花生壳式单层网壳结构设计及制作探究

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1、花生壳式单层网壳结构设计及制作探究摘要：上海轨道交通11号线南翔站A地块办公，商业及住宅幕墙工程，商业部分分原设计的采光顶是采用钢管桁架式，效果较普通，为了提高商业地块的价值，提高建筑的效果。我提出了釆用单层网壳结构，造型按花生壳设计。本文简介三维建模、深化设计及加工制做过程。关键词：花生壳单层网壳节点体系数控加工钢管桁架式1,方案设计1.1设计院的原方案：图1：设计院的原方案图2：单层网壳（花生壳）室内效果图1.2单层网壳花生壳式方案图3：单层网壳（花生壳）室外效果图1.3经过比对，业主主最终采用了单层网壳（

2、花生壳）的设计。2,在确定了其本的方案后，对单层网壳（花生壳）的节点细部进行深化设计。2.1首先是采用通用三维建模软件建数字化模型。图4（左）：花生壳局部数字化模型模图2.2数据处理对于空间自由曲面，网格划分单线模型已经确定了的节点和杆件中心线的位置，但未确定节点和杆件的局部坐标即构件的空间放置方位。由此，需要对构件的方位控制原则进行确认。网格模型为连续非光滑的离散结构，但每个分格相对于整体结构外形尺寸很小，故可借用光滑曲面的切面或法线的概念来确定节点的空间方位：节点法向为与之相连接三角形外法线（单位向量）矢量

3、算术平均值；杆件法向为与之相连接两个三角形外法线（单位向量）矢量算术平均值，见图22。本方法未考虑各三角形顶角a在求矢量平均值过程中对面法线权值的影响，经过对比考虑a权值和不考虑结果，误差在1%之内，本工程在具体计算过程中未考虑a权值的影响。从工程实践来看，离散曲面简化法线确认法足以满足建筑外观要求。确定节点与杆件局部坐标后，理论空间模型则唯一确立。图5：局部坐标系1,基本术语与参照坐标系定义3.1基本术语定义1）翼缘方向：本工程的节点与杆件，位于天棚上部的我翼缘均称为上翼缘，位于天棚下面的翼缘均称为下翼缘。2

4、）节点法向：节点处各杆件在横截面内从下翼缘中点指向上翼缘中点单位方向矢量的矢量和，即称为该节点的法向向量，该向量始终指向球体外部。3）弯扭牛腿型节点：方管汇交的节点区由钢板焊接而成，其中节点区的上翼缘板与下翼缘板均为整板下料切割而成，牛腿区段的上下翼缘板均为弯扭板件。3.2.弯扭节点参照坐标系定义各牛腿所连杆件的上翼缘上表面中心线交点为0,即节点原点，Z轴与节点外法线方向重合且同向，X轴位于局部编号1号的牛腿上翼缘中心线与Z轴确定的平面内，Y轴以右手法则确定。Z轴与节点核心区上翼缘上表面的交点与0点重合。牛腿局

5、部编号绕Z轴按右手法则排列分布。4、编号规则2.1杆件编号杆件的编号由七位数字及字母组成：杆件流水码在每一层区段内，以从上到下按照顺序方向编排。4.1节点编号1）节点编号由七位数字及字母组成：节点流水码在每一层区段内，以从上到下按照顺序方向编排。2）牛腿编号节点上的牛腿用”NT-*”表示，其中字符”*”代表数字”1〜8”，即牛腿顺序号。一个节点上的牛腿以该节点的节点法向为转轴，按右手规则依次按升序排号。起始牛腿（即NT-1）由详图给定。牛腿编号原则如图1所例举。图6：牛腿编号原则图3）牛腿控制点编号a）牛腿端部

6、控制点编号原则如图2所示。控制点编号n从1号牛腿按逆时针依次排列到最后一条牛腿，编号顺次递增。上下翼缘对应位置的编号相同，仅用翼缘的”上”、”下”区分。「2N-1（其中N为牛腿编号）。图7：弯扭节点牛腿端部控制点编号原则图b）牛腿翼缘切割控制点编号原则：如图3所示。翼缘切割控制点编号n从1号牛腿按逆时针依次排列到最后一条牛腿，编号顺次递增。上下翼缘对应位置的编号相同，仅用翼缘的”上”、”下”区分。n=3N-2（其中N为牛腿编号）。上下翼缘在NT-1±定位孔在展开面局部坐标系下位置均为X=150、Y=0,如果下翼

7、缘定位孔位置位于翼缘之外，可对上下翼缘定位孔Y坐标同时调整。图8：弯扭节点牛腿腹板与切割控制点编号原则图4）节点中的板件编号a）腹板与封头板编号原则如图3所示，其中符号”*”代表数字”广8”，即牛腿顺序号。以节点法向为转轴，按逆时针方向绕行来区分FBI与FB2ob）腹板组立拼接如图4所示，*-FBl开坡口，*-FB2伸长10mm。图9：腹板组立俯视图4.4节点及杆件钢印标识说明1）节点及杆件标识采用钢印方式，钢印深度应＞0.5mm且应保证工厂油漆涂装完毕后编号可清楚辨认。2）节点钢印标识在节？闵弦碓❷位置在牛腿

8、1上靠近中间区域右下角处，如图5所示。3）杆件钢印标识在杆件上翼缘位置在杆件上翼缘中间处，如图4所示。4）深化设计中表示杆件与节点的”G”和”J”在钢印标识中不表达。5）钢印中先导位的数字”0”不标识，通过数位表达，如深化设计中B09G003打印为8口9口口3,其中”□”表示数字”0”的占位空格。6）由于各节点类型牛腿长度不一致，因此留给钢印的位置空间不一，因此不对各节点类型字体大小作