雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系溫度作用分析

鄭寶磊，宿 坤，馬 寧

（1.山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東博雅建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，山東 濟(jì)南 250013）

目前，大型場(chǎng)館、會(huì)展廳等超大空間結(jié)構(gòu)數(shù)量和難度急劇增長(zhǎng)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)已成為實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)型式，常用形式主要有平面剛架、平面桁架、平面拱及柱面、球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、斜拉網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等。根據(jù)多個(gè)溫度應(yīng)力導(dǎo)致事故的調(diào)查數(shù)據(jù)，大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在高溫差的作用下發(fā)生整體性失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)性破壞的情況并不多見(jiàn)，在節(jié)點(diǎn)球處出現(xiàn)支座移位、變形和圍護(hù)結(jié)構(gòu)脫落等卻時(shí)有發(fā)生，因此研究以溫度為主的多工況作用成為大跨度建筑的主要內(nèi)容。

1 工程介紹

某原煤儲(chǔ)煤倉(cāng)項(xiàng)目平面尺寸為95.0m×184.0m，結(jié)構(gòu)高度為36.0m。結(jié)構(gòu)體系為雙層柱面網(wǎng)殼（正方四角錐，殼體厚3m），曲面為三心圓弧，材質(zhì)為Q235B，屋蓋采用壓型鋼板。儲(chǔ)煤倉(cāng)施工示意圖如圖1所示。

圖1 施工示意圖

2 計(jì)算模型分析

計(jì)算的基本條件如表1所示。

采用SAP2000和3D3S軟件進(jìn)行分析，列出8種工況分別計(jì)算并對(duì)比受力和變形性能。殼體節(jié)點(diǎn)變形圖如圖2所示。數(shù)據(jù)分析：殼體中點(diǎn)頂部為變形最大位置處，每種工況呈現(xiàn)出的變形基本與結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性一致。

殼體構(gòu)件內(nèi)力圖如圖3所示。數(shù)據(jù)分析：受力特性與荷載特性基本一致，支座端部受力較大，溫度作用下，支座端部處的約束應(yīng)力最大，采用橡膠支座或者彈性支座與之抵消、釋放溫度應(yīng)力十分必要。

表1 計(jì)算的基本條件

3 溫度作用下支座內(nèi)力分析

取殼體4個(gè)不同位置的支座內(nèi)力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較溫度作用的影響程度，如表2所示。

表2 支座內(nèi)力 （單位：kN）

數(shù)據(jù)分析：Y向超長(zhǎng)，溫度應(yīng)力沿著縱向逐步加大且此方向應(yīng)力無(wú)法抵消和釋放，Y向采用適當(dāng)剛度的彈性支座放張應(yīng)力，X方向適當(dāng)放松約束與之配合，能起到很好的釋放效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

圖2 殼體節(jié)點(diǎn)變形

圖3 殼體構(gòu)件內(nèi)力

對(duì)比不同工況的內(nèi)力、變形，重點(diǎn)突出溫度對(duì)構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)、各種位置支座的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)適當(dāng)剛度和合理放張的支座能有效抵消溫度作用。剛性支座在抵消溫度應(yīng)力方面不能起到有效作用，個(gè)別位置甚至起到相反的作用，不利于殼體結(jié)構(gòu)的空間性能的發(fā)揮，合理地設(shè)置支座剛度對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置、降低溫度應(yīng)力是有利的。