单层网壳结构钢管满堂支撑体系方案设计与施工管理
当前，钢结构施工中结构支撑体系出现失稳、坍塌等事故，并经常导致群体性伤亡事故。如何提高结构支撑体系特别是高大结构支撑体系的安全可靠性，是钢结构施工中杜绝安全事故发生的一个重要课题。
1 工程概况
惠州市会展中心项目位于惠州市江北中心区，东临城市主干道“惠州大道”，南临“文昌一路”。周边有已建成的体育馆及在建中的博物馆、科技馆、文化艺术中心等重要公建。
本工程结构类型为框剪＋钢结构，屋面为网壳结构，施工网壳必须在屋面上拼装，因此为支撑网壳需搭设专用结构支撑架。本工程屋面网壳约2.4万㎡，最低标高为29.75米，最高标高为34.4米，高差4.65米，整个网壳搭设高度为18m~34m。室内标高15.95以上部分至网壳搭设高度18m；其它局部部分则在最上一层楼板上搭设。本工程网壳是曲面结构，网壳结构支撑系统的搭设要根据曲面进行布置，因此搭设顶端时要先打好标高，再根据标高进行搭设。
2 结构支撑体系设计方案
2.1 结构支撑架搭设方法
针对结构支撑架搭设最大高度34m，最大跨度48m的超大钢结构支撑体系，设计立杆的纵距b=1.20米，立杆的横距l=1.00米，立杆的步距h=1.50米，扫地杆离地面200㎜。钢管规格为Ø48×3.25。
2.2 构造要求
2.2.1 地基处理
1、根据会展中心地质报告情况，原会展中心大部分地方是鱼塘和洼地，地质为淤泥层深则需作搅拌桩进行处理。对于原老土部分必须压实平整，并作100mm厚C15垫层。
2、对于搅拌桩处的基础作法见下图：
承插型盘扣式楼板模板支架计算书 依据规范: 《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》JGJ231-2010 《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011 计算参数: 盘扣式脚手架立杆钢管强度为300N/mm2，水平杆钢管强度为 N/mm2，钢管强度折减系数取。模板支架搭设高度为， 立杆的纵距 b=，立杆的横距 l=，脚手架步距 h=。 立杆钢管类型选择：B-LG-1500(Φ48××1500); 横向水平杆钢管类型选择：SH-A-SG-1200(Φ48××1140); 纵向水平杆钢管类型选择：SH-A-SG-1200(Φ48××1140); 横向跨间水平杆钢管类型选择：SH-A-SG-1200(Φ48××1140); 面板厚度12mm，剪切强度mm2，抗弯强度mm2，弹性模量mm2。 木方0×0mm，间距250mm， 木方剪切强度mm2，抗弯强度mm2，弹性模量mm2。 梁顶托采用双钢管φ48×。 模板自重m2，混凝土钢筋自重m3。 倾倒混凝土荷载标准值m2，施工均布荷载标准值m2。
图盘扣式楼板支撑架立面简图 图楼板支撑架立杆稳定性荷载计算单元 钢管惯性矩计算采用 I=π(D4-d4)/64，抵抗距计算采用 W=π(D4-d4)/32D。 一、模板面板计算 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照简支梁计算。静荷载标准值q1 = ××+×=m 活荷载标准值q2 = +×=m 面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: W= I= (1)抗弯强度计算 f = M / W < [f] 其中 f ——面板的抗弯强度计算值(N/mm2)；
双层网壳结构的静力分析与设计 摘要：本文简述了双层网壳的静力设计过程，并通过对杆件内力的分析和变形能力的探讨得出如下结论：双层网壳这种结构型式具有有较强的承载能力，良好的稳定性和优越的协调变形性能，是各种大跨度建筑值得采用的一种屋盖型式。 关键词：双层网壳，柱壳，大跨度空间结构。 设计概况：某展览馆主展厅屋面为弧线形，跨度27m，结合使用要求，拟采用双层网壳的屋盖结构型式。该结构不仅具有有较高的承载能力，且当在屋顶安装照明、空调等各种设备及管道时，它还能有效地利用空间，方便吊顶构造，经济合理。 一、柱壳结构的型式与分析 1 柱壳结构型式 本设计所用柱壳采用正放四角锥体系，柱壳跨度27m，矢高4.5m，纵向长度42m。杆件长度控制在3m～3.5m之间。 2 柱壳结构分析 结构分析的核心问题是计算模型的确定。本设计中柱壳结构的计算模型为空 图1 柱壳上弦支座图 图1中，a点为二向支承（约束x，z方向位移），d点为二向支承（约束y，z方向位移），c点为三向支承（约束x，y，z方向位移），其余带×号的各点均设置单向支承（只约束z方向的位移）。 柱壳结构为大型复杂结构，因此采用有限元分析软件SAP2000对其进行结构分析，并结合我国钢结构设计规范对各杆件进行截面设计和验算。 二、静力设计 1、荷载计算 1）恒载标准值计算
2 /375 m KN 2/5m KN 2 /m KN 屋面构件及网壳自重恒载： 0.752/m KN 灯具： 0.052/m KN 2）活载标准值计算 屋面活载：0.52/m KN ； 雪荷载：375.05.075.00=?=?=s s r k μ2/m KN ； 风荷载： C 类地貌，风压高度变化系数查表得74.0=z μ，风振系数 0.1=z β 2所示： 因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -= 2○ 1。 ○ 2 ○ 3 6/127/5.4/==l f 15 4)2.06/1(1.02.0-=-?-=s μl f /s μ 0.10.8 -0.20 0.50.6 +
扣件钢管楼板模板支架计算书 依据规范: 《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 《建筑施工木脚手架安全技术规范》JGJ 164-2008 计算参数: 钢管强度为205.0 N/mm2，钢管强度折减系数取1.00。 模板支架搭设高度为4.0m， 立杆的纵距 b=1.20m，立杆的横距 l=1.20m，立杆的步距 h=1.50m。 面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。内龙骨采用50.×100.mm木方，间距300mm， 木方剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。 梁顶托采用100.×100.mm木方。 模板自重0.20kN/m2，混凝土钢筋自重25.10kN/m3。 振捣混凝土荷载标准值0.00kN/m2，施工均布荷载标准值2.50kN/m2。 扣件计算折减系数取1.00。
图1 楼板支撑架立面简图 图2 楼板支撑架荷载计算单元 按照模板规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下： 由可变荷载效应控制的组合S=1.2×(25.10×0.20+0.20)+1.40×2.50=9.764kN/m2 由永久荷载效应控制的组合S=1.35×25.10×0.20+0.7×1.40×2.50=9.227kN/m2 由于可变荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.40 采用的钢管类型为φ48×3.5。 钢管惯性矩计算采用 I=π(D4-d4)/64，抵抗距计算采用 W=π(D4-d4)/32D。 一、模板面板计算 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。
第7卷第4期空 间 结 构V ol.7N o.4 2001年12月SPA T I AL ST RU CT U RES Dec.2001 [文章编号]1006-6578(2001)04-0030-07 单层球面网壳结构抗震性能研究 陈军明, 陈应波, 吴代华 (武汉理工大学理学院结构工程与力学系, 湖北 武汉430070) [摘 要] 本文研究了单层网壳结构地震响应的计算理论和计算方法。以K8型单层球面网 壳为研究对象,得出了单层网壳在水平地震作用和竖向地震作用下的力学响应特性的一些重 要结论。进一步针对地震响应的主要影响参数,如结构几何参数、边界刚度、阻尼比等,对单层 球面网壳地震响应规律作了系统的研究,并提出了对单层网壳结构抗震设计有应用价值的结 论和建议。 [关键词] 单层网壳;地震响应;计算理论;参数分析;抗震设计 [中图分类号] T U311.3 [文献标识码] A 1 引 言 鉴于大跨建筑物的重要性,其地震作用效应引起了工程界的关注。近年来,许多学者对平板网架结构在地震作用下的反应及抗震计算方法进行了系统的研究,并制定了《网架结构设计与施工规范》。但国内外学者对单层网壳结构的研究主要集中在静力稳定性能研究,对其抗震性能研究进行较少。网壳结构的地震反应特征是否与网架结构相同?在各种结构参数影响下网壳结构地震内力响应规律如何?对罕遇地震作用下结构的弹塑性反应如何计算?这些都是急待解决的问题。研究网壳结构的抗震性能是其在地震地区广泛应用的前提和基础。 2 运动平衡方程 2.1 运动方程 从单层网壳结构的合理传力方式来看,一般认为空间刚接是其最佳节点形式。故可将网壳 [收稿日期] 2001-06-30 [基金项目] 高等学校博士后流动站科研基金资助。 [作者简介] 陈军明(1966—),女,湖南人,博士,主要从事大跨结构抗震性能的研究。
盘扣式满堂楼板模板支架计算书 楼板模板的计算参照《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)、《混凝土结构工程施工规范》(GB506666-2011)、《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ231-2010）、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)、《组合钢模板技术规范》(GB50214-2001)、《木结构设计规范》(GB 50005━2003)、《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)等编制。 一、参数信息: 楼板楼板现浇厚度为0.20米，模板支架搭设高度为3.00米， 搭设尺寸为：立杆的纵距 b=1.20米，立杆的横距 l=1.20米，立杆的步距 h=1.20米。 模板面板采用胶合面板，厚度为18mm， 板底龙骨采用木方: 50×80；间距：300mm; 托梁采用双楞设置，梁顶托采用10号工字钢。 采用的钢管类型为60×3.2， 立杆上端伸出至模板支撑点长度：0.30米。
图1 楼板支撑架立面简图 图2 楼板支撑架荷载计算单元 二、模板面板计算 依据《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011,4.3.5和4.3.6计算。 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板按照三跨连续梁计算。 使用模板类型为：胶合板。 (1)钢筋混凝土板自重(kN/m)： q11 = 25.100×0.200×1.200=6.024kN/m (2)模板的自重线荷载(kN/m)： q12 = 0.350×1.200=0.420kN/m (3)活荷载为施工荷载标准值(kN/m)： q13 = 2.500×1.200=3.000kN/m 均布线荷载标准值为： q = 25.100×0.200×1.200+0.350×1.200=6.444kN/m 均布线荷载设计值为： q1 = 0.90×[1.35×(6.024+0.420)+1.4×0.9×3.000]=11.231kN/m 面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: 本算例中，截面抵抗矩W和截面惯性矩I分别为: W = 120.00×1.80×1.80/6 = 64.80cm3； I = 120.00×1.80×1.80×1.80/12 = 58.32cm4； (1)抗弯强度计算
第8章幕墙工程施工方案 8.1施工部署 本工程建筑物外表面为一个三维空间多面体，分为大剧场、多功能剧场两个建筑体，多功能剧场有38个大面和54条转角、26个角部，大剧场有63个大面和100条转角、43个角部，屋面分块多为规则的相似或相等的三角形，交接位置多，安装工艺复杂，施工难度较大，外帷幕面积达3万多平方米，其中石材幕墙24123.1平方米，玻璃幕墙4675.98平方米，工程规模大、质量要求及施工技术要求高且施工工序复杂。主要工程量如下： 8.2区域及作业面划分 本工程施工时拟将整个工程划分为组织相对独立的两个区域：大剧场施工区、多功能剧场施工区。两施工区内采用平行作业，同时结合流水作业，屋面防水及结构施工由上向下进行，石材安装由上往下施工。 因两个施工区都是屋面及墙面分块多，多功能剧场共38个大面，大剧场共63个大面，施工过程中以均分工程量为原则，将两施工区各分为A、B共4个施工部进行平行施工（分区示意图见附件二）；各施工部内再根据连续性及类型基本相同原则，划分为3个施工段进行流水作业。 以多功能剧场为例说明施工分部划分及施工段划分，多功能剧场以中间为分界分为东、西（即A、B分区）两个施工区，东区（A区）共20个面，包括面 470
施工组织设计M1～18、M21、M22，西区（B区）共18个面，包括面M19、M20、M23～38。A区内分为三个流水段，第一流水段为屋面流水段，包括面M14～18、M21、M22七个大面，第二流水段为墙面流水段，包括面M1～7七个大面，第三流水段为墙面流水段，包括面8～13六个大面。各流水段同时施工，在项目部的指导下，互相协作。使工程得以实施全面开工，从而加快施工进度，保证工期。 大剧场也以相同原则划分为两个施工部和6个流水段。 471
硕士研究生课程考试试卷 硕士研究生课程考试试卷 考试科目：大跨与空间钢结构 考生姓名：许爱国考生学号：20101602009 考生姓名：杨 丹考生学号：20101602024 考生姓名：张 长考生学号：20101602084 考生姓名：田真珍考生学号：20101602015 学院：土木工程学院专业：土木工程（结构工程方向）考生成绩：90 任课老师(签名) 崔佳 考试日期：2011 年9月5日
目 录 录 1设计资料 (1) 1.1 设计题目 (1) 1.2 设计参数 (1) 2 设计分析软件 (2) 2.1 分析软件简介 (2) 2.2 软件分析步骤 (2) 3 网壳结构设计计算 (3) 3.1 设计基本要求 (3) 3.2 计算分析方法 (3) 3.3 结构模型建立 (4) 3.4 节点与单元属性设置 (5) 3.5 材料参数设置 (6) 3.6 施加约束和荷载 (7) 3.7 软件初步分析设计 (11) 3.8 结构动力分析 (14) 3.9 竖向和水平地震作用抗震验算 (19) 3.10 结构风振系数计算 (21) 3.11 支座节点及檩条设计说明 (21) 4 网壳结构计算结果信息 (22) 4.1 网壳结构各杆件内力 (22) 4.2 网壳结构挠度验算 (23) 4.3 杆件与球节点配置及材料表 (25) 4.4 图纸生成说明 (25) 5 设计结果分析 (26) 5.1 单层球面网壳设计结果概述 (26) 5.2单层球面网壳整体稳定性分析简述 (27) 5.3 网壳结构设计中的几个问题 (29) 参考文献 (30) 附录 (31)
1 设计资料 1.1 设计题目 设计一单层球面网壳，网壳直径为20m，矢高7m，周边支承在钢筋混凝土柱及圈梁上，钢筋混凝土柱沿周边每20°一个均匀布置，柱截面尺寸为400mm×700mm，柱顶及圈梁顶标高为15.2m，圈梁截面尺寸为400mm×600mm。网壳上搭设檩条，屋面板采用压型钢板。 1.2 设计参数 1.2.1 静荷载 网壳自重：网壳结构的自重包括钢管杆件和焊接空心球节点（或螺栓球节点）的重量，可由计算机分析软件程序自动生成。 附加恒载：檩条、压型钢板和灯具重量取2 kN m。 0.65/ 1.2.2 活荷载 本工程屋面为不上人屋面，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）(2006年版)第4.3.1条规定，屋面均布活荷载标准值取为2 kN m。屋面均布活荷载不应 0.5/ 与雪荷载同时考虑，取二者的较大值，此处不考虑雪荷载。基本风压取2 0.4/ kN m，本工程不考虑积灰荷载和吊车荷载。 1.2.3 温度作用 此处的温度作用仅指分析软件用到的温度差，即结构施工安装时的温度与使用过程中温度的最大差值，此处取为-25℃~25℃。 1.2.4 地震作用 本工程所在场地的抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，根据《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）第4.4.2条规定，本工程单层球面网壳结构需要进行竖向和水平抗震验算。 1.2.5 结构材料 网壳结构杆件对钢材材质的要求与普通钢结构相同，本工程采用Q235B钢。网壳杆件截面形式有圆钢管、方钢管、角钢及H型钢等，由于圆钢管相对回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利，一般情况下，圆钢管截面比其他型钢截面可节约20%的用钢量，当有条件时应优先采用薄壁圆管形截面，圆钢管可采用高频电焊钢管（即有缝管）或无缝钢管，其中高频电焊钢管较无缝钢管造价低且壁薄，设计时应优先使用，故本工程采用高频电焊圆钢管。网壳结构下部的钢筋混凝土柱及圈梁的混凝土强度等级采用C30。
扣件钢管楼板模板支架计算书 计算参数: 模板支架搭设高度为5.7m， 立杆的纵距 b=0.80m，立杆的横距 l=0.80m，立杆的步距 h=1.50m。 面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。 木方50×100mm，间距100mm，剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。 模板自重0.50kN/m2，混凝土钢筋自重24.00kN/m3，施工活荷载2.50kN/m2。 扣件计算折减系数取1.00。 图1 楼板支撑架立面简图 图2 楼板支撑架荷载计算单元 采用的钢管类型为48×3.5。 一、模板面板计算 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。 静荷载标准值 q1 = 24.000×0.180×0.800+0.500×0.800=3.856kN/m
活荷载标准值 q2 = (0.000+2.500)×0.800=2.000kN/m 面板的截面惯性矩I 和截面抵抗矩W 分别为: 本算例中，截面惯性矩I 和截面抵抗矩W 分别为: W = 80.00×1.80×1.80/6 = 43.20cm 3； I = 80.00×1.80×1.80×1.80/12 = 38.88cm 4； (1)抗弯强度计算 f = M / W < [f] 其中 f —— 面板的抗弯强度计算值(N/mm 2)； M —— 面板的最大弯距(N.mm)； W —— 面板的净截面抵抗矩； [f] —— 面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm 2； M = 0.100ql 2 其中 q —— 荷载设计值(kN/m)； 经计算得到 M = 0.100×(1.20×3.856+1.40×2.000)×0.100×0.100=0.007kN.m 经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.007×1000×1000/43200=0.172N/mm 2 面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求! (2)抗剪计算 T = 3Q/2bh < [T] 其中最大剪力 Q=0.600×(1.20×3.856+1.4×2.000)×0.100=0.446kN 截面抗剪强度计算值 T=3×446.0/(2×800.000×18.000)=0.046N/mm 2 截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm 2 抗剪强度验算 T < [T]，满足要求! (3)挠度计算 v = 0.677ql 4 / 100EI < [v] = l / 250 面板最大挠度计算值 v = 0.677×3.856×1004/(100×6000×388800)=0.001mm 面板的最大挠度小于100.0/250,满足要求! 二、板底支撑钢管计算 横向支撑钢管计算 横向支撑钢管按照集中荷载作用下的连续梁计算。 集中荷载P 取木方支撑传递力。 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 0.82k N 支撑钢管计算简图
1. 吊装方案的总体思路 结构的划分 本工程游泳馆钢结构部分主要由主钢架+单层网壳两部分组成。游泳馆场内由纵向主钢架和横向联系杆件体系组成。主钢架一共有10榀，由钢柱和钢梁形成的钢制框架组成；横向联系杆件体系由主钢架之间的横向联系杆件和外围椭圆周联系杆件组成。 游泳馆外围网壳结构由36个菱形网壳以及支撑构件组成，网壳根据拼装构件单元可以细分为主桁架、尾桁架和折面桁架三种。 游泳馆结构轴测图如下所示： 根据施工现场的实际情况，场内主钢架的钢柱已经吊装完成，场内吊装工作包括主钢架的钢梁以及横向联系杆件体系。外围的吊装工作包括主桁架、尾桁架和折面桁架的吊装，每种桁架36榀，共108榀。 根据工程实际，场内钢梁吊装可先在地面进行拼接，方式采用卧拼的方法，将四段材料拼接成一整榀箱型梁，之后整榀吊装。可以缩短工期，并且游泳馆场内不需设立临时支撑架；外围网壳的主桁架，在其下弦杆铸钢节点后设置相应临时支撑架，共36个，同时尾桁架下部相应设置临时支撑架，共36个。 游泳馆的施工临时支撑布置平面图如下所示：
构件的分段与起吊 本工程游泳馆管桁架结构分段情况：每榀主钢梁分成4段，采用散件出场，可采取现场拼装成整榀钢梁后进行吊装。主钢架之间的横向联系杆件散件出场，在现场进行散装，形成横向联系杆件体系。单层网架结构采用散件出厂，现场拼装成块后进行整榀吊装。 主钢梁分段单元吊点设置 游泳馆每根轴线主钢梁由4段构件组成，其尺寸、重量情况如下： 可以先在地面进行拼接，形成整榀箱型梁，再进行吊装。地面拼接可采取水平卧拼的方式，其胎架平面布置示意图如下：
最大吊装单元为32吨、50米的钢梁。主钢梁采用四点吊装法进行吊装，且设置手拉葫芦进行调节。 分块网壳分段单元吊点设置 游泳馆外围网壳拼装单元根据深化设计有三种类型，分别为主桁架、尾桁架和折面桁架，每种36榀，共108榀。在地面拼装完成后再进行单元吊装。 游泳馆网壳结构采用分块吊装，分块最重为7吨，分块形状呈不规则状态，采用四点吊装法进行吊装，吊点设置如下图所示：
浅论单层网壳钢结构采光顶设计 摘要：介绍了遵义医学院附属医院新蒲医院-门急诊住院综合楼项目。该工程为 门急诊住院综合楼中庭屋顶钢结构部分的单层网壳设计。文中介绍了工程的结构 分析和设计方法。在设计中建立中庭采光顶结构有限元计算模型。在综合考虑工 程重要性的同时，根据结构的几何力学特点，节点的刚度等多种因素的基础上， 对恒荷载、活荷载、雪荷载、风荷载、温度作用、地震作用等工况组合，对结构 在使用阶段的内力和变形进行分析。在大量计算和分析的基础上，对结构几何体 系和构件进行了设计。并对结构的整体稳定进行了分析。 关键词：网壳的选型设计；节点设计；整体稳定 绪论 本工程为医院门急诊住院综合楼中庭钢结构部分，属于大型公共建筑。钢结构屋盖平面 呈防锤形，结构纵向最长为82.50m，横向最大跨度27.50m，立面呈椭圆形，最高点高度 21.9m。最低点高度15.55 m。整个屋顶建筑面积近1850m2。屋顶中间部分采用夹层中空全 钢化玻璃，两侧部分为铝板。整个结构落在主体混凝土结构上。 深化后采光顶轴侧图 论文正文 一、结构选型 综合考虑建筑的外观效果、经济性、结构安全等因素，屋面结构决定采用经济性、安全 性都较好的网壳结构。本工程钢结构屋面跨度不大，约28m。因此，形式上采用单层网壳结构。下端固定在混凝土平台上，交联过程稳定，重复性好。 结构视图 二、网格划分 在建筑方案的基础上对网壳的曲面形式、几何尺寸重新划分，根据网壳的受力特点，同 时考虑了施工因素等因素，来确定网格类型的选择、网格大小的划分，其目的是使网壳受力 合理，能充分发挥结构材料的力学性能，也考虑了整体造型美观。 除上述原则外，在遵循最优的结构形式，还应考虑加工制作、半成品运输、吊装安装等 条件，与之覆盖的材料协调和匹配，以取得最好的技术和经济效果。综上考虑，在方案设计时，通过分析和比较，最终网格采用了三向网格型，三向网格形是在水平面内形成大小相等 的三角形网格，然后投影到曲面上形成的。由于这种网格结构组成规律性强，结构外形美观，受力好，适用于该工程。
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┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 钢结构单层网壳设计 ――某椭球面网壳设计 学生梁江浩(专业：土木工程学院建筑工程专业) 指导教师郭小农(单位：土木工程学院建筑工程系) 【摘要】单层钢结构网壳外形美观，结构新颖，是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构有如下特点： (1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。 (2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。 (3)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。 本设计是以工程实例为背景，完成一个的单层钢网壳设计。网壳型式是椭球型网壳，底面为30m*20m的椭圆，矢高为10m。结构是肋环形网壳，网壳的地点在天津。本设计的实施过程如下： (1)进行钢结构网壳空间建模：完成结构选型和网格划分,首先用3D3S生成一个尺寸相同的肋环形网壳，然后手动删改生成网壳的区格构件，使得每根构件的长度大致处于1.5m-2.2m，这样结构的网格更加合理，方便玻璃的制作与安装，结构本身也更加美观； (2)进行结构内力分析：完成荷载输入、杆件截面选择。内力计算使用3D3S软件，但是其中荷载的导算是人工完成，由于荷载规范中网壳的风载体型系数较为复杂，软件并不能很好的导算。因此借助于ANSYS中的编程功能，读入3D3S生成的模型数据，在依据规范的公式，计算出导算好的节点荷载，并写出适用于3D3S和ANSYS 的荷载文件； (3)构件设计：计算长度根据网壳结构技术规程得出，杆件采用热扎无缝钢管114*4.0和95*4.0，电算后再任选一根构件，利用3D3S得到的杆件内力，进行手动验算； (5)节点设计：本网壳中节点采用焊接球节点，采用两种焊接球：200*8的不带肋空心球节点和300*12的带肋空心球节点，电算选择球类型，然后根据网壳结构技术规程的计算方法任选一个球节点手算。 (6)结构整体稳定性分析，首先进行线性屈曲分析，得到屈曲模态，以此选定初始缺陷然后进行几何非线性整体稳定性分析，并且进行同时考虑材料非线性的整体稳定性分析； (7)施工图绘制，大概共绘制10张A2图，其中手绘2张； (8)计算书整理。 【关键词】单层网壳；整体稳定；大跨空间结构。
扣件钢管楼板模板支架计算书 模板支架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）。 模板支架搭设高度为4.00米， 搭设尺寸为：立杆的纵距b=1.5米，立杆的横距l=1.2米，立杆的步距h=1.20米。 图1 楼板支撑架立面简图 图2 楼板支撑架荷载计算单元 采用的钢管类型为Φ48×3.5。 一、模板面板计算 面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算。 静荷载标准值q1 = 25×0.2×1.2+0.35×1.2=6.42kN/m 活荷载标准值q2 = (2+1)×1.2=3.6kN/m
面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: 本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为: W = 120×1.8×1.8/6 = 64.8cm3； I = 120×1.8×1.8×1.8/12 = 58.32cm4； (1)强度计算 f = M / W < [f] 其中f ——面板的强度计算值(N/mm2)； M ——面板的最大弯距(N.mm)； W ——面板的净截面抵抗矩； [f] ——面板的强度设计值，取15N/mm2； M = 0.100ql2 其中q ——荷载设计值(kN/m)； 经计算得到M = 0.100×(1.2×6.42+1.4×3.6)×0.3×0.3=0.115kN.m 经计算得到面板强度计算值f = 0.115×1000×1000/64800=1.775N/mm2 面板的强度验算f < [f],满足要求! (2)抗剪计算 T = 3Q/2bh < [T] 其中最大剪力Q=0.600×(1.2×6.42+1.4×3.6)×0.3=2.294kN 截面抗剪强度计算值T=3×2294/(2×1200×18)=0.159N/mm2 截面抗剪强度设计值[T]= 1.4N/mm2 抗剪强度验算T < [T]，满足要求! (3)挠度计算 v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250 面板最大挠度计算值v = 0.677×10.02×3004/(100×6000×583200)=0.157mm 面板的最大挠度小于300/250,满足要求! 二、模板支撑方木的计算 方木按照均布荷载下三跨连续梁计算。 1.荷载的计算
地下室顶板200mm厚落地式楼板模板支架计算设计规范：《扣件式钢管脚手架安全技术规范》 板底支撑参数 板底支撑形式：托梁支撑 木方的间隔距离（mm）：300 木方的截面宽度（mm）：50 木方的截面高度（mm）：100 顶托内托梁材料选择：木方100×100mm 脚手架参数 立柱横向间距或排距l（m）：1.00 立柱纵向间距b（m）：1.00 脚手架步距h（m）：1.50 脚手架搭设高度H（m）：4.25 立杆上端伸出至模板支撑点的长度a（m）：0.30 扣件抗滑移力系数：1.0 钢管外径：Φ48×3.0 钢管强度折减系数：1.0 剪刀撑：加强型 荷载参数 支撑架用途：混凝土结构脚手架 模板自重（kN/m2）：0.30 混凝土和钢筋自重（kN/m3）：25.10 楼板现浇厚度D（m）0.20 施工均布荷载标准值（kN/m2）：2.50
风荷载参数 基本风压W （kPa）：0.50 风荷载体型系数μs：0.126 风荷载高度变化系数μz：1.00
楼板模板扣件钢管高支撑架计算书 依据规范: 《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011 《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 《建筑施工木脚手架安全技术规范》JGJ 164-2008 计算参数: 钢管强度为205.0 N/mm2，钢管强度折减系数取1.00。 模板支架搭设高度为4.3m， 立杆的纵距 b=1.00m，立杆的横距 l=1.00m，立杆的步距 h=1.50m。 面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。木方50×100mm，间距300mm， 木方剪切强度1.3N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。 梁顶托采用100×100mm木方。 模板自重0.30kN/m2，混凝土钢筋自重25.10kN/m3，施工活荷载2.50kN/m2。 扣件计算折减系数取1.00。
单层球面网壳结构的稳定性分析 摘要：网壳结构是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，它受力合理,造型美观, 用料经济,施工简便。其结构形势多样,跨度较大,重量轻，因而网壳结构的稳定性问题是结构设计和施工安装中的十分重要。本文主要在国内外研究成果的基础上，介绍单层球面网壳结构的发展状况以及其非线性 稳定性分析方法，并得出相关结论。 关键词：单层球面网壳结构、非线性、稳定性 Abstract:In recent years latticed shell is a widespread spatial structure in the architectural engineering because of the reasonable stress, the beautiful modeling and convenient installation. Its structure diversifies , span is big and the weight is light. So the stability calculation problem on the latticed shell structure becomes important in the structure design and construction installment. Based on the recent research within and without , this paper mainly introduce the development and the nonlinear stability analysis methods of single-layer spherical lattice shells and draws some conclusions. Key words: single-layer spherical lattice shell、nonlinear、stability 1 网壳结构的发展概况 网壳结构是一种由杆件构成的曲面网格结构，可以看作是曲面状的网架结构，兼有杆系结构和薄壳 结构的固有特性。该结构形式受力合理、造型美观多样、跨度大、材料耗量低，现场安装简便，是非常 有发展前景的一类空间结构[1-2]。 网壳结构按照曲面外形可以分为:球面网壳、柱面网壳、双曲扁网壳、圆锥面网壳、单块扭网壳、扭曲面网壳、双曲抛物面网壳以及切割或组合形成面网壳等[3]。 国外最早网壳可追溯到1863年在德国建造的一个由凯威特设计的30m直径的钢穹顶，是作为储气罐的顶盖之用。由此命名的这种施威德勒形式的网状穹顶，至今仍作为球面网壳的一种主要形式。近二、 三十年来，国外尤其在美国、日本等国网壳结构发展迅速。我国网壳结构作为空间结构受力体系设计并 广泛应用，始于上世纪80年代末，近年来正蓬勃发展，国外很多网壳结构在建筑形体、结构跨度、加工精度、安装方法、网壳的开启技术等方面有独到之处，都值得我们学习和借鉴[4]。 近年来国内外不少的标志性建筑都采用了球面网壳这种空间结构。日本于1996年建成的名古屋体育馆（见图1）是世界上跨度最大的单层球面网壳。该体育馆整个圆形建筑直径为229.6m,支承在看台框架柱顶的屋盖直径则有187.2m。另外1993年建成的日本福冈体育馆（见图2）也为球面网壳，直径为222m,是目前世界上最大的可开合式球面网壳结构。 我国于1994年修建的天津市新体育中心体育馆的双层网状球壳结构（如图3），平面为圆形，直径108m，外悬挑部15.4m，厚度3.0m，整个球壳平面直径为135.0m，矢高13.5m，用钢指标为55kg/m2，
球面网壳结构类型和特点 球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。 1交叉桁架体系 各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。 单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。 1.1肋环型球面网壳 它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。具有网格划分简单，节点构造简单的特点。但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。
图1：勒环型单层球面网壳 1.2施威德勒型球面网壳 由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。 图2：施威德勒型单层球面网壳 1.3联方型球面网壳 联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右
扣件钢管楼板模板 支架计算书 依据规范: 《建筑施工模板安全技术规范》JGJ 162-2008 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 《建筑施工木脚手架安全技术规范》JGJ 164-2008 计算参数: 钢管强度为N/mm2，钢管强度折减系数取。模板支架搭设高度为，立杆的纵距b= ，立杆的横距l= ，立杆的步距 h= 。 面板厚度18mm剪切强度口佑，抗弯强度mm,弹性模量内龙骨采用50. X木方，间距300mm 木方剪切强度mm,抗弯强度mr^弹性模量m^。 梁顶托采用100. X木方。 模板自重m\混凝土钢筋自重m5。 振捣混凝土荷载标准值m\施工均布荷载标准值m。扣件计算折减系数取。 2 mm
-------------------------------------- 、--------------------------------------- ◎口口□ o □ a o 图2楼板支撑架荷载计算单元按照模板规范条规定确定荷载组合分项系数如下: 2 由可变荷载效应控制的组合S=xx ++x =m 2 由永久荷载效应控制的组合S=xx +xx =m 由于可变荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取，可变荷载分项系数取 采用的钢管类型为? 48 x 匸n (D4-d4)/64，抵抗距计算采用W=n (D4-d 4)/32D 面板为受弯结构，需要验算其抗弯强度和刚度。模板面板的按照三跨连续梁计算 考虑的结构重要系数，活荷载标准值q2 = x +x =m 面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：截面楼板支撑架立面简图 钢管惯性矩计算采用 一、模板面板计算 考虑的结构重要系数，静荷载标准值q1 = xxx +x =m
大跨度空间结构———网壳结构 的历史与发展 符立勇,杨从娟 (石家庄铁道学院力学与工程科学系,河北石家庄050043) [摘 要] 现代空间结构要求有最大的自由空间及最小的内支撑干扰。回顾空间结构的发展历史,网壳结构是能够很好满足上述要求的结构体系之一。本文较全面、系统地评述了国内外网壳结构发展历史和应用现状,并介绍了一些有代表性的工程实例。最后讨论了网壳结构进入21世纪的发展趋势,探讨了网壳结构的应用前景。 [关键词] 空间结构;网壳结构;历史;发展 [中图分类号]TU33 [文献标识码]B [文章编号]1007-9467(2002)05-0003-03 一、引言 随着人类物质文明和精神文明的发展与提高,人们需要更大的覆盖空间来满足社会活动和生产劳动的需要,而且要求有最大的自由空间及最小内支撑相互干扰的结构,如大型集会场所、体育馆、飞机库、会展中心、游泳池、餐厅、候车厅、工业厂房等。而一般的平面结构,如梁、刚架、桁架、拱、组合结构等,由于结构形式的限制,从技术经济方面讲已很难跨越更大的空间,来满足飞速发展的社会需求。人们通过实践发现,具有三维空间形状并且有三维受力特性、呈空间工作状态的空间结构,正好能满足大跨度建筑结构的要求。这是因为空间结构不仅仅依赖材料性能,而且更加充分利用自已合理的形体及不同材料特性,来适应不同建筑造型和功能的需要,从而可跨越更大空间。尤其近年来计算机技术的飞速发展,使空间结构在形体研究的计算方法上有了新的突破,使形体与受力完美组合成为可能。因此,空间结构对于现代建筑已产生重大影响,它不但被公认为社会文明的象征,而且由于采用了大量新材料、新技术和新工艺,空间结构还成为衡量一个国家建筑科学技术水平的标志之一。 二、网壳结构的历史 1.网壳结构的雏形———穹顶结构 在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。网壳结构的发展是和人类社会的生活、生产劳动密切相关的,并且与当时的科技水平及物质条件紧密相连。 古代的人类通过详细观察,发现自然界中存在大量受力特性良好、形式简洁美观的天然空间结构,如蛋壳、蜂窝、鸟类的头颅、肥皂泡、山洞等。利用仿生原理,人类得以更好地理解和发展空间结构。古代的人类为了有一个好的生存空间,常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布匹代替稻草,即现在常见的帐篷。经过长期的工程实践,人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间,而且所耗用的材料也比较经济。 穹顶的发展与建筑材料的发展是密切相关的。古代,穹顶用石料建造,后来逐渐被砖石结构取代。例如,古罗马人就利用石料或砖建造了大量圆形或圆柱形穹顶,用来作为宗教活动的场所。这些穹顶的跨度都不大,一般为30～40m左右,穹顶的厚度与跨度之比为1/10左右,因此早期的穹顶自重很大。其中,建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表,该穹顶基面为44m的圆。中世纪,木材成为穹顶结构的主要覆盖材料;到19世纪,铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元,使覆盖大跨度建筑物成为可能。近代,钢筋混凝土结构理论的出现及应用使穹顶的厚度大大降低,薄壳穹顶受到人们的极大关注,从而开辟了结构工程新领域。1922年在德国耶拿建造了土木工程史上第一座钢筋混凝土薄壳结构———耶拿天文馆,其净跨为25m,顶厚为60.3m m,厚跨比大约为1/400。薄壳穹顶以其结构自重较小,受力性能良好,可以覆盖大跨度空间和造型优美等优点,得到广泛应用和发展。现代,优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳发展的一个重要因素。 2.网壳结构的诞生 钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点,但经过若干年工程实践,工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点:钢筋混凝土薄壳施工时需要架设大量模板,工作量很大,施工速度较慢,工程造价高。因而人们对之逐渐丧失兴趣,开始寻求 3 钢结构设计专题 工程建设与设计 2002年第5期
第37卷第9期 振动与冲击 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK Vol.37 No.9 2018基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计 陆明飞，叶继红 (东南大学混凝土与预应力混凝土结构教育部重点实验室，南京210018) 摘要：稳定是单层柱面网壳结构分析与设计中的关键因素。从节点构形度的视角，考虑外在因素中与稳定问题 直接相关的核心部分，定义了能全面反映结构静力稳定特性的节点构形度相对变化梯度（0(_U，其最小值()与 稳定承载力直接相关。能定量地衡量结构丧失稳定的趋势，揭示网壳结构失稳机理。在此基础上，进一步提出了单 层柱面网壳稳定优化设计方法。稳定优化模型以最大化为优化目标，离散的杆件截面为优化变量，考虑规范规定 的各项设计约束条件，在给定用钢量的前提下，提高结构稳定承载力。两个实际工程算例验证了单层柱面网壳稳定优化 设计方法的有效性。 关键词：单层柱面网壳;节点构形度;稳定;稳定优化;优化设计 中图分类号：TU393.3 文献标志码：A DOI ： 10. 13465/j. cnki. jvs. 2018.09.012 Stability optim izationdesignfor single-layer cylindrical domes based on joint well-formedness LU Mingfei, YE Jihong (Key Laboratory of Concrete and Prestressed Concrete Structures of China Ministry of E Southeast University，Nanjing 210018，China) Abstract:St abi li ty i s a key factor in design and analysis of single-layer cylindrical domes. From the perspective of joint well-formedness，the relative gradient of joint well-formedness (g r a_r)was defined here t o f u l l y r e flect the s t a t i c s t a b i l i t y of structures a nd consider the core part directly related t o s t a b i l i t y of external factors，i t s minimum value (g r a_ U b) was directly related t o s t a b i l i t y loads. I t was shown that g r a_r can quantitatively measure lose s t a b i l i t y and reveal domes ’unstable mechanism. On t h i s basis，the s t a b i l i t y optimization design metliod for single-layer cylindrical domes was proposed. Using the st a b i l i t y optimization model，the maximization of g objective，and discrete rods’cross-sections as variables，various design constraint conditions specified in the code were considered，the force-bearing a b i l i t y for the structure s t a b i l i t y was improved under the premise of a given steel-consuming amount. Two practical engineering examples verified the effectiveness of the proposed s t a b i l i t y opti for single-layer cylindrical domes. Key words:single-layer cylindrical domes;joint well-formedness;stability;s t a b i l i t y optimization;optimal design 整体失稳是壳体结构特有的一种失效模式，因此，稳定是网壳结构分析中的一个重要因素。1979年，Riks[1]提出了弧长法，成功解决了在迭代过程中，因刚度矩阵奇异而导致的不收敛问题。经弧长法非线性跟踪，可以准确求得代表网壳结构稳定的临界荷载J r。30多年来，学者们对网壳结构稳定性问题做了深入研究，在计算方法、缺陷、后屈曲性能等方面取得了丰硕成果[2—7]。曹正罡等[8]考虑弹塑性，研究了单层柱面网 基金项目：国家杰出青年科学基金项目（51125031) 收稿日期：2016 -12-09修改稿收到日期：2017 -02-15 第一作者陆明飞男，博士生,1991年生 通信作者叶继红女，博士，教授，博士生导师,1967年生壳弹塑性稳定性能。M a等[9]研究了半刚性节点对单层柱面网壳稳定性的影响。然而，对于网壳结构的静力失稳机理，系统性的研究尚未见报导。 不同于其它杆系结构，稳定性已经超越了强度、刚度问题，成为单层柱面网壳结构设计中的控制性因素。也就是说，单层柱面网壳在经满应力优化设计后，一般难以满足稳定性要求。沈世钊等在20世纪90年代末期，对许多大型复杂单层柱面网壳进行了大规模参数化分析，所得到的部分结论已编入相关设计规程。K a o 等[10]利用线性特征值屈曲荷载，以广义长细比为基础，提出了杆件截面分配法的网壳结构稳定设计方法。其不足在于，以放大系数及经验拟合公式考虑非线性。