双层网壳结构的静力分析与设计..doc

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间铰接杆系，支承采用四边支承。每个周边节点处均设置支座，下图所示为在有限元分析软件SAP2000中所建立模型的支座模拟。 （注：下图仅作为表达柱壳支座形式所用） 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 荷载计算 1）恒载标准值计算 屋面构件及网壳自重恒载： 0.75 灯具： 0.05 2）活载标准值计算 屋面活载：0.5； 雪荷载：； 风荷载： C类地貌，风压高度变化系数查表得，风振系数，基本风压，风载体型系数如图2所示： 风向→ → 图2 风振体型系数计算图 因此，有：， ， 其中，分别为如图2所示对应不同体型系数下的风荷载标准值。 2、柱壳上的荷载分布 上弦恒载全跨均匀分布（如图3） 图3 恒荷载全跨均匀分布图 下弦恒载全跨均匀分布类似上图，值大小为（仅为灯具荷载）。 屋面活荷载全跨均匀分布（如图4） 图4 屋面活荷载全跨均匀分布图 全跨均布雪荷载（如图5） 图5 雪荷载全跨均匀分布图 半跨均布雪荷载（如图6） 图6 雪荷载半跨均匀分布图 全跨不均匀分布雪荷载（如图7） 图7雪荷载全跨不均匀分布图 风荷载（如图8）： 风向 → 图8 风荷载分布图 图8中， ， ， ，，下同。 风荷载为吸力，方向为离开屋面向外。 3、荷载组合 本设计中，荷载主要作用在上弦，下弦仅作用有灯具恒载，因此，为简化计算和利于表达，现将各组合中的下弦灯具荷载计算如下： 各组合中，下弦荷载设计值为： 可变荷载控制的组合下：，均匀分布； 永久荷载控制的组合下：，均匀分布。 以上各值对各组合均相同。 上弦荷载组合如下： 组