網(wǎng)殼結構因其剛度大、重量輕、結構穩(wěn)定且能滿足大跨度功能需求等優(yōu)點，是大跨空間結構設計的一種較為理想的選擇，具有廣闊的應用前景[1,2,3]。我國是世界上多地震的國家之一，隨著地震的頻繁發(fā)生，造成的損傷巨大，故建筑結構的抗震性能成為了實際工程應用中必須考慮的重要參數(shù)，根據(jù)場地類別和結構類型對抗震設防進行分類，參照規(guī)范要求進行結構抗震設計以及采取抗震構造措施，尤其是對于大跨空間網(wǎng)殼結構，其空間結構復雜，地震產(chǎn)生的振動慣性會迫使網(wǎng)殼結構承受較大的內(nèi)力并產(chǎn)生較大的空間位移，易導致結構產(chǎn)生較大變形從而喪失承載力，甚至發(fā)生整體失穩(wěn)，主體結構倒塌[4,5,6]的問題。

　　《建筑抗震設計規(guī)范》提出了以結構安全性為主的三水準目標，因此大跨空間網(wǎng)殼在結構整體穩(wěn)定性和桿件截面設計中，考慮地震作用尤為重要。針對長沙卓伯根項目鋼網(wǎng)殼，本文選用MIDAS有限元分析軟件建立網(wǎng)殼結構模型進行非線性分析，研究了網(wǎng)殼結構在抗震設防烈度6度時，分別在多遇和罕遇地震作用下，結構整體的位移響應和各個組成桿件的內(nèi)力變形規(guī)律，驗證了結構整體穩(wěn)定性和組成構件的承載性能，為大跨空間雙曲面網(wǎng)殼的結構設計和模態(tài)分析提供一定的參考。

　　1 、研究目的

　　長沙洋湖卓伯根商業(yè)綜合體項目坐落于長沙市岳麓區(qū)，基地東鄰湘浦路，北靠洋湖大道，南至景園路，西側為地鐵停車場。城市區(qū)人流量大，交通狀況復雜，地上部分由三棟高層公寓及其下部多層商業(yè)裙房，和一棟多層購物中心組成。主體結構底部設置兩層地下室，部分設置地下夾層，其頂部網(wǎng)殼采用雙曲面網(wǎng)殼，跨度大，空間組成復雜。故利用有限元分析軟件對大跨鋼網(wǎng)殼進行建模，通過自振模態(tài)分析，了解了網(wǎng)殼結構的動力特性，在此基礎上選用合適的地震波，利用振型分解反應譜法研究網(wǎng)殼結構在6度抗震設防烈度時，結構整體位移響應以及各個組成桿件的內(nèi)力變形，由此判斷空間網(wǎng)架結構設計的合理性，為之后的設計優(yōu)化提供參考依據(jù)。

　　2 、研究方法

　　卓伯根商業(yè)綜合體南區(qū)屋面天井區(qū)域是一個采用方鋼管焊接而成的雙曲面網(wǎng)殼，主梁截面為矩形管400mm×200mm×12mm;次梁截面為矩形管200mm×100mm×8mm，主梁交叉節(jié)點采用圓管節(jié)點，截面尺寸為Φ700×25mm。網(wǎng)殼長軸長度為71664mm，短軸長度為28477mm，高度為3000mm�；∶娉�下扣在天井上方，周邊支撐點為圓鋼管柱和箱型鋼梁，網(wǎng)殼主梁主要支撐點在周邊一圈箱型梁上，網(wǎng)殼上方是玻璃幕墻，荷載通過網(wǎng)殼主梁傳給周邊一圈主梁，然后傳給圓鋼管柱。

　　本項目網(wǎng)殼結構采用C30混凝土、Q355B鋼材，密度取7.85×103kg·m-3，屋蓋恒荷載取值為1.5k N·m-2，活荷載取值為0.5k N·m-2，故結構等效質(zhì)量為結構自重+1.0×恒荷載+0.5×活荷載。

　　長沙洋湖卓伯根商業(yè)綜合體項目的設計使用年限為50年，安全等級為二級，為標準設防類項目，設計地震分組為第一組，根據(jù)規(guī)范在多遇地震作用下特征周期值取0.35s，罕遇地震作用下取0.40s，選用振型分解反應譜法對網(wǎng)殼結構進行抗震計算[7]。

　　3 、研究過程

　　3.1 、自振模態(tài)分析

　　固有頻率和振型直接影響著大跨空間網(wǎng)殼結構在地震作用下的動力響應，可通過對模型進行模態(tài)分析確定，從而得知結構的質(zhì)量剛度分布規(guī)律，直觀判斷結構設計是否合理。本文采用MIDAS/Gen軟件對結構進行抗震計算，選取模態(tài)分析得到的前15階振型對應的頻率值見表1。結構的前4階振型如圖1所示，結合表1數(shù)值可知網(wǎng)殼結構前4階主要振型的頻譜非常密集。

　　通過觀察網(wǎng)殼結構模型在模態(tài)分析中的頻譜曲線和分析數(shù)據(jù)可知，隨模態(tài)階數(shù)增加，自振頻率的分布越來越密集，第1階與第15階的自振頻率僅相差4.76Hz，有效質(zhì)量系數(shù)較大，且頻率分布曲線變化均勻。前四階的振型包含結構水平振動和豎向振動，觀察可知結構以豎向振動為主，水平振動相對較小，說明此網(wǎng)殼結構的豎向剛度較弱。由于此項目屋頂網(wǎng)殼采用的是雙對稱結構，故模態(tài)振型圖沿對稱軸也基本呈現(xiàn)出正對稱或反對稱形態(tài)，在網(wǎng)殼對稱短軸兩側區(qū)域振動響應最大，網(wǎng)殼外圍桿件幾乎沒有位移響應，屋頂網(wǎng)殼的自振頻率分布十分密集，在進行地震作用分析時組合前20階振型才能達到90%以上的有效質(zhì)量，準確模擬網(wǎng)殼受力特性。

　　3.2、 反應譜分析

　　3.2.1 、地震作用下結構位移響應分析

　　卓伯根項目鋼結構網(wǎng)殼為雙軸對稱結構，根據(jù)結構的受力特點選取11個節(jié)點，編號分別為17、71、132、228、244、351、367、463、524、596、646，通過對比分析以上節(jié)點在受力過程中產(chǎn)生的位移，判斷出空間網(wǎng)殼的最不利位置作為結構設計的控制節(jié)點。由反應譜分析可得到X、Y、Z向地震單獨作用下的節(jié)點位移峰值見表2、表3、表4，在受力過程中結構產(chǎn)生的變形如圖1所示。

　　對比分析表2、表3的位移峰值可知，X向地震單獨作用時，各節(jié)點Z向位移遠大于X向位移，X方向產(chǎn)生的位移明顯比Y方向大，Y方向幾乎為零。Y向地震單獨作用時，各節(jié)點Z方向產(chǎn)生的位移遠大于Y方向和X向位移。由此可知，結構的水平位移差異較小，豎向位移差異較大。

　　表4數(shù)據(jù)顯示，Z向地震單獨作用時，控制節(jié)點X方向和Y方向產(chǎn)生的位移峰值均為零，節(jié)點產(chǎn)生位移主要是Z方向的位移，通過各方向產(chǎn)生的位移值表明網(wǎng)殼結構平面內(nèi)整體剛度大，平面外整體剛度相對較小。分析可知，地震作用呈三個方向單獨作用在空間網(wǎng)殼上時，網(wǎng)殼的空間變形均以豎向位移為主，水平位移相對較小，而且結構豎向位移由四周向中間逐漸變大，中心位移為14.546mm。

　　總結可得，結構在不同方向的地震作用下，同方向位移節(jié)點位移數(shù)值變化較小，且以豎向位移為主，水平位移數(shù)值遠小于豎向位移數(shù)值，豎向位移峰值出現(xiàn)在結構中心為14.546mm，符合結構設計要求，表明該結構的抗震性能良好。

　　3.2.2、 地震作用下支撐反力響應分析

　　通過反應譜分析得到X、Y、Z向地震單獨作用下的網(wǎng)殼支撐節(jié)點反力峰值及結構所有支撐反力，如表5所示，可知，X、Y和Z向地震作用下，反力最大值均在697號節(jié)點出現(xiàn)，其最大值為Z向地震單獨作用下，為202.1k N。

　　3.2.3 、地震作用下結構內(nèi)力響應分析

　　通過模型在受力過程中的應力分析發(fā)現(xiàn)，編號分別為166、285、406、675的桿件為關鍵桿件，表6、表7、表8為相應最不利內(nèi)力值。

　　分析表6、表7、表8中最不利內(nèi)力值可知，在地震作用下，選擇關鍵桿件承受的軸力值較大，而剪力值較小，可以忽略不計，且桿件最不利彎矩值也較小，故此空間網(wǎng)殼結構的桿件承受的內(nèi)力主要為軸力。對比表中數(shù)據(jù)可知，在地震作用下，324號桿件是最不利感覺，承受的軸力值最大，為182.41k N。同時，結合位移變化，可以看出：在單方向地震作用下，節(jié)點在同一方向上的位移變化較小，單方向變形協(xié)調(diào);關鍵桿件在地震作用下內(nèi)力變化較大，但均在合理設計范圍內(nèi)，桿件承載力滿足設計要求;控制節(jié)點在地震作用下產(chǎn)生的位移值均較小，滿足限值要求。

　　4、 結論

　　通過對長沙洋湖卓伯根商業(yè)綜合體項目鋼結構網(wǎng)殼進行多余和罕遇地震作用下的反應譜分析，主要得出以下結論：

　　(1)本文研究的大跨空間鋼網(wǎng)殼結構由方鋼管焊接形成，桿件數(shù)量多，故結構自由度多，在地震作用下受力復雜，有多種振型組合，地震作用下豎向振動較大，水平相對較小。

　　(2)6度地震作用下結構變形以豎向變形為主，水平變形為輔，網(wǎng)殼結構豎向位移由四周向中間逐漸變大，最大值滿足位移限制要求。

　　(3)不同地震輸入作用下，結構支撐最大反力出現(xiàn)在結構兩端，網(wǎng)殼結構中桿件主要承受軸力，彎矩和剪力相對較小，驗算桿件截面可知，符合承載力設計要求和截面穩(wěn)定性。

　　參考文獻

　　[1]唐志勃，穆立春,蘇鋼.屋面大跨度鋼桁架同步頂升施工技術[J]建筑施工，2021,43(2):201-204.

　　[2]天順多連跨高大空間網(wǎng)架的吊裝施I關鍵技術J]建筑施工, 2020,42(10):1855-1857.

　　[3]文井，馮國軍，談虎,等大跨度空間結構鑄鋼件及抗震支座施工技術[J]建筑施工，2015,37(2)-:208-209.

　　《大跨度鋼網(wǎng)殼抗震性能分析》來源;《科技創(chuàng)新與應用》，作者：王其良 曾慶國 劉甜