单层折板网壳结构形式和静力特性研究

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1、单层折板网壳结构形式和静力特性研究　　摘要：本文研究了一种新型的空间网格结构—单层折板网壳，它综合了折板和网壳的优点，有广泛的工程应用前景。文中给出了折板网壳的两类结构形式，并对两类结构形式进行了静力受力分析，从位移的角度对两类折板网壳进行对比分析。研究结果对单层折板网壳的设计有一定得参考作用。关键词：单层折板网壳；结构形式；受力特性中图分类号：TU393.3文献标识码：A文章编号：1引言4空间结构种类繁多，单就其中的网壳结构来说，就有柱面网壳、球面网壳、双曲扁网壳、扭网壳、圆锥面网壳等。折板网壳结构是近年来发

2、展起来的一种新型空间结构形式，在国内外已有一些工程采用，例如：日本读卖路上海豚馆、日本北海道真驹室内滑冰场、杭州陈经纶体校网球场、滨州国际会展中心等。单层折板网壳是由平面单元按一定规律组合而成，代替了混凝土或预应力混凝土折板，大大减轻了自重，可以跨越更大的跨度，符合空间结构的发展趋势，同时保留了折板结构的优点，通过单元的组合，较之平板结构，强度和刚度得到提高；由于其组成单元为一定得平面，故在构件的加工制作、结构的施工安装方面具有网架的优点，节点和部件可做到定型化、工厂化生产，结构的受力性能和质量易得保证。2单层

3、折板网壳结构形式[2]折板网壳的造型灵活、形式多样，理论上可满足任意平面形状的要求。根据单元构成特点，可将其分为三大类：一元折板网壳、多元折板网壳及组合折板网壳。本文主要介绍单层一元折板网壳。单层一元折板网壳有两种：带脊线和带脊线及谷线的折板网壳。这两类折板网壳都是由基本的结构单元按一定规律折叠而成，具有明快、轻盈的建筑艺术效果。第一类折板网壳—带脊线折板网壳，如图1，是将一定形状的三角形平面按棱锥面组合而成，适合于多边形建筑平面，常见的平面形式有正三角形、正四边形、正五边形、正六边形、正八边形等。该结构形式结

4、构简单、施工方便、造型美观。图1第一类折板网壳图2第二类折板网壳第二类折板网壳—带脊线及谷线的折板网壳，如图2，将组成带脊线折板网壳的每一平面单元按一定角度折成二块，就可获得带脊线及谷线折板网壳。带脊线及谷线折板网壳其建筑造型既像一绽放的花瓣，又像撑开的雨伞，优美别致，具有强烈的空间效果，同样适用于多种建筑平面。4网格布置形式直接影响结构的受力性能及经济效益，在多种网格形状中多以三角形为主，较为稳定。折板网壳的网格划分常见的也是三角形，现以平面形状五边形为例，两类折板网壳的网格布置见图3。3单层折板网壳的力学性

5、能[3]采用ANSYS有限元软件，以跨度为30m，中矢高为6m(边矢高为3m)为例，对两类折板网壳进行静力受力分析。采用周边固定铰支座支承。杆件采用Q235钢管，截面外径0.194m，壁厚6mm，截面积35.44×10-4m2，截面惯性矩1567.21×10-8m4，截面抵抗矩161.57×10-6m4。均布外载荷为2.35kn/m2。据《空间网格结构技术规程》结构允许的最大位移为跨度的1/400，许用应力2.15×108kn/m2。表1和表2给出了两类折板网壳结构的位移云图和最大位移值。表1单层折板网壳位移云

6、图第一类折板网壳的最大位移在脊线之间，且接近于每片单元三角形的重心；第二类折板网壳的最大位移在脊谷线之间，随着边矢高与中矢高比值的增大，越接近于谷线。表2单层折板网壳最大位移值4除了平面形状是三角形的情况，第一类折板网壳在跨度、矢高、环向份数相同的情况下，随着平面形状的增加，最大位移随之减小；同理，第二类折板网壳在跨度、中矢高、边矢高相同的情况下，随着平面形状的增加，最大位移随之减小，结构形式越有利。两类折板网壳相比，在跨度、矢高、平面形状相同的情况下，第二类折板网壳的位移值均比第一类折板网壳小，即刚度较高。4

7、结束语折板网壳结构作为近年发展起来的一种空间结构，其自然形成的谷线和脊线既丰富了型体美感，又提高了整体结构刚度。因此，这种结构的研究与发展具有较大潜力；随着近来大跨度钢结构的普及，折板网壳也越来越多地应用于民用建筑和现代公共建筑。通过对30m跨度周边支承的折板网壳的静力对比分析，从位移的角度得出两类折板网壳的不同，本文的研究结果对折板网壳的设计有一定的参考作用。5参考文献[1]董石麟，罗尧治，赵阳，新型空间结构分析、设计与施工[M].北京：人民交通出版社，2006[2]朱忠义，董石麟，高博青，折板网壳的几何非线

8、性和经济性分析[J]，建筑结构学报，200021(5):54-58[3]博弈创作室，ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，20064