网壳结构的边界条件支座设计

白晓民

（山东三维石化工程股份有限公司内蒙古分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

1 网壳结构

随着我国建筑跨度的不断加大，使得网壳结构在现阶段工业建筑和民用建筑当中所占的比例也越来越多。结构工程师在设计网壳结构时，基本上都会采用网架结构设计和施工的规程。这样做的原因主要是目前我国没有一个指导网壳结构设计与施工的相关规程。可是网架结构和网壳结构在受力方面是有一定差距的，包括网壳结构的计算模型以及对节点的设计，都和网架结构不同。结构设计时，完全套用网架结构的设计方法，一定会出现非常严重的后果。要详细了解网壳结构设计所用环节。

2 网壳结构的边界条件

2.1 网壳结构与网架结构边界条件的区别

网壳结构与网架结构的受力性相比，差别非常大。网架结构的整体受力性能和平板比较相似，其结构主要是以弯曲力为主。网壳结构的主要结构更加类似于连续壳体，其结构的受力情况主要是薄膜为主。两者之间不同的结构边界，造成了两者出现了不同的要求。一般情况下，我们在设计周边支承的网架结构时，会去选择沿边界切向固定的约束条件。这样做，一方面是由于网架结构的下部支承结构在边界的法向是比较柔的。另一方面，网架结构本身，也是需要这样的边界，来释放自身的温度应力。对于那些矢跨比比较小的微曲面双层网壳来讲，也有边界法向约束放松这一做法。出现这样做法的原因是，即使结构边界是按照我们的法向约束去计算的，可是网壳也不会再以受薄膜力为主了，这时网壳结构的受力点发生了相应的改变，已经逐渐接近于平板网架结构。由于网壳结构是相对比较扁平的，它下部的支承结构是比较柔软的，这样也就比较能够接近我们法向放松的计算假定。而此时，如果再去看网壳的结构，就会发现，网壳已经变成了一个弯曲的网架了。对于比较一般的网壳结构来说，由于受到自身结构和受力特征的影响，使得网壳结构下部的支承结构会出现一个推拉式的趋向。如果在此时放松了边界的法向约束，那么，这时的结构支座节点就会出现非常大的水平位移，而此时的网壳结构也就逐渐的失去了自身壳体的受力方面的特征，就会从之前的承受薄膜力逐渐转换成为承受弯曲力，这样，最终就会降低整个网壳结构的整体刚度，甚至会影响到整个网壳结构的安全。所以说，对于一般的网壳结构，沿边界法向的约束是一定要有的。

2.2 边界水平支承刚度对网壳结构受力性能的影响

支承刚度对网壳结构和网架结构的影响也是不相同的。周边支承的平板式网架结构，对于支承刚度的要求不是特别多，只是希望边界法向的水平支承刚度能够小一些，越小的边界法向水平支承刚度，就越能够满足网架结构的相应假定。而网壳结构则是对边界条件要比网架结构敏感的结构类型，如果网壳结构的边界条件有了一定的变化，那么就有可能会对网壳结构产生很大的影响。需要注意的是，网壳的支承刚度一旦接近相应刚度的时候，这时支座的水平推力就会出现增加现象，根据这一情况，设计人员在设计水平推力有限制的柱面网壳时，要准确选择结构。结构要具有弹性，要选择弹性的支承网壳结构，不要选择刚性的支承网壳结构，这样做，可以大大降低网壳结构的整体刚度。网壳的实际承载能力也会随网壳结构刚性的增加而逐渐减少。任何事物都有两面性。在实际工程设计中，运用弹性支承时，也要慎重考虑所有因素，这样工程设计才能完整。

3 温度应力问题对网壳结构边界条件选型的影响

网架结构，支座条件与温度应力之间有着比较明显联系。当边界的法向并没有达到完全开放的时候，这时网架位于支承面内的弦杆会受到温度应力的影响，尤其是靠近支座处的杆件，可能会增大很多。对于网架结构来说，会去选择法向相对较为放松的约束条件，来释放相应的温度应力。

4 网壳结构的支座设计

4.1 固定绞支座和滚轴支座的设计

滚轴支座的受力情况其实和网架结构是基本相同的。在实际设计中，可以按照网架支座的设计方法，对滚轴支座进行相应运算。由于运用滚轴支座的网壳结构会在边界的地方出现较大的水平位移现象，因此，为了避免这种现象的发生，可以在支座的底板上开设一个椭圆形的锚栓孔，这样就可以在很大程度上避免定位锚栓影响支座的侧移。

4.2 弹性支座的设计

弹性支座的受力状态和其他的支座是有很大不同的。弹性支座不仅要承受相应的竖向反力，还要承受来自水平方向的推力。设计时，不能够运用简单的传统网架结构来计算和设计弹性支座，要根据支座的实际受力情况，确定支座的相应设计方法，这样才能够真正达到对弹性支座设计的目的。

上部支座要根据计算才能够确定。网壳结构的上部支座，计算方法其实和网架支座的计算方法差不多，但是，需要注意的是，由于支座的水平反力作用，使得支座底部的压力应力会分布很不均匀。在设计支座底板的时候，要按照底板底部的最大压应力，来确定底板的平均压力。应注意的是，支座底板的平面尺寸要大于橡胶底板，一般要超出25 mm左右。

5 结论

其一：网壳结构是对边界条件非常敏感的结构之一，一定要根据刚度、温度应力等因素去综合性选择边界条件。其二：网壳结构的支座，要满足边界支承刚度条件和自身强度条件，对支座进行设计时，不能按照传统的网架结构支座的设计方法去设计，要根据支座的实际受力情况去设计支座方法。

［1］ 网架结构设计与施工规程·JGJ7-91［S］.北京:中国建筑工业出版社，1992.

［2］ 尹德钰，刘善维，钱若军.网壳结构设计［M］.北京:中国建筑工业出版社，1996.

［3］ 董继斌.双层柱面网壳选型与设计［G］//1996年度土建设计经验交流会资料集.煤炭工业设计情报土建专业站，1996.