自平衡网壳结构的设计应用

陈晓明

摘要：依据参与设计的单层网壳结构为例，分析在主体混凝结构边界条件有限的前提下，实现空间网壳采光顶结构的理论方式，比如：自平衡拉杆的应用，固定球型铰支座及x方向固定、y方向滑移球型铰支座的应用。

关键词：网壳结构；自平衡；边界条件；球型支座；长细比

1.工程概况

该工程为单层空间网壳结构，长32.05m，宽22.7m，失高4.38m。网壳結构连接在两侧16根悬挑6.4m的混凝土结构柱上，结构柱通过框架梁周圈连接。主体网壳结构采用钢结构材料，总用钢量为34.5吨，面层为夹胶玻璃采光顶。由于混凝土结构柱为6.4m悬挑结构，悬挑结构对水平推力比较敏感，本文件结合主体混凝土结构的边界条件，来分析屋顶网壳结构的设计可行性方案。屋顶悬挑混凝土结构柱与混凝土结构梁关系及钢结构网壳结构，详见下图：

1.1网壳结构模型

网壳结构采用sap2000有限元软件经行分析计算，网壳结构均采用圆钢管（Q345B），网壳弧形主钢梁为pipe245x12，网壳弧形次钢梁为pipe127x4，自平衡拉杆为pipe152x6，稳定杆为pipe102x4。

前提条件：混凝土框架结构长边共12根结构柱（两边各6根）在Y轴为弱轴方向即支座2对应的结构柱位置，详见：网壳结构支座布置图。

本项目屋顶钢结构网壳结构的设计思路及理念：

网壳结构按照圆柱面网壳结构体系布置且需要满足采光顶玻璃分格的要求，由于网壳结构对混凝土结构有较大的侧向推力，在网壳结构32.05m长边方向布置了两道自平衡杆且支座设置为滑动支座，释放网壳结构对混凝土结构柱的水平推力，网壳结构中间区间通过两道平衡杆达到结构自身平衡的目的，从而适应土建混凝土结构柱Y轴方向刚度比较弱的问题；……