[发明专利]一种斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系及其设计方法

说明书

本发明公开了一种斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系及其设计方法，属于土木工程中大跨度温室空间结构设计技术领域。网壳结构体系，包括双向网格型单层球面网壳，双向网格型单层球面网壳内网格对角处和/或网壳面外设置斜交拉杆。设计方法为：建立网壳结构模型，设计斜交拉杆方案；利用有限元软件ANSYS开展弹塑性全过程分析，分析拉杆布置形式及预应力对球面温室网壳极限荷载的影响，验证并确定斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系的结构设计方案。本发明在双向网格面内布置拉杆增强了结构面内刚度，在网壳面外布置拉杆增强了结构面外刚度，同时施加一定范围的预应力提高了结构的承载能力，使结构具备了透光好、耗材小、刚度大等优点。

技术领域

本发明具体涉及一种斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系及其设计方法，属于土木工程中大跨度温室空间结构设计技术领域。

背景技术

单层球面网壳外形美观，网格形式多样，被广泛应用于大跨度空间结构的工程设计中。单层球面网壳最常见的网格形式主要有三角形和四边形，从网壳耗材、采光等方面考虑，四边形球面网壳优于三角形，但是四边形球面网壳刚度较低、稳定性差。随着跨度的增大，如何增强球面网壳结构面外刚度从而保证单层球面网壳结构的稳定性成为设计的关键所在。国内有关单层球面网壳稳定性能的研究，已经取得了丰硕的成果，但是有关在单层球面网壳面外布置拉杆的设计方案尚未出现，目前缺乏此类结构的工程实例。

发明内容

因此，针对现有技术的上述不足，本发明目的旨在提供一种斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系。

具体的，斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系，包括双向网格型单层球面网壳，所述双向网格型单层球面网壳内网格对角处和/或网壳面外设置斜交拉杆。

进一步的，所述斜交拉杆为预应力拉杆，斜交拉杆采用20棒钢。

本发明还公开了上述斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系的设计方法，所述方法为：

建立网壳结构模型，设计斜交拉杆方案；

利用有限元软件ANSYS开展弹塑性全过程分析，分析拉杆布置形式及预应力对球面温室网壳极限荷载的影响，进而验证并确定斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系的结构设计方案。

进一步的，所述方法中还包括失稳模态及杆件塑性发展分布分析。

进一步的，所述方法中还包括杆件塑性发展分布对网壳稳定性影响分析，初始缺陷对极限荷载的影响分析荷载不对称分布对网壳稳定性影响分析。

进一步的，所述方法中稳定性验算方法为塑性折减系数法，塑性折减系数用c_p表示，按95％的保证率根据公式一求出折减系数，

本发明的有益效果在于：

综上所述，本发明提供的斜交拉杆式单层球面温室网壳结构体系，为解决现有的双向网格型单层球面网壳刚度低的问题，提出了在网壳结构面内和面外的布置方案，有效的增强了结构的刚度，提高了结构的承载能力。利用有限元软件ANSYS，进行了大规模参数分析，考察了拉杆布置形式及预应力对大跨度单层球面温室网壳极限荷载的影响。结果表明，矢跨比愈大，拉杆对提高温室极限荷载的效果愈显著，同样随着温室跨度的增加，极限荷载增加幅度愈大。

面内布置拉杆形式使结构极限荷载平均提高了50％，面内及面外布置拉杆形式使结构极限荷载平均提高了58％。拉杆预应力有效地增强了结构整体刚度，温室跨度越大，矢跨比越小，预应力效果愈明显。在30kN预应力作用下，30m、40m、50m跨度温室网壳结构的极限荷载平均提高9％、25％、50％。拉杆式温室网壳的极限荷载随矢跨比的变化不受荷载分布形式差异的影响，都随着矢跨比的增大呈现递增的规律性变化，极限荷载平均增加幅度为20％，随着跨度及相应网格数的增加，极限荷载随矢跨比变化的增加幅度略为明显。