周口店遗址第一地点(猿人洞)保护建筑工程位于北京市房山区周口店，保护建筑横跨猿人洞上部，为猿人洞及周边脆弱山体遮风挡雨，实现对遗址的保护功能。

本工程结构主体为大跨度单层异形钢网壳(图1)。在网壳结构上下设置叶片，上叶片局部做种植槽，种植攀爬植物，下叶片用玻璃钢模拟山体造型，最终达到建筑主体融入周围环境，恢复猿人洞数万年前形态的设计理念。

图1 建筑实景

钢网壳通过山顶、山脚两排铰接支座进行支撑，其斜向最大跨度83 m，异形壳中部矢高26 m，矢高与斜向跨度比约为1/3.2，山顶、山脚基础高差33 m，纵向水平投影距离为79 m，横向水平投影距离为55 m。图1为本工程竣工时的建筑实景。

本工程单层异形钢网壳由圆钢管相贯焊接而成，横向支管与纵向主管直接相贯，设计中支管节点刚度考虑部分释放，按支管节点刚度30%、50%、70%和全刚接计算结果进行包络设计。钢管材质Q345C，钢管截面为D1150×55、D1000×20、D1000×32、D900×14、D950×14、D325×10等。图2为建设中的钢网壳实景。

图2 建设中的钢网壳实景

本工程结构设计使用年限50年，结构设计基准期50年，结构设计耐久性年限100年，结构安全等级二级，地基基础设计等级甲级，抗震设防类别丙类，场地特征周期0.4 s，阻尼比0.02，抗震性能化目标为“中震弹性、大震不屈服”。异形钢网壳山顶、山脚落脚点与混凝土抗推条基通过成品铰支座连接，抗推条基坐落在基岩上，将支座反力传给地基。本工程考虑了恒荷载、活荷载、雪荷载、温度荷载、风荷载和地震作用等，异形钢网壳刚度按恒+活下其跨中变形不大于斜向跨度的1/400控制。具体结构布置及设计情况见相关文献。

单层网壳结构对缺陷和边界条件非常敏感，其整体稳定性需要细致分析。本工程单层异形钢网壳的稳定性能通过三维双重非线性极限承载力分析进行确定。

单层网壳面外计算长度系数取值是否合理对结构设计非常重要，系数取值需深入分析。本工程通过对结构典型构件施加单位力得到弹性屈曲荷载并通过欧拉公式进行反算，得到典型构件的面外计算长度系数。

2.1 特征值屈曲

当单个构件或一个结构体系受到外荷载作用时，即引起内力和变形，结构变形会引发二阶效应给结构本身带来附加荷载，而外荷载和结构变形会不断地相互影响。当荷载较小时，结构的变形最终收敛于确定的稳定解；而当荷载增大到一定数值时，结构的变形却是发散的，表现为荷载不继续增加或仅增加很小的量，会引起结构变形不成比例地快速增长，这便是结构的失稳或屈曲，此刻对应的荷载便是屈曲荷载。以轴压柱为例，由于失稳，侧向挠度使柱中弯矩大大增加，因而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。结构发生稳定破坏往往会造成巨大的损失，大跨空间结构尤其是单层网壳结构，其整体稳定性能应严格保证。