单层扁网壳结构是一种特殊的建筑设计,常用于大型公共设施如体育馆、展览馆等,济南动物园嘤鸣馆的建设就采用了这种结构。该结构由东、西两部分组成,东舍网壳直径46米,矢高7米,投影面积1662平方米,负载90千克/平方米;西舍直径40米,矢高6米,投影面积1257平方米,负载250千克/平方米。两舍网壳均坐落在128坡度的钢筋混凝土圈梁上,由不同数量的支座节点支撑。
在网壳的选型过程中,主要考虑了四种类型:施威德勒型、联方网型、短程线型和三向网格型。基于外形、结构复杂性和施工便利性,最终选择了三向网格型,因其网格投影为正三角形,杆件间夹角相同,节点构造简单,便于加工和施工。
在分析计算阶段,考虑到单层网壳的特性,屈曲验算是关键,因为整体和局部屈曲可能先于强度破坏发生。使用MSGS和DDJTIQ程序进行了结构静力分析和线性屈曲分析。参考混凝土薄壳设计施工规程,取临界荷载值为上临界荷载的1/20,以确保结构稳定。两舍分别采用不同规格的无缝钢管和焊接空心球作为杆件和节点,以满足承载力要求。
施工组织管理方面,成立了专项工程管理组,负责审图和技术指标把控。由于球冠状外形带来的施工挑战,选择了阶梯形满堂脚手架和高空散装法,以减少结构变形和控制节点位置。要求支座节点预埋位置误差不超过3毫米,脚手架需承受3kN/m²的荷载,并对杆件下料长度、坡口角度和精度做了严格规定。
施工工艺上,杆件长度计算需考虑焊缝收缩量,下料采用专用机床,误差控制在±1mm,杆件两端做好标记并逐一检验。网壳拼装按照从低到高、从中部向两端的顺序进行,通过可调式支承台座确定节点空间位置,并进行点焊固定,确保杆件轴线通过球心。
单层扁网壳结构的选型与施工涉及多个环节,包括结构类型选择、力学分析、施工组织和工艺实施,每一步都需要精确计算和严格控制,以保证结构的安全稳定和施工质量。济南动物园嘤鸣馆的建设充分展示了这些原则的应用。