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摘要：本文结合相关设计规范，利用3D3S设计软件，设计同尺寸网架和网壳2种大跨屋盖结构。研究表明：网壳比网架结构受力性能更好，具有更好的经济性。
关键词：大跨网架；大跨网壳；3D3S
1.引言
大跨屋盖结构近年来越来越多的应用于各类建筑中。大跨屋盖结构有多种形式，其中网架和网壳是经过近十几年来国内得到推广和应用最多一种空间结构类型[1]。但屋盖结构体系是选用网架还是网壳，结构的受力，位移均不同的。本文以某会议场馆的设计为依托，进行网架与网壳的方案比选。
2.网架与网壳结构设计
2.1 网架与网壳模型设计
2.1.1 结构选型及平面尺寸
网架一般为双层平板网格结构，杆件的形式通常选用空心圆钢管[2]。由《空间网格结构技术规程（JGJ7-2010）》（以下简称《规程》）可知：网架有正放、正放抽空、棋盘形、斜放等形式[3]。本文选取空间稳定性较好的正放四角锥网架。网壳由于要与网架同平面尺寸，因此选用正放四角锥柱面网壳。网架和网壳模型的平面尺寸均为：60.0m×90.0m。
2.1.2 网格结构的高度
由《规程》第3.2.5条可知：网架的高跨比在1/10~1/18区间内[3]。本文网架高度选为3.5m。双层柱面网壳的厚度可取跨度的1/50~1/20[1]，本文网壳高度选为2.0m。
2.1.3 网格尺寸
网格尺寸的大小，主要是指上弦网格大小。网格尺寸一般取3~6m[4]。本文网架和网壳的网格尺寸选取为3.0m×3.0m。
2.1.4 结构总高
本文研究的是大跨度网架与网壳屋盖结构，取净高均为15m。
2.2 模型计算
1、杆件截面尺寸尽量呈现梯度性。综合考虑结构安全、经济等方面，确定杆件截面为以下6种：φ60×3.5、φ88.5×4、φ114×6、φ159×10、φ180×12、φ219×14。
2.2.1 设计荷载
2、作用在上、下弦节点上，恒、活荷载均取0.5kN/m2；风荷载，北京地区为=0.45kN/m2；地震荷载：北京地区抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计地震分组为第一组，Ⅲ类场地，特征周期为0.45s。；温度荷载：温度1：36度；温度2：-13度。
3、根据3D3S钢结构网架软件设计得到的网架和网壳计算模型如图 1所示。
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(a1)网架平面图 (b1)网壳平面图
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(a2)网架立面图 (b2)网壳立面图
图 1网架与网壳计算模型
3.计算结果
3.3 最大内力对比
提取网架和网壳最大杆件内力进行比较，详见表 1。
表1 网架与网壳杆件最大内力对比
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从表中可以看出，网壳结构体系中，杆件的最大内力均小于网架，受力更为合理。
3.4 最大位移对比
提取2种屋盖的最大位移进行比较，详见图 2。
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(a)网架最大位移
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(b)网壳最大位移
图2 网架与网壳最大位移
由《规程》可知，网架和网壳容许挠度值为1/250[3]。因此，网架和网壳均满足挠度要求。
3.5 周期对比
提取网架和网壳前9阶周期进行比较，详见图 3。
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(a)网架周期
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(b)网壳周期
图3网架与网壳的周期
从图 3中可以看出前4阶振型，均为结构体系的平动及扭转；第5阶往后才是屋盖自身的振动。相同投影尺寸下的网架和网壳，网壳拱起6m，相对平板网架而言，网壳体系更柔，所以在前4阶周期内，网壳体系的周期大于网架体系。但网壳本身的受力更均匀合理，杆件应力得到了充分的应用，所以在以屋盖结构为主要振型的周期，网壳小于网架，说明网壳屋盖体系强度更大。
4.结语
通过3D3S软件设计了网架和网壳两种同尺寸屋盖结构，均满足规范要求。通过对比发现，在同时满足规范要求的前提下，网壳比网架结构受力性能更好，综合经济指标较好。
参考文献
[1]韩庆华.大跨建筑结构[M].天津大学出版社,2014.
[2]李新坤.遗传算法及其在网架结构优化中的应用研究[D].西安理工大学,2010.
[3]JGJ7-2010空间网格结构技术规程[S].
[4]叶献国.建筑结构选型概论.第2版[M].武汉理工大学出版社,2013.