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1、d阁1柱壳上弦支座阁双层网壳结构的静力分析与设计摘要：木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冇冇较强的承载能力，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，方便出顶构造，经济合理。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
2、,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。木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：下阁仅作为表达柱壳支座形式所用）Z7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（约朿x,y,z方向位移），其余带X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
3、杆件进行截面设计和验算。二、静力设计1、荷载计算1）恒载标准值计算屋面构件及网壳自重恒载：0.75KN/m2灯具：0.05KN/m22）活载标准值计算屋面活载：0.5KN/m2；雪相*/载：5,=//rx^=0.75x0.5=0.375KN/m2；风荷载:C类地貌，风压高度变化系数查表得，=0.74,风振系数/?_.=1.0,基本风压咚=0.47WV/m2,风载体型系数//、如图2所示风向->0.5fll0.1-0.80.200.5+0.64///=4.5/27=1/6图2风振体型系数计算图A,0一（一0.8）0.2-0,X（1/6-°2）=-H因此，有：％=-0.0789AW/m2,w
4、2=-0.231KN/m2,%=-0.148AW/m2其中，w,，iv2，vv3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①上弦恒载全跨均匀分布（如阁3）qGk=0.75AW/m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0.05/WV/m2（仅为灯具荷载）。②屋面活荷载全跨均匀分布（如阁4）qck=0.5KN/m4屋面活荷载全跨均匀分布I@全跨均布雪荷载（如图5）L,=_i1—_L!111qsk=0.315KN/m图5雪荷载全跨均匀分布图（3）半跨均布雪荷载（如图6）©全跨不均匀分布雪荷载（如图7）0.28125/CA^/m20.46875
5、KNIm2图7雪荷载全跨不均匀分布图®风荷载（如图8）:风向一图8中，/?,=1.15463m,h2=3.34537m,S,=7.11512mS2二6.38488m,S=27.000m,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：1）可变荷载控制的组合下：qd=1.2x0.05=0.06AT/V/m2,均匀分布；2）永久荷载控制的组合下：人=1.35x0.05=0.0675/W/m2,均匀分布。以上各值对各组合均相同。上弦荷载组合如下：恒
6、荷载组合“屋面活荷载全跨均布雪荷载取大值风荷载当风向为从左向右时（一）：1）由可变荷载控制的组合，荷载分项系数分别取1.2和1.4荷载设计值：1.2X0+1.4X（2）+1.4X0.6X（6）（矢量相加）荷载分布图如图9所示：图9组合1-1）的荷载分布图2）由永久荷载控制的组合，荷载分项系数分别取1.35和1.4荷载设计值:1.35X0+1.4X0.7X（2）+1.4X0.6X®（矢量相加）荷载分布图如图10:当风向变为从右向左时，荷载分布与风向从左向右时的荷载分布分别对称，二者并无本质区别，故不再详细叙述。比较可变荷载控制下的组合1-1）与永久荷载控制下的组合1-2）,可以知道组合1-
7、1）的竖向分布荷载相当于在组合1-2）的竖向分布荷载上添加一个向下的均布荷载0.097500AW/m2,而后者无水平分布荷载，因此，组合1_1）比组合1-2）更不利。恒荷载①组合2半跨均布雪荷载（4）风荷载当风向为从左向右时（一）：1）由可变荷载控制的组合，荷载分项系数分别取1.2和1.4荷载设计值：1.2X0+1.4X（2）+1.4X0.6X（6）（矢量相加）荷载分布图如图9所示：图9组合1-1）的荷载分布图2）由永久荷载控制的组
