强螺栓施工概述本工程钢结构高强度螺栓的安装主要分布于展望桥核心筒钢结构，主要采用10.9级的高强度螺栓，高强度螺栓制孔采用数控钻孔。高强度螺栓与构件连接处接触面采用喷砂处理，处理后其抗滑移系数μ值要达到0.50。二安装准备 (一)高强度螺栓保管要求 (二)高强度螺栓的性能检测 1检测标准及准备

2检测方法名称类别试件试验方法注意事项高强度螺栓性能检查高强度螺栓紧固轴力试验现场安装用螺栓随机抽取（1）连接副预拉力采用经计量检定、校准合格的轴力计进行测试。（2）采用轴力计方法复验连接副预拉力时，应将螺栓直接插入轴力计。（3）紧固螺栓分初拧、终柠两次进行，初拧应采用手动扭矩板手或专用定扭电动板手;初拧值应为预拉力标准值 50%左右。终拧应采用专用电动板手，至尾部梅花头拧掉，读出预拉力值。（1）扭剪型高强度螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取，每批应抽取8套连接副进行复验。（2）试验用的电测轴力计、油压轴力计、电阻应变仪、扭矩板手等计量器具，应在试验前进行标定，其误差不得超过2%。（3）每套连接副只应做一次试验，不得重复使用。（4）在紧固中垫圈发生转动时，应更换连接副，重新试验。（5）复验螺栓连接副的预拉力平均值和标准偏差应符合上页表的规定。高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移系数试验二栓拼接拉力试件（1）先将冲钉打入试件孔定位，然后逐个装换成同批经预拉力复验的扭剪型高强度栓。（2）紧固高强度螺栓应分初柠、终拧。初拧应达到螺栓预拉力标准值的50%左右。（3）试件应在其侧面画出观察滑移的直线。（4）将组装好的试件置于拉力试验机上，试件的轴线与试验机夹具中心严格对中。（5）加荷，应先加10% 的抗滑移设计荷载值，停1min后，再平稳加荷，加荷速度为3-5kN/s。直拉至滑移破坏，测得滑移荷载。（6）由紧固轴力平均值和测得的滑移荷载计算抗滑移系数。（1）制造厂和安装单位应分别以钢结构制造批为单位进行抗滑移系数检验。制造批可按分部（子分部）工程划分规定的工程量每 2000t为一批，不足2000t的可视为一批。（2）选用两种及两种以上表面处理工艺时，每种处理工艺应单独检验。每批三组试件。（3）试件钢板的厚度t1、t2应根据钢结构工程中有代表性的板材厚度来确定;宽度b可参照上页表规定取值；L1应根据试验机夹具的要求确定。（4）试件板面应平整，无油污，孔和板的边缘无飞边、毛刺。（5）抗滑移系数检验用的试件应由制造厂加工，试件与所代表的钢结构构件应为同一材质、同批制作、采用同一摩擦面处理工艺和具有相同的表面状态，并应用同批同一性能等级的高强度螺栓连接副，在同一环境条件下存放。

大跨度空间结构_网壳结构的历史与发展_符立勇

大跨度空间结构———网壳结构的历史与发展符立勇,杨从娟 (石家庄铁道学院力学与工程科学系,河北石家庄050043) [摘　要]　现代空间结构要求有最大的自由空间及最小的内支撑干扰。回顾空间结构的发展历史,网壳结构是能够很好满足上述要求的结构体系之一。本文较全面、系统地评述了国内外网壳结构发展历史和应用现状,并介绍了一些有代表性的工程实例。最后讨论了网壳结构进入21世纪的发展趋势,探讨了网壳结构的应用前景。 [关键词]　空间结构;网壳结构;历史;发展 [中图分类号]TU33　[文献标识码]B　[文章编号]1007-9467(2002)05-0003-03 一、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高,人们需要更大的覆盖空间来满足社会活动和生产劳动的需要,而且要求有最大的自由空间及最小内支撑相互干扰的结构,如大型集会场所、体育馆、飞机库、会展中心、游泳池、餐厅、候车厅、工业厂房等。而一般的平面结构,如梁、刚架、桁架、拱、组合结构等,由于结构形式的限制,从技术经济方面讲已很难跨越更大的空间,来满足飞速发展的社会需求。人们通过实践发现,具有三维空间形状并且有三维受力特性、呈空间工作状态的空间结构,正好能满足大跨度建筑结构的要求。这是因为空间结构不仅仅依赖材料性能,而且更加充分利用自已合理的形体及不同材料特性,来适应不同建筑造型和功能的需要,从而可跨越更大空间。尤其近年来计算机技术的飞速发展,使空间结构在形体研究的计算方法上有了新的突破,使形体与受力完美组合成为可能。因此,空间结构对于现代建筑已产生重大影响,它不但被公认为社会文明的象征,而且由于采用了大量新材料、新技术和新工艺,空间结构还成为衡量一个国家建筑科学技术水平的标志之一。二、网壳结构的历史 1.网壳结构的雏形———穹顶结构在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。网壳结构的发展是和人类社会的生活、生产劳动密切相关的,并且与当时的科技水平及物质条件紧密相连。古代的人类通过详细观察,发现自然界中存在大量受力特性良好、形式简洁美观的天然空间结构,如蛋壳、蜂窝、鸟类的头颅、肥皂泡、山洞等。利用仿生原理,人类得以更好地理解和发展空间结构。古代的人类为了有一个好的生存空间,常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布匹代替稻草,即现在常见的帐篷。经过长期的工程实践,人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间,而且所耗用的材料也比较经济。穹顶的发展与建筑材料的发展是密切相关的。古代,穹顶用石料建造,后来逐渐被砖石结构取代。例如,古罗马人就利用石料或砖建造了大量圆形或圆柱形穹顶,用来作为宗教活动的场所。这些穹顶的跨度都不大,一般为30～40m左右,穹顶的厚度与跨度之比为1/10左右,因此早期的穹顶自重很大。其中,建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表,该穹顶基面为44m的圆。中世纪,木材成为穹顶结构的主要覆盖材料;到19世纪,铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元,使覆盖大跨度建筑物成为可能。近代,钢筋混凝土结构理论的出现及应用使穹顶的厚度大大降低,薄壳穹顶受到人们的极大关注,从而开辟了结构工程新领域。1922年在德国耶拿建造了土木工程史上第一座钢筋混凝土薄壳结构———耶拿天文馆,其净跨为25m,顶厚为60.3m m,厚跨比大约为1/400。薄壳穹顶以其结构自重较小,受力性能良好,可以覆盖大跨度空间和造型优美等优点,得到广泛应用和发展。现代,优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳发展的一个重要因素。 2.网壳结构的诞生钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点,但经过若干年工程实践,工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点:钢筋混凝土薄壳施工时需要架设大量模板,工作量很大,施工速度较慢,工程造价高。因而人们对之逐渐丧失兴趣,开始寻求 3 钢结构设计专题工程建设与设计　2002年第5期

结构体系与选型

1.梁的分类及受力特征：按材料：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、组合梁等。按断面形状：矩形梁、工字梁、T形梁、工字薄腹梁等。按受力分：简支梁、连续梁、悬臂梁等。当跨度太大时，在两端支座之间再增中间支座，称连续梁。 2.桁架的组成和特点：桁架是由若干杆件在每杆两端用铰联结而成的结构。平面桁架：当各杆的轴线都在同一平面内，且外力也在这个平面内时，称为平面桁架。在平面桁架的计算简图中，通常引用如下假定：a各结点都是无摩擦的理想铰。b各杆轴线绝对平直，并通过铰的中心。c荷载和支座反力作用在结点上。经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只受结点荷载作用的直杆、铰结体系”的工程结构。特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。轴力又称主内力（primary internal forces）。 3.桁架结构的分类：一、根据维数分类： 1. 平面（二维）桁架（plane truss）:所有组成桁架的杆件以及荷载的作用线都在同一平面内。 2. 空间（三维）桁架（space truss）:组成桁架的杆件不都在同一平面内。二、按外型分类：1. 平行弦桁架2. 三角形桁架 3. 抛物线桁架 4. 梯形桁架三、按几何组成分类：简单桁架（simple truss）联合桁架（combined truss）复杂桁架（complicated truss）。四、按受力特点分类：1. 梁式桁架2. 拱式桁架。五、计算方法：结点法、截面法、联合法结点法：以只有一个结点的隔离体为研究对象，用汇交力系的平衡方程求解各杆的内力的方法。结构计算简化的技巧应用需注意： a相似三角形的应用：在计算中，经常需要把斜杆的内力S分解为水平分力X和竖向分力Y。设斜杆的长度为L,其水平和竖向投影的长度分别为Lx和Ly,则由比例关系可知： b结点单杆：以结点为平衡对象能仅用一个方程求出内力的杆件，称结点单杆（nodal single bar）。利用这个概念，根据荷载状况可判断此杆内力是否为零。 c零杆：零内力杆简称零杆（zero bar）。 5.拱式结构分类：从力学计算简图分：三铰拱、两铰拱和无铰供；按应用材料分类：钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构；从拱身截面看：有格构式和实腹式、等截面和变截面。6.拱的基本特点：在竖向荷载作用下会产生水平推力。区别拱与梁的主要标志：水平推力存在与否。 7.带拉杆的拱：在屋架中，为消除水平推力对墙柱影响，在两支座间增加一拉杆，由拉杆来承担水平推力，如上图。 8.在桥梁中为了降低桥面高度，可将桥面吊在拱上。如下图。 9.拱的特点：在竖向荷载作用下会产生水平推力。优点：水平反力产生负弯矩，可以抵消一部分正弯矩，与简支梁相、比拱的弯矩、剪力较小，轴力较大（压力）,应力沿截面高度分布较均匀。节省材料，减轻自重，能跨越大跨度。宜采用耐压不耐拉的材料，如砖石混凝土等。有较大的可利用空间。缺点：拱对基础或下部结构施加水平推力，增加了下部结构材料用量。 10.拱的合理轴线：拱式结构受力最理想的情况是使拱身内弯矩为零，仅承受轴力。只要拱轴线的竖向坐标与相同跨度、相同荷载作用下的简支梁弯矩值成比例，即可使拱截面内仅有轴力没有弯矩。满足这一条件的拱轴线称为合理拱轴线。 11.拱式结构的选型：一、结构支承方式分：三铰拱、两铰拱和无铰拱。 (1).三铰拱是静定结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角，致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利。拱顶铰的构造和维护也较复杂。三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不作主拱圈。(2).两铰拱取消了拱顶铰，构造较三铰拱简单，结构整体刚度较三铰拱为好，维护也较三铰拱容易，而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱桥。(3).无铰拱属三次超静定结构，虽然支座沉降等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方便,因此无铰拱是拱桥中,尤其是钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式。二、拱的矢高：a矢高应满足建筑使用功能和建筑造型的要求；b失高的确定应使结构受力合理； c矢高的确定应考虑屋面做法和排水方式。三、拱轴线方程：从受力合理的角度出发，应选择合理的拱轴线方程，使拱身内只有轴力。没有弯弯，但合理拱轴线的形式不但与结构的支座约束条件有关．还与外荷载的形式有关。 12.网格结构与网架结构定义：空间网格结构是由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构。 13.网架结构的优越性：a空间工作，传力途径简捷。b重量轻，经济指标好。c刚度大，抗震性能好。d施工安装简便。e网架杆件和节点定型化、商品化生产f网架的平面布置灵活。发展迅速的原因：a社会发展和工程建设的需要。b标准化、工厂化生产。c电子计算技术的应用。 14.网架结构的形式与分类：平面桁架系组成的网架结构。六角锥体组成的网架结构。四角锥体组成的网架结构。三角锥体组成的网架结构。 15.网架结构的选型影响因素：网架制作、安装方法、用钢指标、跨度大小、刚度要求、平面形状、支承条件。实用与经济的原则，多方案比较确定。主要考虑施工制作和用钢指标两个因素。 16.网壳结构形式。按组成层数分：单层网壳和双层网壳。单层柱面网壳：按材料分:木网壳、钢筋混凝土、钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃钢网壳等。按曲面形式：a单曲面：筒网壳或称为柱网壳。b 双曲面：球网壳、扭网壳（包括双曲抛物面鞍型网壳、单块扭网壳、四块组合型扭网壳）。 17.单层圆柱面网壳的网格可采用：a单向斜杆正交正放网格、b交叉斜杆正交正放网格、c联方网格、d三向网格。 18.单层球面网壳的网格可采用：a肋环型、b肋环斜杆型、c三向网格、d扇形三向网格、e葵花形三向网格、f短程线型。 19.悬索结构：索的形状是不稳定的(随荷载分布形式变化)。必须采取不同的构造措施，以形成各种具有形状稳定性的悬索体系。类型：a单层悬索加重屋面b预应力“悬挂薄壳”c预应力双层索系d预应力索网e劲性悬索f横向加劲平行索系 ——索-梁(桁)体系g索-拱体系。. 20.单层索系加重屋面：设置重屋面的作用——使均布重力荷载具有优势，以保证初始形状的相对稳定性。 21.悬挂薄壳：单层重屋面体系的进一步演进。a 挂屋面板b加超载，然后灌缝c缝结硬后卸去超载，形成悬挂薄壳。 22.砌体结构：指用砖、石或砌块为块材，用砂浆砌筑的结构。（砖砌体、石砌体、砌块砌体）砌体结构发展概况：应用范围扩大、新材料、新技术和新结构的不断研制和使用、砌体结构计算理论和计算方法的逐步完善。 23.砌体结构的优缺点：优点：a砌体结构材料来源广泛，易于就地取材。b砌体结构有很好的耐火性和较好的耐久性。c砖砌体的保温、隔热性能好，节能效果明显。d可以节约水泥、钢材和木材。e当采用砌块或大型板材作墙体时，可以减轻结构自重，加快施工进度，进行工业化生产和施工。缺点：a砌体结构自重大。b无筋砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度低，抗震及抗裂性能较差。c砌体结构砌筑工作繁重。d砖砌体结构的粘土砖用量很大，往往占用农田，影响农业生产。必须大力发展砌块、煤矸石砖、粉煤灰砖等粘土砖的替代产品。 24.砌体结构的应用范围：a主要用于承受压力的构件，如基础、内外墙、柱等。 b砌筑围护墙和填充墙等。c桥梁、隧道工程等。 25.砌体结构房屋（混合结构)的组成：房屋中墙、柱等竖向承重构件用块体和砂浆砌筑而成的砌体材料，屋盖、楼盖等水平承重构件用钢筋混凝土、轻钢或其他材料建造的房屋称为砌体结构。 26.横墙承重体系：当房屋开间不大(一般为3～ 4.5m)，横墙间距较小，将楼(或屋面)板直接搁置在横墙上的结构布置称为横墙承重方案：房间的楼板支承在横墙上，纵墙仅承受本身自重。 27.横墙承重方案的荷载主要传递路线为：楼（屋）面板→横墙→基础→地基。纵墙门窗开洞受限较少、横向刚度大、抗震性能好。适用于多层宿舍等居住建筑以及由小开间组成的办公楼。 28.纵墙承重体系：对于要求有较大空间的房屋(如厂房、仓库)或隔墙位置可能变化的房屋，通常无内横墙或横墙间距很大，因而由纵墙直接承受楼面、屋面荷载的结构布置方案即为纵墙承重方案：其屋盖为预制屋面大梁或屋架和屋面板。这类房屋的屋面荷载(竖向)传递路线：板→梁(或屋架) →纵墙→基础→地基。纵墙门窗开洞受限、整体性差。适用于单层厂房、仓库、食堂。 29.纵、横墙承重体系：当建筑物的功能要求房间的大小变化较多时，为了结构布置的合理性，通常采用纵横墙布置方案，纵横墙承重方案，既可保证有灵活布置的房间，又具有较大的空间刚度和整体性，所以适用于教学楼、办公楼、多层住宅等建筑。此类房屋的荷载传递路线：楼(屋)面板→→基础→地基。 30.内框架承重体系：对于工业厂房的车间、仓库和商店等需要较大空间的建筑，可采用外墙与内柱同时承重的内框架承重方案，该结构布置为楼板铺设在梁上，梁两端支承在外纵墙上，中间支承在柱上。此类房屋的竖向荷载的传递路线：楼(屋)面板→ 梁→→地基。

基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计

第37卷第9期振动与冲击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.9 2018基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计陆明飞，叶继红 (东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京210018) 摘要：稳定是单层柱面网壳结构分析与设计中的关键因素。从节点构形度的视角，考虑外在因素中与稳定问题直接相关的核心部分，定义了能全面反映结构静力稳定特性的节点构形度相对变化梯度（0(_U，其最小值()与稳定承载力直接相关。能定量地衡量结构丧失稳定的趋势，揭示网壳结构失稳机理。在此基础上，进一步提出了单层柱面网壳稳定优化设计方法。稳定优化模型以最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定的各项设计约束条件，在给定用钢量的前提下，提高结构稳定承载力。两个实际工程算例验证了单层柱面网壳稳定优化设计方法的有效性。关键词：单层柱面网壳;节点构形度;稳定;稳定优化;优化设计中图分类号：TU393.3 文献标志码：A DOI ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2018.09.012 Stability optim izationdesignfor single-layer cylindrical domes based on joint well-formedness LU Mingfei, YE Jihong (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of China Ministry of E Southeast University，Nanjing 210018，China) Abstract:St abi li ty i s a key factor in design and analysis of single-layer cylindrical domes. From the perspective of joint well-formedness，the relative gradient of joint well-formedness (g r a_r)was defined here t o f u l l y r e flect the s t a t i c s t a b i l i t y of structures a nd consider the core part directly related t o s t a b i l i t y of external factors，i t s minimum value (g r a_ U b) was directly related t o s t a b i l i t y loads. I t was shown that g r a_r can quantitatively measure lose s t a b i l i t y and reveal domes ’unstable mechanism. On t h i s basis，the s t a b i l i t y optimization design metliod for single-layer cylindrical domes was proposed. Using the st a b i l i t y optimization model，the maximization of g objective，and discrete rods’cross-sections as variables，various design constraint conditions specified in the code were considered，the force-bearing a b i l i t y for the structure s t a b i l i t y was improved under the premise of a given steel-consuming amount. Two practical engineering examples verified the effectiveness of the proposed s t a b i l i t y opti for single-layer cylindrical domes. Key words:single-layer cylindrical domes;joint well-formedness;stability;s t a b i l i t y optimization;optimal design 整体失稳是壳体结构特有的一种失效模式，因此，稳定是网壳结构分析中的一个重要因素。1979年，Riks[1]提出了弧长法，成功解决了在迭代过程中，因刚度矩阵奇异而导致的不收敛问题。经弧长法非线性跟踪，可以准确求得代表网壳结构稳定的临界荷载J r。30多年来，学者们对网壳结构稳定性问题做了深入研究，在计算方法、缺陷、后屈曲性能等方面取得了丰硕成果[2—7]。曹正罡等[8]考虑弹塑性，研究了单层柱面网基金项目：国家杰出青年科学基金项目（51125031) 收稿日期：2016 -12-09修改稿收到日期：2017 -02-15 第一作者陆明飞男，博士生,1991年生通信作者叶继红女，博士，教授，博士生导师,1967年生壳弹塑性稳定性能。M a等[9]研究了半刚性节点对单层柱面网壳稳定性的影响。然而，对于网壳结构的静力失稳机理，系统性的研究尚未见报导。不同于其它杆系结构，稳定性已经超越了强度、刚度问题，成为单层柱面网壳结构设计中的控制性因素。也就是说，单层柱面网壳在经满应力优化设计后，一般难以满足稳定性要求。沈世钊等在20世纪90年代末期，对许多大型复杂单层柱面网壳进行了大规模参数化分析，所得到的部分结论已编入相关设计规程。K a o 等[10]利用线性特征值屈曲荷载，以广义长细比为基础，提出了杆件截面分配法的网壳结构稳定设计方法。其不足在于，以放大系数及经验拟合公式考虑非线性。