供應(yīng)鋁鎂錳板公司解析金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)之間關(guān)系對(duì)比

目前，大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，空間結(jié)構(gòu)以其優(yōu)美的建筑外形和良好的受力性能被廣泛運(yùn)用于工程實(shí)踐中。金屬屋面與網(wǎng)殼是空間結(jié)構(gòu)的主要形式，他們有許多類似的地方，同時(shí)又有各自的特點(diǎn)。(前言)

　　1.金屬屋面與網(wǎng)殼的定義

　　網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由很多桿件通過(guò)節(jié)點(diǎn)，按照規(guī)律的幾何圖形組成的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，雙層或多層平板形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為金屬屋面結(jié)構(gòu)，而曲面形網(wǎng)格稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都屬于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)范疇，結(jié)構(gòu)形式較為新穎，桿件的布置形式都具有很強(qiáng)的規(guī)律性。

　　2.金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的組成與連接

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)（鋁鎂錳板  m.hbkfjc.com）形似一塊大板，一般分為平行桁架系金屬屋面、四角錐體系金屬屋面、三角錐體系金屬屋面、混合型三層金屬屋面等;網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為空間曲面形式，分為單層和雙層網(wǎng)殼兩種，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)依靠單層桿件找形，雙層網(wǎng)殼依靠上弦桿件找形，腹桿和下弦桿可按相應(yīng)的平面桁架體系、四角錐體系或三角錐體系。

　　根據(jù)其組成可以判斷，金屬屋面結(jié)構(gòu)及雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)允許采用鉸接或剛接形式，而單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，桿件之間的節(jié)點(diǎn)只允許采用剛接，否則將使單層網(wǎng)殼形成機(jī)構(gòu)。

　　空間鉸接桿系的一個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，在金屬屋面為幾何不變的前提下，可用下式判斷整個(gè)結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)。

　　W=3J-B-S (1)

　　J——金屬屋面的節(jié)點(diǎn)數(shù)

　　B——金屬屋面的桿件數(shù)

　　S——支座約束數(shù)

　　假設(shè)某雙層正交正放金屬屋面上弦的網(wǎng)格數(shù)為N×N，下弦網(wǎng)格數(shù)為(N-1)×(N-1),則節(jié)點(diǎn)數(shù)為2N2+2N+1,金屬屋面桿件數(shù)為8N2，W=-2N2+6N+3-S。對(duì)于大跨結(jié)構(gòu)，一般情況下N較大，設(shè)N=10,且上弦點(diǎn)支承,約束數(shù)為S=4N，則W=-177.超靜定次數(shù)為177.可見(jiàn)，金屬屋面和雙層鉸節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的冗余度較大，具有較高的安全儲(chǔ)備。

　　3.金屬屋面與網(wǎng)殼的內(nèi)力

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)（鋁鎂錳板  m.hbkfjc.com）與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均為一種空間桿系結(jié)構(gòu)，具有三維受力特點(diǎn)，能承受各方向的作用，空間整體性比較好。金屬屋面結(jié)構(gòu)桿件及鉸接二層網(wǎng)殼的桿件均為二力桿;單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件需做成剛接，能夠傳遞彎矩。平板金屬屋面對(duì)支座無(wú)水平推力或是拉力，而網(wǎng)殼一般不同，網(wǎng)殼需要較大的邊緣構(gòu)件來(lái)約束它。金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)支座約束類型比較敏感，約束數(shù)越多、越強(qiáng)，溫度應(yīng)力就越大。在豎向荷載作用下，金屬屋面的上下弦桿在跨中內(nèi)力較大，支座處的弦桿內(nèi)力相對(duì)小些，支座處的腹桿內(nèi)力較大，跨中腹桿內(nèi)力較小，金屬屋面結(jié)構(gòu)可以采用簡(jiǎn)化計(jì)算公式估算內(nèi)力，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于曲面形式多樣，內(nèi)力分布與曲面形狀相關(guān)，沒(méi)有統(tǒng)一的近似計(jì)算公式。

　　4.金屬屋面與網(wǎng)殼的內(nèi)力分析方法

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)和雙層鉸接網(wǎng)殼計(jì)算一般采用空間桁架位移法，假定節(jié)點(diǎn)為鉸接、桿件只承受軸力，服從小變形及線彈性理論，且金屬屋面只承受節(jié)點(diǎn)荷載;而對(duì)于剛接的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，宜采用空間剛架位移法，假定梁?jiǎn)卧獮榈冉孛骐p軸對(duì)稱直桿、變形后梁截面仍為平面，同時(shí)服從小變形及線彈性理論。

　　在空間桁架位移法計(jì)算過(guò)程中，金屬屋面結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的單剛矩陣的建立有所區(qū)別。金屬屋面結(jié)構(gòu)中，單剛矩陣沒(méi)有考慮桿件伸的影響，桿長(zhǎng)取為原長(zhǎng)，局部坐標(biāo)系下直接建立單剛矩陣：

　　(2)

　　再轉(zhuǎn)換到整體坐標(biāo)系下的單剛矩陣。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般考慮網(wǎng)殼變形對(duì)網(wǎng)殼內(nèi)力的影響，網(wǎng)殼的平衡方程建立在變形后的位置上。所以，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的單元切線剛度矩矩陣建立在整體坐標(biāo)系下：

　　(3)

　　——單元切線剛度矩陣

　　——單元線彈性剛度矩陣

　　——單元幾何剛度矩陣

　　——單元的初位移矩陣

　　然后，建立整體坐標(biāo)下的總剛矩陣，根據(jù)外荷載、邊界條件求解方程組，得到位移，再計(jì)算桿件內(nèi)力。

　　5.金屬屋面與網(wǎng)殼（鋁鎂錳板  m.hbkfjc.com）的地震動(dòng)特性

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的頻譜非常密集。金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的第一周期隨短向跨度的增大而增大。金屬屋面結(jié)構(gòu)的剛度受金屬屋面高度影響較大，相應(yīng)地，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的剛度受網(wǎng)殼的厚度影響較大。金屬屋面結(jié)構(gòu)在進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，若不帶入下部結(jié)構(gòu)，得到的對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)周期的振型一般都是豎向振型。帶入下部結(jié)構(gòu)計(jì)算后，若柱子抗側(cè)剛度較小，一般首先出現(xiàn)水平振型。而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振型與矢跨比有關(guān)，矢跨比越小，第一振型越容易出現(xiàn)豎向振型，在工程運(yùn)用中，矢跨比一般都較大，以水平振型為主。對(duì)于一般金屬屋面結(jié)構(gòu)，第一振型對(duì)應(yīng)的圓頻率近似公式采用瑞雷法：

　　(4)

　　——金屬屋面基頻，Hz

　　——重力加速度

　　——第一振型i節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)重力荷載代表值，KN

　　——第一振型i節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位移,m

　　對(duì)于常用的雙層圓柱面網(wǎng)殼，基頻可按下式估算：

　　(5)

　　——圓柱面網(wǎng)殼基頻，Hz

　　——圓柱面網(wǎng)殼矢高，m

　　——圓柱面網(wǎng)殼波寬，m

　　——圓柱面網(wǎng)殼厚度，m

　　——圓柱面網(wǎng)殼長(zhǎng)度，m

　　從公式反映出，金屬屋面結(jié)構(gòu)的基頻直接受自重、荷載，間接受金屬屋面剛度的影響;而雙層柱面殼基頻計(jì)算公式只與網(wǎng)殼的幾何參數(shù)相關(guān)。

　　6.金屬屋面與網(wǎng)殼的穩(wěn)定性比較

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)（鋁鎂錳板  m.hbkfjc.com）的穩(wěn)定問(wèn)題不是特別明顯，有相當(dāng)一部分金屬屋面的破壞由支座的破壞導(dǎo)致，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定需要特別關(guān)注，工程中的網(wǎng)殼破壞，特別是單層網(wǎng)殼，主要是由殼體的局部失穩(wěn)開(kāi)始。對(duì)于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在荷載作用下容易出現(xiàn)局部穩(wěn)定問(wèn)題，而且其穩(wěn)定受到初始缺陷、非線性、曲面形狀、網(wǎng)殼密度與厚度、結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)剛度、荷載分布邊界條件等因素的影響，較為復(fù)雜。

　　7.金屬屋面與網(wǎng)殼的構(gòu)造

　　金屬屋面與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)主要對(duì)桿件截面、長(zhǎng)細(xì)比，一般節(jié)點(diǎn)的形式和支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提出了要求。節(jié)點(diǎn)應(yīng)該形式簡(jiǎn)單，傳力可靠。在金屬屋面與網(wǎng)殼的計(jì)算中，引入了許多假定，構(gòu)造設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量滿足這些假定。例如對(duì)于鉸接節(jié)點(diǎn)，金屬屋面與網(wǎng)殼的桿件不能太短，桿件越短，對(duì)假定的偏離就越大;也不能太長(zhǎng)，長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，桿件就容易失穩(wěn)。對(duì)于剛接節(jié)點(diǎn)，

　　8.總結(jié)

　　金屬屋面結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都屬于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（鋁鎂錳板  m.hbkfjc.com），其理論水平已近成熟，近年來(lái)發(fā)展迅速。它們有很多相似的地方，但又由于形態(tài)與組成上的差別，使得其在受力特性、內(nèi)力分析方法、地震動(dòng)特性等方面出現(xiàn)了一些差異。在進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，考慮主要因素的影響，忽略次要因素，在滿足精度的要求下使分析盡量簡(jiǎn)化。