某双层柱面网壳钢结构厂房结构设计

李 霞，王 岗

（1.太原大学建筑工程系，山西 太原 030009；2.山西财经大学财经金融学院，山西 太原 030006）

1 网壳屋盖概况

某钢结构厂房采用钢柱支承的双层柱面网壳结构，受场地限制该厂房平面不规则，厂房整体平面图，见图1。屋盖网壳最大跨度31.5m，厚度1.8m，失高5.8m，总高度10.5m，厂房整体侧立面图，见图2，最小跨度9.220m，总长度105m。在方案阶段，根据甲方要求厂房屋面要设计为曲面，同时考虑厂房平面不规则，最后确定采用双层正交正方交叉桁架柱面网壳，下部支承结构采用工字钢柱，厂房整体计算模型三维视图，见图3。网壳节点采用焊接球，柱与网壳连接采用刚接，柱与基础刚接。在本设计中，网壳采用钢管，截面为60×3.0～159×8.0，工字钢柱截面为H700×350×16×20，主体结构采用Q235B钢，理论用钢量为125 t，约 50 kg/m2。

图1 厂房整体平面图

图2 厂房整体侧立面图

图3 厂房整体计算模型三维视图

2 结构计算

2.1 荷载取值

（1）屋面恒荷载：钢管自重，屋面板材0.5 kN/m2。

（2）屋面活荷载：0.5 kN/m2。

（3）风荷载：基本风压为0.4 kN/m2，地面粗糙类型为B类。

（4）雪荷载：0.35 kN/m2。

（5）地震作用：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2 g，场地土类别Ⅲ类。

2.2 荷载组合

建筑物安全等级为二级，重要性系数取1.0，分项系数、组合系数按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）选取，参与组合的荷载：恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载。计算了7种荷载组合如下：①1.20恒荷载+1.40活荷载；②1.20恒荷载+1.40风荷载；③1.20恒荷载+1.40×0.90活荷载+1.40×0.90风荷载；④1.20恒荷载+1.40×0.50活荷载+1.30地震荷载；⑤1.35恒荷载+1.40×0.70活荷载+1.40×0.60风荷载；⑥1.35恒荷载+1.40×0.70活荷载；⑦1.35恒荷载+1.40×0.60风荷载。

2.3 计算结果

表1 结构自振周期

本工程结构采用同济大学编制的3D3S软件进行设计计算，采用有限元分析软件SAP2000进行校核计算。

2.3.1 结构的动力特性计算

结构前9个振型自振周期结果，见表1，部分振型图，见图4。

由振型图和结构的自振周期表可见：①两个程序计算的自振周期很接近，阵型相同只存在微小的差异；②结构的自振周期较小，表明结构的刚度较大；③前两个振型为X向水平振型和扭转振型，均为下部结构振型，这与双层网壳刚度较大，相比下部结构刚度较小相符。从第三阵型开始为Y向弯曲和与Z向弯曲的组合耦合振型，频谱较为密集，这与双层网壳的整体刚度较大的实际情况相符合，充分体现了双层网壳结构的动力特点。

图4 振型图

2.3.2 结构的静力计算

由于篇幅的限制，文章的结构静力计算只考虑1.35恒荷载+1.40×0.70活荷载一种组合的计算。结构最大位移计算结果，见表2，结构的最大内力计算结果，见表3。

由图表可见，两种程序计算结果基本接近。且由上述计算可知，在第一种荷载组合下，双层网壳上弦杆、下弦杆、腹杆均以受压杆件受力最大，其中上弦杆跨中杆件受力最大，下弦和腹杆均为支座附近杆件受力最大。

通过3D3S设计计算和有限元程序SAP2000校核结果表明：各个杆件的强度、稳定和长细比均符合规范要求，该结构稳定可靠，满足设计、施工和使用的要求。

表2 结构最大位移

表3 结构最大内力

3 结束语

近年来，人们对空间结构的认识在不断的深入，它在工程实际中的应用也逐渐广泛。空间结构有着巨大的市场前景和潜力，这种结构在达到自身安全性、耐久性和经济性的同时，还能给人以气势恢宏的力度和美感。现代结构的建筑化，充分体现了力与美的完美统一。

[1]《建筑结构荷载规范》（GB50001—2001）

[2]《钢结构设计规范》（GB50017—2003）

[3]《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）