大跨空間結(jié)構(gòu)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的異同劉朋 土木研一 3 班摘要： 由于對(duì)大跨度空間的需求，空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)合理，還可跨越超大空間，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng) 用。本文對(duì)空間結(jié)構(gòu)中常用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作一些簡(jiǎn)單比較， 對(duì)其異同點(diǎn) 進(jìn)行分析，以期對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的掌握，為將來(lái)的設(shè)計(jì)分析打下基礎(chǔ)。 關(guān)鍵字： 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、異同點(diǎn)為了滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需求， 人類(lèi)對(duì)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(jié)構(gòu)來(lái)覆蓋這類(lèi)建筑物。 所謂空間結(jié)構(gòu)是指具有 不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維受力特性， 在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。 網(wǎng) 架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多的兩種結(jié)構(gòu)， 本文從結(jié)構(gòu)的組成、 結(jié)構(gòu) 受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)實(shí)用性等幾個(gè)方面來(lái)對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，找出其異同。

8、一、網(wǎng)架與網(wǎng)殼的定義網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般都是由桿件按一定規(guī)律組成的網(wǎng)格狀高次超靜定 空間桿件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中， 雙層或多層平板型網(wǎng)格稱為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)， 而呈曲 面形與薄殼類(lèi)似的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)同屬于剛性空間 結(jié)構(gòu)體系，具有較好的空間剛度。兩種結(jié)構(gòu)均有用材經(jīng)濟(jì)、可工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安 裝、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。二、結(jié)構(gòu)形式網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均有多種結(jié)構(gòu)形式。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為平面桁架系網(wǎng)架、 四角錐 體系網(wǎng)架、 三角錐體系網(wǎng)架三大類(lèi)。 其中平面桁架系網(wǎng)架包括： 兩向正交正放網(wǎng) 架、兩向正交斜放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架、三向網(wǎng)架、單向折線形網(wǎng)架。四角 錐體系網(wǎng)架包括正放四角錐網(wǎng)架、 正放

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

10、支撐、點(diǎn)支撐、周邊支撐與點(diǎn)支撐相結(jié)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(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中， 雙層網(wǎng)殼的支撐條件為二向可側(cè)移、 一邊可側(cè)移、 無(wú)側(cè)移的鉸 接支座或彈性支座。 單層網(wǎng)殼的支撐條件為二向可側(cè)移、 一向可側(cè)移、 無(wú)側(cè)移的 鉸接支座或剛接支座、彈性支座。四、桿件設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件截面都是根據(jù)強(qiáng)度和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算確定。 用

12、鋼 材制作的網(wǎng)架和網(wǎng)殼的節(jié)點(diǎn)主要有十字板節(jié)點(diǎn)、 焊接空心球節(jié)點(diǎn)及螺栓球節(jié)點(diǎn)三 種形式。十字板節(jié)點(diǎn)適用于型鋼桿件的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接采用焊接 空心球或高強(qiáng)螺栓連接。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)允許鉸接或剛接形式。 而單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中， 桿件之間的節(jié)點(diǎn)只允許采用剛接， 否則將使單層網(wǎng)殼形成機(jī) 構(gòu)。五、計(jì)算基本假定與計(jì)算模型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均假定： 構(gòu)件符合小變形、 小應(yīng)變的假設(shè)； 材料為 各向同性的線彈性材料； 荷載僅作用在節(jié)點(diǎn)上。 此外，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)假定結(jié)點(diǎn)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(jì)算方法為空間桁架 位移法。而單層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件節(jié)點(diǎn)需做成剛接， 節(jié)點(diǎn)能

13、傳遞彎矩， 桿件簡(jiǎn)化為空 間梁?jiǎn)卧?雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)為鉸接， 桿件簡(jiǎn)化為空間桿單元。 但網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析 時(shí)，將桿件簡(jiǎn)化為空間梁?jiǎn)卧?，并假定：梁?jiǎn)卧獮榈冉孛骐p軸對(duì)稱直桿；變 形后梁?jiǎn)卧员３制矫妫?且垂直于中和軸， 即不考慮剪切變形的影響。 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 需較強(qiáng)大的邊緣構(gòu)件來(lái)約束它，其計(jì)算方法為空間鋼架位移法。六、荷載及桿件內(nèi)力分布規(guī)律網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜荷載組成相同， 恒荷載均為： 網(wǎng)架、 網(wǎng)殼自重和 節(jié)點(diǎn)自重；樓面或屋面覆蓋材料自重；吊頂材料自重；設(shè)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(chē)荷載、風(fēng)荷載的平均風(fēng) 效應(yīng)等。 動(dòng)荷載均需考慮地震作用、 風(fēng)荷載脈動(dòng)成分。 此外

14、還要考慮溫度變化和 支座沉降的影響。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的可變荷載的取值有所不同， 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的屋面一般為不 上人屋面，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.5，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)按荷載規(guī)范一般取為0.3 。由于網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的外形不同，其風(fēng)荷載體形系數(shù)不同，使風(fēng)荷 載產(chǎn)生差異。網(wǎng)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(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算；在7度區(qū)，可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算；在8度區(qū)，周邊支撐的中小跨度網(wǎng) 架可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算； & 9度地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算；9度地區(qū)， 各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平抗震作用為主。 7 度區(qū)，網(wǎng)殼可不進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算，但必須進(jìn)行水平抗震驗(yàn)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(yàn)算。 兩者的動(dòng)力荷載效應(yīng)均可采用振型分解反應(yīng)譜法、 時(shí)程 分析法。而周邊支撐、 多點(diǎn)與周邊相結(jié)合的網(wǎng)架網(wǎng)架可采用簡(jiǎn)化方法進(jìn)行豎向抗 震驗(yàn)算。振型分解反應(yīng)譜法先計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振振型， 選取若

21、干個(gè)振型分別計(jì)算各 個(gè)振型的水平地震作用， 將各振型水平抗震作用于結(jié)構(gòu)上， 求其結(jié)構(gòu)內(nèi)力， 最后 將各振型的內(nèi)力進(jìn)行組合， 得到地震作用下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形。 時(shí)程分析法是由結(jié) 構(gòu)基本運(yùn)動(dòng)方程輸入地震加速度記錄進(jìn)行積分， 求得整個(gè)時(shí)間歷程內(nèi)結(jié)構(gòu)地震作 用效應(yīng)的一種結(jié)構(gòu)動(dòng)內(nèi)力計(jì)算方法， 也為國(guó)際通用的動(dòng)力分析方法。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的頻譜非常密集， 第一周期隨短向跨度的增大而增大。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛度 受網(wǎng)架高度影響較大，相應(yīng)地網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)剛度受網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)厚度影響較大。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)支座約束類(lèi)型比較敏感。 約束數(shù)越 多、越強(qiáng)，溫度應(yīng)力就越大。在豎向荷載作用下網(wǎng)架的上下弦桿在跨中內(nèi)力較

22、大。 支座處弦桿內(nèi)力相對(duì)小些。 支座處的腹桿內(nèi)力較大， 跨中腹桿內(nèi)力較小。 網(wǎng)架結(jié) 構(gòu)可以采用簡(jiǎn)化的計(jì)算公式估算內(nèi)力， 而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于曲面形式多樣， 內(nèi)力分布 于曲面形狀相關(guān)， 沒(méi)有統(tǒng)一的近似計(jì)算公式。 網(wǎng)架上下弦桿豎向地震內(nèi)力分布規(guī) 律與靜內(nèi)力相似。 而腹桿豎向地震內(nèi)力分布比較復(fù)雜， 尤其是斜桿豎向地震內(nèi)力 由網(wǎng)架邊緣向跨中并不是單調(diào)變化。 而網(wǎng)殼動(dòng)內(nèi)力分布規(guī)律為： 水平地震響應(yīng) 大于豎向地震，矢跨比越大越明顯；矢跨比增大，網(wǎng)殼動(dòng)靜內(nèi)力比增大，水平 地震內(nèi)力影響更為明顯；場(chǎng)地土變軟，地震響應(yīng)增大；兩縱邊支撐的柱殼， 橫向桿件地震內(nèi)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(nèi)

23、 力較大，徑向桿件內(nèi)力?。恢行奶巸?nèi)力小，邊緣大。 網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的荷載組合相同， 均需考慮非抗震設(shè)計(jì)組合 （由可變荷載效應(yīng)控 制的組合、由永久荷載效應(yīng)控制的組合）和抗震設(shè)計(jì)組合。七、網(wǎng)架與網(wǎng)殼穩(wěn)定性比較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析并不是十分突出， 有很多的網(wǎng)架的破壞由支座破壞與 桿件強(qiáng)度、 節(jié)點(diǎn)破壞引起的。 而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題則十分突出， 在進(jìn)行網(wǎng)殼 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮構(gòu)件穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。 工程中很多網(wǎng)殼的破壞主要是由殼 體局部失穩(wěn)開(kāi)始，進(jìn)而發(fā)展為整體失穩(wěn)，致使結(jié)構(gòu)破壞。較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定對(duì)初始缺陷敏感。初始缺陷的存在將會(huì)明顯降低網(wǎng)殼的穩(wěn)定性。八、屋面排水方式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的屋面排水坡的形成主要有三種方法： 整個(gè)網(wǎng)架起坡， 即使網(wǎng)架 的上下弦桿仍保持平行， 只將整個(gè)網(wǎng)架在跨中抬高， 這種方法可提高網(wǎng)架的剛度； 網(wǎng)架變高度， 這種方法會(huì)使腹桿及上弦桿種類(lèi)增多， 給網(wǎng)架支座和安裝帶來(lái)一 定困難；上弦節(jié)點(diǎn)加小立柱找坡，這種方法比較靈活，小立柱構(gòu)造比較簡(jiǎn)單， 國(guó)內(nèi)已建成的網(wǎng)架多數(shù)采用這種方法找坡。 但對(duì)于大跨度網(wǎng)架， 當(dāng)中間屋脊處小syostneam cnhdamenge,cghoavneirsmsntoa ncsetraenngdtrheeond,oafffreecatrts