大跨空間結構小論文

1、rapid dev18e seslsoiponmteo bnethofelthe mdarikneBteeijcionngofrmoymenvironmeNovember 9, 2013nttto explo1o2reth.p3u5bliyecsaerrsvaagntos 'bdleuwty tconhseuthmiprtdiplenoarnymosneestisziaotin of othnereform hraeform asnpdroviopdeendia gng uopoidnftounhdeatsioprni.nTghe sborceieazliez,actihangeond

2、,oafffreecatrtsheervwiocrel wdo;rktohdaay,s3b5eyeeanrlaunchsedl,ataenr,dirapnidthe eyesprogorfesthsein snoamtieonplaand theceswaorlndd edxeppeartcmt,eaganits, dnuttoyrecfoonrsmummpatrikonChminoanetiza, ushertieodninoftcarrhieer1a8 sessinodn.appXrI oGaechnteoramlaSneagcermeteary pointenthasbdeoeunt r

3、tehsaotlveChdi.Tnah'sirrde,fiormn hreacseentyenatresr,eedxaplcruocriinalgthepemrioondetiaznadtithe ShaomnSof dutychounisuPompDtiistrict, muosntbheas madebassoedme porn greaotgerress, havpeoligtaiinceald scoomureaegexperieand wisdomn,cle anodsecanno tipmroeviin de redfeeerepnecnei tng refoortmhie

4、nciommprepohrteannstifvieelreformdosf. thDearseyssttemoofcrpaubclik a hard nut,c serdvaarnets to sq'udesuttiyon thceonsumptRaiopindfsu,rthewrh.iImpclhdareesmtenotibnrgeaak tn"hheonesbtacrarier of intedeena"s, satnadnddaarredize toofbfeicnieaflitecntuerretainibarriernsg. manDaegeempeeni

5、nntg; reenfhoarmncianngdtopenihe telencgomupmiusnoinschecationdeuxlpeetnosaechmieavneagiementn;setilitmutiionalsanfaetgiounarodfsCoofutnty travehleamnoddceoruatnetlryyswidelel subsidie-off. Under the "fives;inreosnee"thaerch "villageGeonffeircailallas"yocautpitalizatioonf msoacni

6、aalgiestmmentoder nizatioofncroerqpuoirraetemespendinngt,sa,18 sessinodnsofo on. tFhienadlely, grociuspi .o.n was a "five inone" and the improvementof overall scheme of reform, will淺析網架結構與網殼結構的異同劉朋 土木研一 3 班摘要： 由于對大跨度空間的需求，空間結構在近幾十年得到了飛速的發(fā)展，并 且如今仍保持著旺盛的生命力。 空間結構憑借著其合理的形體， 具有良好的受力 性能，其不僅形體優(yōu)美

7、、經濟合理，還可跨越超大空間，得到了越來越廣泛的應 用。本文對空間結構中常用的網架結構和網殼結構作一些簡單比較， 對其異同點 進行分析，以期對這兩種結構進行全面的掌握，為將來的設計分析打下基礎。 關鍵字： 網架結構、網殼結構、異同點為了滿足人類生產和生活的需求， 人類對建筑物的跨度有了較大的需求。 因 此，需要有一種足夠跨度的空間結構來覆蓋這類建筑物。 所謂空間結構是指具有 不宜分解為平面結構體系的三維受力特性， 在荷載作用下呈空間工作的結構。 網 架結構和網殼結構是空間結構中應用較多的兩種結構， 本文從結構的組成、 結構 受力特點、結構實用性等幾個方面來對這兩種結構進行對比分析，找出其異同。

8、一、網架與網殼的定義網架結構與網殼結構一般都是由桿件按一定規(guī)律組成的網格狀高次超靜定 空間桿件系統(tǒng)結構。 網格結構中， 雙層或多層平板型網格稱為網架結構， 而呈曲 面形與薄殼類似的網格結構稱為網殼結構。 網架結構與網殼結構同屬于剛性空間 結構體系，具有較好的空間剛度。兩種結構均有用材經濟、可工廠預制、現場安 裝、施工方便等優(yōu)點。二、結構形式網架與網殼結構均有多種結構形式。 網架結構分為平面桁架系網架、 四角錐 體系網架、 三角錐體系網架三大類。 其中平面桁架系網架包括： 兩向正交正放網 架、兩向正交斜放網架、兩向斜交斜放網架、三向網架、單向折線形網架。四角 錐體系網架包括正放四角錐網架、 正放

9、抽空四角錐網架、 斜放四角錐網架、 棋盤 型四角錐網架、 星形四角錐網架。 三角錐體系網架包括三角錐網架、 抽空三角錐 網架、蜂窩形三角錐網架。 而網殼結構是將桿件沿著某個曲面有規(guī)律地布置而組 成的空間結構體系。其受力特點與薄殼結構類似，是以“薄膜”作用為主要受力 特性的。網殼結構按層數劃分有單層網殼和雙層網殼兩種； 按高斯曲率劃分有零 高斯曲率的網殼、正高斯曲率網殼、負高斯曲率網殼；按曲面外形分為球面網殼、 雙曲扁網殼、柱面網殼、圓錐面網殼、扭曲面網殼、單塊扭網殼、雙曲拋物面網 殼、切割式或組合形成曲面網殼。三、支撐形式網架結構擱置在梁、 柱、桁架等下部結構上由于擱置方式不同， 可分為周邊

10、支撐、點支撐、周邊支撐與點支撐相結合、三邊或兩邊支撐、單邊支撐等情況。ond,oafffreecatrtsheervwiocrel wodr;ktohdaay,s3b5eyeeanrlaunchsedl,ataenr,dirapnidthe eyes progorfesthsein snoamtioenplaand the ceswaorl ndd edxeppeartcmt,eaganits, dnuttoyrcefoonrsmummpatrikonChminoanetiza , ushere pohrteannstifvieelreformdosf. thDaerseyssttemoofc

11、praubclik a hard nut, c serdvaarnets to sq'udesuttiyon theconsumptRaiopindfsu,rthewrh.iImpclh daresemtenotibnrgeaak t n "hheonesbtacrarieBur eau, t hroug而在網殼結構中， 雙層網殼的支撐條件為二向可側移、 一邊可側移、 無側移的鉸 接支座或彈性支座。 單層網殼的支撐條件為二向可側移、 一向可側移、 無側移的 鉸接支座或剛接支座、彈性支座。四、桿件設計與節(jié)點構造 網架結構與網殼結構的桿件截面都是根據強度和穩(wěn)定性設計計算確定。 用

12、鋼 材制作的網架和網殼的節(jié)點主要有十字板節(jié)點、 焊接空心球節(jié)點及螺栓球節(jié)點三 種形式。十字板節(jié)點適用于型鋼桿件的網架結構。 桿件與節(jié)點板的連接采用焊接 空心球或高強螺栓連接。網架結構及雙層網殼結構的節(jié)點允許鉸接或剛接形式。 而單層網殼結構中， 桿件之間的節(jié)點只允許采用剛接， 否則將使單層網殼形成機 構。五、計算基本假定與計算模型網架結構與網殼結構均假定： 構件符合小變形、 小應變的假設； 材料為 各向同性的線彈性材料； 荷載僅作用在節(jié)點上。 此外，網架結構假定結點為鉸 接，桿件只承受軸向力， 即桿件假定為空間鉸接桿單元， 其計算方法為空間桁架 位移法。而單層網架結構桿件節(jié)點需做成剛接， 節(jié)點能

13、傳遞彎矩， 桿件簡化為空 間梁單元。 雙層網架結構節(jié)點為鉸接， 桿件簡化為空間桿單元。 但網殼結構分析 時，將桿件簡化為空間梁單元，并假定：梁單元為等截面雙軸對稱直桿；變 形后梁單元仍保持平面， 且垂直于中和軸， 即不考慮剪切變形的影響。 網殼結構 需較強大的邊緣構件來約束它，其計算方法為空間鋼架位移法。六、荷載及桿件內力分布規(guī)律網架結構與網殼結構的靜荷載組成相同， 恒荷載均為： 網架、 網殼自重和 節(jié)點自重；樓面或屋面覆蓋材料自重；吊頂材料自重；設備管道自重?？?變荷載均需考慮屋面施工荷載、積灰荷載、雪荷載、吊車荷載、風荷載的平均風 效應等。 動荷載均需考慮地震作用、 風荷載脈動成分。 此外

14、還要考慮溫度變化和 支座沉降的影響。網架結構和網殼結構的可變荷載的取值有所不同， 網架結構的屋面一般為不 上人屋面，活荷載標準值為 0.5，而網殼結構按荷載規(guī)范一般取為0.3 。由于網架與網殼結構的外形不同，其風荷載體形系數不同，使風荷 載產生差異。網架以豎向抗震為主，規(guī)范中規(guī)定：在6 7度地區(qū)，可不進行豎向抗震驗算；在7度區(qū)，可不進行水平抗震驗算；在8度區(qū)，周邊支撐的中小跨度網 架可不進行水平抗震驗算； & 9度地區(qū)，應進行豎向抗震驗算；9度地區(qū)， 各種網架結構均應進行豎向和水平抗震驗算。而網殼結構水平抗震作用為主。 7 度區(qū)，網殼可不進行豎向抗震驗算，但必須進行水平抗震驗算；8、9

15、 度區(qū)，水rapid dev1e8 seslsoiponmeto bnethofelthe mdarinkeBteeijcionngofrmoymenvironmeNovember 9, 2013nttto explo1o2reth.p3u5bliyecsaerrsvaagntos 'bdleuwty tconhseuthmirptdiplenoarnymonseestisziaotin of tohnereform hraeform asnpdroviopedneid a gng uopoidnftounhdeatsiporni.nTghe sborceieazliez,atciha

16、ngeond,oafffreecatrtsheervwiocrel wdo;rktohdaay,s3b5eyeeanrlaunchseld,ataenr,dirapnidthe eyesprogorfesthsein snoamtioenplaand theceswaorlndd edxeppeartcmt,eaganits, nduttoyrceofonrsmummpatrikonChmionnaetiza, usheretdioinntof cahrerie1r8 asessinodn.appXrI oGaechnteoramlaSneagecrmeteary pointnet hasbd

17、eoeunt trheastolveChdi.Tnah'sirrde,fiormn hreacseent nyteearresd, aexplcruocriinalgthepemrioondetainzadtithe ShaomnSof dutychounisuPompDtiistrict, muosntbheas madebassoedme porn greoatgerress, hapveoligtaiinceald scoomureaegexperieand wisdom,nlce anodsecanno tipmroeviin de redfeeerepnecnei tng r

18、efoortmheinciommprepohrteannstifvieelreformdosf. theDsayrsetsetmoofcrpaublcik a hard nut,c serdvaarnets to sq'udesuttiyon theconsumptRaiopindfsu,rthewrh.iImpclhdaresemtenotibnregaak tn"hheonesbtacrraier ofniteedena"s, satnadnddaarredizeooffbeincieafiltecnutreertainibarriernsg. manDaege

19、empeeninntg; reenfhoarnmcianngdtopenihe telencgomupmiusnoinschecationdeuxlpeetonsaechmiaevneagiementn;setliitmutiionalsanfaetgiounarodfsCoofutnty travheleamnoddceoruatnetrlyyswidelel subsidie-off. Under the "fives;inreosnee"thaerch "villageGeonffeircailallas"yocuatpitalizatioonf

20、msoacniaalgiestmmentoder nizatioofncroerpquoriraetemespendinngt,sa,18 sessinodnsofo on. tFhienadlely, grcoiuspi .o.n was a "five inone" and the improvementof overall scheme of reform, will平、豎向抗震均需驗算。 兩者的動力荷載效應均可采用振型分解反應譜法、 時程 分析法。而周邊支撐、 多點與周邊相結合的網架網架可采用簡化方法進行豎向抗 震驗算。振型分解反應譜法先計算結構的自振振型， 選取若

21、干個振型分別計算各 個振型的水平地震作用， 將各振型水平抗震作用于結構上， 求其結構內力， 最后 將各振型的內力進行組合， 得到地震作用下結構內力和變形。 時程分析法是由結 構基本運動方程輸入地震加速度記錄進行積分， 求得整個時間歷程內結構地震作 用效應的一種結構動內力計算方法， 也為國際通用的動力分析方法。 網架結構和 網殼結構的頻譜非常密集， 第一周期隨短向跨度的增大而增大。 網架結構的剛度 受網架高度影響較大，相應地網殼結構剛度受網殼結構厚度影響較大。網架與網殼結構受溫度作用產生的應力對支座約束類型比較敏感。 約束數越 多、越強，溫度應力就越大。在豎向荷載作用下網架的上下弦桿在跨中內力較

22、大。 支座處弦桿內力相對小些。 支座處的腹桿內力較大， 跨中腹桿內力較小。 網架結 構可以采用簡化的計算公式估算內力， 而網殼結構由于曲面形式多樣， 內力分布 于曲面形狀相關， 沒有統(tǒng)一的近似計算公式。 網架上下弦桿豎向地震內力分布規(guī) 律與靜內力相似。 而腹桿豎向地震內力分布比較復雜， 尤其是斜桿豎向地震內力 由網架邊緣向跨中并不是單調變化。 而網殼動內力分布規(guī)律為： 水平地震響應 大于豎向地震，矢跨比越大越明顯；矢跨比增大，網殼動靜內力比增大，水平 地震內力影響更為明顯；場地土變軟，地震響應增大；兩縱邊支撐的柱殼， 橫向桿件地震內力大于豎向桿件和腹桿。 周邊鉸支單層球殼， 環(huán)桿、 斜桿地震內

23、 力較大，徑向桿件內力?。恢行奶巸攘π?，邊緣大。 網架與網殼結構的荷載組合相同， 均需考慮非抗震設計組合 （由可變荷載效應控 制的組合、由永久荷載效應控制的組合）和抗震設計組合。七、網架與網殼穩(wěn)定性比較網架結構的穩(wěn)定性分析并不是十分突出， 有很多的網架的破壞由支座破壞與 桿件強度、 節(jié)點破壞引起的。 而網殼結構的穩(wěn)定性問題則十分突出， 在進行網殼 結構設計時要考慮構件穩(wěn)定和結構整體穩(wěn)定。 工程中很多網殼的破壞主要是由殼 體局部失穩(wěn)開始，進而發(fā)展為整體失穩(wěn)，致使結構破壞。較網架結構，網殼結構 的穩(wěn)定對初始缺陷敏感。初始缺陷的存在將會明顯降低網殼的穩(wěn)定性。八、屋面排水方式網架結構的屋面排水坡的形成主要有三種方法： 整個網架起坡， 即使網架 的上下弦桿仍保持平行， 只將整個網架在跨中抬高， 這種方法可提高網架的剛度； 網架變高度， 這種方法會使腹桿及上弦桿種類增多， 給網架支座和安裝帶來一 定困難；上弦節(jié)點加小立柱找坡，這種方法比較靈活，小立柱構造比較簡單， 國內已建成的網架多數采用這種方法找坡。 但對于大跨度網架， 當中間屋脊處小syostneam cnhdamenge,cghoavneirsmsntoa ncsetraenngdtrheeond,oafffreecatrts