新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)采用預(yù)均化庫(kù)完成原料的預(yù)均化過(guò)程，隨著水泥生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，水泥工廠預(yù)均化庫(kù)的跨度日趨增大，目前圓形和矩形平面預(yù)均化庫(kù)的跨度已分別達(dá)到96 m和60 m，使得預(yù)均化庫(kù)屋蓋網(wǎng)殼成為水泥工廠建設(shè)的重點(diǎn)工程之一，因此，如何在常規(guī)荷載效應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，考慮地基不均勻沉降等特殊作用對(duì)預(yù)均化庫(kù)屋蓋網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的影響，是保證水泥工程建設(shè)安全性的重要課題。

本文針對(duì)水泥工廠預(yù)均化庫(kù)工程，以跨度86 m的雙層球面網(wǎng)殼和跨度60 m的雙層柱面網(wǎng)殼為例，采用通用有限元分析軟件ANSYS建立預(yù)均化庫(kù)屋蓋網(wǎng)殼整體分析模型，分析支座不均勻沉降對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)性能的影響。參照GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［1］，取相鄰網(wǎng)殼支座沉降差允許值為0．003L，L為相鄰網(wǎng)殼支座間距。雙層球面網(wǎng)殼相鄰支座間距為8 443 mm，近似取沉降差允許值為25 mm，而雙層柱面網(wǎng)殼相鄰支座間距為6 000 mm，其沉降差允許值為18 mm。

1 支座不均勻沉降對(duì)雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)性能影響分析

1．1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)概況

雙層球面落地網(wǎng)殼跨度86 m(如圖1所示)，其結(jié)構(gòu)形式為角錐形雙層球面網(wǎng)殼，共設(shè)置32個(gè)支座。根據(jù)JGJ 7-2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［2］，球面網(wǎng)殼的矢跨比不宜小于1/7，雙層球面網(wǎng)殼的厚度可取跨度(平面直徑)的1/30～1/60的相關(guān)規(guī)定，網(wǎng)殼球面部分下弦矢高取20．25 m，矢跨比約為1/4，網(wǎng)殼厚度取2 m。網(wǎng)殼桿件截面規(guī)格見表1。

圖1 雙層球面網(wǎng)殼三維示意圖

表1 雙層球面網(wǎng)殼桿件截面規(guī)格 mm

1．2 支座不均勻沉降的影響

對(duì)于雙層球面網(wǎng)殼，考慮地基發(fā)生沉降的范圍為連續(xù)五個(gè)支座，發(fā)生沉降位置如圖1所示。參照GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求沉降量允許值25 mm，將支座不均勻沉降量分為10 mm和25 mm兩種情況。首先針對(duì)雙層球面網(wǎng)殼連續(xù)五個(gè)支座沉降10 mm的情況，采用通用有限元分析軟件ANSYS［3］對(duì)支座不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析，從網(wǎng)殼桿件應(yīng)力圖可以看出桿件軸向應(yīng)力較大的位置集中于發(fā)生沉降與未發(fā)生沉降的相鄰兩支座之間，桿件的最大軸向應(yīng)力已超過(guò)60 MPa。在考慮壓桿穩(wěn)定后，將連續(xù)五個(gè)支座沉降引起的內(nèi)力與豎向荷載作用組合得出桿件軸應(yīng)力，超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力(215 MPa)的桿件位置及相應(yīng)的軸應(yīng)力值如圖2a)所示，可以看出不滿足設(shè)計(jì)要求的桿件主要集中在發(fā)生沉降與未發(fā)生沉降的相鄰支座之間，個(gè)別桿件軸應(yīng)力已超過(guò)300 MPa。沉降量增大到25 mm引起超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的桿件位置及相應(yīng)的軸應(yīng)力值如圖2b)所示，可以看出由于沉降量的增加，軸應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的桿件數(shù)量明顯增加，并由發(fā)生沉降與未發(fā)生沉降的相鄰支座之間向周圍區(qū)域擴(kuò)展，最大軸應(yīng)力值達(dá)到甚至接近設(shè)計(jì)應(yīng)力的3倍。

2 支座不均勻沉降對(duì)雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)性能影響分析

2．1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)概況

雙層柱面網(wǎng)殼跨度為60 m，結(jié)構(gòu)形式為正放抽空四角錐雙層柱面網(wǎng)殼，如圖3所示。其下弦矢高為30 m，縱向總長(zhǎng)度為123 m，網(wǎng)殼厚度為2 m，滿足JGJ 7-2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中，沿兩縱向邊支承的圓柱面網(wǎng)殼的矢跨比1/2～1/5，厚度可取寬度1/20～1/50的規(guī)定。柱面網(wǎng)殼桿件截面情況如表2所示。

2．2 支座不均勻沉降的影響

對(duì)于雙層柱面網(wǎng)殼，考慮連續(xù)五個(gè)中間跨支座發(fā)生沉降，如圖3所示。并且參照GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的沉降量允許值18 mm，將支座不均勻沉降量分為10 mm和18 mm兩種情況。

圖2 連續(xù)五個(gè)支座沉降引起桿件超設(shè)計(jì)應(yīng)力情況（單位：MPa）

圖3 雙層柱面網(wǎng)殼三維示意圖

雙層柱面網(wǎng)殼連續(xù)五個(gè)邊跨支座同時(shí)發(fā)生10 mm沉降，桿件軸向應(yīng)力較大的位置同樣集中于發(fā)生沉降與未發(fā)生沉降的相鄰兩支座之間，桿件的最大軸向應(yīng)力已超過(guò)96 MPa。

表2 雙層柱面網(wǎng)殼桿件截面規(guī)格 mm

圖4 連續(xù)五個(gè)邊跨支座沉降引起桿件超設(shè)計(jì)應(yīng)力情況（單位：MPa）

在考慮壓桿穩(wěn)定后，將連續(xù)五個(gè)支座沉降引起的內(nèi)力與豎向荷載作用組合得出桿件軸應(yīng)力，超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力(215 MPa)的桿件位置及相應(yīng)的軸應(yīng)力值如圖4所示，與雙層球面網(wǎng)殼連續(xù)五個(gè)支座同時(shí)發(fā)生10 mm沉降類似，但桿件最大軸應(yīng)力明顯增加。當(dāng)沉降量增大到18 mm時(shí)超設(shè)計(jì)應(yīng)力的桿件分布與雙層球面網(wǎng)殼沉降量為25 mm時(shí)規(guī)律相似，且桿件最大軸應(yīng)力明顯加大，已超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力的3倍。

另外，當(dāng)雙層柱面網(wǎng)殼一側(cè)的支座同時(shí)發(fā)生沉降時(shí)，由于雙層柱面網(wǎng)殼的機(jī)動(dòng)性，即使在沉降量相對(duì)較大的情況下，對(duì)網(wǎng)殼桿件內(nèi)力影響也很小，故在雙層柱面網(wǎng)殼半跨支座發(fā)生沉降時(shí)對(duì)桿件內(nèi)力的影響可以忽略不計(jì)。

3 結(jié)論及建議

對(duì)于雙層球面網(wǎng)殼在支座發(fā)生較小沉降時(shí)，由于支座沉降而發(fā)生軸應(yīng)力超設(shè)計(jì)應(yīng)力的桿件主要分布在發(fā)生沉降與未發(fā)生沉降的相鄰兩支座之間，隨著沉降量的增大，軸應(yīng)力超設(shè)計(jì)應(yīng)力的桿件分布會(huì)向周圍擴(kuò)展且最大軸應(yīng)力值明顯增大。對(duì)于雙層柱面網(wǎng)殼情況與雙層球面網(wǎng)殼類似，但與雙層球面網(wǎng)殼相比，超設(shè)計(jì)應(yīng)力桿件的最大軸應(yīng)力值較大。當(dāng)雙層柱面網(wǎng)殼沿縱向長(zhǎng)度方向一側(cè)所有支座同時(shí)發(fā)生相對(duì)較大沉降時(shí)，對(duì)桿件內(nèi)力影響很小，可以忽略不計(jì)。建議當(dāng)?shù)鼗鶙l件復(fù)雜的情況下，對(duì)支座附近桿件做適當(dāng)加強(qiáng)，避免由于支座不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)性能造成的影響。

［1］GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］JGJ 7-2010，空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］Release 11．0 Documentation for ANSYS［Z］．2008．