大跨度三心圓柱面網殼結構設計探析

吳瑩卿

摘? 要：在目前的建筑領域中，柱面網殼結構已經能夠用于多種建筑物。這主要是由于此類建筑結構具有結構跨度大與凈空高的特征，并且呈現獨特造型。對于柱面網殼的建筑結構來講，大跨度三心圓應當屬于柱面網殼的典型結構，其本身具備較高的空間利用率。因此在目前實踐中，關于柱面網殼結構有必要優先選擇大跨度的三心圓結構，并且因地制宜的實現優化設計。

關鍵詞：大跨度三心圓柱面;網殼結構;設計措施

中圖分類號：TU758? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

從結構類型的角度講，柱面網殼結構可以分為三心圓柱面以及圓柱面網殼的結構。作為特殊的網殼結構而言，大跨度的三心圓結構具有不可忽視的獨特優勢。具體在運用時，如果選擇這種柱面網殼結構用于施工建設，那么可以靈活控制柱面網殼的落地角度，并且還能降低建筑基礎整體施工成本。因此作為建筑設計人員，其針對不同種類的建筑物有必要予以靈活設計，確保柱面網殼結構能體現優越性。

1 大跨度三心圓柱面網殼結構的基本特征

大跨度的三心圓柱面特殊網殼結構本身具有凈空較高、造型新穎、經濟效益較好以及結構跨度較大的獨特優勢。因此在目前看來，上述的建筑網殼結構已經能夠用于多種的建筑物設計。象針對儲存煤炭材料專用的火電廠倉庫來講，運用上述的網殼建筑構造就具有良好的適用性。從矢量高度以及網殼跨度的不同劃分來看，現存的上述網殼構造主要涵蓋了30 m～40 m的矢量高度以及130 m以內的網殼跨度。

具體而言，柱面網殼結構包括了三心圓柱面以及普通圓柱面的不同網殼構造。經過對比可見，三心圓柱面網殼由于具有較小的鉛垂線與落地切線夾角，因此水平結構推力也并不會很強。在此基礎上，關于全過程的網殼建筑設計即可做到基礎費用的全面減少。與此同時，設計人員還能做到結合現有的建筑設計條件，靈活選擇建筑結構。

2 網殼結構的設計要點

三心圓柱面網殼作為目前的特殊建筑構造而言，與之有關的建筑設計也體現為復雜性。因此在實踐中，設計人員針對這種建筑網殼構造應當優化設計，并且確保將多種設計要點融入其中。與此同時，建筑設計人員針對建筑造價也要給予更多關注，從而運用相應舉措來減少資金成本與其他的設計成本。具體而言，關于三心圓柱面的建筑網殼結構需要關注如下的設計要素。

2.1 確定整體的結構設計思路

在多數情況下，對于圓弧構成的三心圓柱面可以將其分成3段。在這其中，中間圓弧段具有較小的弧度與較大的半徑，而處于地平線下的圓心具有壓縮整體結構空間的重要作用。此外，處于地平線上的兩側圓弧段具有較小的圓弧半徑。因此如果要做到優化設計各個圓弧段，則關鍵在于確保鼓起的兩側圓弧段能達到最大的凸起程度。唯有如此，斗輪機才能具有充足的操作空間。

依照上述的結構設計基本思路，對于殼體應當適當抬高處理，確保達到平緩的圓弧結構過渡狀態。三心圓柱面具有較小的跨度，因此針對整體的結構設計造價能夠顯著降低，并且優化了殼體投影占據的面積。相比于網殼本身的厚度而言，對于網格尺寸最好能夠適當增大。并且，對于弦桿以及腹桿最好能夠限定于60°的最佳夾角，如此才能保證均勻性的桿件受力，確保建筑物達到整體的美觀度。

2.2 優化荷載組合設計

從荷載工況的角度講，關鍵在于其中的活荷載與恒載設計優化。除此以外，關于組合荷載還需考慮整個建筑物承受的豎向以及水平地震作用力，據此選取相適應的結構系數。具體而言，針對風荷載在予以設計時應當依照現行的有關設計規程。經過風洞試驗之后，才能給出科學的風荷載數值。通過分析試驗結論，可以得知動力放大效應將會顯著影響到大跨度的網殼結構。并且，靜力風荷載也會給荷載數據帶來某種影響。在此基礎上，設計人員針對風荷載效應有必要予以適當放大。

2.3 構建模型并且分析結構受力

關于構建設計模型可以選擇3D3S軟件予以完成，全方位地優化了模型結構。對于受力模型而言，應當能夠選擇相匹配的多種桿件規格，并且據此確定目前的鋼材消耗總量。三心圓柱面具有特殊的網殼受力原理，對此有必要借助相應的荷載模型來完成全方位的荷載受力分析。在此前提下，經過判斷可知門式鋼架呈現特殊的彎矩分布，其中根源應當在于直線段以及兩側的圓弧段影響。因此，對于上述的荷載受力分析尤其需要關注對于直線段與圓弧段的全面優化，如此才能達到改善受力狀態的目的。

此外，豎向荷載也會影響跨中最大位置的網殼受力。在疊加內力的作用下，可知支座部位以及圓弧段部位將會承受最大的內力。為保證整個建筑物穩定性，那么需要優化受力作用。經過軟件模擬，可以得出結構自振的基本規律，從而實現全方位的結構受力優化。

3 應注重的事項

三心圓柱面的特殊柱面網殼構造在目前已經可以用于多種多樣的建筑物設計。具體在設計時，應當依照有關的現行設計規范，并且結合此類圓柱面網殼的典型特征來選擇設計模式。經由全面的設計考慮，應當能給出適合該建筑物的網殼幾何形狀。從現狀來看，建筑設計人員已經能夠運用軟件作為設計輔助，并且實現有限元分析的目標。象3D3S軟件能夠用于給出靜力計算的結論，此外還能給出風荷載的精確數值。與此同時，設計人員還需格外關注荷載體型參數以及基本風壓，確保依照風荷載系數予以精確計算。

經過上述的計算分析以后，應當可以給出經過簡化以后的鋼拱架與網殼結構模式。由此可見，門式鋼架與柱面網殼具有近似的受力特征。三心圓柱面的特殊網殼結構由于同時包括了直線段與圓弧段，因此能夠抵消拱腳推力，并且對于拱形受力也能達到最優的均衡性。從網殼整體受力的視角來看，其中的桿件內力很可能會受到支座變形的影響。作為典型的超靜定結構而言，網殼結構的桿件支撐力以及支座沉降力之間具有聯系。也就是說，如果增加了現有的水平支座總數，則會減小桿件內力。

通過上述的受力特性分析，可見設計人員有必要格外關注支座偏移現象的產生。具體在優化設計時，對于鉆孔灌注樁最好選擇較大側向剛度的灌注樁或者選擇傾斜灌注樁。通過運用失穩模態分析可見，由于受到非線性的特殊幾何條件影響，因此將會減小臨界的荷載系數。因此針對桿件應力在予以校核過程中，關鍵在于適當放大地震力效應，如此才能達到優化桿件受力的目標。

6 結語

經過分析可見，柱面網殼結構中的大跨度三心圓結構具有突顯的建筑設計優勢。從當前現狀來看，關于現階段的建筑設計已經可以選擇柱面網殼結構，從而全面體現了大跨度三心圓的柱面網殼構造優勢。未來在建筑設計的有關實踐中，設計人員仍需歸納現存設計經驗，在此前提下致力于優化建筑物的整體構造性能，并且達到保障建筑物安全的目標。

參考文獻

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