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。
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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。
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