某锥形穹顶半刚接单层网壳分析与设计

何小辉，温四清，王 新，董卫国

(中信建筑设计研究总院有限公司， 武汉 430000)

0 引言

《空间网格结构技术规程》(JGJ 7—2010)[1]规定：单层网壳应采用刚接节点，以保证壳体几何不变，有效传递膜内力和弯曲内力。然而，实际节点是介于刚接和铰接之间的半刚接[2]。国内不少学者针对半刚接网壳开展了理论和试验研究[3-6]，但半刚接网壳在实际工程中应用较少。目前，半刚接网壳的设计尚缺乏规范依据，工程实施困难。以某图书馆的锥形穹顶单层网壳为研究对象，采用钢管相贯焊接节点。首先分析其受力变形性能和屈曲特性；接着对比研究不同截面方案和节点假定对构件承载力、屈曲特性和极限承载力的影响；最后采用多尺度有限元分析方法，真实反映节点性能对整体结构性能的影响，其分析结果可作为半刚接网壳的设计依据。

1 结构布置和有限元建模

穹顶结构由内环结构和外环结构构成，内外环跨径分别为26.4m和29.4m。内外环结构均为上下钢筋混凝土环梁与16根立柱形成的环形框架，内环结构通过单边悬挑梁支撑于外环结构上，外环结构则直接支撑于屋面大跨度预应力转换梁及悬挑梁上，外环结构的支撑刚度不均衡。锥形穹顶顶盖为16道径向主杆和环杆组成的肋环型单层网壳结构，穹顶矢高约3.7m，跨径为26.4m，矢跨比约1/7.1；环杆间距为1.1m，兼作为轻质陶瓦屋面系统的主檩。径向主杆与内环立柱间为铰接连接。16道径向主杆汇交中心采用截面为φ1 600×20的圆管相接，径向杆与环杆之间为直接相贯焊连接，均假定为刚接。……