大跨温室单层网壳结构稳定分析-论文.pdf

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1、第30卷第4期结构工程师V01．3O．No．42014年8月StructuralEngineersAug．2014大跨温室单层网壳结构稳定分析杨军(上海建筑设计研究院有限公司，上海200041)摘要黑瞎子岛植物园温室采用大跨单层网壳结构。温室网壳除满足结构所需的强度、刚度外，其整体稳定是计算分析重点。通过单、双非线性整体稳定分析，证明矢跨比较小的单层网壳结构整体稳定分析指标是其设计的控制指标。关键词单层网壳结构，大跨，矢跨比，非线性稳定性分析StabilityAnalysisofaSingle-layerLa

2、tticedShellStructureofLongSpanGreenhouseYANGJun(ShanghaiInstituteofArchitecturalDesignandResearch，Shanghai200041，China)AbstractAlongspansingle—layerlatticedshellstructureisusedinthebotanicalgardenontheBlackBearIsland．Stabilityanalysisofsuchalatticedshellist

3、hekeyinstructuraldesignbesidesitsstrengthandstiffnessrequirementcalculations．Thispaperverifiedthattheintegralstabilityanalysisisacriticaldesignprocessforsmallsingle—layerreticulatedshellstructuresthroughthesinglenonlinearstabilityandthedoublenonlinearstabil

4、ityanalyses．Keywordssinglelayerlatticedshell，longspan，heightspanratio，nonlinearstabilityanalysis1引言单层网壳因其空间无柱化及造型简洁、多变而在工程设计中越来越受到建筑师的青睐并广泛运用于温室建筑中。位于祖国最东北端的黑瞎子岛植物园温室是呈类椭球面的单层网壳结构(图1)。建筑师在类椭球面上切割成异型的结构。温室建筑最高点高度为20m，网壳东西向短向跨图1温室结构整体效果图度为70．0m，南北向长向跨度为125m。网

5、壳内Fig．1Therenderingofthegreenhousestructure部为无柱空间。屋面围护采用ETFE充气膜体系。内庭院为向外倾斜的斜向曲面，侧面围护采2结构布置与结构特点用玻璃幕墙。本文以单层网壳为研究背景，应用MIDAS／根据建筑造型，网壳曲面选用类似椭球面。Gen及ANSYS有限元分析软件对网壳结构进行曲面网格选用葵花型网格，在中部较密集区域，进网壳结构静力及稳定性能的影响。其设计结论可行两次抽取杆件，使网格相对均匀。由于采用了为其他大跨度、非规则单层网壳设计提供参考。ETFE覆盖膜，

6、使得网格分割可以比玻璃覆盖加收稿日期：2013—07—29联系作者-Email：yangjun@siadr．com．elStructuralEngineersVo1．30，No．4大一倍以上，网格边距为5～7m，相应的覆盖重网壳的拱度偏小。故网壳整体稳定作为本文的分量比玻璃覆盖减轻三分之二以上。网壳外侧落析重点。在单层网壳稳定性分析中矢跨比、初始地，内侧搁置于内庭斜钢柱支撑的檐口曲梁上几何缺陷、约束条件、荷载不利分布等因素对该网(图2)。壳稳定性的影响较大。本工程温室矢跨比很小、网壳的周边约束条件复杂、雪载的

7、不利分布均对其结构稳定性产生不利影响。3结构稳定性分析3．1荷载及杆件尺寸单层网壳为风载及雪载敏感性结构，风载及雪载取为100年一遇的基本风压及基本雪压。图2温室单层l网壳轴侧图网壳风振系数计算采用阵风响应因子法来确Fig．2Shaftsideofthefigureofthesingle-layer定等效静力风荷载。阵风响应因子法定义峰值响reticulatedshell应与平均响应之比为“阵风响应因子”，以此来表内庭斜柱为单排布置，内庭边缘中部在温室征结构对脉动风荷载的放大作用。风振作用通过内设置有16根内

8、斜钢柱与外侧斜钢柱构成空间数值风洞结果确定。温度作用取升温30％及降三角撑体系(图3)。在内庭外侧柱间增加了多道温35℃。柱间支撑以提高内庭结构的抗侧力刚度。根据结构的承载力极限状态与正常使用状态的设计要求，计算时共采用了56种荷载组合。单层网壳荷载取值见表1，网壳构件尺寸见表2。表1荷载取值Table1Theloadvalue荷载名称荷载取值／kPa自重程序自动计算x1．1屋面恒荷载0．45屋面活