陳曉明

摘要：依據(jù)參與設計的單層網(wǎng)殼結構為例，分析在主體混凝結構邊界條件有限的前提下，實現(xiàn)空間網(wǎng)殼采光頂結構的理論方式，比如：自平衡拉桿的應用，固定球型鉸支座及x方向固定、y方向滑移球型鉸支座的應用。

關鍵詞：網(wǎng)殼結構；自平衡；邊界條件；球型支座；長細比

1.工程概況

該工程為單層空間網(wǎng)殼結構，長32.05m，寬22.7m，失高4.38m。網(wǎng)殼結構連接在兩側16根懸挑6.4m的混凝土結構柱上，結構柱通過框架梁周圈連接。主體網(wǎng)殼結構采用鋼結構材料，總用鋼量為34.5噸，面層為夾膠玻璃采光頂。由于混凝土結構柱為6.4m懸挑結構，懸挑結構對水平推力比較敏感，本文件結合主體混凝土結構的邊界條件，來分析屋頂網(wǎng)殼結構的設計可行性方案。屋頂懸挑混凝土結構柱與混凝土結構梁關系及鋼結構網(wǎng)殼結構，詳見下圖：

1.1網(wǎng)殼結構模型

網(wǎng)殼結構采用sap2000有限元軟件經行分析計算，網(wǎng)殼結構均采用圓鋼管（Q345B），網(wǎng)殼弧形主鋼梁為pipe245x12，網(wǎng)殼弧形次鋼梁為pipe127x4，自平衡拉桿為pipe152x6，穩(wěn)定桿為pipe102x4。

前提條件：混凝土框架結構長邊共12根結構柱（兩邊各6根）在Y軸為弱軸方向即支座2對應的結構柱位置，詳見：網(wǎng)殼結構支座布置圖。

本項目屋頂鋼結構網(wǎng)殼結構的設計思路及理念：

網(wǎng)殼結構按照圓柱面網(wǎng)殼結構體系布置且需要滿足采光頂玻璃分格的要求，由于網(wǎng)殼結構對混凝土結構有較大的側向推力，在網(wǎng)殼結構32.05m長邊方向布置了兩道自平衡桿且支座設置為滑動支座，釋放網(wǎng)殼結構對混凝土結構柱的水平推力，網(wǎng)殼結構中間區(qū)間通過兩道平衡桿達到結構自身平衡的目的，從而適應土建混凝土結構柱Y軸方向剛度比較弱的問題；由于自平衡桿長度較長（自平衡桿為22.7m），自平衡桿的長細比通過兩道斜向穩(wěn)定桿控制。

1.2支座位置及形式

根據(jù)混凝土邊界條件確定網(wǎng)殼結構的支座形式及布置方式，網(wǎng)殼結構在混凝土柱頂?shù)闹ё贾萌缦拢?/p>

網(wǎng)殼結構的支座采用兩種支座形式，支座1：固定球型鉸支座，支座2：x方向固定，y方向滑移球型鉸支座，支座根據(jù)GB/T17955-2009進行設計，考慮采用此類支座的思路：網(wǎng)架結構與主體混凝土柱鉸接及滑移連接，球面聚四氟乙烯板實現(xiàn)鉸接目的，平面聚四氟乙烯板實現(xiàn)滑動釋放的目的。通過球型支座實現(xiàn)理論受力與實際的完美結合，達到安全設計的目的。

1.3 結構分析

考慮荷載工況： 恒荷載； 風荷載； 活荷載；雪荷載；溫度荷載；地震荷載，通過各個工況荷載的組合分析，并考慮網(wǎng)殼結構的屈曲分析，通過自平衡拉桿及球型滑移支座的設計，6.4m的懸挑混凝土結構柱采用650x650的截面即可滿足鋼結構網(wǎng)殼結構及主體混凝土結構均滿足規(guī)范受力的要求，從而達到整體結構輕盈美觀的整體效果。

2.結論

通過球型支座實現(xiàn)鉸接設計，滑動支座實現(xiàn)對土建結構弱軸方向的作用力釋放的問題，自平衡桿實現(xiàn)由于支座釋放后網(wǎng)殼結構的自身平衡目的，穩(wěn)定桿解決自衡桿的穩(wěn)定性問題，混凝土結構柱通過周圈結構梁實現(xiàn)主體結構的自身剛度及受力平衡，通過以上方案的設計，完美實現(xiàn)本項目的設計目的。

參考文獻：

[1]《空間網(wǎng)格結構技術規(guī)程》JGJ7-2010

[2]《鋼結構設計規(guī)范》GB50017—2003

[3]《空心管結構連接設計指南》J.A.Packer J.E.Henderson 著 J.J.Cao（曹俊杰）

[4]《橋梁球型支座》GB/T17955-2009