钢结构单层网壳设计本科学位论文

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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。

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Design of steel single-layer reticulated shell

––an ellipsoid reticulated shell

Author LIANG Jiang Hao

(Major: Civil Engineering)

Supervisor GUO Xiao Nong

(Department: Building Engineering)

【Abstract】

Single-layer reticulated steel shell is pleasing in appearance, and is a popular at home and abroad.There are broad prospects for development of the spatial structure. Reticulated shell structures have the following characteristics:

1 .The member of reticulated shell is under axisial force mainly.

2 .Reticulated shell can have Rich appearance.

3 .Reticulated shell is easy to construct.

Design tasks:

(1)Spatial modeling of reticulated shells, including structure shaping and meshing;

(2)Stress analysis;

(3)Element design, including determining effective calculation length and section design;

(4)Details design;

(5)Global stability analysis;

(6)Construction drawing;

(7)Calculation sheet arrange.

【Keyword】global stability, large-span spatial structure ,single-layer reticulated shell……

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目录

1 设计概况 (1)

2结构模型 (1)

2.1 计算简图 (1)

2.2 结构几何信息 (1)

2.3 结构荷载信息 (1)

2.3.1恒荷载 (1)

2.3.2活荷载 (2)

2.3.3风荷载 (2)

2.3.4地震荷载 (3)

2.4 荷载组合 (4)

3结构计算 (4)

3.1 内力计算结果 (4)

3.1.1 各个杆件的最不利内力及对应组合 (5)

3.1.2 各效应组合下最大支座反力 (5)

3.1.3内力统计 (5)

3.2 位移计算结果 (7)

3.2.1 工况位移 (7)

3.2.2 组合位移 (8)

3.3自振特性 (9)

3.4 设计验算结果 (10)

4 手算部分 (10)

4.1任选一个单元按压弯构件进行手算 (10)

4.2焊接空心球节点 (12)

4.3 支座节点验算 (13)

5整体稳定分析 (15)

5.1分析方法和步骤 (15)

5.2计算软件和计算内容 (16)

5.3 部分程序代码 (16)

5.4 计算结果 (20)

5.4.1 线性屈曲分析计算结果 (20)

5.4.2 非线性稳定分析计算结果 (22)

参考文献 (27)

谢辞 (28)

附录 (29)

附1.1 各节点信息 (29)

附1.2 以下为节点荷载汇总 (37)

附1.3 最不利内力 (62)

附1.4 各效应组合下最大支座反力 (71)

附1.5 工况位移图 (74)

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附1.6 设计验算结果 (81)

附2.1 getload 函数代码 (99)

附2.2 ele 函数代码 (104)

译文封面 (112)

译文 (113)

原文复印件 (132)

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1设计概况

单层钢结构网壳在我国发展迅速，它有着别的结构类型无法代替的优势，用相对少的钢材形成大的半室内空间，非常适合作为大型场馆的穹顶。

但是单层刚结构网壳的整体稳定问题非常突出，整体失稳相对于结构本身强度破坏更为严重，具有一般失稳的特点，破坏突然，损失巨大。而关于整体稳定的计算也相对较为复杂。本毕业设计选择一个尺寸为30m*20m*10m的椭球型网壳，利用AYSYS程序人工导算荷载，形成可以用于3D3S和ANSYS的荷载文件，再通过3D3S进行结构构件选择以及强度分析，通过ANSYS 进行整体稳定分析，完成对该网壳的设计。

2结构模型

2.1 计算简图

图2.1计算简图 (支座均为铰接)

2.2 结构几何信息

本结构采用两种杆件热扎无缝钢管114*4.0和热扎无缝钢管95*4.0，节点采用焊接空心球节点。具体结构信息见附1.1（节点信息及杆件信息）。

2.3 结构荷载信息

2.3.1恒荷载

节点荷载见附1.2

恒载按受荷表面积计算，首先把结构的非三角形的区格分割成三角形，这样可以得到由三角形组成的结构表面，然后由恒载标准值乘以三角形面积得到作用于该三角形上的恒载值，然后将

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该恒载值平均导算到三个角点上，得到恒载产生的节点荷载。恒载示意图如下：

图2.2恒载简图

2.3.2活荷载

活载按受荷表面积在三个坐标轴方向上的投影计算，首先把结构的非三角形的区格分割成三角形，这样可以得到由三角形组成的结构表面，然后由活载标准值乘以三角形在Z轴方向的投影面积得到作用于该三角形上的活载值，然后将该活载值平均导算到三个角点上，得到活载产生的节点荷载。活载示意图如下：

图2.3活载简图

2.3.3风荷载

由于结构在两个方向不一样，因此需要根据风向呃不同分出两个不同的工况，即工况2和工况3，它们分别是风沿X轴和沿Y轴吹向结构的情况。风荷载的导算完全是人工的，荷载计算公式采用建筑结构荷载规范（GB50009-2001）的s0

K Z Z

ωβμμω

=7.1.11

-

（）。其中风载体型系数sμ根据该规范中的规定算取，具体实现是在ANSYS中，导入结构模型，在结构的每一个三角形表面导算风载，以三角形的形心为代表位置，根据形心相对于椭球球心的位置向量，计算出风载体型系数，然后乘以基本风压，高度系数，风振系数，得到该三角形处的风压，再将该风压乘以三角

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形表面积，得到一个垂直作用于结构表面的集中力向量，平均分到三个角点，即为风载导算到节点的荷载。

图2.4风载体型系数计算公式简图

2.3.4地震荷载

根据网壳结构技术规程JGJ61-2003的规定，在设防烈度为7度的地区，网壳结构可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。本设计的结构位于天津，设防烈度为7度，因此按规定进行水平地震的计算。对于周边固定铰支的网壳结构，抗震分析时阻尼比可取0.02，本结构是周边铰支到混凝土结构上的，近似地将阻尼比取为0.02，计算结果是偏于安全的。

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2.4 荷载组合

3 静力分析部分

3.1 内力计算结果

图3.1各杆件轴力最大值示意图

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3.1.1 各个杆件的最不利内力及对应组合

见附1.3

3.1.2 各效应组合下最大支座反力

见附1.4

3.1.3内力统计

表3.3 弯距M2 最大的前10 个单元的内力(单位：m,kN,kN.m)

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3.2 位移计算结果

根据网壳结构技术规程JGJ61-2003的规定，网壳结构的最大位移计算值不应超过短向跨度的1/400，本结构的横向跨度为20m,因此位移限值为20m*1000/400=50mm。由上图可见，位移最大值为7.6mm，远小于限值，因此结构静力分析的位移值满足要求。

3.2.1 工况位移

见附1.5

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3.2.2 组合位移

表3.11 “X向位移”最小的前10 个节点位移表（单位：mm）

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3.3 地震验算结果

表3.14 自振周期

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图3.9第一振型示意图图3.10第二振型示意图

图3.11第三振型示意图图3.12第四振型示意图

3.4 设计验算结果

每根杆件的验算结果及结果统计见附1.6

4手算部分

4.1任选一个单元按压弯构件进行手算

该单元的截面采用热钢管95*4.0，长度为1.687 m，截面积为1144 mm2，绕二轴的惯性矩

双层网壳结构的静力分析与设计

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 +

单层双跨重型钢结构厂房设计计算书

一．建筑设计说明 一、工程概况 1.工程名称：青岛市某重型工业厂房； 2.工程总面积：3344㎡ 3.结构形式：钢结构排架 二、建筑功能及特点 1.该拟建的建筑位于青岛市室内，设计内容：重型钢结构厂房，此建筑占 地面积3344㎡。 2.平面设计 建筑物朝向为南北向，双跨厂房，每跨跨度为21m，柱距为6m，采用柱网为21m ×6m，纵向定位轴线采用封闭式结合方式。 3.立面设计 该建筑立面为了满足采光和美观需求，设置了大面积的玻璃窗。 4.剖面设计 吊车梁轨顶标高为 6.9m，柱子高度H=6.9+3.336+0.3=10.536,取柱子高度为10.8m。 5.防火 防火等级为二级丁类，设一个防火分区，安全疏散距离满足房门只外部出口或封闭式楼梯间最大距离。 室内消火栓设在两侧纵墙处，两侧及中间各设两个消火栓，满足间距小于50m 的要求。 6.抗震 建筑的平面布置规则，建筑的质量分布和刚度变化均匀，满足抗震要求。 7.屋面 屋面形式为坡屋顶：坡屋顶排水坡度为10%，排水方式为有组织内排水。屋面做法采用《01J925-1压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》中夹芯钢板屋面。 8.采光 采光等级为Ⅳ级，窗地比为1/6,窗户面积为1160㎡，地面面积为3344平方米，窗地比满足要求，不需开设天窗。 9.排水 排水形式为有组织内排水，排水管数目为21个。 三、设计资料 1.自然条件 2.1工程地质条件：场区地质简单，无不利工程地质现象，条件良好， 地基承载力标准值1000Kpa，为强风化花岗岩，场区内无地下水。 冻土深度为0.5m。 2.2抗震设防：6度 2.3防火等级：二级 2.4建筑物类型：丙类 2.5基本风压:W=0.6KN/㎡，主导风向：东南风

钢结构设计步骤

钢结构设计步骤和设计思路 摘要：钢结构设计简单步骤和设计思路关键词: 钢结构结构设计步骤 (一) 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 (二) 结构选型与结构布置 此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指 导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是\"概念设计＼＂，它在结构选型与布置阶段尤其重要．对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概

念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间 的相互力学关系和简化近似设计方法。[２０] 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载）,如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中,不

钢结构设计的八大要点

钢结构设计的八大要点 钢结构设计要点 钢结构设计简单步骤和设计思路 （一)判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有 较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住 宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 （二）结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛, 做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构 选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规 定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来 确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有 效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是 判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。（无论结构软件 如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过 硬的素质。）钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设 计方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大 悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪

压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨 量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节 点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选 择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用 钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为 了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src 柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。 对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材 料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。） 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的 说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响 范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。 其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承 受1/4的总水平力。 框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足 不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截 面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑 在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 （三）预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的 断面形状与尺寸的假定。 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况， 其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧 向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按 规范中局部稳定的构造规定预估。

单层球面网壳设计实例(已加密)

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。

浅论单层网壳钢结构采光顶设计

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。

钢结构单层网壳设计本科学位论文

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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。

基于大跨度单层厂房钢结构设计

基于大跨度单层厂房钢结构设计 摘要: 随着社会经济的迅速发展，钢结构在建筑领域起到了举足轻重的作用，也得到广泛的应用。下文就某单层厂房钢结构设计，探讨了大跨度单层厂房钢结构在中柱抽柱时的一些想法。 关键词: 结构耐久性；结构体系；轻型钢结构屋面 1 工程概况 单层厂房采用的结构形式，随着吊车起重量、厂房跨度．高度及屋面材料材质的不同，主要采用钢筋混凝土结构和钢结构体系两种。当吊车起重量超过20t，跨度大于36m。屋面采用双层彩钢板时，则—般采用实腹式工字形钢梁、钢柱的全钢结构。这种厂房自重轻，跨度大，施工周期短。 某单层联合厂房由2个连续的40m跨组成．厂房总高21m，南北向长80m，东西向长210m，柱距7.5m；设单层吊车。吊车轨顶标高15.00m。每跨均设2台A5级100t桥式吊车。工程总建筑面积1.68×104m2。该项目是“十五”期间国家新型建筑材料实验急需的重点项目。上部主体结构采用全钢结构；屋面采用双面镀锌彩钢板；墙面围护采用双层镀锌彩钢板。 2 荷载和作用 结构耐久性设计年限为50a，安全等级为二级，结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度为6度，谢寸地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g。场地土类别为Ⅱ类。水平地震影响系数最大值取0.04；建筑结构阻尼比取0.05；特征周期为0.35s。50a—遇的基本风压ωo=0.35kN／m2，地面粗糙度为B类。根据50a—遇的基本雪压ωs=0.40kN／m2，屋面活荷载取值为0.5kN／m2。 3 结构体系选型 根据厂房工艺要求，屋面采用双面镀锌彩钢板。结构体系有(1)预制钢筋混凝土柱，轻型屋面梯形钢屋架和(2)钢梁钢柱两种体系可选择。按照当前市场实际情况，预制构件加工时间长、运输不方便，自重较大、吊装不方便等情况。采用钢梁钢柱的全钢结构体系。钢柱部分。由于柱距边柱采用7.5m，中柱为15m，排架柱分二段，下段柱采用格构式钢柱，上段柱采用实腹式工字形钢柱。吊车粱采用实腹式工字形钢吊车梁，并没制动体系。边歹|胜吊车梁距辅助粱(热轧H型钢)中心线较小，制动体系为吊车梁上翼缘、制动板和辅助梁组成。中列柱吊车梁制动依系为相邻吊车梁上缘和上弦制动板和下层水平支撑及中间二遭垂直支撑组成的制动体系。 按委托方要求，屋面采用双面镀锌彩钢板．鉴于屋面板自重较小，约为25kg；

钢结构设计步骤与思路

钢结构设计步骤与思路 钢结构设计步骤与思路作者：佚名 时间：2008-7-30 浏览量： 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说:大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20] 钢结构通常有框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 结构选型时,应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落,如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRc柱,核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19] 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力

大跨度柱面网壳结构设计要点

大跨度柱面网壳结构设计要点 袁耀明 (唐钢国际工程技术股份有限公司，河北唐山063000) [摘要]钢铁企业的露天原料厂很多不符合当今我国的环保要求，所以需要新型的符合环保要求的原 料厂来替代。由于生产工艺限制，封闭结构必须满足空间大跨的要求，大跨度柱面网壳以其优异的空间大跨 的结构性能，本文将重点阐述该结构形式的优势及设计要点Q [关键词]大跨度；网壳；空间结构 文章编号:2095 -4085 (2019)03 - 0032 - 01謂年上计 1概述 大跨度柱面网壳结构该结构形式具有三维受力特 点，该结构为超静定结构，如果出现某杆位置失效，大跨度柱面网壳结构可以通过内力的调节，重新达到 稳定，安全度较高。交汇于节点处的杆件相互支撑，增强了结构的稳定性，也具有一定的抗震能力。该结 构还有节约材料，安装方便，空间刚度大，适于工业 化生产等优点。该结构形式是近半个世纪以来应用最 广的一空间结构。 2设计方法 大跨度柱面网壳结构，无论采用哪种节点，荷载 都在节点上，构件内力仅为轴向拉力和压力，由节点 刚度引起的杆件弯矩很小。按照空间杆系结构进行计 算，杆件之间的连接假定为铰接，忽略节点刚度的影 响和次应力引起的杆件内力变化。受荷后网格结构位 移很小，属于小挠度范畴，不必考虑因挠度所引起的 结构几何非线性；另外结构设计时钢材处于弹性阶 段，不必考虑材料的非线性，这样大大缩短了结构计 算时间。 传统计算方法分为两类，一类是连续化假定，一 类是离散化假定。连续化假定已很少采用；离散化假 定也就是通常所说的有限单元法，这种方法首先将结 构离备为各个M元，茬卓元基础上建立卓元节点另和 节点位移之间的基本方程，以及相应的单元刚度矩 阵，然后利用节点平衡条件和位移协调条件建立整体 结构节点荷载和节点位移关系的基本方程，及其相应 的总体刚度矩阵，通过引入边界约束条件求解出节点 位移，再由节点位移计算出杆件内力。 复杂的网架结构杆件数量多，计算量大，需要辅 助设计软件进行计算，目前国内空间结构辅助设计软 件有 3D3S，SFCAD，MST及 SAP2000，其中 3D3S在 建模与模型编辑，荷载添加，构件分析验算，后处 理，节点设计等方面均有独特优势，作为主要的辅助 设计软件，用SAP2000进行校核验算。 3案例分析 以某封闭料场进行案例分析，案例概况：三心圆 柱面网壳由三心圆拟合而成，中部以半径为63m的圆弧进行12等分，每等分3.51m，两边以半径为 31m的圆弧进行11等分，每等分3.485m，大小圆 在相交点相切，为减小水平推力，两小圆弧与基础顶 面正交，网壳厚度为3m，最终模型净跨77m，外包 尺寸83m，矢高为32. 75m。 网壳计算参数：沿网壳面均匀分布的檩条及屋面 板等恒荷载：〇?25kN/m2;活荷载0?5kN/m2;基本 雪压0?4kN/m2;基本风压0?6kN/m2;网壳自重模 型自动计算。 ?32? 3D3S开发平台为CAD，建模操作相对灵活，可 以利用CAD命令进行操作，利用线段来拟合三心圆 网壳，然后对几何线段赋予结构属性，如截面尺寸，材料属性等，通过杆件导荷，将面荷载转化成节点荷 载施加到结构模型，最后按照实际支座位置设置边界 约束条件，这样就形成了最终的结构模型，通过设置 求解参数，如抗震设防烈度，地震分组，场地类别，阻尼比等参数，对结构模型进行求解。最终利用 SAP2000复核3d3s计算结果，通过对比发现结果完 全一^致。 4设计及施工中中应注意的问题 大跨度柱面网壳结构对荷载比较敏感，荷载取值 必须做到尽可能的精准，以恒荷载为例，以往结构设 计中认为恒荷载对结构不利，可适当取大值，以保证 结构安全，但是柱面网壳并非如此，很有可能由于恒 载取值过大，导致在风荷载控制的组合工况下本应拉 压发生转变的杆件没有发生拉压转变，意味着计算过 程中始终处于受拉状态的杆件在实际工作过程中处于 受压状态，这是不安全的。 大跨度柱面网壳结构的抗风设计参数取值主要参 考高层或高耸结构设计规范，由于设计依据少，难以 选取风振系数，这种取值方法还不够完善，风振系数 的选取主要靠经验。 网壳结构的支座通常采用铰接形式。考虑到支座 不可能存在理想的不动铰支座，也就是说支座在两个 水平方向上是一种弹性支承。既然是弹性支撑，就涉 及到了弹性支撑的线刚度问题。由于影响这一支承刚 度很难精准进行计算，那么如何来解决这个支座刚度 为问题的关键。目前关于这个问题的解决方案就是对 支座支承刚度进行包络设计，通过支承刚度自足够小 到足够大这一包络设计过程，以充分保证结构的安全 可靠。 5结语 该结构形式设过程中计算已经比较成熟，但应注 意施工工况的验算，跟踪计算每一施工步骤的受力状 态变化，避免采用不同的施工方法和施工顺序引发的 工程事故。 参考文献： [1]罗尧治，沈雁彬.干煤棚网壳结构使用现状与缺陷分 析[J].工业建筑，2005,（01). [2]邢克勇，刘辰.华能海口电厂干煤棚网壳结构设计 [J].建筑结构，2006,（05). [3]聂国隽，浅若军.干煤棚柱面网壳结构设计[J].结 构工程师，2001，（02). [4]黄鹤，顾明，叶孟洋.干煤棚柱面网壳结构风荷载试 验研究[J].建筑结构，2011，（03).

单层网壳体育中心钢结构施工组织设计-第六章-第五节+第六节 高强螺栓施工、压型钢板施工

第五节高强度螺栓的施工 一高强螺栓施工概述 本工程钢结构高强度螺栓的安装主要分布于展望桥核心筒钢结构，主要采用10.9级的高强度螺栓，高强度螺栓制孔采用数控钻孔。高强度螺栓与构件连接处接触面采用喷砂处理，处理后其抗滑移系数μ值要达到0.50。 二安装准备 (一)高强度螺栓保管要求 (二)高强度螺栓的性能检测 1检测标准及准备

2检测方法 名称类别试件试验方法注意事项 高强度螺栓性能检查 高 强 度 螺 栓 紧 固 轴 力 试 验 现场安装用螺栓随机 抽取 （1）连接副预拉力采用 经计量检定、校准合格 的轴力计进行测试。 （2）采用轴力计方法复 验连接副预拉力时，应 将螺栓直接插入轴力 计。 （3）紧固螺栓分初拧、 终柠两次进行，初拧应 采用手动扭矩板手或专 用定扭电动板手;初拧 值应为预拉力标准值 50%左右。终拧应采用专 用电动板手，至尾部梅 花头拧掉，读出预拉力 值。 （1）扭剪型高强度螺栓应在施工 现场待安装的螺栓批中随机抽 取，每批应抽取8套连接副进行 复验。 （2）试验用的电测轴力计、油压 轴力计、电阻应变仪、扭矩板手 等计量器具，应在试验前进行标 定，其误差不得超过2%。 （3）每套连接副只应做一次试 验，不得重复使用。 （4）在紧固中垫圈发生转动时， 应更换连接副，重新试验。 （5）复验螺栓连接副的预拉力平 均值和标准偏差应符合上页表的 规定。 高 强 度 螺 栓 连 接 摩 擦 面 的 抗 滑 移 系 数 试 验 二栓拼接拉力试 件 （1）先将冲钉打入试件 孔定位，然后逐个装换 成同批经预拉力复验的 扭剪型高强度栓。 （2）紧固高强度螺栓应 分初柠、终拧。初拧应 达到螺栓预拉力标准值 的50%左右。 （3）试件应在其侧面画 出观察滑移的直线。 （4）将组装好的试件置 于拉力试验机上，试件 的轴线与试验机夹具中 心严格对中。 （5）加荷，应先加10% 的抗滑移设计荷载值， 停1min后，再平稳加荷， 加荷速度为3-5kN/s。直 拉至滑移破坏，测得滑 移荷载。 （6）由紧固轴力平均值 和测得的滑移荷载计算 抗滑移系数。 （1）制造厂和安装单位应分别以 钢结构制造批为单位进行抗滑移 系数检验。制造批可按分部（子 分部）工程划分规定的工程量每 2000t为一批，不足2000t的可视 为一批。 （2）选用两种及两种以上表面处 理工艺时，每种处理工艺应单独 检验。每批三组试件。 （3）试件钢板的厚度t1、t2应 根据钢结构工程中有代表性的板 材厚度来确定;宽度b可参照上页 表规定取值；L1应根据试验机夹 具的要求确定。 （4）试件板面应平整，无油污， 孔和板的边缘无飞边、毛刺。 （5）抗滑移系数检验用的试件应 由制造厂加工，试件与所代表的 钢结构构件应为同一材质、同批 制作、采用同一摩擦面处理工艺 和具有相同的表面状态，并应用 同批同一性能等级的高强度螺栓 连接副，在同一环境条件下存放。

大跨度空间结构_网壳结构的历史与发展_符立勇

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

钢结构设计方法与思路

钢结构设计简单步骤和设计思路 (一) 判断结构是否适合用钢结构（这个问题实际上一般和结构选型联系在一 起）。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。（材料的选用还应考虑：材料的综合成本，施工周期，是否就地取材，以及使用环境） (二) 结构选型与结构布置此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20] 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震

钢结构设计入门及简易方法

钢结构设计入门及简易方法 【摘要】 给大家推荐一个用于钢结构设计的资料。虽说不是大师的杰作，却不逊于大师的文章。大师的作品对于具有一定专业水平的人是很有用途的，而对 于初学者却过于高深莫测。该资料特别适合刚从事钢结构设计的人员。 【关键词】 钢结构适用范围及选型、钢结构设计简单步骤和设计思路 一、钢结构适用范围及选型 1.钢结构适用的范围 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：超高层建筑、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、工业厂房和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛，做结构选型及布置应该根据工程的具体要求来进行。 2.钢结构的选型 在钢结构设计的整个过程中，都应该被强调的是"概念设计"，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 钢结构通常有框架、平面（木行）架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。 结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力（风震）的作用线。否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。 框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 3.钢结构构件的截面选取 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。

基于节点构形度的单层柱面网壳稳定优化设计

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。