網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件支座設(shè)計

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越多。結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時，基本上都會采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的規(guī)程。這樣做的原因主要是目前我國沒有一個指導(dǎo)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工的相關(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)的計算模型以及對節(jié)點的設(shè)計，都和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，完全套用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，一定會出現(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，我們在設(shè)計周邊支承的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)時，會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，來釋放自身的溫度應(yīng)力。對于那些矢跨比比較小的微曲面雙層網(wǎng)殼來講，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算的，可是網(wǎng)殼也不會再以受薄膜力為主了，這時網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力點發(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算假定。而此時，如果再去看網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)，就會發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)殼已經(jīng)變成了一個彎曲的網(wǎng)架了。對于比較一般的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來說，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)會出現(xiàn)一個推拉式的趨向。如果在此時放松了邊界的法向約束，那么，這時的結(jié)構(gòu)支座節(jié)點就會出現(xiàn)非常大的水平位移，而此時的網(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，最終就會降低整個網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體剛度，甚至?xí)绊懙秸麄€網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安全。所以說，對于一般的網(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網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力性能的影響

支承剛度對網(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)則是對邊界條件要比網(wǎng)架結(jié)構(gòu)敏感的結(jié)構(gòu)類型，如果網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的邊界條件有了一定的變化，那么就有可能會對網(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)剛度的時候，這時支座的水平推力就會出現(xiàn)增加現(xiàn)象，根據(jù)這一情況，設(shè)計人員在設(shè)計水平推力有限制的柱面網(wǎng)殼時，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)殼的實際承載能力也會隨網(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。在實際工程設(shè)計中，運用彈性支承時，也要慎重考慮所有因素，這樣工程設(shè)計才能完整。

3 溫度應(yīng)力問題對網(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)邊界的法向并沒有達到完全開放的時候，這時網(wǎng)架位于支承面內(nèi)的弦桿會受到溫度應(yīng)力的影響，尤其是靠近支座處的桿件，可能會增大很多。對于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來說，會去選擇法向相對較為放松的約束條件，來釋放相應(yīng)的溫度應(yīng)力。

4 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支座設(shè)計

4.1 固定絞支座和滾軸支座的設(shè)計

滾軸支座的受力情況其實和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是基本相同的。在實際設(shè)計中，可以按照網(wǎng)架支座的設(shè)計方法，對滾軸支座進行相應(yīng)運算。由于運用滾軸支座的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)會在邊界的地方出現(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設(shè)一個橢圓形的錨栓孔，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

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，還要承受來自水平方向的推力。設(shè)計時，不能夠運用簡單的傳統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來計算和設(shè)計彈性支座，要根據(jù)支座的實際受力情況，確定支座的相應(yīng)設(shè)計方法，這樣才能夠真正達到對彈性支座設(shè)計的目的。

上部支座要根據(jù)計算才能夠確定。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的上部支座，計算方法其實和網(wǎng)架支座的計算方法差不多，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)力會分布很不均勻。在設(shè)計支座底板的時候，要按照底板底部的最大壓應(yīng)力，來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，要滿足邊界支承剛度條件和自身強度條件，對支座進行設(shè)計時，不能按照傳統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)支座的設(shè)計方法去設(shè)計，要根據(jù)支座的實際受力情況去設(shè)計支座方法。

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

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

［3］ 董繼斌.雙層柱面網(wǎng)殼選型與設(shè)計［G］//1996年度土建設(shè)計經(jīng)驗交流會資料集.煤炭工業(yè)設(shè)計情報土建專業(yè)站，1996.