双层网壳结构的静力分析与设计说明书

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1、word完美格式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

2、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

3、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）恒载标准值计算屋面构件及网壳自重恒载：0.75灯具：0.05精心整理学习帮手word完美格式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

4、，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）精心整理学习帮手word完美格式图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

5、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：，均匀分布；2）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：取大值风荷载全跨均布雪荷载屋面活荷载恒荷载组合1当风向为从左向右时（→）：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：1.2×＋1.4×＋1.4×0.6×（矢量相加）荷载分

6、布图如图9所示：→精心整理学习帮手word完美格式图9组合1-1）的荷载分布图1）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：1.35×＋1.4×0.7×＋1.4×0.6×（矢量相加）荷载分布图如图10：→图10组合1-2）的荷载分布图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1-1）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

7、下的均布荷载，而后者无水平分布荷载，因此，组合1-1）比组合1-2）更不利。恒荷载组合2半跨均布雪荷载风荷载同组合1的分析类似：当风向为从左向右（→）时：由可变荷载控制的组合更不利荷载分布图如图11：→精心整理学习帮手word完美格式图11风向从左向右时组合2-1）的荷载分布图恒荷载组合3全跨不均布雪荷载风荷载同组合1的分析类似：当风向为从左向右（→）时：由可变荷载控制的组合更不利荷载分布图如图12所示：→图12组合3-1）的荷载分布图最后，综合比较三种组合：组合1、组合2、组合3下的最不利组合，可

8、以知道组合1的情况最不利。最不利荷载分布为组合1中的由可变荷载控制的组合1-1），其荷载分布图见图9。（注：在用SAP2000分析时，根据最不利荷载分布设计各杆件截面。）4、节点荷载计算在网壳结构中，各杆件单元均为二力杆，只承受节点荷载，因此，在用SAP2000分析，给网壳施加荷载时，需将各种组合下的分布荷载转化为节点荷载。如图13所示：图13节点荷载计算示意图精心整理学习帮手word完美格式5、杆件设计1）杆件材料与截面形式本柱壳杆件采用钢材，钢材的等级为Q235。