某带钢肋混凝土球壳结构分析.pdf

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1、２０１４年第８期（总第１３７期）江西建材建筑与规划设计某带钢肋混凝土球壳结构分析■陈进于■广东省建筑设计研究院，广东广州５１０３７０摘要：本结构采用单层肋环式球形网壳＋混凝土球壳体系，跨度６７．８ｍ。采用３弹性分析及设计结果ＳＡＰ２０００通用有限元分析软件对结构进行弹性阶段分析，并通过理论计３．１竖向变形结果算公式计算壳体应力和软件计算结果进行对比；并进行考虑施工过程的在恒载＋活载作用下，跨中最大挠度１７．３ｍｍ，最大跨度６７．８ｍ，挠结构分阶段稳定分析，在考虑荷载变化、壳体刚度变化和初始缺陷的不跨比为１／３９１９，远远超过规范所要求的最大挠跨比范围，可

2、见本结构同影响因素下，验证结构具有可靠的稳定性，并提出施工措施提高施工体系能够有效降低竖向变形。过程的稳定性；３．２混凝土球壳应力分析关键词：混凝土球壳稳定分析初始缺陷施工模拟在恒载＋活载作用下，大部分压应力在２．６Ｍｐａ～３．９Ｍｐａ１工程概述之间，球壳最大压应力为５．本结构大屋盖采用单层肋环式球形网壳＋混凝土球壳结构（图１），０Ｍｐａ左右，小于ｆｃ＝１４．大屋盖直径６７．８ｍ，矢高１５ｍ（跨高比４．５２），支撑于周边均匀分布的１２３Ｍｐａ，满足设计要求。仅在根混凝土柱（直径１５００）以及环梁上。屋盖投影面积约为３６１０#。在超边缘处局部出现拉应力，设

3、计过６０ｍ跨度的穹顶采用该结构体时通过在此处加腋和配双层系，在国内十分罕见。屋顶标高为双向钢筋解决。本工程参考３０．０００ｍ，由于表演需要，屋盖下方［１］文献的方法在不考虑钢肋吊有双层钢结构马道，标高分别为的情况下对混凝土球壳应力１８．５００ｍ和２３．０００ｍ，马道层通过吊进行验算复核。计算结果显柱与屋面相连。示其平均径向压应力为２．图３混凝土壳体应力图本结构位于广东珠海，工程抗１２ＭＰａ，由于吊柱或者马道的震设防烈度为７度，Ⅲ类场地，设不均匀荷载作用下，程序计算的结果较公式结果略大，但差别并不大，计地震分组为第１组，设计基本地图１结构三维轴测图验证了软

4、件计算结果的可靠性。震加速度值为０．１ｇ，特征周期０．４５ｓ，抗震设防分类为标准设防类；基３．３应力比结果本风压值０．８５ｋＰａ。屋面部分钢结构（不包括马道）考虑升温或降温作Ｈ５００Ｘ３００Ｘ１２Ｘ２０最大应力比０．６９；Ｈ４００Ｘ２５０Ｘ８Ｘ１２最大应力比用Ｔ＝＋２５°Ｃ／Ｔ＝－２５°Ｃ的温差作用（室内封闭场馆）。０．４１；Ｈ４００Ｘ２００Ｘ８Ｘ１２最大应力比０．６８；应力比结果均满足规范要求。本结构采用ＳＡＰ２０００进行分析。４考虑施工过程的结构稳定分析２结构设计输入考虑了施工过程中荷载变化、壳体刚度变化和初始缺陷的不同影２．１结构布置响因素分成了三

5、种工况进行线性稳定和非线性稳定分析。其中非线性屋盖径向杆件采用Ｈ５００Ｘ３００Ｘ１２Ｘ２０和Ｈ４００Ｘ２５０Ｘ８Ｘ１２两种截稳定分析考虑了网壳的初始缺陷。面，环向主要采用Ｈ３００Ｘ２００Ｘ８ｘ１２截面，屋面板采用１１０厚钢筋桁架４．１施工过程一：马道施工阶段组合楼板，屋面板跨度约为２．５ｍ。屋面板参与受力，并且在使用阶段工况描述：环肋形球面单层网壳已施工，混凝土板尚未浇筑，正进承受了结构的大部分竖向荷载。为平衡网壳结构产生的巨大推力，１２行下部双层马道的施工。根混凝土柱柱顶采用１２００ｘ１５００大环梁，使得支撑混凝土结构成为一２２考虑荷载：屋面施工活载１

6、．０ｋＮ／ｍ；马道层恒载１．０ｋＮ／ｍ；马道个力自平衡体系，柱底弯矩明显降低。２层施工活载１．０ｋＮ／ｍ；钢结构自重自动计算。计算结果：线性稳定分析屈曲模态Ｋ＝６．６；考虑初始缺陷非线性稳定分析荷载位移Ｋ＝３．０４．２施工过程二：屋面板施工阶段工况描述：环肋形球面单层网壳已施工，混凝土板已经浇筑（但尚未进入受力阶段，不考虑楼板刚度情况），下部双层马道在混凝土板施工期间以及强度尚未形成期间停止施工。考虑荷载：屋面恒载（包括板自重及部分施工设备）３．５，屋面施工２２活载１．０ｋＮ／ｍ；马道层恒载１．０ｋＮ／ｍ；钢结构自重自动计算。图２屋盖平剖面图（单层肋环式

7、球形网壳＋混凝土球壳）计算结果：线性稳定分析屈曲模态Ｋ＝４．３５；考虑初始缺陷非线性２．２荷载输入稳定分析荷载位移Ｋ＝４．０表１竖向荷载输入４．３施工过程三：使用阶段荷载类型荷载标准值（ＫＮ／ｍ２）工况描述：使用阶段楼板刚度已形成，混凝土球壳形成受力体系，恒屋面附加恒载（板自重程序自动考虑）１．０可考虑屋面板刚度载马道恒载（双层马道）１．５考虑荷载：实际设计荷载屋面活载（Ｌ１）０．５计算结果：线性稳定分析屈曲模态Ｋ＝３３．４；由于在考虑楼板刚度情况下球壳的竖向变形极小，且线性稳定Ｋ值较大，因此不考虑其非活马道上人活荷载（Ｌ２）２．０线性失稳情况。载马道上

8、人活荷载（（Ｌ３）１．５４．４稳定分析小结屋面考虑吊点及轨道梁预留活荷载每点２０