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網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

補(bǔ)充:0  瀏覽:10738  發(fā)布時(shí)間:2012-9-6
    網(wǎng)殼是一種與平板網(wǎng)架類似的空間桿系結(jié)構(gòu),系以桿件為基礎(chǔ),按一定規(guī)律組成網(wǎng)格,按殼體結(jié)構(gòu)布置的空間構(gòu)架,它兼具桿系和殼體的性質(zhì)。其傳力特點(diǎn)主要是通過(guò)殼內(nèi)兩個(gè)方向的拉力、壓力或剪力逐點(diǎn)傳力。此結(jié)構(gòu)是一種國(guó)內(nèi)外頗受關(guān)注、有廣闊發(fā)展前景的空間結(jié)構(gòu)。
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)又包括單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、肋環(huán)型索承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、單層叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)等。
    我國(guó)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)發(fā)展概況:
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在解放初曾有所應(yīng)用。當(dāng)時(shí)主要是一類聯(lián)方型的網(wǎng)狀筒殼,材料為型鋼或木材,跨度在30m左右,如揚(yáng)州蘇北農(nóng)學(xué)院體育館、南京展覽中心(551廠)、上海長(zhǎng)寧電影院屋蓋結(jié)構(gòu)等。作為有影響的我國(guó)第一幢大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是天津體育館屋蓋,采用帶拉桿的聯(lián)方型圓柱面網(wǎng)殼,平面尺寸為52m X68m,矢高為8.7m,用鋼指標(biāo)為45kg每平米。該網(wǎng)殼1956年建成,1973年因失火而重建。此后,截至1992年上半年,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)已建成各類網(wǎng)殼近80幢,覆蓋建筑面積約70000平米,其中80%是近10年興建的。如1989年建成的北京奧林匹克體育中心綜合體育館,平面尺寸為70m X 83m,采用人字形截面雙層圓柱面斜拉網(wǎng)殼,為目前國(guó)內(nèi)跨度最大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。同年建成的濮陽(yáng)中原化肥尿素散裝庫(kù),平面尺寸為58mX135m,采用雙層正放四角錐圓柱面網(wǎng)殼,為國(guó)內(nèi)覆蓋建筑面積最大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),也是第一個(gè)采用螺栓球節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀筒殼。1967年建成的鄭州體育館,采用肋環(huán)形穹頂網(wǎng)殼,平面直徑64m,矢高9.14m,為國(guó)內(nèi)跨度最大的單層球面網(wǎng)完。又如1988年建成的北京體院體育館,采用帶斜撐的四塊組合型雙層扭網(wǎng)殼,平面尺寸為59.2m見(jiàn)方,矢高3.5m,挑檐3.5m,為我國(guó)跨度最大的四塊組合型扭網(wǎng)殼。
    特點(diǎn)
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和大量的工程實(shí)踐應(yīng)用,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為建筑結(jié)果提供了一種新穎合理的結(jié)構(gòu)形式,這主要是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
    (1)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)兼有桿件結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的主要特性,受力合理,可以跨越較大的跨度。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是典型的空間結(jié)構(gòu),合理的曲面可以使結(jié)構(gòu)力流均勻,結(jié)構(gòu)具有較大的剛度,結(jié)構(gòu)變形小,穩(wěn)定性高,節(jié)省材料。
    (2)具有優(yōu)美的建筑造型,無(wú)論是建筑平面、外形和形狀都能給設(shè)計(jì)師以充分的創(chuàng)作自由。薄殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)的形態(tài),網(wǎng)格結(jié)構(gòu)幾乎都可以實(shí)現(xiàn)。既能表現(xiàn)靜態(tài)美,又能通過(guò)平面和立面的切割以及網(wǎng)格、支撐與桿件的變化表現(xiàn)動(dòng)態(tài)美。
    (3)應(yīng)用范圍廣,既可以用于中、小跨度的民用和工業(yè)建筑,也可用于大跨度的各種建筑,也別是超大跨度的建筑。在建筑平面上可以適應(yīng)多種形狀,如圓形、矩形、多邊形、扇形以及各種不規(guī)則的平面。在建筑外形上可以形成多種曲面。
    (4)可以用小的構(gòu)件組成很大的空間,而且桿件單一,這些構(gòu)件可以在工廠預(yù)制實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),安裝簡(jiǎn)便快速,適應(yīng)采用各種條件下的施工工藝,不需要大型設(shè)備,因此綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。
    (5)計(jì)算方便。目前我國(guó)已有許多適用于多種計(jì)算機(jī)類型的各種語(yǔ)言的計(jì)算軟件,為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的計(jì)算、設(shè)計(jì)和應(yīng)用創(chuàng)造買有利條件。
    (6)由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)呈曲面形狀,形成了自然排水功能,不需像網(wǎng)架結(jié)構(gòu)那樣采用小立柱找坡。
    一般計(jì)算原則
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)主要應(yīng)對(duì)使用階段的外荷載(包括豎向和水平向)進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算,對(duì)單層網(wǎng)殼通常要進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,并據(jù)此進(jìn)行桿件設(shè)計(jì)。此外,對(duì)地震、溫度變化、支座沉降及施工安裝荷載,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行內(nèi)力、位移計(jì)算。
    強(qiáng)度、剛度分析
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移可按彈性階段進(jìn)行計(jì)算。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)根據(jù)網(wǎng)殼類型、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,設(shè)計(jì)階段可分別選用不同的方法進(jìn)行內(nèi)力、位移計(jì)算:
    l)雙層網(wǎng)殼宜采用空間桿系有限元法進(jìn)行計(jì)算;
    2)單層網(wǎng)殼宜采用空間梁系有限元法進(jìn)行計(jì)算;
    3)對(duì)單、雙層網(wǎng)殼在進(jìn)行方案選擇和初步設(shè)計(jì)時(shí)可采用擬殼分析法進(jìn)行估算。
    網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的外荷載可按靜力等效的原則將節(jié)點(diǎn)所轄區(qū)域內(nèi)的荷載集中作用在該節(jié)點(diǎn)上。分析雙層網(wǎng)殼時(shí)可假定節(jié)點(diǎn)為鉸接,桿件只承受軸向力;分析單層網(wǎng)殼時(shí)假定節(jié)點(diǎn)為剛接,桿件除承受軸向力外,還承受彎矩、剪力等。當(dāng)桿件上作用有局部荷載時(shí),必須另行考慮局部彎曲內(nèi)力的影響。對(duì)于單個(gè)球面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼和雙曲拋物面網(wǎng)殼的風(fēng)載體型系數(shù),可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009 一2001 ) 取值;對(duì)于多個(gè)連接的球面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼和雙曲拋物面網(wǎng)殼,以及各種復(fù)雜體形的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)模型風(fēng)洞試驗(yàn)確定風(fēng)載體型系數(shù)。
    穩(wěn)定性分析
    網(wǎng)殼的穩(wěn)定性可按考慮幾何非線性的有限元分析方法(荷載認(rèn)一位移全過(guò)程分析)進(jìn)行計(jì)算,分析中可假定材料保持為線彈性。用非線性理論分析網(wǎng)殼穩(wěn)定性時(shí),一般采用空間桿系非線性有限元法,關(guān)鍵是臨界荷載的確定。單層網(wǎng)殼宜采用空間梁系有限元法進(jìn)行計(jì)算。
    球面網(wǎng)殼的全過(guò)程分析可按滿跨均布荷載進(jìn)行,圓柱面網(wǎng)殼和橢圓拋物面網(wǎng)殼宜補(bǔ)充考慮半跨活荷載分布。進(jìn)行網(wǎng)殼全過(guò)程分析時(shí)應(yīng)考慮初始曲面形狀的安裝偏差影響;可采用結(jié)構(gòu)的最低屈曲模態(tài)作為初始缺陷分布模態(tài),其最大計(jì)算值可按網(wǎng)殼跨度的1 /300 取值。
    進(jìn)行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)全過(guò)程分析求得的第一個(gè)臨界點(diǎn)處的荷載值,可作為該網(wǎng)殼的極限承載力。將極限承載力除以系數(shù)K 后,即為按網(wǎng)殼穩(wěn)定性確定的容許承載力(標(biāo)準(zhǔn)值)。
    抗震分析
    在設(shè)防烈度為7 度的地區(qū),網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行豎向抗震計(jì)算,但必須進(jìn)行水平抗震計(jì)算。在設(shè)防烈度為8 度、9 度地區(qū)必須進(jìn)行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平與豎向抗震計(jì)算。

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