網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件支座設(shè)計(jì)

白曉民

（山東三維石化工程股份有限公司內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

隨著我國(guó)建筑跨度的不斷加大，使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)階段工業(yè)建筑和民用建筑當(dāng)中所占的比例也越來(lái)越多。結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時(shí)，基本上都會(huì)采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的規(guī)程。這樣做的原因主要是目前我國(guó)沒(méi)有一個(gè)指導(dǎo)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的相關(guān)規(guī)程。可是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在受力方面是有一定差距的，包括網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型以及對(duì)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，都和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，完全套用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，一定會(huì)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的后果。要詳細(xì)了解網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所用環(huán)節(jié)。

2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件

2.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)邊界條件的區(qū)別

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力性相比，差別非常大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的整體受力性能和平板比較相似，其結(jié)構(gòu)主要是以彎曲力為主。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)更加類(lèi)似于連續(xù)殼體，其結(jié)構(gòu)的受力情況主要是薄膜為主。兩者之間不同的結(jié)構(gòu)邊界，造成了兩者出現(xiàn)了不同的要求。一般情況下，我們?cè)谠O(shè)計(jì)周邊支承的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)去選擇沿邊界切向固定的約束條件。這樣做，一方面是由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的下部支承結(jié)構(gòu)在邊界的法向是比較柔的。另一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)本身，也是需要這樣的邊界，來(lái)釋放自身的溫度應(yīng)力。對(duì)于那些矢跨比比較小的微曲面雙層網(wǎng)殼來(lái)講，也有邊界法向約束放松這一做法。出現(xiàn)這樣做法的原因是，即使結(jié)構(gòu)邊界是按照我們的法向約束去計(jì)算的，可是網(wǎng)殼也不會(huì)再以受薄膜力為主了，這時(shí)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力點(diǎn)發(fā)生了相應(yīng)的改變，已經(jīng)逐漸接近于平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是相對(duì)比較扁平的，它下部的支承結(jié)構(gòu)是比較柔軟的，這樣也就比較能夠接近我們法向放松的計(jì)算假定。而此時(shí)，如果再去看網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)殼已經(jīng)變成了一個(gè)彎曲的網(wǎng)架了。對(duì)于比較一般的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于受到自身結(jié)構(gòu)和受力特征的影響，使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)下部的支承結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)推拉式的趨向。如果在此時(shí)放松了邊界的法向約束，那么，這時(shí)的結(jié)構(gòu)支座節(jié)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)非常大的水平位移，而此時(shí)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)也就逐漸的失去了自身殼體的受力方面的特征，就會(huì)從之前的承受薄膜力逐漸轉(zhuǎn)換成為承受彎曲力，這樣，最終就會(huì)降低整個(gè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體剛度，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全。所以說(shuō)，對(duì)于一般的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，沿邊界法向的約束是一定要有的。

2.2 邊界水平支承剛度對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力性能的影響

支承剛度對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的影響也是不相同的。周邊支承的平板式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)于支承剛度的要求不是特別多，只是希望邊界法向的水平支承剛度能夠小一些，越小的邊界法向水平支承剛度，就越能夠滿(mǎn)足網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)假定。而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)則是對(duì)邊界條件要比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)敏感的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，如果網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件有了一定的變化，那么就有可能會(huì)對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的影響。需要注意的是，網(wǎng)殼的支承剛度一旦接近相應(yīng)剛度的時(shí)候，這時(shí)支座的水平推力就會(huì)出現(xiàn)增加現(xiàn)象，根據(jù)這一情況，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)水平推力有限制的柱面網(wǎng)殼時(shí)，要準(zhǔn)確選擇結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)要具有彈性，要選擇彈性的支承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，不要選擇剛性的支承網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，這樣做，可以大大降低網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體剛度。網(wǎng)殼的實(shí)際承載能力也會(huì)隨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)剛性的增加而逐漸減少。任何事物都有兩面性。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，運(yùn)用彈性支承時(shí)，也要慎重考慮所有因素，這樣工程設(shè)計(jì)才能完整。

3 溫度應(yīng)力問(wèn)題對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊界條件選型的影響

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支座條件與溫度應(yīng)力之間有著比較明顯聯(lián)系。當(dāng)邊界的法向并沒(méi)有達(dá)到完全開(kāi)放的時(shí)候，這時(shí)網(wǎng)架位于支承面內(nèi)的弦桿會(huì)受到溫度應(yīng)力的影響，尤其是靠近支座處的桿件，可能會(huì)增大很多。對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，會(huì)去選擇法向相對(duì)較為放松的約束條件，來(lái)釋放相應(yīng)的溫度應(yīng)力。

4 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支座設(shè)計(jì)

4.1 固定絞支座和滾軸支座的設(shè)計(jì)

滾軸支座的受力情況其實(shí)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是基本相同的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以按照網(wǎng)架支座的設(shè)計(jì)方法，對(duì)滾軸支座進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算。由于運(yùn)用滾軸支座的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)會(huì)在邊界的地方出現(xiàn)較大的水平位移現(xiàn)象，因此，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以在支座的底板上開(kāi)設(shè)一個(gè)橢圓形的錨栓孔，這樣就可以在很大程度上避免定位錨栓影響支座的側(cè)移。

4.2 彈性支座的設(shè)計(jì)

彈性支座的受力狀態(tài)和其他的支座是有很大不同的。彈性支座不僅要承受相應(yīng)的豎向反力，還要承受來(lái)自水平方向的推力。設(shè)計(jì)時(shí)，不能夠運(yùn)用簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算和設(shè)計(jì)彈性支座，要根據(jù)支座的實(shí)際受力情況，確定支座的相應(yīng)設(shè)計(jì)方法，這樣才能夠真正達(dá)到對(duì)彈性支座設(shè)計(jì)的目的。

上部支座要根據(jù)計(jì)算才能夠確定。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的上部支座，計(jì)算方法其實(shí)和網(wǎng)架支座的計(jì)算方法差不多，但是，需要注意的是，由于支座的水平反力作用，使得支座底部的壓力應(yīng)力會(huì)分布很不均勻。在設(shè)計(jì)支座底板的時(shí)候，要按照底板底部的最大壓應(yīng)力，來(lái)確定底板的平均壓力。應(yīng)注意的是，支座底板的平面尺寸要大于橡膠底板，一般要超出25 mm左右。

5 結(jié)論

其一：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是對(duì)邊界條件非常敏感的結(jié)構(gòu)之一，一定要根據(jù)剛度、溫度應(yīng)力等因素去綜合性選擇邊界條件。其二：網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支座，要滿(mǎn)足邊界支承剛度條件和自身強(qiáng)度條件，對(duì)支座進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不能按照傳統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座的設(shè)計(jì)方法去設(shè)計(jì)，要根據(jù)支座的實(shí)際受力情況去設(shè)計(jì)支座方法。

［1］ 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程·JGJ7-91［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.

［2］ 尹德鈺，劉善維，錢(qián)若軍.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

［3］ 董繼斌.雙層柱面網(wǎng)殼選型與設(shè)計(jì)［G］//1996年度土建設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)資料集.煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)情報(bào)土建專(zhuān)業(yè)站，1996.