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空 间 结 构SPATIALSTRUCTURES
Vol.7No.4Dec.2001
单层球面网壳结构抗震性
陈军明, 陈应波,
(汉理工大学
[摘 要] 文研究了单层网结构地震响应的计算论和计算方法。以K8型单层面网为研究对象,得出了单层网壳在水平地震用和向地震作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,结构几何参数、边界刚度、阻尼比,对单层球面网壳震响应规律了系统的究,提了对单层网壳结构抗震设计有应用价值的结
[关键] 单层网壳;地震响应;计算理论;参数分
1 引 言
鉴于大跨建筑的重要性,其震作用效应引起了工界的关注。近年来,许多学对平板架结构在地震作用下的反应及抗震计方法行了系统研究,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结构的研究主要集中在静力稳定性研究,对其抗震性研究进行少。网壳构的震应特征是否与网架结构相同?在各种结构参
网壳结地震内力响应规律如何?对罕地作用下结构的弹塑性应如何计算?这些都是急待解决的问题。研究网壳结构的抗震性能是在地地
2 运动平衡方程
2.1 运动方程
从单网壳结构的合传力方式来看,一般认为空间刚接是其最佳节点形
[收稿日期] 2001-06-30
[基金项目] 高等学校博士后流动站科研
[作简介] 陈军明(1966—),女,湖南人,博士,主要从事大跨结抗
2001年空 间 结 构
简化空间梁体系,将荷载转化至结构的结点上。取空间梁单元,每个节点
T--={u v -w θx θy θz}。
地震作用下,结构的振动
+Ku=-Mu +Cug(1)Mu
式中,M为结构质量矩阵;C为阻尼矩;K为结构刚度矩阵;u、 、 uu分别为相对于地面的位移矢量、速度矢量、加速度矢量; ug为
将线位移和角位移分开
则式(1)可改写成
Ms0
usCssCs usKssKsusMs0ugs
++=-(2) 0uCθsC
uKθsKu0ugθ,式中,us, θ,uθ别为节点us, us分别是节点线位移矢量,线速度矢
角位,角速度和角加速矢量; ugs, ugθ分别是地面地震运动的线加速度
T--}T,u---里,us={u -v wθ={θx θy θz}。
进一假定:(1)考虑线位移加速度引起的惯性力,不考虑角加速度引起
作用质点上的阻尼力与节相对线速度成比,不考虑由角速度引起的阻尼力;(3)不考虑
根据以上基本假定,式(2)可写成
Ms us+Css us+Kssus+Ksθuθ=-Ms ugs
+KCθsusθsus+Kθθuθ=0由式(3)和式(4)消除uθ,并注意到Ksθ=Kθs,则有Ms us+Cs us+Ksus=-Ms ugs
-1-1
式中,s=Css-KsθKθθθs, Ks=Kss-KsθKθθKθsCC求解方程(5)可得到节点的线位移。再
-1-1 s-Kuθ=-KθθCθsuθθKθsus
以上过矩阵缩减
2.2 质量矩阵和阻尼矩
基于动力分析运算上方便的考,采用团聚质量矩阵,荷载按静力等效原则作用于网节点,些等效集中力转换为节点的等价集中质,且在间三个由度方向具有相同惯性作用。采用近似Rayleigh阻尼考虑阻尼的影响,记阻尼矩阵C=α+βK,其中MK分别为总M体质量阵和总体刚矩阵,系T、U计算可根据结构第i、j振
i、aj确定。计算式为
2222
=2ikj(aikj-ajki)/(kj-ki), U=2(ajkj-aiki)/(kj-ki)(8)Tk
一般ki取结构的第圆频率,kj取在结构抗震响应中的有效(贡献较大)
(3)(4)(5)(6)(7)
取30Hz作为
2.3 地震波
地震波的波形响应结果影响很,其中对结构破坏重要影响的因素为地震动强、频谱性和强震持续时间。故在选择强震记时,场条件应量接近;原则上应采用持续时间长的波;另外,当所选择的实际地震记录加速度峰值与建筑地区设防烈度所应的加速度峰值不致时,可实际地震录的速按比例放大或缩小来加以修正。对应于不同
2001年陈明等:单层球面网壳结构抗震性能
的多遇地与罕遇地震的峰值加速度见建筑抗震计范[1],可采用小震时的值速度作为地震输入以使结构处于弹性阶段工作;当要对结构作遇地震下的弹塑性析,则
2.4 动力方
用来分析复杂有限单元系统的直积分法应该是无条件稳的[2],否则,为了保持动力应高阶量的稳定性,所需的时间步长就太小了。Wilson-θ法在θ≥1.37时是无条件稳定的,但对结构的高阶振型具有较高的算法阻尼,于频相当密集的网壳结构而言,用Wilson-θ法会产生较大误差。当T≥0.5,U≥0.25(0.5+T)时,Newmark法是无条件稳定
0.5时,法引进了“算法阻尼”。据有的理论分析结果和经,本建议:对于单层网壳结构,一很的求解术是梯形法则,即T=0.5,U=0.25的Newmark法。运用Newmark法求解方程(5)可得各时间线位
2
3 单层球面网壳的地震响
文献[3]跨度为40m,矢跨比为F/B=1/5,屋面荷载q=2.5kN/m,周边简支的K8型单层球网壳例(结模型见图1),选取了适用于二类场地土的EL-Centro强震记录,按8度地震烈度,分考虑水平向地作用和竖地震作,进遇地震作用的弹性时程分析,得出了如
(1)水平地震作下,主肋的动内力较小,环向杆、斜向杆的动力较大。竖向地震作用下,主肋、环向杆、斜向杆的内力均较。设防烈度为8度时,杆件竖向地震内力系数一般在1.1左右;而平地震作用产生的杆件内力已达静内力的20%——50%左右(主肋除外,10%左右)。总的来说,水平震作用下动响应竖向地震作用下的响应强得多,这与架结构不一样(网架结构主考虑竖向地震作用)[4]。因此,在8度、9地区,单层球面网壳应考虑水平地震作,9度地区还应该考虑竖
(2)采用地震内力系的方法考虑地震作用,如平板网架结构的抗震计算,比较
2
图1 K8型单层球面网
由于网结构杆件的内力在地震作用下并是同一比例增加的,特是水平地震内力系数取统一值显然是不合适的,环杆与斜杆的地震内力系值
较小。因此,对于平复杂或重要的大跨度网壳结构,建议采用时程法作专
4 单层球面网壳地震响应的主要
针对壳的载荷、跨、矢跨比、支座刚度以及阻尼等多种工况,仍以图1
2001年空 间 结 构
壳为究对象,重点研究平地震作用,考虑8度设防。表1、2中均为最不利内力情
屋面荷载增大时,动内迅速增大,近似线性关系,见图2。但杆件地震内力系数对荷载
(2)跨度影响
表1 水平地震内
F/B
B
q
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
(m)(kN/m2)40
4040405060704040404040404050607040404040404040506070404040
1.01.52.02.51.01.01.01.01.01.01.01.52.02.51.01.01.01.01.01.01.01.52.02.51.01.01.01.01.01.0
主 肋
1/51/51/51/51/51/51/51/61/71/81/51/51/51/51/51/51/51/61/71/81/51/51/51/51/51/51/51/61/71/8
1.0111.0141.0131.0141.0091.0091.0071.0081.0071.005
1.0371.0431.0481.0511.0431.0361.0391.0461.0401.033
1.0541.0591.0551.0801.0491.0411.0601.0481.0441.038
1.0781.0701.0591.0881.0601.0651.0761.0781.0691.061
1.1241.1171.1081.1031.0891.0841.0871.1101.0851.074
1.1641.1511.1631.1861.1181.1191.0851.1691.1291.081
1.2171.1241.126
1.2901.141
1.300
环
1.2701.2051.3231.1671.1731.1871.1611.152
1.3021.3051.3451.2541.2161.2111.2421.197
1.4001.3861.4081.3031.2931.2811.3781.247
1.5281.5021.5341.5041.3531.3331.4351.273
1.5811.4931.376
1.5171.507
1.503
1.1451.1171.1761.2311.208
斜 杆
1.2211.2391.2961.3441.335
1.2811.2961.2701.2301.2161.2131.2721.2451.210
1.2771.2151.2801.1571.1731.1481.1531.1651.114
1.2611.1931.2761.1721.1931.1561.1901.1501.119
1.2891.2341.2701.2161.2221.1841.2471.1891.153
1.2961.2521.2431.2881.2441.2101.2601.1921.154
1.2971.2821.233
1.2861.276
1.287
2001年陈明等:单层球面网壳结构抗震性能
杆件震内力系数对跨度
网壳环和斜杆水平地震内力系数矢跨比增大而明显增,对主肋影响不大,见表1。这表明随着网壳矢高的增大,其平震
。
图2 设计控制杆件动内力随荷
图3 设计控制杆件动内力随跨
(4)支座影响
根据工程实际支承况,应考虑网壳结构与下支承结构协同工作。承结构弹性效应:考虑支承的弹性刚度,来模拟结上下部共同用的工况。根据实际网壳结构工程支承情况,一般采用周切向约束竖向约束,仅虑结构法向弹性刚度。支承结构的惯性效应:上下两个结构体系之间的相互惯性作用比较复杂,为近似地描下部支承构的惯性效应,入支座的加等价质量,并与弹性效应同时考虑。取壳下部的柱和墙的半质量,作为相应支的附质量。处理方法是近似的,但在一定程上能体现下部结构对上部
考虑种分析方案:1.支边界条件;2.弹性边界条件;3.考虑下部结构惯性效应。
表2 水平地震作用下,轴力响应随支座刚度的变化(8度,ξ=0.02,q=1kN/m2)
主 肋
杆件编号
方案1
C1C2C3C4C5C6
0.3341.2301.8482.6823.5632.104
方案20.5512.0954.3905.0284.3813.252
方案30.5851.9894.4295.1574.1012.544
方
方案23.3595.8266.5508.92714.320
方
3.5366.0568.81110.418.684
2.6835.1166.5456.9687.546
3.1576.2918.2328.7918.492
方案1
方案2
方案3
环 杆
斜 杆
:方案2中,Ks=5.0×105N/m,方案3中,支座附加质量m=5kg。表
由表2可,环杆和斜杆的水平地震内随支承刚度减小而减,而肋内力有所增加。这主要是缘环与了作,使内力变化趋于缓和。考虑弹性效应,并进一步考虑下部结构的惯性效应,杆和斜杆动响明显增,主肋响不
2001年空 间 结 构
震内力分布,起控制作用的水平地震内力明改变。另外,网壳结下部承结构的附加惯性效应不容忽视。对于网壳这类大空间结构,其水平抗设宜考
(5)阻尼影响
本文对阻尼比对结构力响应的影响也作了研究,研究结果显示:阻尼取值不,对杆件中动内力有一定影响。尼比减小,震反应有大,同样在El-Centro波作用下,当阻尼比为0.05时,主、环杆、斜的最不利动内力与静内力的比值一般分别在0.05,0.25,0.15左右;当阻尼比为0.02,主肋、杆、斜的最不利动内力与内力的比分别增大至0.10,0.35,0.30右。动内力增长率阻尼比的减小似线性增。没有充分实测资料及理论分析之前,对大跨网壳这种体系阻尼比取
5 结 论
(1)设防8度地区应考虑平地震,设防9地区则水平和竖向地震均应考虑,且宜采用直接积分
(2)在单层面网壳常用矢跨1/5～1/8范内,结构的水平地震响应较竖地震应大。矢跨比较大时,网壳以水平地震应为主;随矢跨减小,竖向地震响应呈增大的趋势。(3)工程设计中不应孤立地设计网,应整体地考虑网壳与下部结构的同工作,尤其是水抗震设计。外,也可充分边界影响来调整结构构件的内力,得出优化
参 考 文 献
[1] GBJ11-89.建筑抗震设计规
[2] BatheK.J.FiniteElementProceduresinEngineeringAnalysis[M],Prentice-Hall,Inc.,Englewood
Cliffs,NewJersey,1982.
[3] 陈军明,陈应波,吴华.单层球面网壳
[4] 陈军明,吴代华.样配点法分析正交
STUDYONASEISMICBEHAVIOROFSINGLE-LAYERSPHERICALLATTICESHELLS
CHENJun-ming, CHENYing-bo, WUDai-hua
(Dept.ofStructuralEnginnering&Mechanics,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)[Abstract] Thisinvestigationisconcernedwiththeanalyticaltheoriesandcomputationalmethodsofseismicresponseforsingle-layersphericallatticeshells.BasedontheresultsofK8single-layersphericallatticeshells,
2001年陈明等:单层球面网壳结构抗震性能
seismicresponsesofsingle-layerlatticeshellsunderverticalandhorizontalearthquakeexcitationsareobtained.Furthermore,effectsofmajorstructuralparameters,suchasthegeometricalparameters,therigidityofsupportsanddampingratios,onthedynamicbehaviorofsingle-layersphericallatticeshellsareinvestigatedindetail.Theobtainedresultsarevaluableforthedesignofsingle-layerlatticeshellsinseismicregions.
[KeyWords] single-layerlatticeshell;seismicresponse;computationaltheories;parametricstudy;aseismicdesign
单层空间网壳结构安装施工技术
单层空间网壳结构安装施工
摘要：合工程实例，针对本工程钢结构占地面积大，构件数较多，施工吊装作业面大、安装要求精度高等难点，分析钢结构屋盖安的点之
关键词：单
中图分类号：tu74 文献标识码：a
工程概况
某综合办公楼项目用采光屋面及南入口钢结工程，工程量约1500吨，所材料形式主要为矩形、圆管及梯截面。柱为圆管，主梁为梯形截面梁，网格结构为矩形截面梁。材质主要为q345b，部钢柱为q390gjb。由于本工程次构件箱形梁翼板和腹板不等厚，故只能采用四块板拼焊的制造方案；同时本工杆件部分弧形构，故必须进行弯曲工，根据前的加工设，钢管弯曲加工主要有二种形工艺，一种为冷成形，一种为弯成形，于工程构件的曲率半径各不相同，将根据构的实际情况采取二种不同
单层空间网壳结构安装方
对于单层空网壳结构安装时，通过结合本工程特点来分析钢结构屋盖装的点之处，以提出屋盖安装方案。钢构工占地面大，构件数量较多，施工吊装作业面大。本工程安装要求精度高，杆件数量众多，钢结构安装工非常紧迫。屋面件悬挑长长，且点、重量重，所需吊装设备作业半径较大，
上海科技馆单层网壳结构节点受力分析
上海科技馆单层网壳结构节点
赵金城 许洪明
(上海交通大学 上海 200030)
要:采用ANSYS有限元分析程序上海科技馆单层网壳结构典型节点进行了分析,通过
节点板、螺的受力分析,得出一些有意
关键词:单层网壳结构 节点 有
STRESSANALYSISOFTHEJOINTOFADOMESHANGHAIM
XuHongming
JiaotongUniversity Shanghai 200030)
AbstractThetypicaljointofahugeellipsoidalaluminumdomeinthemiddlepartoftheShanghaiScience&TechnologyMuseumis
analyzedusingthefiniteelementprogramANSYS.Thestressdistributionsinthestructuralaluminummember,thegussetplate,thelockboltfastenerarestudiedrespectively.Basedontheanalysis,someconclusionsaremadeinthepaper.
Keywords:ellipsoidalaluminumdomestructure joint finiteelementanalysis
上海科馆建筑中部为一巨型椭球体
结构。该网壳构由美国TEMCOR公司设计、制作,长尺寸为67m,短轴尺寸为51m,高4116m。杆件采用铝钛合金工字形截面。典节点如1所示。点共有6根工字形截面杆件、上下两块铝合金节点板,通过紧固螺栓与杆件接。工字形截面杆件形心与主轴不在同一平内,互成角度。与其形式的节点相,这种节具有结单轻巧、节约材料、不需要焊、施工方便、形式
。
寻其破坏机理。
1 基本假定
(1)螺栓端与节点板固定,另一端
定,且不考虑螺纹的
(2)弹性分析;
(3)不考杆件的扭矩及节点平面内弯
(4)加载时界条件的性质保持不变。2 分析
(1)杆件:根据工字型截面杆件、连接
与连接的空间位置、尺寸关系建立部标系,在局部坐标中,先建一工字形截面与一杆件平行的直线,将截面沿着直线延伸定距
(2)节点
图1 网壳节点示意 mm
节点网壳结构中具特殊的作用和重要性,因为每个节点上连接杆件很多,
置是多位的,通过节点传递三维力流也很复,点设计的好坏,无疑是网结成败的关键之一。本文对节点的三维受力运用ANSYS软件行有限元分析,的于了
IndustrialConstruction2001,Vol131,No110
有弯曲,建模较为复杂。就整个网壳而言,其外表面为球面,节点板应该是椭球壳的一分。本文似将节点板作为球壳的一部分,首先建一个球面,球半径取椭球长轴半径和轴半径的平值。然根据点板的
第一者:赵金城
工业建筑 2001年第31卷第10
段沿一中心轴旋得一曲面,将曲面沿其法线延伸至节点板的厚度
(3)螺栓:假定螺栓为剪切型。3
(1)单元类型
本文析中杆件、节板和连接螺栓都采用8节点四面体三维实体单元,每个
(2)单元网格尺寸
考虑实工程情况及计算机性能、算速度等因素的影响,将节点区域划分成若干块,然后再逐块进行单元划分。具体出
图31-SYZ;2--S2;5-S3
态是十困难的,为简化分析,对1根杆件加定面约束,参考整个网架构件的内力情况,节点分析中对没有约束的5根杆件仅施加了垂直于节点平方向的
。
,这表明栓受力是以剪应力,而正应力很小。最大的拉力(主应力)为235MPa,最压应(主应力)约为210MPa。最大剪应力沿x轴向,约为200MPa,与最大主应近似相。由可以
通过对各个部位螺的分析比较可以看出,栓的主应力图的形与其剪图具有一致性,也就是说螺栓的受力是以力为主,这是因为各工字型杆件的受力以轴力为主,工字型截上的弯矩起了很小的用。在同一根杆件的翼缘板与节点板的连接螺栓中,其产生的位移、最大剪应力、最大主应都近似相,由此进一步判断这些螺栓的受基本上是均受力的,即并不存在哪一位的螺栓先被剪的问题。另外,通过对栓位移的分析可以认为,螺栓杆发生弯
图4为上部点板在沿直径长度上应力
。
图2 网格划分
参考结构内力分析结果,从约束杆件开始,逆时针视,
根:M=20kN?m,p=25MPa;第5根:M=25kN?m,
p=50MPa。
5 结果分析及讨论511 螺栓
根据ANSYS列出的应力数值,找出应力相比大的螺栓,然后对这些螺进分析。图3为上节点板中部螺栓的剪应力、主应力沿中心轴度上的变化图。中SYZ
图4 上部节点板应力分
1-S1;2-SY;3-SZ;4-S2;5-SX;6-S3
S1代表主力,SX表示沿x轴的
主应图和剪应力反映出螺栓受力最大的部位大约在杆件翼缘与节
主应力图线与8
从应力图上以看出,正应力图线与
线相一致,此可知:剪应力相对于正应
工业建筑 2001年第31卷
小,几乎可以略不计。对于节点板而言,越靠近边,应力越小,这是因为杆件的力先通过边缘上的螺栓传递给节点板一分力,后再通第二排螺栓传递一部分,这样直到将全部力传递给节点板。而且还可以明显地看出,在螺栓孔处发生了应集中。最大主应在节点板内缘处,力约7317MPa。此应力与节点板的极限强度相
另外,点板位移图表明,在x方向上的位移较,要是由杆件沿x向的位移起,即节点板本身在x轴上并没有大的弯曲,在y、z轴上也没大的弯曲。由此知,点
下部点板和上节点板特征相,很小,以正应为主。513 杆件图5、图其宽度方向和腹板沿其度
。
腹上的剪应力和正应力都没有翼板的大,这主要是在字型杆件的弱轴(x轴)方向上也受到了较大力的作用。也正是基于这点,翼
。
图6 腹板剪应力和
1-SXY;2-SYZ;3-SXZ;4-SX;5-SY;6-SZ
6 结 论
(1)节点上应力最大点在螺栓和节点板上。(2)相对于节点板和杆件,栓
是较为薄弱一个环节,且以剪切为主,
模时栓较少的因。节点板的受力以正应力为主,相对于螺
(3)杆件相较为安全,一般不会发生材料的
(4)上、下节点板受力情况基
图5 翼缘板剪应力和
1-SXY;2-SYZ;3-SXZ;4-SY;5-SX;6-SZ
参考文献
1 尹钰,刘善维,钱若军.网壳构设计.北京:中国筑工业出版社,19962 李和华.钢结构连接节点设计手.
1992
3 世钊,陈昕.网壳结构稳性分析.北京:科出版社,19994 王勖成,邵敏.有限单元法基本原和值
翼缘板最大应力在翼缘板的中部,
向,约1314MPa,而正应力约4613MPa;腹板大剪应力在腹板与翼缘板的交界处,沿y方向,约为1017MPa,最正
出版社,1997
(上接第3页)
思路去完成。
上海科技馆通采用预应力技术措施,解决结构超长题的设计思路;在同一建筑物中用两桩型基础的探索,以及采用新的结构材料、结构体,甚至一屋面中采用多种结构形式的复合结构体系,是使上海科技馆得以实现的基本计思想。上海科技馆结构设计突破传思想,大量采用新术、新设计论是处在科技展代,现代建筑设计的必然趋,是一种全新的
现代筑设计不仅仅建筑空间、建筑美观及功能的表现,也需体现结构设
9
部分屋面玻璃天顶,不能暴露凌乱的结构杆件,以及对构厚也有相当的要求,很多部结高跨只能做到1Π25以下。针对各个部位不同的要求,采用了3种结构形式,别为四角锥板式钢架结、钢管
上海科馆建筑方案通过国际招标征集而来,无建筑平面、立面以及建材等均体现了新的设计理念和丰富的内涵,这种建筑必然给结构设计提出许多的
上海科技馆
嵌入式毂节点单层球面网壳结构性能研究
嵌入式毂节点单层球面网壳结构性
尹越 杨飞 单晨
(天津大学
采用嵌入式毂节点的层球面网壳广泛用于大型油罐的罐顶结构，本文以某跨度为50m的
球 网壳为例，对竖向荷作用下单层网壳静力性能及整体稳定性能进行了分析，与采用刚接节单
较， 讨论了采不同杆件截面形式的嵌入式毂节点单层球面网壳
关键单层球面网，嵌入式毂节点，静力性能，稳定性，杆件截
一、引言
采用嵌入式毂节点的单球面网壳广泛应用于大型储油的顶盖结构【1】，随着油罐直径不断增大， 单层网壳跨度不断增大，嵌入式毂节点层球面网壳的安全性和经济性日益受到关注。与一般刚节 点不同，嵌入式毂点为“单向”刚接节点【2】:在网曲面外节点刚接，能传递该方向杆件弯矩;而在网壳 曲内节点铰接，不能承受任何杆件弯矩。因此，采用嵌式毂节点单层球面壳结构有着不同于一般 单层网壳结构性能，设计当，可能造成工程事故【3】。一方面，采用嵌入式毂点能方便地连接钢 管杆、矩钢管杆件及H型钢杆，杆件截面形式的不同也影响嵌入式毂节点单层球面网
本文某跨度为50m嵌入式毂节点单层球面网壳为例，对竖向荷载作用下单层球
力 能及整体稳定性进行了分析，与采用刚接节点的单层球面网壳结构进行了对
杆 截面形式的嵌
图I单层球面网壳平、立面
二、工程概况
嵌入式节点单层球面网壳如图1所示，网壳跨S=50m，网壳矢高f=6(25m，采用联方型网格以减 少节点种类，网壳最外环划分64个格，向内分三次少为8个
用Q235，截面规格为窄翼缘H型钢HN248x124，杆件部嵌件由铸钢材料ZG275-485H材选 制成，按与杆件等强采用颈缩设计，如图2所示，毂体材料为Q235B。除网壳结构自重，网壳承受屋恒荷载O(5kN,及屋
_ 卜l???=1?，』目I 】15一再(1:L 们J 12 13 卞至 P 图2杆件端部嵌入件示意图 图3单
网壳结构性能研究
(一)分析模型建立 用通用有限元软件ANSYS[41建立单层球面网壳结
示，所有杆件均采用BEAMl88单元模拟，略节点翘曲自由度，根据网壳球心进行梁单元空间定位。
由模拟嵌入式毂点的单向刚接特性，同时建立普通刚接节点模型
图4单层球面网壳部分杆件
(二)静力性能研 首先对单层球面网壳在屋面恒荷及屋面活荷作用下的静力
如图4所示1,8
节点位移及杆内力进行了比较研。采用普通刚接节点和入式毂节点时的节点竖向位移和杆最不利 应力比较如图5、图6所示。可以看出，采普通刚节点模型嵌入式毂节点模型分析得到的节点竖向 位移基本一致，最大差别仅为约5,，说采用嵌入式毂节点对竖向荷载作用下单层面网壳的刚度影响 大;另一方，尽管采用通刚节模型和嵌入式毂节点模型分析到的杆件轴力及曲
非常
140
接近，但于曲面内弯矩的存在，采用普通刚接节点模型的件最不利应力比采用嵌入毂节模型 略大，最大差别约为15,。两种模型计算所得的截面最不利应力都在40MPa以，远小于Q235
l 嚣 ? 《 拉
节点磅 图5单球面网壳节点位移比较 图6单层球面网壳杆件最
(三)整体稳定性分 单层球面网壳结构的设计一般由其整体稳定性控制【5】，
程》JGJ61(2003，应采
用几何线性有限元法，对单层球面网壳进行全程析以确定其极限承载力，过程析可按满跨均布 荷载进行，分析中应考虑初始几何缺陷的影，可取单层球面壳最阶
取单球面网壳跨度的1,300始几何缺陷的最大值。对单层球面网壳进行线性屈曲分析可得单层球面网壳第一阶屈曲态
嵌 入式毂点对单层球面网壳的屈曲模态有
(b)嵌入式毂节点模型 (a)普通
图7单层球面网壳第一阶屈曲
以屋面荷载标准值参考荷载，对具有初几何缺陷的单层球面壳进行何非线性全过程分析，得 到单层网壳构平衡路如图8所示，可以看出，采用普通刚接节点时，单层面网壳稳荷载因子为8(1， 而采用嵌入式毂节点时，由于节点没有曲面内刚度，单层球面网壳稳定荷载因子降至4(8，下降度超 过40,，可见用嵌入式毂点对单层球面网壳整体稳性有较大不利影。采用嵌入毂节点能便连接圆钢管杆件、矩形钢管杆件及H型钢杆件，为了考察不
式对嵌入式毂节点层球面网壳结构性能及经济性的影响，建立个不同件截面形式的单层球面网壳 模型，如表l示。三个型采用的杆件截面面积近似相等，因此单层球面网壳用量相近。别进行几 何线性稳定分析得到各单层球面网壳模型的荷载位移曲线比较如图9所示，三个单层球面网壳的稳荷 载子分别为4，8、8(4及3(6。以看出，在钢量相等的条件下，嵌入式节点单层球面网采用矩形 钢杆件时稳性好，最为经济，采用H型钢杆件时次，两者稳定性能均优于采
件普通 刚接
位移fn时
图8单球面网壳全过程荷载位移线 图9单层球面网
四、结论
本文以某跨度为50m的单层球面网为例，对竖向荷载作用嵌入式毂节点单层球面网壳结构静力 能及整体稳定性能进行了研究，通过与普通刚节点单球面网壳构的比较，得出以下结论:与刚接 节点相比，采用嵌入式毂节点对单层球网壳的力性能，尤其是网壳结构剐度影响较小，但对单层球面 网壳体稳定性有较不利影响;采用矩钢杆件的嵌入式毂节点单层球面壳具有较好的整及
体稳定性 参考
【l】王东，程海燕(大径立式圆筒形储罐
【2】JGJ61(2003(网壳结构
【3】刘枫，钱基宏，宋涛等(某工程毂节点网
Release 1 0( 0Inc【4】ANSYS Documentation，ANSYS
【5】沈世钊，听(网壳结构的稳定性(北京:科学出版
用于单层网壳的螺栓鼓节点结构
说明书摘要
本实用新型涉一种网壳结构，尤其涉及一种单层
更具体的说，一种用于单层网壳螺栓鼓节点结构，属屋顶建筑技术领域。一种用于单网壳的栓鼓节点结构，其特征在于：包括六根空杆件（3），所述心杆件（3）与封板（2）焊接固定，其焊接角度能够调节；还包括螺栓鼓（1），所述螺栓鼓（1）呈空心圆柱体结构，所述螺栓鼓（1）上均不封顶，述螺栓鼓（1）向均匀布设有六组螺栓孔，螺孔的位臵可调节；
（3）焊接完成的
1
摘要附图
1
权利要求书
1、 一种用于单层网壳的螺鼓节点结构，其
固定，其焊接角度能够
还包括螺栓鼓（1），所述螺栓鼓（1）呈空心圆柱体
螺栓（1）上下均不顶，所述螺栓鼓（1）周向非均匀布设有六组螺栓孔，螺
与空心杆件（3）焊接完成的封板（2）通过所述螺栓
栓鼓（1）螺栓连接； 2、 如权利要求1所述的节点结构，其特征在于：所
圆柱体结构。
3、 如权利要1所述的节点结构，其特征在于：所述螺栓
括环向加强肋（5）。
4、 如权利要3所述的节点结构，其特征在于：所述环向
位于所述螺鼓（1）的中部，中间
1
1
与杆对不上的情况，不精确，同时，需要等建筑物高度封顶后才能进行网壳结构的安
此外，如螺栓球等节点结构，件和螺栓球为铰接，件可以旋转，非刚性连接，承载强度较低，不能适用于大度、高
实用新型内容
本实用新型实际需解决的技术问题是：采用种杆件与杆件直接焊的方式刚性单层网壳结构的节点结构，由于在实际接中，各件之间的角度需要根据网壳结构的实际形状进行调整，事焊接难以保杆件和杆件间所需要的连接角度，所以无法事先在地面将其焊接好再吊至屋顶，需要等待建筑物封顶的时候，接工人上网壳结，在空中对其进焊接，十危险，而且焊接工人的技能要求很高，接完成后会出现件与杆件对不上情况，够确，同时，需要等建筑物高度封顶后才进行网壳结构的安装，施
本实用新型采用以下技术
一种用于单层壳的螺栓鼓节点结构，包括六根空心
述空心杆件3与封板2焊接固定，其焊接度能够调节；还包括栓鼓1，所述螺栓鼓1呈空心圆柱体构，所述螺鼓（1）上下均不封顶，所述螺栓鼓1周向非均匀布设有六组螺栓孔，螺栓孔的位可调节；与空杆件3接完成封板2
进步的，所述组螺栓孔每组包括上、下设臵的两个螺
进步的，所述栓孔内的螺栓与所述螺栓鼓内侧面之间还
进一步的，所述空心杆件3呈圆柱
进一步的，述螺栓鼓1还包括环向加
更进一步的，
进一步的，述螺栓鼓1，空心杆件3采用
本实用新型的特点是：采用了螺鼓作为刚性单层网壳结构的节点结构中心部，其周向通过螺栓与包括空心杆件的件进行螺栓连接，再使用轴心螺栓将盖板与螺栓鼓的主体进行固定，从而成了节结构的刚固定。这种节点最大好处在于，使用到焊接工艺的地方仅仅是将封板与空心杆件进焊接固定，一个封板和一个空心杆加在一起的整体构仍然很小，便于事先通带定位臵的焊接设备将其对准，调整到设定的焊接角度再进行焊接，从而形种不同焊接角的空心杆件与封板的连接体，下文称“连接体”，再通过对不同的连接体行标号，在进行工施工前，首先个连接体输到施工现场，根据先设计好的连接式，装配工人只需在地，将各个标号的连接体与对应的螺栓鼓上的螺栓孔行螺栓装配，形成单独的节点结或几个节点结构连接形成小块网壳，采用量立承，把在地面上已组装好的小块网逐步吊装到设计标高就位，然后与相的小块网壳连接成整体，直到完成整刚性单网
本实用新型的有益效果
1） 结构精妙，装配
3
2） 无需高技能的焊接操
3） 焊接工人需要爬到建筑物顶上进行焊接操作，极
安全性。
4） 装配度高，避免杆件和杆件对不
5） 建筑物在
工效率，缩了施工周期，节约了工
6） 使产率、量、精度或效率提高，现场组装的方式
更方便快捷，制连接体可以克服因工人技术水平差
差，此空间结构
7） 使能耗、
便、显而易见，施工现场节省了焊接这一工序，组装
易，工人的培训成本
8） 使环境染得到治理：施工现场无需动火，
图1本实用新型用于单
其中，1、螺栓，2、封板，3、空心杆件，4、垫板5、
4
参见图1-2，一种于单层网壳的螺栓鼓节点结，包括六根空心杆件3，空心杆3与封板2焊接固定，其焊接角度够调节；还括螺栓鼓1，螺栓鼓1呈空心圆柱体结构，所述螺栓鼓（1）上下均不封顶，螺栓鼓1周非均匀布设六组栓孔，螺栓孔的位臵可调节；与空心杆件3焊接完成的板2通过螺栓孔与螺栓鼓1螺栓连接；六组螺孔每组包上、下臵的两个螺栓孔。螺孔内的螺与螺栓鼓内侧之间还设有垫板4。空心杆件3呈圆柱体结构。螺鼓1还包括环向强肋5，向强肋5位于螺栓鼓1的中部，中间为空心。栓鼓1，空心杆件3采用铸
在对该节点结构行装配的时候，其骤如下：先将封板2与空杆件放臵在待定位装臵的焊接设备，通过事设计好的节点结构所需的杆件角度，将封板2空心杆进行焊接，成空心杆件3与封板2的连接体，并对不同连接体进行编号；装配工人再根据编将连接通过栓鼓1上的螺栓孔固定在对应的螺孔上，由于空心杆件3封板2的上、面呈平面状，其装角也十分容易确定，只需对其正安，就能达到所需要的
在进行工地施工前，首先各个连接体运输施工现场，根据事先计好连接方式，装配工人只需在地面，将各个号的连与对应的螺栓鼓上的螺栓孔进行螺栓装配，形成单独节点结或几个节点构连接形成的小块网壳，采用少量立承架，把在地面上已组装好的小块网壳逐步吊装到设计高就位，然后与邻的小块网壳连接成整体，到完成整刚性单层网壳结构的装配。实际情况下，连体也可以分批到施工场，边进行地面装配和吊装装配，边进连接体的制作，提高施
图 1 1
图 2
2
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