钢结构单层网壳设计

第〇章第4章网架和网壳结构CAD1基础知识1.1关于网架和网壳结构的概述空间网架和网壳结构是近几年来非常流行的大跨度钢结构形式, 其盛行的原因主要有两方面。

一是受力好和空间刚架好, 二是工厂化生成和安装方便。

以节点划分主要有两种类型: 焊接球与螺栓球, 尤以螺栓球较为普遍。

螺栓球网架和网壳中构件主要有: 杆件、螺栓球、封板锥头、高强螺栓和套筒（无纹螺母）。

以基本单元几何构成来分就很多了, 常用的是正交正放四角锥。

不同位置构件的称谓见图:1.2设计流程1.3了解一些AutoCADGDCAD的图形平台是AutoCAD R14；需要利用其右边的屏幕菜单, 如果AutoCAD R14的屏幕菜单被关闭, 请点击菜单“Tools—Preferences—Display”, 在第一项关于“Screen Menu”上作出选择。

2GDCAD中常用的命令是“Dview”, 主要用来看模型的空间透视图, 具体在command: 下键入“DV”回车然后选择对象, 键入“CA”后可动态显示透视图。

3AutoCAD 与用户的交流主要是对话框与文本区, 按“F2”可显示或关闭文本提示区。

4一个平板网架的工程实例4.1建立工程点击桌面上“网架网壳CAD”快捷方式, 进入主菜单, 点击“工程—新工程”, 在工程卡片上填写工程名比如“GDTEST”, 指定工程存放路径及AutoCAD R14的路径, 程序自动在工程存放路径下建立“GDTEST”子目录（或称文件夹）, 以后所有与该工程有关的文件全部放在其下面。

4.2建立零部件库文件4.3点击“零部件规格—重组规格”, 屏幕出现规格卡片, 左边是读取路径, GDCAD安装完成后, 程序目录下带有一“DATA”子目录, 内部包含某一种网架加工厂家的零部件规格系列, 因此缺省的读取路径指向“DATA”子目录, 点击“读取”按钮, 显示钢管等零部件序列编号, 如果不准备采用某一序号, 请点击该序号去掉其前面的“(”选择符。

基于性能的大跨度钢结构设计要点及注意事项摘要：钢结构具有塑性好、强度高、重量轻等优点，目前被广泛使用、本文主要运用文献法、调查法，从性能角度出发，研究分析大跨度钢结构的设计要点及注意事项，就如何做好大跨度钢结构设计提几点看法，以供借鉴参考。

关键词：大跨度钢结构；性能；设计要点；注意事项大跨度钢结构，指的是横向跨越60m的钢结构。

大跨度钢结构目前主要有网壳结构、网架结构、悬索结构以及薄壳结构、膜索结构这几种结构形式【1】。

与其他类型的大跨度结构相比，大跨度钢结构的强度高、刚度大、质量轻、噪声低、环境污染小且制造简单，具有更高的实用性。

目前，世界许多国家都开始大范围采用钢结构，据不完全统计，全球超高层、大跨度结构中的一半都为纯钢结构，国外的高档住宅中有60%都使用了钢结构，在我国对钢结构尤其是大跨度钢结构的应用率也在逐年提升。

【2】尽管对大跨度钢结构的使用率在逐年提高，但与之相配套的技术、产品等还有提升空间，尤其是在设计方面还需不断改善优化。

下面结合实际，对基于性能的大跨度钢结构设计及应用有关问题做具体分析。

1大跨度钢结构设计方法1.1选取计算模型在进行大跨度钢结构设计时，要有准确的计算模型，计算模型的精确度关系到最终的设计效果与质量，因此在设计时不能将计算模型随意简化，要尽量根据建筑图建立合理的计算模型，提高模型精度，以保证最终的设计质量。

在进行设计时，要注意次构件的设计合理性，次构件对整个结构也有很大影响，所以在设计次构件时必须考虑性能、安全、质量与经济，在保证结构性能的基础上尽可能节约大跨度钢结构材料，降低工程造价【3】。

1.2节点构造设计大跨度钢结构构件多，构件之间的连接比较复杂多变。

设计节点构造时，需先确定构件连接方式、构件截面尺寸、大跨度钢结构受力情况等，综合这些因素科学选择最为合适的节点构造形式。

在选择好节点构造形式后，需将相关的数据代入模型进行计算，以保证整个结构受力合理，大跨度钢结构体系安全稳定。

大跨度单层网壳结构点式支撑体系施工工法1、前言在大跨度施工领域，受施工环境的限制需采用分片高空原位拼装时，一般均需搭设胎架支撑体系。

当施工区域难以设置塔吊，需要汽车吊在大跨度单层网壳结构下方进行吊装作业，若采用传统满堂架或标准化胎架支撑体系，汽车吊行走、作业区域将受到很大限制，难以覆盖整个钢结构区域。

点式支撑体系可以很好地解决这个问题，采用点式支撑体系的大跨度单层网壳结构下方有充足的空余区域，汽车吊可在结构下方自由行走，吊装区域覆盖整个钢结构。

该工法应用后，在大大提高现场施工生产效率的基础上，保证了钢结构安装的安全性，有效提高了安装的精确性，获得了良好的社会与经济效益。

其在钢结构施工支撑胎架体系领域的创新，显著推进了大跨度单层网壳钢结安装技术的发展。

2、工法特点2.1以结构分段定制胎架支撑点，减少现场胎架安装量，提高现场施工生产效率；2.2以施工要求确定胎架形式，预留汽车吊的行走作业区域，实现汽车吊全区域作业；3、适用范围本工法适用于无塔吊覆盖采用汽车吊施工的大跨度单层网壳结构。

4、工艺原理大跨度单层网壳结构点式支撑体系适用于采用汽车吊施工的大跨度单层网壳结构。

根据结构特点、结构分段定制点式支撑胎架，仅在需在支撑的分段点位设置竖向支撑胎架。

然后根据汽车吊外形尺寸、行走吊装参数确定各竖向胎架间水平、斜向杆件，保证胎架体系稳定性。

汽车吊能够在结构下支撑体系内部自由行走从而覆盖整个结构区域的安装。

5、施工工艺流程及操作要点5.1单层网壳结构吊装分段根据结构特点和汽车吊性能合理将结构分成“条”或“片”装吊装单元。

5.2点式支撑体系设计图5.2 单榀胎架杆件、顶部、底部转换措施示意5.2.1竖向主支撑杆件竖向杆件是支撑结构的主要受力杆件。

杆件的布置应根据结构的吊装分段设置，确保和每吊装分段形式临时的稳定结构。

杆件的截面根据其顶部的结构反力计算确定。

5.2.2水平/斜向联系杆件水平/斜向联系杆件主要是为了保等胎架体系的稳定性。

天津于家堡大跨度单层网壳结构设计与分析陈志华;徐皓;王小盾;宋长江;高修建【摘要】天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构，南北向跨度为144,m，东西向跨度为81,m，矢高为25,m，是目前国内跨度最大的单层网壳结构。

基于仿生学设计理念，建筑造型模仿贝壳形状和纹理，焊接箱形杆件沿空间螺旋线交织布置。

结合于家堡大跨度单层网壳结构，详细介绍了该单层网壳的结构设计和布置形式，并对其稳定性能和动力特性进行了研究，为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供工程参考。

%The roof of Tianjin Yujiapu transport hub is a single-layer reticulated shell structure,which has a north-south span of 144,m,an east-west span of 81,m and a vector height of 25,m,and this structure is a single-layer re-ticulated shell with the largest span in China at present. Based on the design concept of bionics,the shell simulates the shape and texture of a conch,and its welded-box members distribute along spatial spirals. With regard to the large-span single-layer reticulated shell of Yujiapu,its structural form and design were described in detail. Then sta-bility properties and dynamic behaviors of the structure were studied. The purpose of this paper is to provide a refer-ence for the design of long span and irregular single-layer reticulated shell.【期刊名称】《天津大学学报》【年(卷),期】2015(000)0z1【总页数】5页(P91-95)【关键词】于家堡;单层网壳;结构设计;稳定分析;动力特性【作者】陈志华;徐皓;王小盾;宋长江;高修建【作者单位】天津大学建筑工程学院，天津 300072; 天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072;天津大学建筑工程学院，天津 300072;天津大学建筑工程学院，天津 300072;铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251;铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251【正文语种】中文【中图分类】TU393.3现代空间结构中，网壳结构常被用于覆盖大跨度无柱空间，是大跨度结构的较理想的结构形式之一．其中单层网壳又因杆件少、节点构造简单、建筑造型美观、结构受力合理、施工方便和经济等特点，具有较好的发展前景[1-2]．随着单层网壳结构跨度的不断增大，网壳结构的稳定性和动力性能变得越来越重要，已成为结构设计中不可忽略的关键问题[3-4]．本文结合天津于家堡大跨度单层网壳结构，详细介绍了该单层网壳的结构设计和布置形式，并对其稳定性能和动力特性进行了研究，为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供工程参考．于家堡位于天津市塘沽区海河北岸，东西南三面临海河．京津城际延伸线于家堡综合交通枢纽位于于家堡中心商务区北端，东接规划中央大道，南邻规划于仁道，西接规划堡京路，北邻现状新港路．该交通枢纽连接京津城际延伸线及多条地铁线，总建筑面积约20余万平方米，铁路车场设置于地下，车站规模包括3座岛式站台与6条到发线．新建站房最高聚集人数约2,000人，远期每日旅客发送量达50,000人次，高峰小时发送量约为5,000人次．该交通枢纽周边设置有出租车停车场、社会车停车场、公交中心及控制中心等一系列配套设施，从而形成一个庞大、便利的交通枢纽中心．于家堡综合交通枢纽整体效果图如图1所示．天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用大跨度单层网壳结构，南北向跨度为144,m，东西向跨度为81,m，矢高为25,m，是目前国内跨度最大的单层网壳结构．基于仿生学设计理念，模仿贝壳形状和纹理，焊接箱形杆件沿空间螺旋线交织布置，构成非规则的空间曲面造型．站房屋面采用ETFE膜材以达到整体结构简洁、轻巧、通透并与周围环境完美结合的效果．网壳南侧设主入口，东西两侧各设一个次入口，各入口门洞均为三角形样式；网壳顶部设有较大面积的天窗．网壳结构的平面图、立面图分别如图2和图3所示．于家堡大跨度单层网壳结构的杆件均采用Q345C钢材．由于网壳网格大小、疏密不一，故网壳结构不同部位的杆件类型和截面大小不同，杆件截面参数详见表1，各截面分布如图4所示．于家堡单层网壳结构通过36个支座与地下结构相连，约束条件为释放环向位移、约束径向和竖向位移的铰支座．于家堡单层网壳结构所承受的荷载除恒荷载外，还有活荷载、风荷载、雪荷载、温度效应等多种可变荷载作用[5-8]．具体如下．(1) 恒荷载除网壳杆件自重外，还有：① 杆件附加恒荷载：用于模拟屋面排水沟、建筑装饰材料、灯具及屋盖吊挂荷载，顺时针发散的杆件取3.9,kN/m，逆时针发散的杆件取2.0,kN/m，顶环梁杆件取1.0,kN/m；②节点附加恒荷载：用于模拟节点板重量，节点板重量根据与之相连的杆件尺寸大致分为2.5,kN、5.5,kN、7.0,kN 3类；③天窗附加恒荷载：用于模拟天窗双层夹胶玻璃及其他附件，取2.0,kN/m2；(2) 活荷载：为最小不上人的屋面活荷载，取0.5,kN/m2，按满跨分布；(3) 风荷载：由于网壳曲面非规则，坡度变化较大，且结构重要性较高，故应由风洞试验确定风荷载，初步分析时暂时模拟4种风向并保守取值；(4) 雪荷载：基本雪压取0.4,kN/m2，模拟雪的不均匀堆积和不均匀除雪，按满跨或各种半跨分布；(5) 温度效应：模拟冬季均匀降温和夏季不同日照条件下的不均匀升温，设计温差为±25,℃，局部升温可达30,℃．考虑了73种荷载基本组合和66种荷载标准组合．经分析，该单层网壳结构的最大等效应力为183.6,MPa，远小于Q345,C钢材的强度设计值295,MPa；最大位移为122,mm(如图5所示)，小于其位移限值L/400＝200,mm的设计要求．于家堡大跨度单层网壳结构强度及位移均满足设计要求，结构体系合理、具有良好的力学性能．4.1 特征值屈曲分析对于家堡大跨度单层网壳结构进行特征值屈曲分析，荷载工况选取1.0恒＋1.0全跨活．经分析，该单层网壳结构的前10阶特征值详见表2，前3阶屈曲模态如图6所示．4.2 非线性稳定性分析根据《空间网格结构技术规程》[7]文献[9]，进行网壳全过程分析时应考虑初始几何缺陷(即初始曲面形状的安装偏差)的影响，采用一致缺陷模态法引入初始几何缺陷，缺陷分布可采用结构的最低阶屈曲模态，缺陷峰值可取网壳短跨的1/300．对于家堡大跨度单层网壳结构进行非线性稳定性分析．经分析，该单层网壳结构考虑初始缺陷和几何非线性时的稳定系数为5.93，考虑初始缺陷和双重非线性时的稳定系数为5.26，满足规范[7]要求，该单层网壳结构的稳定性较好．于家堡大跨度单层网壳结构的抗震设防类别为乙级，设计地震分组为第2组，场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，小震加速度峰值为55,cm/s2，大震加速度峰值为310,cm/s2．按8度采用抗震构造措施，以提高结构的整体抗震性能．对于家堡大跨度单层网壳结构进行自振特性分析[10]．经分析，该单层网壳结构的前10阶自振频率详见表3，前3阶自振模态如图7所示．天津于家堡大跨度单层网壳结构，南北向跨度为144,m，东西向跨度为81,m，矢高为25,m，是目前国内跨度最大的单层网壳结构．本文结合于家堡单层网壳结构，详细介绍了该单层网壳的结构设计和布置形式，并对其静力性能、稳定性和动力特性进行了分析研究．其建筑外观为贝壳形状，焊接箱形杆件呈空间双螺旋交织布置，为非规则的空间曲面造型．分析结果表明：(1) 该网壳结构在静力荷载作用下的强度及位移均满足设计要求；(2) 该网壳结构考虑初始缺陷和几何非线性时的稳定系数为5.93，考虑初始缺陷和双重非线性时的稳定系数为5.26，具有良好的稳定性能；(3) 该网壳结构的基频为1.54,Hz，且自振频率分布较为密集，结构刚度较好．综上所述，于家堡单层网壳结构体系合理，这种空间双螺旋线交织布置的杆件布置方式能够较好地满足结构强度和刚度要求，整体结构具有良好的稳定性能和动力特性．本文为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供工程参考．【相关文献】［1］王成博，毕继红，田力，等. 单层网壳结构性能分析[J]. 空间结构，1997，3(4)：14-21. Wang Chengbo，Bi Jihong，Tian Li，et al. Analysis on properties of single layer latticed domes[J]. Spatial Structures，1997，3(4)：14-21(in Chinese).［2］徐皓，陈志华，王彬. 非对称荷载对大跨度非规则单层网壳结构性能的影响[J]. 建筑钢结构进展，2012，14(1)：14-19，38. Xu Hao，Chen Zhihua，Wang Bin. The effect of asymmetrical loads on the structural performance of large-span anomalous single-layer reticulated shell[J]. Progress in Steel Building Structures，2012，14(1)：14-19，38(in Chinese).［3］韩庆华，杨志，潘延东，等. 单双层球面网壳结构的静力特性及其稳定性能分析[J]. 天津大学学报，2002，35(4)：447-451. Han Qinghua，Yang Zhi，Pan Yandong，et al. Static behavior and stability analysis of single-double layer reticulated dome[J]. Journal of Tianjin University，2002，35(4)：447-451(in Chinese).［4］尹越，韩庆华，刘锡良，等. 北京2008奥运会老山自行车赛馆网壳结构分析与设计[J]. 天津大学学报，2008，41(5)：522-528. Yin Yue，Han Qinghua，Liu Xiliang，et al. Analysis and design of reticulated dome of Laoshan cycling gymnasium for the Beijing 2008 Olympic Games[J]. 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自由曲面的大跨度单层网壳结构钢结构深化设计与制作【摘要】：联合国地理信息管理-德清论坛会址是一个自由曲面的大跨度单层网壳结构体系，项目运用Tekla Structures软件在钢结构方面的建模、出图、加工制作进行介绍。

【关键词】：Tekla Structures，钢结构，网壳结构，三维建模，出图一、工程概况联合国全球地理信息管理德清论坛会址为自由曲面的大跨度空间单层网壳空间结构，由大小不一、平面形状不同的三角形钢结构组成不对称的几何曲面体。

工程结构外壳采用钢结构结合不锈钢，表面为玻璃幕墙和铝单板幕墙，外壳内采用钢-混框架结构体系。

建筑物东区长度192米，西区长度160米，最大跨度128米。

东、西两区建筑高度为31.1米，东区屋盖为地上三层，地下一层，西区屋盖为地上四层，地下一层。

工程东、西区钢屋盖：由22榀大小尺寸不同的椭圆形、异型钢拱架、钢连梁、V形方管钢柱、V形圆管钢柱组成。

钢材材质为Q345B，总用钢量为4600吨，单构件最大重量为22吨。

由于本工程钢结构构件规格种类较多，其中主结构钢梁为弧形结构，弧度的弯曲每一榀、每一个构件都不一样，其中有部分构件需要进行弯曲成型，钢桁架曲率多样，所以在工厂生产加工中钢管弯曲的施工工艺也不相同。

自由曲面的大跨度空间单层桁架屋面钢结构，是目前国内少有的无规则，变截面自由曲面。

东区屋盖艺术飘带西区屋盖二、工程特点、难点分析：自由曲面的大跨度空间单层网壳空间结构呈椭圆形外壳，钢结构主梁拱架为椭圆曲线刚架，钢拱架之间连接方管次梁。

钢结构形式有圆管Y型柱、箱形Y型柱组、箱形梁、箱形变截曲钢梁、箱型次梁组成，其中节点形式多样，连接形式较为复杂且每个杆件的斜率、曲率都不一样。

三、Tekla Structures建模前期准备工作3.1技术设计组成立详图深化设计组，指定深化设计人员与设计院结构设计师协调，熟悉结构设计图纸，领会设计药店，确保深化设计按照结构总体要求进行。

3.2制定深化设计工期计划表根据项目总进度计划合理安排“钢结构深化进度”，明确项目批次计划、设计、加工生产、安装计划，确保项目总体进度的完成。

结构设计攻略之网壳结构完美设计法1、网壳是什么网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。

其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。

此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。

网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

2、网壳的发展史网壳结构的雏形——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。

古代的人类通过详细观察，利用仿生原理，为了有一个更好的生存空间，常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来模仿如蛋壳、鸟类的头颅、山洞的，搭造穹顶结构，即最初的帐篷。

随着建筑材料的发展，穹顶的石料，后面逐渐被砖石取代。

穹顶的跨度一般不大，在30m~40m左右，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。

到19世纪，铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元，近代钢筋混凝土结构理论的出现及应用开辟了大跨度薄壳穹顶的新领域。

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。

耶拿天文馆随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用,富有想象力的工程师开始了对穹顶结构使用各种杆件形式。

公认的“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用, 他在薄壳穹顶的基础上提出了一种新的构造型式,即把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线,并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,这样穹顶表面的内力分布会更加均匀,结构自身重量也会进一步降低,从而可跨越更大空间。

这样的穹顶结构实际上已是真正的网壳结构,即沿某种曲面有规律的布置大致相同的网格或尺寸较小的单元,从而组成空间杆系结构。

施威德勒网壳3、已建成的网壳赏析富勒球1962年11月13日，经过百般周折，加拿大终于获得1967年蒙特利尔世博会的举办权。

B.0.1施工组织设计/施工方案报审表工程名称： 连云港新丝路零点绿地新建工程 编号：B.0.1— 第五版表 江苏省住房和城乡建设厅监制致： 连云港市科力建设监理有限公司 （项目监理机构）我方已完成 炫舞广场 工程施工组织设计/（专项）施工方案的编制和审批，请予以审查。

附：□ 1施工组织设计□ 2 工程安全专项施工方案□ 3 工程施工方案□ 4本次申报内容系第 次申报。

施工项目经理部（盖章）项目经理（签字、执业印章） 年 月 日项目监理机构签人姓名及时间施工项目经理部签 收人姓名及时间审查意见：专业监理工程师（签字） 年 月 日审核意见：项目监理机构（盖章）总监理工程师（签字、加盖执业印章） 年 月 日 建设单位签收 人姓名及时间 项目监理机构签 收人姓名及时间审批意见（仅对超过一定规模的危险性较大的分部分项工程专项施工方案）：建设单位（盖章）建设单位代表（签字） 年 月 日 注：1、施工项目经理部至少在计划开工日期前7天提出本报审表，给项目监理机构、建设单位审查、审批留出必要的时间。

2、本表一式三份，项目监理机构、建设单位、施工单位各一份。

连云港新丝路零点绿地新建工程炫舞广场施工组织设计编制人：审核人：2017年3月天津泰达绿化集团有限公司第一章综合说明及施工组织方案的编制特点本工程为连云港新丝路零点绿地新建工程炫舞广场雕塑工程，本工程采用单层网壳钢结构体系，竖向悬挑15m，结构最高点标高15.000m。

1. 编制特点一、本施工组织设计严格按照招标文件及图纸进行编制。

在人员、机械、材料调配、质量要求、进度安排等方面采用统一部署的原则下。

二、根据本工程设计特点、功能要求，本着对本项目资金合理利用，对工程质量的终身负责，以“科学、经济、优质、高效”为编制原则。

三、我公司对此次施工组织设计的编制高度重视，召集了参加过类似工程施工、有丰富管理及施工经验的人员，在仔细研究图纸，明确工程特点、充分了解施工环境、准确把握项目单位要求的前提下，成立编制专题小组，集思广益、博采众长，力求本方案切合工程实际，思路先进，可操作性强。

目录1 题目 (1)2 验算依据 (1)3 计算简图 (2)4 荷载信息 (2)5 ANSYS有限元分析 (3)5.1 结构线性整体稳定 (3)5.2 完善结构几何非线性整体稳定 (5)2.1 带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定 (7)2.2 带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定 (10)6 稳定性系数和性态进行分析、比较 (13)6.1 极限承载力分析 (13)6.2 初始缺陷分析 (14)6.3 带初始缺陷的大位移弹塑性分析 (15)附录本文采用的ANSYS有限元分析命令流 (16)1题目单层球面网壳，跨度40m，矢跨比f／L=1／5，网格环向分6份。

杆件材料：Q235，截面均取圆钢管Φ114.0X4.0，网壳节点刚接，周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。

结构网格形式采用联方型网壳满跨均布恒载(q)：结构自重(杆件部分)+屋面(0.3kN/m2)半跨均布活载(p)：p =0.5q整体稳定计算内容结构线性整体稳定—给出整体失稳稳定系数值(20)和模态(6)；完善结构几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；带缺陷结构大位移几何非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；带缺陷结构大位移弹塑性非线性整体稳定—给出荷载-位移曲线；对各种稳定性系数和性态进行分析、比较，说明特点。

为了便于比较，取各网壳最高点的λ－w曲线作为比较的对象。

2验算依据主要计算根据是：1）罗老师提供的数据文件和资料，以及草图等。

2）我国现行有关规范、规程，主要包括：《建筑结构荷载规范》（GBJ50009-2001）《建筑抗震设计规范》（GBJ50011-2001）《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003）《网架与网壳技术规程》（JGJ61-2003）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）《钢结构工程施工及验收规范》（GB50205-2001）本次验算采用了通用有限元软件Ansys进行计算。

3计算简图计算简图4荷载信息1)恒载(1) 屋面 0.30kN/m2(2) 自重（包括表面覆盖） 0.55 kN/m2分项系数：1.2则分散到每个节点上的力为 1.2x3.14x20x20x(0.3+0.55)/109=11.8 kN/m22) 活载(1) 取恒载一半 0.43 kN/m2分项系数：1.4只加半跨则分散到每个节点上的力为 1.4x3.14x20x20/2x0.43/61=6.20 kN/m2加载图5ANSYS有限元分析5.1结构线性整体稳定ANSYS分析结果前20阶稳定系数如下：***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE1 0.52381 1 1 12 0.52455 1 2 23 0.69295 1 3 34 0.71452 1 4 45 0.81106 1 5 56 0.84886 1 6 67 1.0803 1 7 78 1.1275 1 8 89 1.1316 1 9 910 1.1498 1 10 1011 1.2856 1 11 1112 1.3440 1 12 1213 1.4580 1 13 1314 1.5013 1 14 1415 1.5428 1 15 1516 1.6217 1 16 1617 1.6677 1 17 1718 1.7336 1 18 1819 1.7860 1 19 1920 1.9184 1 20 20其中前六阶失稳模态如下：1JAN 5 2007第1阶失稳模态第2阶失稳模态第3阶失稳模态第4阶失稳模态JAN 5 2007JAN 5 2007第5阶失稳模态第6阶失稳模态5.2完善结构几何非线性整体稳定(1)我们仍然假定顶点产生1000mm的位移时，结构达到承载力极限。

第一节钢结构现场安装及索预应力张拉方案第一小节脚手架及结构加固措施体育馆屋盖为单层网壳，其安装过程对支架的要求非常高，特别控制施工过程中结构的应力和变形是重点，同时保证在结构被支撑的情况下不影响环向索和径向拉杆的布索和张拉施工。

所以整个结构对脚手架的设计提出了较高的要求。

■ 1 一、脚手架设计的控制原则1、变形控制网壳结构施工过程中，脚手架承受承受整个结构的重量，由于结构为球冠体系，由此满堂架还承受一定的水平荷载，由此承重胎架属于复杂的受力体系。

脚手架在施工过程中的变形直接影响了网壳的安装精度，对预应力施工影响比较大。

因此操作架的设计要使得在施工荷载作用下的变形需满足规范和本工程技术条件的要求。

2、稳定性和刚度满足要求满堂架具有一定的高度，最高约28m高，在施工过程中需要严格保证其稳定。

3、沉降量控制满堂架在受力后产生的沉降量不应超过5mm。

4、满足预应力施工要求由于预应力施工在结构形成之后，且索穿行在结构于脚手架内部，脚手架的设计直接影响到预应力索的布索和张拉。

满足预应力施工要求是脚手架控制的重点和难点。

■ 2 二、满足预应力施工要求的二阶平台设计1、通过对上述情况的充分理解和对钢结构和预应力索施工方案的充分研究，我们提出了满足预应力施工要求的二阶平台设计思想。

即脚手架平台搭设分两阶段进行，第一阶段搭设平台控制在预应力索撑杆的下端节点以下约500mm的水平位置处，此步完成后形成一阶梯状台阶。

一阶平台搭设好后，开始铺设预应力索，将索卷用吊机吊至一阶平台上后，在撑杆垂直下方将环向索张开，形成圆形，搁置在满堂架上。

2、一阶平台搭设完成，开始搭设二阶平台，此时的二阶平台以一阶平台为基础，往上搭设，满足网壳安装要求。

3、考虑到环向索的张拉及撑杆的安装，在网壳结构安装完成后，需要设置一部分支撑支承整个结构，且支承应该不影响预应力索的张拉。

4、我们对施工过程的验算结果，对结构采取隔环设置支撑的方式能满足对结构支承的要求。

单层曲面网壳钢结构屋面施工技术张骁雄; 任鹏; 徐纲【期刊名称】《《建筑施工》》【年(卷),期】2019(041)008【总页数】3页(P1480-1482)【关键词】单层曲面网壳; 钢结构屋面; 安装; 模拟分析; 卸载【作者】张骁雄; 任鹏; 徐纲【作者单位】中亿丰建设集团股份有限公司江苏苏州 215131; 江苏沪宁钢机股份有限公司江苏无锡 214200【正文语种】中文【中图分类】TU758.151 工程概况苏州中心广场项目工程位于苏州工业园区金鸡湖西侧，该工程项目是集酒店、办公、公寓、文化、娱乐等为一体的现代商业广场。

苏州中心大鸟型屋面是世界上最大的单层自由曲面结构，同时也是世界上最大的无缝连接多栋建筑的采光顶（图1）。

图1 大鸟型屋面总体效果图大鸟型屋面结构跨越整个建筑结构区域，覆盖在整个结构楼层上方。

整个屋面的建筑总面积为35 000 m2，建筑最大外轮廓线为470 m×100 m；展开长度约630 m，东西向约180 m；屋面最大跨度位于整个结构中间部位，其余部分位于两侧的商业部分屋面结构上，形成一个巨大的装饰结构。

根据建筑师和业主要求，屋盖结构要求尽可能轻盈，且中间不允许设置伸缩缝。

整个屋面为单层多曲面网壳结构，空间结构异常复杂，网壳面均为空间异形多曲面形状[1-2]。

大鸟型屋面结构主要包括屋面曲面网格、树形支撑结构、V形支撑结构及侧面水平支撑杆等结构。

2 单层曲面网壳屋面钢结构施工难点1）大鸟型屋面结构整体空间造型异常复杂，空间位置复杂多变，整个屋面为单层多曲面网壳结构，每个网格均为空间四边形，由小截面构件组成，且结构最大跨度超过40 m，因此结构刚度较小。

在施工安装阶段，结构的安装变形控制难度极大，给结构安装带来很大挑战。

2）本工程构件受外形尺寸和安装机械起重质量的限制，采用分段方法进行吊装安装，由此造成现场高空焊接工作量很大，焊接变形很难控制。

3 施工方案选择目前钢结构施工方法有很多，如高空散拼法、分块安装法等。

0 引言随着中国经济的高速发展，对体育馆、交通枢纽、会展中心、文化建筑的需求日益增大，极大地推动了我国空间结构的研究与工程实践的发展，并取得了丰硕的成果[1]。

张涛[2]在济南万象城幕墙支撑结构设计概况中提出，近年来随着商业地产的高速发展，大型商业综合体项目越来越多，产品出现高度同质化，开发商为打造专属的建筑特点，在空间营造上追求“大挑空、大采光、大通透”，一些空间形状复杂、悬挂质量大、系统刚度柔、节点构造复杂的大跨度空间结构体系被广泛应用于幕墙支承结构，其中单层网壳被广泛应用于商业综合体项目采光顶支承结构。

单层网壳属于缺陷敏感型结构，稳定性起主要控制作用[3]。

结构失稳主要分为第一类失稳和第二类失稳两种基本形式。

第一类失稳通常是指结构荷载增加至一定数值时，结构由原来平衡状态变为另外一个平衡状态，该类失稳又称为分支点失稳或平衡分岔失稳；第二类失稳是指结构在大变形和大位移的不稳定的发展过程中，没有新的变形形式出现，失稳时结构平衡形态本质没有发生改变，这类失稳也称极值点失稳。

跳跃失稳与极值点失稳性质类似，通常也被归为第二类失稳问题。

两类稳定问题的主要区别是荷载—位移曲线上是否出现分支点，工程中存在的结构失稳多数是第二类失稳问题[4]。

第一类稳定问题是求解特征值，结构失稳发生在结构变形前，不考虑初始几何缺陷、材料弹塑性对结构极限承载力的影响，采用的是理想模型和小挠度理论，属于弹性阶段的线性分析，《钢结构设计标准》（GB50017-2017）称之为一阶分析法[5]；第二类稳定分析采用的是变形后的非理想模型和大挠度理论，极值失稳发生在结构变形后，考虑初始几何缺陷、材料弹塑性和几何非线性对结构极限承载力的影响，属于非线性分析，与《钢结构设计标准》中提出的二阶分析法存在一定的共同点。

单层网壳属于缺陷敏感型结构，安全性依赖结构具有良好的极限承载力，单层网壳的构件在制作、运输、测量、空间拼装、焊接过程中累积的几何误差及构件材料本身的缺陷会对单层网壳的极限承载力造成重大的影响，以上几何误差及材料缺陷统称初始几何缺陷。

新疆通艺市政规划设计院新疆乌鲁木齐概要：内蒙古某体育馆直径98.6米，跨度最大91.8米，建筑面积约1.8万平方米，地下一层，地上四层，高33米，屋盖采用空间钢管桁架结构设计，桁架高3.6米，屋盖中心采用玻璃球顶，直径20米，中心凸起的玻璃屋盖采用单层网壳结构，本文对此建筑进行系统分析，供类似结构设计参考。

关键词：体育馆、大跨度、屋盖、钢结构1工程概况本工程规划地址位于内蒙古某市，建筑造型美观大方，融入了蒙古包等多种当地文化元素，是一座富有民族特色的体育文化建筑。

建筑面积约1.8万平方米，地下一层，地上四层，高33米。

效果图见：图1 轴测图、图2 立面图图1轴测图图2立面图本工程主体结构采用混凝土框架，基础采用独立基础+防水筏板。

屋面最大直径98.6米，跨度91.8米，两侧各悬挑3.4米，采360度卷边压型彩钢板屋面，屋面结构为空间钢管桁架结构，屋顶局部采用玻璃球面，直径20米，考虑结构透光和美观性，综合各方意见，中心凸起的玻璃屋盖采用单层网壳结构。

如下所示：图3图32荷载取值（1）恒载标准值（含檩条）：彩钢板0.6KN/m2。

玻璃屋面1.5KN/m2。

恒载按展开面积计算，实际加载时根据屋面坡度进行计算放大。

（2）屋面活荷载标准值： 0.5KN/m2。

屋面活荷载按实际投影面积进行加载。

计算时应考虑半跨不均匀分布。

（3）风荷载标准值：根据《建筑结构荷载规范》，按100年重现期取基本风压：0.6kN/m2,地面粗糙度B类，由于建设方不能提供风洞试验报告，风荷载体形系数参考规范取值-0.6~-0.8，屋顶突出屋面局部考虑正风压0.6。

（4）雪荷载标准值：根据《建筑结构荷载规范》，按100年重现期取基本雪压：0.3kN/m2,雪荷载准永久值分区为Ⅱ类，屋面造型周边为凹型，需考虑积雪荷载。

（5）地震荷载：地震设防烈度为7度.基本地震加速度值为0.15g，地震分组为第一组，阻尼比为0.035，场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.45秒。