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复杂单层铝合金网壳采光顶结构分析与设计

王钢 陈桥生 赵才其 刘文卿 李希望 李文 张艳超 郑弘扬

王钢, 陈桥生, 赵才其, 刘文卿, 李希望, 李文, 张艳超, 郑弘扬. 复杂单层铝合金网壳采光顶结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 20-26. doi: 10.13206/j.gjgS23020701
引用本文: 王钢, 陈桥生, 赵才其, 刘文卿, 李希望, 李文, 张艳超, 郑弘扬. 复杂单层铝合金网壳采光顶结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 20-26. doi: 10.13206/j.gjgS23020701
Wang Gang, Chen Qiaosheng, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang, Li Wen, Zhang Yanchao, Zheng Hongyang. Analysis and Design of a Complex Single⁃Layer Aluminum Alloy Daylighting Roof Grid Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 20-26. doi: 10.13206/j.gjgS23020701
Citation: Wang Gang, Chen Qiaosheng, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang, Li Wen, Zhang Yanchao, Zheng Hongyang. Analysis and Design of a Complex Single⁃Layer Aluminum Alloy Daylighting Roof Grid Structure[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 20-26. doi: 10.13206/j.gjgS23020701

复杂单层铝合金网壳采光顶结构分析与设计

doi: 10.13206/j.gjgS23020701
详细信息
    作者简介:

    王钢,博士,高级工程师,一级注册结构工程师,硕士生导师,主要从事复杂钢和铝结构工程设计方法与建造技术研究,707509167@qq.com。

    通讯作者:

    陈桥生,硕士,教授级高级工程师,一级建造师,主要从事钢结构施工技术研究,bridge5188@163.com。

Analysis and Design of a Complex Single⁃Layer Aluminum Alloy Daylighting Roof Grid Structure

  • 摘要: 位于长春影视文创孵化园区的影视研学基地采光顶,长方向跨度为85 m,短方向跨度为61 m。该采光顶形状奇特,且直接坐落于分布不规则的外围框架柱顶,从而导致该采光顶受力极为复杂。在进行采光顶结构选型时主要考虑了2种方案,分别为钢桁架结构和单层铝合金网壳结构。考虑到单层铝合金网壳具有自重轻、美观和施工难度低等优势,最终采用单层铝合金网壳采光顶结构,选用铝合金板式节点。由于单层铝合金网壳采光顶结构较为复杂,需采用MIDAS/Gen模型和RFEM模型分别进行结构计算,并通过计算结果对比来校核模型的准确性。对比结果表明:2个模型的前3阶振型和前3阶屈曲模态高度吻合,其自振周期和特征值误差极小,即2个模型的精度可以满足计算需求。另外,本采光顶网壳自振振型和屈曲模态均是整体振动和整体屈曲,即采光顶网壳的结构布置合理。采用MIDAS/Gen模型开展单层铝合金网壳弹性分析,结果表明杆件在荷载基本组合作用下的最大应力为112 MPa,大部分杆件的应力处于80 MPa以内,满足GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》要求。在荷载标准组合(恒荷载+活荷载)作用下,本结构的最大位移为119 mm,该位移与跨度的比值为1/512,小于JGJ 7—2010《空间网格结构技术规范》限值1/400,表明本结构满足强度和刚度需求。采用RFEM模型对本结构开展双非线性稳定分析,对其稳定性承载力进行验算。初始缺陷的分布形态取各工况对应的最低阶屈曲模态,缺陷幅值取跨度的1/300。经计算各工况作用下的荷载临界系数最小值为2.5,大于GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》限值2.0。为此,采用拆除构件法开展整体结构抗连续倒塌分析,倒塌工况选择双非线性稳定分析中率先失效的2根杆件作为初始失效杆件。由倒塌分析结果可知,当最先失稳的2根构件失效后,周围杆件的应力水平基本没有变化,即不会引起结构的连续性倒塌。提取关键杆件进行特征屈曲分析,根据欧拉公式推导出其计算长度系数为1.47,并输入至整体设计模型,验算关键杆件的强度。验算结果表明大部分杆件的应力比小于或等于0.5,结构具有足够的安全储备。建立典型节点有限元分析模型,得到该节点在荷载设计值作用下的应力状态,证实各部分应力均满足相关规范要求且具有较大安全储备,符合“强节点、弱杆件”的结构设计理念。
  • [1] 冯远,伍庶,韩克良,等. 郫县体育中心屋盖铝合金单层网壳结构设计[J]. 建筑结构,2018,48(14):24- 29.
    [2] 张雪峰,尹建,欧阳元文,等. 南京牛首山文化旅游区佛顶宫小穹顶大跨空间单层铝合金网壳结构设计[J]. 建筑结构,2018,48(14):19- 23.
    [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2012.
    [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计标准:GB/T 50011—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2024.
    [5] 郭小农,朱劭骏,熊哲,等. K6型铝合金板式节点网壳稳定承载力设计方法[J]. 建筑结构学报,2017,38(7):16- 24.
    [6] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 空间网格结构技术规程:JGJ 7—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
    [7] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 铝合金结构设计规范:GB 50429—2007[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.
    [8] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构抗倒塌设计规范:CECS 392—2014[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2014.
    [9] 王钢,赵才其,颜鹏. 异型空间桁架+单层网壳复合结构分析与设计[J]. 建筑结构,2022,52(增刊1):597- 602.
    [10] 马智刚,崔光海,汪静,等. 大跨单层异形钢网壳整体稳定承载力分析[J]. 钢结构(中英文),2021,36(8):28- 34.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-02-07
  • 网络出版日期:  2025-10-27
  • 刊出日期:  2025-08-22

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