浙江不銹鋼管廠家雙層異形網殼結構的設計與分析研究

 浙江不銹鋼管廠家雙層異形網殼結構設計為工程背景，對其結構選型做了具體論述；以線彈性分析作為基礎，細致地分析了異形雙層柱面網殼結構的非線性性能．最后得出網殼結構工程設計與研究的幾點結論．

一、初步設計與分析

  所謂空間結構，即其形狀呈空間狀，并同時具有三維受力特性．與平面結構相比，空間結構形式的多樣化是其最大的優(yōu)勢。然而，浙江不銹鋼管廠家結構工程師在結構設計的過程中，并不是在設計初始階段就主動去確定結構形式，而往往是依照建筑師所提出的建筑造型而被動地進行設計．某不銹鋼管廠要新建一大門，根據甲方要求，分為人車兩股路線．其中一側為車行通道，另一側為人行通道。根據這個產品特點，建筑師設計了兩根大的不銹鋼管相接，作為該大門主體結構的外形．其中一根不銹鋼管水平放置，另一根不銹鋼管傾斜向上，并把不銹鋼管端部斜切。結構工程師通過對其結構形態(tài)進行分析，研究了結構承重構件與形式之間的關系，包括對形狀、材料、荷載與結構體系4大要素的研究，最終確定采用雙層網殼結構的形式，從而達到建筑師的構想。

  在進行結構初步設計時，將螺栓球節(jié)點作為節(jié)點設計，假定桿件的連接方式為鉸接，直接采用鉸接空間桿元，忽略結構幾何非線性的影響，按照空間桁架位移法進行計算。由于采用非抗震設計，結構及屋面自重、雪荷載、風荷載及檢修荷載的作用作為主要考慮對象．采用內力和位移雙控原則，使用優(yōu)化原理，確定桿件和節(jié)點的尺寸、型號。

二、幾何非線性分析方法

  幾何分析方法從廣義講分為兩種，一種是線性分析方法，一種是非線性分析方法。由于浙江不銹鋼管廠家異形雙層網殼結構與普通的雙層柱面網殼結構有明顯的結構差異，因此對于本結構，需要以線彈性分析為基礎，進行彈性大位移的幾何非線性分析。

  根據桿單元所固有的幾何性質及其受力特點，在整體坐標下空間桿單元的切線剛度矩陣可以用狀態(tài)平衡方程直接推導出來。建立非線性方程組后，需要應用數(shù)學方法進行編程求解．具體求解方法有：增量法、迭代法、增量迭代法、初應變法、初應力法等．筆者采用增量迭代法，即先采用荷載增量對非線性方程組進行線性化處理，然后在每個增量步中，進一步線性化處理增量荷載。

三、對比分析

 浙江不銹鋼管廠家對結構采用桿單元模型進行非線性分析，并應用增量迭代法進行求解，最后與空間桁架位移法進行的有限元分析結果做了變形對比．由網殼頂部脊線的變形圖可知：同線彈性分析結果相比，考慮幾何非線性分析的最大撓度變形結果大了5.4%．另外，桿件內力最大增幅在10%以內。因此，幾何非線性的影響對該雙層網殼結構而言是比較小的。

四、基礎設計

 浙江不銹鋼管廠家根據上述雙層異形網殼結構上部桿件的初步設計，對該結構的基礎進行設計．該網殼下部由4點支撐，每個節(jié)點均提供ｘ向、ｙ向和ｚ向3個方向的約束，同側的2個節(jié)點支承于同一個鋼筋混凝土獨立基礎上，根據計算分析得到的最大基底反力設計兩側的獨立基礎，基底彎矩利用基礎及回填土的自重來抵抗。該雙層異形網殼結構最終基礎設計如圖所示。

五、結論

 1. 浙江不銹鋼管廠家對于常規(guī)形狀和尺寸的雙層柱面網殼和跨度較小的異形雙層柱面網殼而言，可以近似忽略幾何非線性的影響．

 2. 浙江不銹鋼管廠家采用的非線性桿單元模型具有廣泛的適用性，常用于非常規(guī)網架和網殼結構分析和設計中進行結構簡化處理．

 3. 分析結果表明，浙江不銹鋼管廠家大門雙層網殼結構的破壞機理不會因彈性失穩(wěn)引起。