近年來(lái)，隨著人們對(duì)空間需求的增大和建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，各式各樣的大跨度建筑物不斷涌現(xiàn)。目前大跨度空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多的是空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)屬于一種曲面型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，有桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單和薄殼結(jié)構(gòu)受力合理的特點(diǎn)，其外形優(yōu)美、受力性能好、經(jīng)濟(jì)性好，施工方便，是一種具有廣闊發(fā)展前景的大跨度空間結(jié)構(gòu)形式。柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式之一，在封閉式散貨料場(chǎng)領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。施工技術(shù)是大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，大跨度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的常用施工方法有高空散裝法、分（條）塊安裝法、高空滑移法、整體提升法。

2  大跨度封閉式柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1  荷載

2.1.1  恒載

恒載主要包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自重、檁條、屋面板等上覆材料的自重。

2.1.2  活載

活載主要包括：屋面活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載，溫度作用、地震作用。屋面活荷載、雪荷載根據(jù)荷載規(guī)范中的規(guī)定直接取值。大跨度結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載效應(yīng)最為敏感，而我國(guó)現(xiàn)行荷載規(guī)范中缺乏這類(lèi)結(jié)構(gòu)體型的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在實(shí)際工程中應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。溫度作用應(yīng)自安裝時(shí)的溫度算起，計(jì)算最大正溫差和負(fù)溫差。地震作用包括水平和豎向地震作用兩大類(lèi)，在設(shè)防烈度為7度的地區(qū)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行豎向地震作用計(jì)算，但必須進(jìn)行水平抗震計(jì)算。

2.2  結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)

大跨度柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括矢跨比、網(wǎng)格厚度和網(wǎng)格尺寸。實(shí)際結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，應(yīng)從經(jīng)濟(jì)性和受力性能方面綜合考慮，對(duì)網(wǎng)格的厚度和尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3  支承條件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的支撐方式通常有三種：上弦、下弦和上下弦共同支撐。上弦支撐與下弦支撐相比，內(nèi)力峰值減少34%，桿件內(nèi)力分布均勻，因此上弦支承方式在大跨度柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較多。支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需盡量接近實(shí)際的邊界條件，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中一般采用固定鉸支座，其受力合理、計(jì)算模型與實(shí)際受力狀況基本一致、用鋼量少。

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通常采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，其特點(diǎn)為桿件內(nèi)只受軸向力，不產(chǎn)生彎矩，且施工速度快，高空作業(yè)時(shí)，施工質(zhì)量更容易保障。

3  施工方法

施工方法直接影響工程的質(zhì)量、進(jìn)度與造價(jià)。大跨度網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的常用施工方法有高空散裝法、分（條）塊安裝法、高空滑移法、整體提升法。高空散裝法的高空作業(yè)量大，需要過(guò)多的材料搭建拼裝平臺(tái);分（條）塊安裝法中分條分塊后的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)單元，自身應(yīng)該具有足夠的剛度，否則應(yīng)采用臨時(shí)的加固措施;高空滑移法可以減少大量的高空作業(yè)，保證結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量和安全性;整體提升法的優(yōu)點(diǎn)是可以保證節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量和拼裝的準(zhǔn)確性，但對(duì)于起重設(shè)備的要求較高。

實(shí)際工程中，應(yīng)從工期、場(chǎng)地條件、機(jī)械設(shè)備、施工技術(shù)水平等方面綜合考慮做出經(jīng)濟(jì)合理的選擇。

4  應(yīng)用實(shí)例

4.1  工程概況

本工程為岳陽(yáng)城陵磯環(huán)保提質(zhì)改造工程散貨封閉料場(chǎng)，軸線尺寸為470m（長(zhǎng)）×110m（寬），矢高44.124m，網(wǎng)格為4.0m（縱向）×4.55（跨度），厚度3.55m，三心圓柱面鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，采用正放四角錐形式，柱腳采用球鉸支座，柱頂標(biāo)高2.0m。

4.2  設(shè)計(jì)參數(shù)

恒載：0.3kN/m2（包括屋面壓型鋼板、馬道、燈具等吊掛，檁條）?；钶d：0.5kN/m2。風(fēng)壓：0.45kN/m2（根據(jù)以往工程的風(fēng)洞試驗(yàn)，并咨詢(xún)中國(guó)建科院風(fēng)洞，風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果與荷載規(guī)范一致，大部分體型系數(shù)比荷載規(guī)范小，可以分別按照荷載規(guī)范表8.3.1第4、36項(xiàng)選?。?。雪壓：0.7kN/m2（考慮半跨荷載、不均勻分布）（體型系數(shù)選自荷載規(guī)范表7.2.1第3、10項(xiàng)）。溫度荷載：±30℃。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為7度;設(shè)計(jì)基本加速度值為0.1g;設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)特征周期為0.35s。鋼管：Φ140及以下桿件選用Q235B鋼;Φ140以上桿件選用Q355B鋼。

4.3  設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

屋頂網(wǎng)殼撓度≤ L /250。風(fēng)荷載下，網(wǎng)殼頂部相對(duì)水平位移≤ H /150。應(yīng)力比：網(wǎng)架桿件設(shè)計(jì)應(yīng)力的取值要求：一般桿件設(shè)計(jì)應(yīng)力按規(guī)范強(qiáng)度設(shè)計(jì)。值的90%取值;支座附近的桿件設(shè)計(jì)應(yīng)力按規(guī)范強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的80%取值。支座以上兩個(gè)節(jié)間的關(guān)鍵受壓桿件：[λ]≤150;其它受壓桿件[λ]≤180;受拉桿：[λ]≤220，關(guān)鍵受拉桿件[λ]≤200。

4.4  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

本工程采用MSTCAD軟件計(jì)算，空間桿系有限元法分析節(jié)點(diǎn)位移和桿件內(nèi)力，節(jié)點(diǎn)均按鉸接，桿件按軸心受力構(gòu)件。驗(yàn)算結(jié)果：（1）結(jié)構(gòu)在最不利組合下的應(yīng)力比均<0.9;（2）結(jié)構(gòu)跨中豎向撓度在恒+活標(biāo)準(zhǔn)值下為236mm.撓跨比為1/466<1/250;（3）結(jié)構(gòu)跨中水平向位移在恒+風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)值下為260mm.高跨比為1/177<1/150;（4）結(jié)構(gòu)跨中水平向位移在地震標(biāo)準(zhǔn)值下很小.遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足<1/250要求。

本工程經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)最終確定的網(wǎng)架厚度為3.55m，此時(shí)最大桿件為219mmX16mm，螺栓球最大直徑為240mm，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件總單元數(shù)為33456，節(jié)點(diǎn)數(shù)為8528，螺栓數(shù)為48524，網(wǎng)架封閉面積為49275m2，網(wǎng)架最終設(shè)計(jì)總用鋼量為3594.7t，單位用鋼量為73kg/m2。

4.5  施工

根據(jù)三心圓柱面網(wǎng)架的特點(diǎn)，結(jié)合工期安排，現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備的性能及施工難易程度等因素，本工程確定采用分條（塊）安裝方法。施工前施工單位進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕そM織設(shè)計(jì)和吊裝模擬分析，最終順利完成了網(wǎng)架拼裝工作。

5  結(jié)束語(yǔ)

（1）大跨度柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，風(fēng)荷載起主要作用，規(guī)范中對(duì)此類(lèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)沒(méi)有明確規(guī)定，在實(shí)際工程中應(yīng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，以提高結(jié)構(gòu)的安全可靠性。（2）應(yīng)綜合考慮受力性能和經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面的因素，確定大跨度柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。（3）實(shí)際工程中，應(yīng)從工期、場(chǎng)地條件、機(jī)械設(shè)備、施工技術(shù)水平等方面綜合考慮做出經(jīng)濟(jì)合理的選擇。（4）大跨度全封閉柱面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式，可以從根本上解決散貨堆場(chǎng)粉塵外溢、撒漏、揚(yáng)塵等污染問(wèn)題，對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有著重要的意義。