树状柱上的网壳设计研究

1、支撑于树状柱上的网壳 设计研究上海绿地建设目录Index1 概述2 结构布置3 结构计算4 结语1 概述1 概述1 概述1 概述2 结构布置承。承。此类结构实际可分为椭此类结构实际可分为椭圆圆 网壳构成的上部结构，网壳构成的上部结构，和和 树状柱及其附属构件组树状柱及其附属构件组成成 的下部结构。两者的交的下部结构。两者的交界界 为椭圆网壳的边梁。对为椭圆网壳的边梁。对于于 上部的网壳而言，应对上部的网壳而言，应对网网 格作适当优化，使得分格作适当优化，使得分隔隔 均匀，无刚度突变，以均匀，无刚度突变，以避避 免异常局部失稳。对于免异常局部失稳。对于下下 部结构而言，应保证下部结构而言，应保证

2、下部部 结构为一整体，在空间结构为一整体，在空间各各 个维度上均有可靠刚度个维度上均有可靠刚度， 为为 上上 部部 结结 构构 提提 供供 稳稳 定定 支支2 结构布置为减小柱脚处对基础的为减小柱脚处对基础的影影 响，降低基础造价，通响，降低基础造价，通常常 柱脚设计为铰接。这样柱脚设计为铰接。这样就就 需要在柱头位置形成刚需要在柱头位置形成刚性性 框架。树状柱顶应有一框架。树状柱顶应有一个个 空间桁架，空间桁架与空间桁架，空间桁架与树树 状柱形成一个空间框架状柱形成一个空间框架。 空间桁架为环状四面体空间桁架为环状四面体， 四个面均为平面桁架。四个面均为平面桁架。对对 于要求通透效果的桁架于

3、要求通透效果的桁架可可 选用钢索腹杆或空腹式选用钢索腹杆或空腹式桁桁 架。注意空间桁架应设架。注意空间桁架应设置置 横隔，尤其是在树状柱横隔，尤其是在树状柱支支 撑处。撑处。2 结构布置上部结构的网格划分对上部结构的网格划分对网网 壳刚度影响很大。网格壳刚度影响很大。网格越越 密，网壳刚度越大。网密，网壳刚度越大。网格格 的形状对网壳刚度影响的形状对网壳刚度影响也也 很大。三角形网格网壳很大。三角形网格网壳刚刚 度度 要要 大大 于于 四四 边边 形形 网网 格格 网网 壳。因为网壳的承载力壳。因为网壳的承载力往往 往由稳定验算决定，所往由稳定验算决定，所以以 网壳的刚度直接影响网网壳的刚度直

4、接影响网壳壳 的承载力。的承载力。3 结构计算通过振型分析可以找出通过振型分析可以找出结结 构薄弱环节，可按振型构薄弱环节，可按振型分分 析结果对结构进行调整析结果对结构进行调整加加 强。强。一阶振型为沿短轴水平一阶振型为沿短轴水平位位 移；二阶振型为整体水移；二阶振型为整体水平平 扭转；三阶振型为沿长扭转；三阶振型为沿长轴轴 水平位移；四阶振型为水平位移；四阶振型为网网 壳竖向变形为主；五阶壳竖向变形为主；五阶振振 型、六级为网壳翘曲变型、六级为网壳翘曲变形形 为主。经检验，结构在为主。经检验，结构在各各 个方向上均有可靠刚度个方向上均有可靠刚度， 结构布置合理。结构布置合理。3结构计算静力

5、计算时，对于大跨静力计算时，对于大跨 度建筑同时考虑竖向地度建筑同时考虑竖向地 震作用。对于竖向活荷震作用。对于竖向活荷 载，应考虑半跨布置的载，应考虑半跨布置的 情况。网壳的控制工况情况。网壳的控制工况 往往是半跨施加竖向活往往是半跨施加竖向活 荷载的情况。对于风荷荷载的情况。对于风荷 载体型系数，可进行风载体型系数，可进行风 载的数值模拟。注意本载的数值模拟。注意本 例为开敞式，其体型系例为开敞式，其体型系数要大于封闭式。数要大于封闭式。Y轴负方向风荷载结构变形3 结构计算对于单层网壳这类对初始缺陷敏感的结对于单层网壳这类对初始缺陷敏感的结 构，应进行几何非线性稳定分析。首先构，应进行几何

6、非线性稳定分析。首先 可进行失稳模态分析，求得结构的前几可进行失稳模态分析，求得结构的前几 阶失稳模态。然后将失稳模态作为初始阶失稳模态。然后将失稳模态作为初始 缺陷状态，进行几何非线性分析。应根缺陷状态，进行几何非线性分析。应根 据结构的情况，选择适当的失稳模态。据结构的情况，选择适当的失稳模态。 对于本例而言，四阶失稳模态为网壳沿对于本例而言，四阶失稳模态为网壳沿 纵轴竖向双波变形为主；五阶失稳模态纵轴竖向双波变形为主；五阶失稳模态 为网壳竖向变形为主。这两个失稳模态为网壳竖向变形为主。这两个失稳模态 以单层网壳失稳为主。以单层网壳失稳为主。 求得失稳模态后，求得失稳模态后，以以L/300

7、作为初始缺陷作为初始缺陷 状态，进行几何状态，进行几何非线性分析。经迭代计非线性分析。经迭代计 算，可绘制出位算，可绘制出位移移荷载曲线。达到位荷载曲线。达到位 移阀值时各工移阀值时各工况况K值均大值均大于于5，满足要，满足要 求。求。四阶失稳模态五阶失稳模态4 结语通过支承于树状柱上的椭球网壳的结构分析，可通过支承于树状柱上的椭球网壳的结构分析，可 以得到以下结论：以得到以下结论：1、结构体系布置时应注意网壳与树状柱的结合处、结构体系布置时应注意网壳与树状柱的结合处 要有足够的刚度和强度，保证对上部网壳有效要有足够的刚度和强度，保证对上部网壳有效 支持，并形成整体框架。支持，并形成整体框架。2、上部网壳刚度与树状柱刚度之比要适当，前三、上部网壳刚度与树状柱刚度之比要适当，前三阶振型宜为整体框架位移。阶振型宜为整体框架位移。3、此类大跨度结构计算时应考虑竖向地震荷载作、此类大跨度结构计算时应考虑竖向地震荷载作用。体型复杂时宜采用数值风洞计算求得风荷用。体型复杂时宜采用数值风洞计算求得风荷 载体型系数。载体型系数。4、此类结构应进