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摘要：某大型煤棚屋盖，采用双层正放四角锥圆柱面网壳，设计过程中运用3D3S空间结构计算软件进行设计计算，并用SAP2000软件对其进行模态以及反应谱分析，研究其抗震性能等结构动力特性，综合分析了多种荷载工况组合下杆件应力比和结构动力特性。分析结果表明该结构的振型、刚度均满足设计要求，杆件的承载力和稳定性良好，变形量也在可控范围以内，结构设计规范合理。
关键词：柱面网壳 模态分析 结构工程
1 工程概况
大跨结构有许多为人所肯定的优点，如受力合理，刚度大且质量轻，造价低，结构形式多变，不仅可以满足受力要求还可以突出结构的美，是现在的主流结构形式，另外，市场经济的发展大大改善了人们的生活质量，促进了文体、工业事业的繁荣发展，大跨度高性能结构在社会生活中的应用越来越广泛。而轻质高强材料的研发和改进极大的丰富了结构计算理论，使得对任何极其复杂的大跨度结构的分析与设计成为可能。大跨度结构在材料、工艺和设计在业界堪称先进，它的研究和发展同样标志着国家建筑科学技术水平的提高，因而，从小到简单的雨蓬、公路收费站，大到形态各异的体育馆、会展中心、候车（候机）厅、大型机库、煤棚等重要建筑，都可以见到大跨度结构。
本工程系某大型煤棚屋盖，下部用混凝土框架作支撑，网壳式屋盖既美化了结构的外观，同时也兼顾了结构物的使用功能（详见图1）。结构采用双层正放四角锥圆柱面网壳，通过层间竖向、斜向撑杆支承屋面结构，屋盖长边跨度45m，短边跨度为30m，矢跨比1/3。
2 计算简图
该工程为双层正放四角锥圆柱面网壳，下部采用混凝土框架作支撑。本次研究只取上部网架三维建模进行计算。结构应用Q235B级钢上弦两纵边支撑，采用刚性铰支座。用热轧无缝钢管作杆件，通过加肋、不加肋两种形式对空心球施焊，网架自重为。
3 使用程序和计算依据
本次研究应用空间结构设计软件3D3S，参考建筑效果图和下部原结构施工图、JGJ7-91《网架规范》、GB5009
-2001《建筑结构荷载规范》、GB5017-2001《钢结构设计规范》和GB5017-2001《钢结构设计规范》进行计算。
4 荷载取值
基于采光房的建筑设计和场地情况确定荷载取值：
上、下弦静载和活载的分别取，基本风压和基本雪压的取值分别是。进行设计计算时，荷载通过面荷载向上弦杆件双向导荷。
地震参数：结构所在地场地土属于Ⅲ类，地震烈度达到8度，地震加速度为0.2g；设计地震分组为第一组，结构阻尼系数是0.02，考虑双向地震和竖向地震作用。
结构的抗震功能是基于GB50011-2001《建筑抗震设计规范》设定内力设计值进行的荷载及荷载效应组合设计。
2006版《建筑结构荷载规范》中设定的荷载组合共七组：
1.1.20恒+1.40活
2.1.20恒+1.40风
3.1.20恒+1.40×0.50活+1.30地震
4.1.35恒+1.40×0.70活+1.40×0.60风
5.1.35恒+1.40×0.70活
6.1.35恒+1.40×0.60风
5 计算结果分析
先借组3D3S软件计算结构静力，计算出结构的杆件内力和结构位移，得出了应力最大的杆件，然后用SAP2000有限元软件计算其动力特性，分别计算结构前九个模态特征，进行振型迭加采用振型分解反应谱法计算地震力，再根据地震力与静载的组合计算杆件内力和结构特性、构件截面强度，再进行稳定验算。
5.1 动力特性分析
综合分析该波形网架的动力特性的模态（详见表1），根据动力特性分析结果得知结构前九阶振型的自振周期结果及振动形式，图4～图7给出了其中前四阶振型。据此得出如下结论：第一振型和第二振型为平面外的弯曲，第三振型和第四振型为竖向振动，其它振型主要集中在平面外弯曲或是耦合振动形式，说明网壳的水平地震响应大于竖向地震响应，水平地震反应器主导地位，在设计中起控制作用。且因为结构两纵向对边支撑，横向杆件地震内力大于纵向杆件和腹杆，且最大动内力在横向的1/4和3/4波处。根据周期值得知，结构的第一振型周期是0.41966s，结构刚度大，同时无扭转振型。这恰恰说明结构设计有一定的科学依据。
5.2 结构的静力计算
结构静力计算的内容主要包括在活载、风载和恒载工况下对杆件内力和结构位移的计算，并且在地震作用、温度作用下进行荷载组合，再在最差的组合条件下计算杆件内力和结构位移。表2和表3分别为各组合工况下结构最大位移计算结果，以及结构单元的最大应力。
由上述最大应力和位移表得知，该结构在各组合工况下都能满足设计要求，结构的竖向位移和水平位移也在可控范围以内，不影响正常使用。
6 计算结果分析
通过3D3S设计计算结果表明：所有杆件的刚度、强度和稳定性都已达到应用标准，设计、施工和使用情况良好。
参考文献：
[1]JGJ 7-91，网架结构设计与施工规程[S].
[2]GB50009-2001，建筑结构荷载规范[S].2006.
[3]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].2008.
[4]沈世钊，陈昕.网壳结构动力稳定性[M].北京：科学出版社，1999.
关键词：柱面网壳 模态分析 结构工程
1 工程概况
大跨结构有许多为人所肯定的优点，如受力合理，刚度大且质量轻，造价低，结构形式多变，不仅可以满足受力要求还可以突出结构的美，是现在的主流结构形式，另外，市场经济的发展大大改善了人们的生活质量，促进了文体、工业事业的繁荣发展，大跨度高性能结构在社会生活中的应用越来越广泛。而轻质高强材料的研发和改进极大的丰富了结构计算理论，使得对任何极其复杂的大跨度结构的分析与设计成为可能。大跨度结构在材料、工艺和设计在业界堪称先进，它的研究和发展同样标志着国家建筑科学技术水平的提高，因而，从小到简单的雨蓬、公路收费站，大到形态各异的体育馆、会展中心、候车（候机）厅、大型机库、煤棚等重要建筑，都可以见到大跨度结构。
本工程系某大型煤棚屋盖，下部用混凝土框架作支撑，网壳式屋盖既美化了结构的外观，同时也兼顾了结构物的使用功能（详见图1）。结构采用双层正放四角锥圆柱面网壳，通过层间竖向、斜向撑杆支承屋面结构，屋盖长边跨度45m，短边跨度为30m，矢跨比1/3。
2 计算简图
该工程为双层正放四角锥圆柱面网壳，下部采用混凝土框架作支撑。本次研究只取上部网架三维建模进行计算。结构应用Q235B级钢上弦两纵边支撑，采用刚性铰支座。用热轧无缝钢管作杆件，通过加肋、不加肋两种形式对空心球施焊，网架自重为。
3 使用程序和计算依据
本次研究应用空间结构设计软件3D3S，参考建筑效果图和下部原结构施工图、JGJ7-91《网架规范》、GB5009
-2001《建筑结构荷载规范》、GB5017-2001《钢结构设计规范》和GB5017-2001《钢结构设计规范》进行计算。
4 荷载取值
基于采光房的建筑设计和场地情况确定荷载取值：
上、下弦静载和活载的分别取，基本风压和基本雪压的取值分别是。进行设计计算时，荷载通过面荷载向上弦杆件双向导荷。
地震参数：结构所在地场地土属于Ⅲ类，地震烈度达到8度，地震加速度为0.2g；设计地震分组为第一组，结构阻尼系数是0.02，考虑双向地震和竖向地震作用。
结构的抗震功能是基于GB50011-2001《建筑抗震设计规范》设定内力设计值进行的荷载及荷载效应组合设计。
2006版《建筑结构荷载规范》中设定的荷载组合共七组：
1.1.20恒+1.40活
2.1.20恒+1.40风
3.1.20恒+1.40×0.50活+1.30地震
4.1.35恒+1.40×0.70活+1.40×0.60风
5.1.35恒+1.40×0.70活
6.1.35恒+1.40×0.60风
5 计算结果分析
先借组3D3S软件计算结构静力，计算出结构的杆件内力和结构位移，得出了应力最大的杆件，然后用SAP2000有限元软件计算其动力特性，分别计算结构前九个模态特征，进行振型迭加采用振型分解反应谱法计算地震力，再根据地震力与静载的组合计算杆件内力和结构特性、构件截面强度，再进行稳定验算。
5.1 动力特性分析
综合分析该波形网架的动力特性的模态（详见表1），根据动力特性分析结果得知结构前九阶振型的自振周期结果及振动形式，图4～图7给出了其中前四阶振型。据此得出如下结论：第一振型和第二振型为平面外的弯曲，第三振型和第四振型为竖向振动，其它振型主要集中在平面外弯曲或是耦合振动形式，说明网壳的水平地震响应大于竖向地震响应，水平地震反应器主导地位，在设计中起控制作用。且因为结构两纵向对边支撑，横向杆件地震内力大于纵向杆件和腹杆，且最大动内力在横向的1/4和3/4波处。根据周期值得知，结构的第一振型周期是0.41966s，结构刚度大，同时无扭转振型。这恰恰说明结构设计有一定的科学依据。
5.2 结构的静力计算
结构静力计算的内容主要包括在活载、风载和恒载工况下对杆件内力和结构位移的计算，并且在地震作用、温度作用下进行荷载组合，再在最差的组合条件下计算杆件内力和结构位移。表2和表3分别为各组合工况下结构最大位移计算结果，以及结构单元的最大应力。
由上述最大应力和位移表得知，该结构在各组合工况下都能满足设计要求，结构的竖向位移和水平位移也在可控范围以内，不影响正常使用。
6 计算结果分析
通过3D3S设计计算结果表明：所有杆件的刚度、强度和稳定性都已达到应用标准，设计、施工和使用情况良好。
参考文献：
[1]JGJ 7-91，网架结构设计与施工规程[S].
[2]GB50009-2001，建筑结构荷载规范[S].2006.
[3]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].2008.
[4]沈世钊，陈昕.网壳结构动力稳定性[M].北京：科学出版社，1999.