近年來,建筑跨度越來越大、體型越來越復雜,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的應(yīng)用也日

趨增多。由于沒有指導網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的規(guī)程,一般結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時,大多套用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程[1]。但是,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力性能與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比畢竟有較大的區(qū)別:從網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計算模型的確定到節(jié)點、桿件的設(shè)計方法都有不同于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的地方,完全套用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法來設(shè)計網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)將帶來嚴重后果,因此有必要重新認識網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計的每一環(huán)節(jié)。

邊界條件假定是結(jié)構(gòu)計算的重要一環(huán)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)對邊界條件的要求較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)要高,本文將結(jié)合邊界條件對結(jié)構(gòu)強度、剛度、水平推力和溫度應(yīng)力等幾方面的影響來探討網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)邊界條件的選型。

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件,是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)的連接紐帶,是實現(xiàn)邊界條件假定的重要途徑。支座節(jié)點的設(shè)計是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要組成部分,其設(shè)計的成敗直接關(guān)系到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件假定能否成立,關(guān)系到網(wǎng)殼實際受力狀況與計算模型是否一致,影響到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體安全。本文將結(jié)合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的一般邊界條件,提出網(wǎng)殼支座的合理型式和應(yīng)用范圍。

于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般支承于框架或磚墻上,下部支承結(jié)構(gòu)在垂直于平面投影方向的支承剛度較大,加之支座自身的豎向剛度很大,因此一般可以認為在邊界的豎向為固定約束。

而在邊界的水平方向,支承條件就不那么簡單,需要對具體工程作具體分析。表1列舉了可能存在的各種水平約束條件。從中可以看到:當下部支承結(jié)構(gòu)有較強的抗側(cè)剛度時,網(wǎng)殼的邊界條件則完全與網(wǎng)殼支座的工作狀態(tài)相吻合,支座選型不當,將使結(jié)構(gòu)的實際內(nèi)力與計算內(nèi)力出現(xiàn)較大差異,危及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體安全。因此,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點必須根據(jù)結(jié)構(gòu)分析所假定的邊界條件選擇合理的型式

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座節(jié)點的型式及適用范圍

盡管網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的約束條件較為復雜,但對支座本身來說,仍然可以分為:①固定鉸支座;②彈性支座;③滾軸支座等基本型式,當然根據(jù)工程的具體情況,也可采用一向固定、一向彈性雙向。

作為上部結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架、網(wǎng)殼)和下部結(jié)構(gòu)(柱、支撐系統(tǒng))的連接構(gòu)件,支座節(jié)點是鋼結(jié)構(gòu)體系的重要元素之一。支座節(jié)點的功能有很多[1 ] ,主要的一點是能可靠地將上部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力(壓力、拉力等)集中地傳遞到下部結(jié)構(gòu),同時還可起到釋放某些內(nèi)力(溫度應(yīng)力、不利彎矩) ,以避免下部主要結(jié)構(gòu)處于非常不利的復雜應(yīng)力狀態(tài)的作用。在一般鋼結(jié)構(gòu)中,支座節(jié)點主要有鉸接和固接兩種,而在弦支穹頂?shù)瓤臻g結(jié)構(gòu)中支座節(jié)點以鉸接節(jié)點為主。常用的形式有:平板支座、弧形支座、球鉸支座、板式橡膠支座等幾種。其中,平板支座只適用于跨度較小,無明顯沉降,且溫度應(yīng)力影響不大的輕型網(wǎng)架、網(wǎng)殼中。后3種支座節(jié)點都屬于鉸接支座,可釋放不利彎矩和溫度應(yīng)力,適用范圍廣泛。但這些支座在構(gòu)造、制作安裝及造價上均需進一步優(yōu)化。板鉸支座由一塊鋼板及幾塊肋板組成,,具備傳力可靠、可釋放不利彎矩及溫度應(yīng)力等支座節(jié)點的主要功能,正符合“thesimpleisthebest”)這一結(jié)構(gòu)思想。

大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮構(gòu)件變形、支撐結(jié)構(gòu)位移、邊界約束條件和溫度變化等對其內(nèi)力產(chǎn)生的影響；同時可根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況采用能適應(yīng)變形的支座以釋放內(nèi)力。大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)系指跨度≥60?m的屋蓋結(jié)構(gòu)?？缍醛?6?m的兩端鉸支承的桁架，在豎向荷載作用下，下弦彈性伸長對支承構(gòu)件產(chǎn)生水平推力時，應(yīng)考慮其影響。對于風敏感的或跨度﹥36?m的柔性屋蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生風振的影響。有以上幾條可以看出，當網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度﹥36?m時，在恒載作用下，下弦會因伸長而對支承構(gòu)件產(chǎn)生一定的水平推力；在風荷載作用下，網(wǎng)架會產(chǎn)生風振影響，當風荷載為壓力時，支座轉(zhuǎn)角會增大，當風荷載為吸力時，支座轉(zhuǎn)角會減小，由于風荷載為脈動荷載，時大時小，時有時無，所以對支座轉(zhuǎn)動釋放能力要求較高。當網(wǎng)架跨度≥60?m時，以上影響將會更大。所以當網(wǎng)架跨度﹥36?m時宜采用釋放轉(zhuǎn)動和位移性能更好的橡膠支座、盆式橡膠支座或者球形鋼支座；當網(wǎng)架跨度≥60?m時應(yīng)選用橡膠支座、盆式橡膠支座或者球形鋼支座。對于檢修比較困難或檢修代價比較大的工程優(yōu)選球形鋼支座。