双层网架结构的常见形式及分析
钢网架 工程师总结(二)
网架制作与安装网架是用于大跨度房屋屋盖的空间结构体系，其自重轻、跨度大、节约材料。
近20年来网架结构得到了快速的发展。
我国首都机场机库所采用的网架达到宽90M，长360M，是目前跨度最大的网架结构之一。
第一节网架结构的形式网架结构的形式很多，按结构的组成形式可分为：双层网架、三层网架、组合网架。
其中，双层网架是指，由上弦、下弦、和弦杆间的腹杆、组成的网架。
三层网架是指，由上弦、中弦、下弦、和弦杆之间的腹杆、所组成的网架。
组合网架是用钢筋混凝土板替代网架的上弦杆，形成由钢筋混凝土板、钢腹杆、钢下弦组成。
双层网架，按照其网格形式可分为三大类：1平面桁架体系网架这类网架由平面桁架相互交叉组成，其上、下弦杆件长度相等，杆件类型少，且，上下弦和腹杆在同一面内。
由两组分别与边界平行的平面桁架互成90o组成。
见图8-1-1。
这种网架适用于接近正方形和跨度较小的建筑屋盖。
（1）两向正交正放网架图8-1-1两向正交正放网架（2）两向正交斜放网架由两组于边界成45o角的平面桁架，互成90o交叉而成。
见图8-1-2。
比正交正放网架空间刚度大，受力均匀用钢量小。
图8-1-2两向正交斜放网架（3） 两向斜交斜放网架这种网架由两组与边界成一斜角的平面桁架斜向相交而成，其构造复杂受力性能也不好因而很少采用。
见图8-1-3。
2 四角锥体系网架这类网架由倒置四角锥，按一定规律组成。
倒置四角锥的底边为上弦杆，锥菱为腹杆，锥顶间的连杆为下弦杆，其上下弦均是矩形。
图8-1-3两向斜交斜放网架（1） 正放四角锥网架将各个倒置的四角锥底边用上弦杆相连并与边界平行或垂直，用上弦杆平行的杆件，将各锥顶连接 形成四角锥网架，这种网架各个弦杆等长，当腹杆与上、下弦平面的夹角成45o 角时，则所有腹杆长度均相等。
此类网架适用于四边支撑，屋面荷载较大时的情况。
见图8-1-4。
图8-1-4正放四角锥网架（2） 斜放四角锥网架将各个倒置四角锥，底面的角与角相连，上弦杆与边界成45o 角，下弦杆正交正放，腹杆与下弦杆在同一垂直面内，就形成斜放四角锥网架。
网架、网壳结构
斜放四角锥
星形四角锥
10.3.3 双层筒网壳
• 按几何组成规律分类
– 三角锥体系双层筒网壳
• 由三角锥单元按一定规律连接而成。
三角锥
抽空三角锥
蜂窝形三角锥
10.3.3 双层筒网壳
• 按弦杆布置方向分类
梁式筒网壳
10.3.2 单层筒网壳
• 形式与特点
– 以网格的形式及其排列方式分类
• 联方网格型筒网壳 • 弗普尔型筒网壳 • 单斜杆型筒网壳 • 双斜杆型筒网壳 • 三向网格型筒网壳
7.2.1 单层筒网壳
• 联方网格型筒网壳
– 受力明确
• 屋面荷载从两个斜向拱的方向传至基础；
– 室内呈菱形网格，美观大方 – 稳定性较差； – 每个节点连接的杆件数少，
L1/L2≤1.5 矩
星形四角锥网架
＞60m
两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放 四角锥网架、斜放四角锥网架
形 1.5＜L1/L2≤2
两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽 空四角锥网架、斜放四角锥网架
L1/L2＞2
两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽 空四角锥网架、单向折线形网架
圆形、多边形
• 焊接技术日趋完善，高强钢材不断出现，电算技术突 飞猛进，给网壳准备了物质基础；
• 网壳结构具有其非凡的优越性，近30年来，以钢结构 为代表的网壳结构得到了很大的发展。
• 网壳结构多用于大跨度，目前已经发展成为大跨结构 中应用普遍的结构形式之一。
• 网壳结构的优点
– 1.网壳结构的构件主要承受轴力，结构内力分布比 较均匀，应力峰值较小，因而可以充分发挥材料强 度作用。
壳，跨度大时，则采用双层网壳。
• 单层网壳
网架、网壳结构
网壳结构的分类
• 按材料
– 木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑 料网壳、玻璃钢网壳等。
• 木网壳结构
– 仅在早期的少数建筑中采用，近年来，在一些木材丰 富的国家也有采用胶合木建造网壳的，有的跨度已超 过100m。但总的来说，木结构网壳用得并不多。
10.2 网架选型
根据建筑平面形状和跨度大小，支承方式、荷载 大小、屋面构造和材料、制作安装方法等因素。 《网架结构设计与施工规程》JGJ 7-91 ➢ 大跨度为60m以上 ➢ 中跨度为30～60m ➢ 小跨度为30m以下
1 网架结构的支承及其选型
支承方式:
➢周边支承 ➢点支承 ➢周边支承与点支承相结合 ➢两边和三边支承等。
3 网架的挠度要求及屋面排水坡度
➢ 容许挠度：用作屋盖—L2/250，用作楼盖—L2/300 ➢ 排水坡度：3%～5% ➢ 起拱要求：L2/300
找坡立柱
（a）用小立柱 网架屋面找坡
（b）起拱
10.3 网壳结构
• 网壳，即为网状壳体，是格构化的壳体，或者说是曲 面状的网架结构。
• 20世纪50~60年代，钢筋混凝土壳体得到了较大的发 展；但钢筋混凝土壳体结构很大一部分材料是用来承 受自重的，只有较少部分的材料用来承担外荷载，并 且施工很费事。
周边支承
l/3 l l/3
l/4 l
l
l/3
l
l
l/4
l/3
点支承 图 3—18 点支承
➢ 点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。 ➢ 为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，
多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3 。
周边支承与点支承结合
双层网壳结构的静力分析与设计说明书
双层网壳结构的静力分析与设计摘要：本文简述了双层网壳的静力设计过程，并通过对杆件内力的分析和变形能力的探讨得出如下结论：双层网壳这种结构型式具有有较强的承载能力，良好的稳定性和优越的协调变形性能，是各种大跨度建筑值得采用的一种屋盖型式。
关键词：双层网壳，柱壳，大跨度空间结构。
设计概况：某展览馆主展厅屋面为弧线形，跨度27m，结合使用要求，拟采用双层网壳的屋盖结构型式。
该结构不仅具有有较高的承载能力，且当在屋顶安装照明、空调等各种设备及管道时，它还能有效地利用空间，方便吊顶构造，经济合理。
一、柱壳结构的型式与分析1 柱壳结构型式本设计所用柱壳采用正放四角锥体系，柱壳跨度27m，矢高4.5m，纵向长度42m。
杆件长度控制在3m～3.5m之间。
2 柱壳结构分析结构分析的核心问题是计算模型的确定。
本设计中柱壳结构的计算模型为空图1 柱壳上弦支座图图1中，a点为二向支承（约束x，z方向位移），d点为二向支承（约束y，z方向位移），c点为三向支承（约束x，y，z方向位移），其余带×号的各点均设置单向支承（只约束z方向的位移）。
柱壳结构为大型复杂结构，因此采用有限元分析软件SAP2000对其进行结构分析，并结合我国钢结构设计规范对各杆件进行截面设计和验算。
二、静力设计1、荷载计算1）恒载标准值计算2/375m KN 2/5m KN 2/m KN 屋面构件及网壳自重恒载： 0.752/m KN 灯具： 0.052/m KN2）活载标准值计算屋面活载：0.52/m KN ； 雪荷载：375.05.075.00=⨯=⨯=s s r k μ2/m KN ；风荷载： C 类地貌，风压高度变化系数查表得74.0=z μ，风振系数0.1=z β2所示：因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -=2○1。
○2 ○36/127/5.4/==l f 154)2.06/1(1.02.0-=-⨯-=s μl f /s μ0.10.8-0.200.50.6+图8中， m h 15463.11=， m h 34537.32= ，m S 11512.71=m S 38488.62= ，m S 000.27=，下同。
空间网架结构
10.2
一、分类
网架结构形式
按结构组成，通常分为双层网架和三层网架；
按支承情况分，有周边支承、点支承、周边支承
和点支承混合等形式；
按照网架组成情况，可分为由两向或三向平面桁
架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥体
上弦网格呈正交斜放，
下弦网格为正交正放。 网架上弦杆短，下弦 杆长，受力合理。
适用于中小跨度周边
斜放四角锥网架
支承，或周边支承与 点支承相结合的矩形 平面。
星形四角锥网架 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆 受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小 跨度周边支承情况。
三角锥体网架
型式： 1、上下弦均为三角形网格---空间刚度好 2、跳格三角锥体网格：上弦为三角形网格，下弦为三角形和六角形 网格---用料省 适用范围：建筑平面为矩形、三边形、梯形、六边形、 圆形的大跨度结构
三角锥网架上下
弦平面均为正三 角形网格，上下 弦节点各连9根 杆件。 当上、下弦杆和 腹杆等长时，三 角锥网架受力最 均匀：整体性和 抗扭刚度好，适 用于平面为多边 形的大中跨度建 筑。
9网架结构取材方便，一般采用Q235钢或Q345钢，杆
件截面形式有钢管和角钢两类，以钢管采用较多， 并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为 网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）。 10另外，网架结构其杆件规格统一，适宜工厂化生产， 为提高工程进度提供了有利的条件和保证。
二、适用范围
网架结构既可用于体育馆、俱乐部、展览馆、
（2）螺栓球节点
螺栓球节点
（3）支座节点
网架结构
１.网架结构的组成
（1）第一类是由平面桁架系组成的网架结构
两向正交正放网架 ：这是由两组平面桁架系组成的网架，
桁架系在平面上的投影轴线互成90°交角，且与边界平行 或垂直，所形成网格可以是矩形的，也可以是正方形的 。
水平斜撑杆
选用原则：在矩 形建筑平面中， 网架的弦杆垂直 于及平行于边界。 图3.4两向正交正放网架
即四面体。三角锥体可以顺置，也可以倒置。
三角锥网架 ：将三角锥体的角与角连接，使上下弦杆组成 的平面图均为正三角型，即称三角锥网架 。
蜂窝型三角锥网架：这种网架也也由三角锥体单元组成，
但其连接方式为上弦杆与腹杆位于同一垂直平面内，上下
弦节点均汇集六根杆件，是常见网架中节点汇集杆件最少 的一种。
由于其受压上弦杆的长度比受压下弦杆杆的长度短，
水平斜撑杆
水平斜撑杆
图3.5 周边支承网架水平斜撑布置方式之一
两向正交斜放网架：它可由梁向正交正放网架在水平面上 旋转45°而得，其交角也是90°，但每片桁架不与建筑 物轴线平行，而是成45°的交角，故成为两向正交斜放网 架。
三向网架：比两向网架的刚度大，适合在大跨度结构中采 用，其平面适用于三角形，梯形及正六边形，在圆形平面 中也可采用。
焊接空心球节点
焊接空心球节点构造 简单，适用于连接钢 管杆件（图3.30）球 面与管件接时，只需 将钢管沿正截切断， 施工方便。
图3.30 焊接空心球节点
图3.28 焊接钢管节点
图3.29 管件直接汇交节点
螺栓球结点 螺栓球结点的构造 螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉） 和锥头（或封板）等零件组成（图3.34），适用 于连接钢管杆件。
图3.7 三向网架
三向网架 三个方向的平面桁架 相互交角60 比两向网架刚度大， 适合大跨度 常用于正三角形，正 六三角形平面 在某些平面形状会出 现不规则杆件
网架典型结构形式
网架典型结构形式1、交叉桁架体系：如两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架（图1）。
2、四角椎体系：如正放四角椎网架（图2）、正放抽空四角椎网架、斜放四角椎网架、星形四角椎网架、棋盘形四角椎网架等。
3、三角椎体系：如三角椎网架（图3）、抽空三角椎网架、蜂窝形三角椎网架等。
4、曲面网架体系：如球壳（图4）、筒壳、扭壳、锥体等。
5、其它体系：如六角锥网架、蛛网式网架、折板型网架、组合网架、斜拉网架（图5）等。
网架支承方式1、周边支承网架（图6）：该形式传力直接，受力均匀，是采用最普通的一种支承形式。
2、点支承网架（图7）：可置于4个或多个支点上，采用上弦、下弦或柱帽支承（图8）。
3、周边与中间点支承相结合的网架（图9）：该形式特别适用于大面积的工业厂房或其它类似建筑。
4、三边支承一边开口（图10）或两边开口的网架（图11）：一般应对非支承边（即自由边）作特殊处理，如在自由边附近境加网架层次，加设托梁或托架，增加网架高度等方法。
按结构形式可分为：1、普通网架与网壳结构2、斜拉网架与网壳结构斜拉网架与网壳结构通常由塔柱、拉索、网架与网壳结构组合而成，是大中跨度建筑一种形式新颖、协同工作的杂交空间结构体系，它具有增加结构支点、减小结构挠度、降低杆件内力、发挥高强拉索优势等特点，也是一种内部空间宽广、造型新奇、颇有景点特色的大跨度建筑。
3、预应力网架与网壳结构把现代预应力技术引用到网架与网壳结构中去，可起到提高整个结构的刚度、减小结构挠度、改善内力分布、压低应力峰值的作用，从而可降低材料耗量，具有明显的技术经济效果。
因此，预应力网架与网壳结构是一种新型的有广阔发展前景的空间结构。
4、组台网壳、网架结构当在单层钢网壳结构上敷设的预制带肋混凝土面板在连接灌缝形成整体后不仅起围护作用，而且起承重作用，从而形成由钢网壳与钢筋混凝土带助壳两种不同材料与不同结构形式组合而成的新型空间结构——组合网壳。
网架结构可以分为哪几种及性能特点
网架结构可以分为哪几种及性能特点网架结构可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。
板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。
单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。
单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。
单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。
目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。
网架结构是空间网格结构的一种。
所谓“空间结构”是相对“平面结构”而言，它具有三维作用的特性。
空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。
空间结构也可以看作平面结构的扩展和深化。
网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小。
网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。
我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。
网架在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。
网架结构的优点是用钢量小、整体性好、制作安装快捷，可用于复杂的平面形式。
适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。
这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。
网架主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。
跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。
网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。
网架结构介绍
网架结构介绍来源：网络作者：佚名时间：08-03-28 点击：12 图片：文字说明：网架结构是由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构，受力均匀，空间刚度大。
网格组成一般为两向正交正放四角锥网架，采用钢材主要是Q235或16Mn 钢，杆件一般采用钢管(无缝钢管或高频焊接钢管)。
它改变了一般平面桁架的受力体系，能够承受来自各方向的荷载，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件内力，保持结构的安全。
由于网架结构肯有优越的结构情能，良好的经济情能，良好的经济情、安全安与适用情，在我国的应用也比较广泛，特别是在大型公共建筑和工业厂房屋盖中更为常见。
网架结构的特点a. 网架结构的刚度大，整体性好，抗震能力强。
b. 网架结构的自重轻，节约钢材。
c. 网架结构适应于各种平面形式的建筑,网架结构取材方便。
d. 网架结构适宜于工厂化生产。
e. 网架结构安装为高空作业，其工艺复杂。
网架结构的形式在对网架结构分类时，采取不同的分类方法，可以划分出不同类型的网架结构型式。
a．按结构组成分类1 双层网架具有上下两层弦杆，是最常用的网架结构形式。
2 三层网架具有上中下三层弦杆，强度和刚度都比双层网架提高很大。
在实际应用时，如果跨度l＞50m，酌情考虑；当跨度l＞80m时，应当优先考虑。
3 组合网架根据不同材料各自的物理力学性质，使用不同的材料组成网架的基本单元，继而形成网架结构。
一般是利用钢筋混凝土板良好的受压性能替代上弦杆。
这种网架结构型式的刚度大，适宜于建造活动荷载较大的大跨度楼层结构。
（如下图）b．按支承情况分类1 周边支承网架：该形式传力直接，受力均匀，是采用最普遍一种支承形式。
2 点支承网架：可置于4个或多个支承上，采用上弦、下弦或柱帽支承。
3 周边与中间点支承相结合网架：该形式特别适用于大面积工业厂房或其它类似建筑。
4 三边支一边开口或两边支承两边开口的网架：一般应对非支承边（即自由边）作特殊处理，如自由边附近增加网架层数，加设托梁或托架，增加网架高度等方法。
(七)网架结构13
注意小立柱自身的稳定性；
(b)对整个网架起拱(图b)； (c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，
下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。
有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可
取不大于短向跨度的1／300。
（a）用小立柱 网架屋面找坡
（b）起拱
施工中的网架
蜂窝形三角锥网架本
身是几何可变的：借 助于支座水平约束来 保证其几何不变。
蜂窝三角锥网架
角锥体网架
网架结构的支承方式与节点
一、网架的支承方式： 周边支承 点支承 周边支承与点支承相结合 两边和三边支承
周边支承
周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设
置支座(图a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上， 网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方 式。
芜湖体育中心屋盖
成都国际机场航站楼，为三角空间曲线行桁架
网架节点构造
（1）焊接空心球节点
上弦节点
下弦节点
焊接空心球节点
（2）螺栓球节点
螺栓球节点
（3）支座节点
平板压力支座
平板压力支座
平板压力支座
平板压力支座
（4）屋顶节点
（5）悬挂吊车节点
网架特点及适用范围
一、网架特点 1 网架结构是高次超静定空间结构。空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够 承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。 2网架结构的自重轻，用钢量省； 3应用范围广既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋； 4同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。 5适用于大柱网的建筑，使结构具有足够大的使用空间，便于按照不同的功能要求分 配空间 6通风采光好，但是不适用对声音要求特别高的建筑 7上下弦之间由规律的杆件组成，在不增加层高的基础上，满足管道铺设要求。 8结构表现形式直接体现造型美的需求，更好体现理性设计的思想 9 网架结构取材方便，一般采用 Q235 钢或 Q345 钢，杆件截面形式有钢管和角钢两类， 以钢管采用较多，并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能 充分发挥材料的强度，节省钢材）。 10另外，网架结构其杆件规格统一，适宜工厂化生产，为提高工程进度提供了有利的 条件和保证。
常见网架结构型式与建模技巧
常见网架结构型式与建模技巧建筑结构通常分平面结构和空间结构两大类。
应用最广泛的空间结构是空间网格结构，根据组成形状分为网架结构和网壳结构。
当网格结构为平板型时即为网架结构，当网格结构为曲面形状并具有网壳的结构特性时即为网壳结构。
网架结构，首先按网格单元分为平面桁架系网架，四角锥体系网架、三角锥体系网架。
其次，按网架的支承情况分为周边支承网架、点支承网架、周边支承与点支承相结合的网架，三边支承或两边支承网架。
实际工程中，我们常用的是四角锥和三角锥体系网架。
网壳结构有很多种分类方法和种类，仅介绍常用类型，首先按结构型式分球面网壳、柱面网壳、双面抛物面网壳、折板型网壳、应力表皮网壳。
其次，按支承条件分无水平推力网壳、有水平推力网壳。
按层数分单层网壳、双层网壳等，详见附表。
开始设计网架工程时，应综合比较选择一个优化的结构类型，然后开始建模。
建模是将工程模型转化为数字模型的一个过程。
首先，根据建筑造型选择网格组成单元，划分网格尺寸。
然后根据跨度、支承方式、荷载大小等，确定网架厚度。
完成几何形状后，再根据支承柱的刚度给支座赋值。
最后调整荷载、进行结构分析和设计。
这样，反复比较几个网架方案，最终确定一个优化设计方案作为设计方案。
网架建模关键步骤如下：第一、网格单元：目前常用的组成单元中四角锥体应用最普遍。
因为，四角锥网架造型整齐、美观、刚度大。
当网架几何尺寸为正方形或接近正方形时，多采用斜放类锥体网架。
当几何尺寸为多边形即六边形或八边形时，可采用三角锥网架，它形成的结构单元和网架整体很有规律，传力途径简洁，受力合理。
当网架几何尺寸为圆形、弧形，可采用三角锥体，也可采用四角锥体系。
第二、网格尺寸和厚度：首先根据网架跨度和荷载大小确定网格数和网格尺寸。
通过周边支承平板网架工程计算结果，总结如下最优网格数与跨高比的经验公式：注：L2为短向跨度，单位为m。
以上公式仅为参考数据，实际工程设中应上下浮动10％进行试算比较，确定一个较佳的网格数作为工程数据。
浅谈双层弧形网壳的结构分析
浅谈双层弧形网壳的结构分析【摘要】本文对某工程污泥干化间的双层柱面弧形网壳结构设计进行介绍，并对屋面网架、竖向钢柱及纵向支撑构件建立空间结构模型进行整体分析。
使用国际通用有限元分析设计软件进行受力分析，并对分析过程及结果进行探讨。
【关键词】弧形网壳；整体建模；有限元本工程位于新疆某地区，抗震设防烈度为7度（第二组），设计基本地震加速度为0.15g。
屋面为下弦支撑的柱面弧形网壳结构，支撑柱为钢柱,采用纵向柱间支撑抗侧力体系。
屋面网壳平面尺寸为：66m×34m,属中小型屋面网架。
长向柱距为11X6m,网架跨度为34m。
屋面网壳采用对边钢柱支撑，柱顶标高为6.9m。
弧形网架矢高为7.15m，网架自身高度为1.6m,矢跨比为1:4.755,满足《空间网格结构技术规程》的1/3~1/6规定。
沿结构纵向设置3道纵向抗侧力柱间支撑，两端山墙部共对称设置8个抗风柱，抗风柱单独计算，柱顶与网架螺栓球刚性连接。
三维透视图见图1（本文插图长度单位为m,力学单位为KN）。
2、结构方案的探讨本工程建筑形式为弧形钢结构屋面，弧形钢结构空间结构体系分为单层柱面网壳及双层柱面网壳。
单层柱面网壳又根据支撑形式的不同分为两端边支撑及两纵边支撑。
因该工程特征为两纵边支撑结构体系，但两纵边支撑的单层弧形网壳适用于跨度30m以下的结构，综合判定该工程屋面采用双层柱面网壳。
网壳纵向支撑于钢结构立柱上，钢柱下端与基础嵌固连接，柱顶与网壳结构固接连接。
3、计算模型的建立本工程的双层柱面网壳与立柱及纵向支撑均采用国际通用有限元分析设计软件进行建模计算。
这种建模计算比传统的网壳与下部支撑结构分别计算更为精确。
采用屋面与支撑结构分开建模，支撑计算时不能够精确的定义网壳的空间刚度，网壳与支撑柱在外部荷载作用下的变形也不相协调，整体建模计算就能很好地避开上述问题。
本工程网壳屋面在四周边榀采用加强桁架结构封边，网架支座选用板型支座。
本工程所采用的主要荷载：雪荷载：0.5KN/㎡，风荷载:0.6KN/㎡，屋面恒载：0.5KN/㎡，屋面活载：0.5KN/㎡。
双层网架结构的常见形式及分析
斜放四角锥网架
斜放四角锥网架
镇江市体育馆屋盖结 构为一斜放四角锥网 架,平面尺寸为45米 ×55米,复盖面积2475 平方米,长短两个方向 的网格尺寸,分别为 3930毫米和3750毫米, 高3.2米,45米跨度方向 起拱450毫米。
图 星形四角锥网架
星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压， 内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周
工程应用
工程应用
1、正放四角锥网架
图 正放四角锥网架
正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多， 用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜 采用周边支承。
2008奥运会场馆（正放四角锥）
运动场看台
正放抽空四角锥网架
广州大学城建设项目中 山大学体育馆是大学城 “八馆一场”的其中一 馆,主要为承办2007年第 八届大运会及2010年亚 运会排球比赛项目而兴 建,总建筑面积11600m2, 可容纳观众约5000人,建 筑总高度25.1m,抗震设 防烈度为7度。其中,屋面 采用正放四角锥钢网架 结构,轴线尺寸为75.09
边支承情况。
三角锥网架
三角锥网架上下弦平 面均为正三角形网格， 上下弦节点各连9根 杆件。
当网架高度为网格尺 寸的倍时，上下弦杆 和腹杆等长。三角锥 网架受力均匀：整体 性和抗扭刚度好，适 用于平面为多边形的 大中跨度建筑。
三角锥网架
保持三角锥网架的上 弦网格不变，按一定 规律抽去部分腹杆和 下弦杆。
图 两向正交斜放网架
两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力
有利角部产生拔力，常取无角部形式。
3、两向斜交斜放网架
由两个方向桁架相交◎角交叉而成，形成 棱形网格。适用于两个方向网格尺寸不同， 而要求弦杆长度相等。 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同
双层网壳结构的静力分析与设计说明书
双层网壳结构的静力分析与设计摘要：本文简述了双层网壳的静力设计过程，并通过对杆件内力的分析和变形能力的探讨得出如下结论：双层网壳这种结构型式具有有较强的承载能力，良好的稳定性和优越的协调变形性能，是各种大跨度建筑值得采用的一种屋盖型式。
关键词：双层网壳，柱壳，大跨度空间结构。
设计概况：某展览馆主展厅屋面为弧线形，跨度27m，结合使用要求，拟采用双层网壳的屋盖结构型式。
该结构不仅具有有较高的承载能力，且当在屋顶安装照明、空调等各种设备及管道时，它还能有效地利用空间，方便吊顶构造，经济合理。
一、柱壳结构的型式与分析1 柱壳结构型式本设计所用柱壳采用正放四角锥体系，柱壳跨度27m，矢高4.5m，纵向长度42m。
杆件长度控制在3m～3.5m之间。
2 柱壳结构分析结构分析的核心问题是计算模型的确定。
本设计中柱壳结构的计算模型为空图1 柱壳上弦支座图图1中，a点为二向支承（约束x，z方向位移），d点为二向支承（约束y，z方向位移），c点为三向支承（约束x，y，z方向位移），其余带×号的各点均设置单向支承（只约束z方向的位移）。
柱壳结构为大型复杂结构，因此采用有限元分析软件SAP2000对其进行结构分析，并结合我国钢结构设计规范对各杆件进行截面设计和验算。
二、静力设计1、荷载计算1）恒载标准值计算2/375m KN 2/5m KN 2/m KN 屋面构件及网壳自重恒载： 0.752/m KN 灯具： 0.052/m KN2）活载标准值计算屋面活载：0.52/m KN ； 雪荷载：375.05.075.00=⨯=⨯=s s r k μ2/m KN ；风荷载： C 类地貌，风压高度变化系数查表得74.0=z μ，风振系数0.1=z β2所示：因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -=2○1。
○2 ○36/127/5.4/==l f 154)2.06/1(1.02.0-=-⨯-=s μl f /s μ0.10.8-0.200.50.6+图8中， m h 15463.11=， m h 34537.32= ，m S 11512.71=m S 38488.62= ，m S 000.27=，下同。
网架结构形式
网架结构形式
有11种形式的网架结构在我国得到不同程度的应用，下面从构成和特点两方面对这11种形式的网架加以介绍。
一、交叉桁架体系网架
第一大类是由两组或三组平面桁架组成的网架结构，称之为交叉桁架体系网架（如图）。
这是一种最简单的，也是最早得到采用的网架结构形式之一。
它是在交叉梁的基础上发展而来和演变而来。
这类网架的上、下弦杆等长。
腹杆一般可设计为“拉杆体系”，即长杆（斜杆）受拉，短杆（竖杆）受压，斜杆与弦杆夹角宜在40度到60度之间。
其中，竖杆为各组平面桁架所共用。
这类网架常用的有2种形式。
其中交叉桁架体系又分为：两向网架和三向网架。
二、三角锥体系网架
第二大类适合于正方形、矩形、三角形、梯形、六边形、八边形和圆形等平面形状的建筑。
其中分为：三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架。
三、四角锥体系网架
第三大类是由四角椎体组成的网架结构，有五种形式，分别是：正方四角锥网架、正方抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架和星型形四角锥网架。
四、六角锥体系网架
第四大类是由六角锥体（七面体）组成的网架结构，称为六角锥体系网架。
它的基本单位元为6根弦杆，6根弦杆构成的六角锥体（可
倒置或正置）。
这类网架的一种主要形式即为六角锥网架。
(七)网架结构13
网架结构
嘉庚学院土木工程系 许云燕
2008奥运会场馆（正放四角锥）
空间网架结构
网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。常应用 在屋盖结构。 通常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面型的空间网格结构简称为网壳。 网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网 壳有单层和双层两种。平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较 简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式。 网架与桁架区别：
三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构。 当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增 多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高 vv
二、双层网架的常见形式
平面桁架网架
两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架
交叉桁架体 系
型式： 1、上下弦均为三角形网格---空间刚度好 2、跳格三角锥体网格：上弦为三角形网格，下弦为三角形和六角形 网格---用料省 适用范围：建筑平面为矩形、三边形、梯形、六边形、 圆形的大跨度结构
三角锥网架上下
弦平面均为正三 角形网格，上下 弦节点各连9根 杆件。 当上、下弦杆和 腹杆等长时，三 角锥网架受力最 均匀：整体性和 抗扭刚度好，适 用于平面为多边 形的大中跨度建 筑。
四面锥体系网架
三角锥体体系网架
正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 棋盘四角锥网架 三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架
角锥体 系
一、两向正交正放网架
正交：两个方向桁 架互相垂直 正放：两个方向桁 架都与建筑平面 的边线平行 特点： 1、两个方向桁架跨度相等或接近时，两个方向桁架受力 才比较均匀，且能发生整体空间作用 2、如建筑平面为长方形，空间作用不明显 网格平面为几何可变体型，刚度差，需设斜撑 3、适用范围：建筑平面为正方形或接近正方形 中等跨度：30~60米
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K建工ZB 113 240114501
褚梦梦
双层网架的常见形式
两向正交正放网架
平面桁架网架 四面锥体系网架
两向正交斜放网架 三向网架
正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架
三角锥体体系网架
三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架
一、平面桁架网架（交叉桁架体系网架）
抽杆后，网架空间刚 度受到削弱。下弦杆 数量减少，内力较大。
抽空三角锥网架适用 于平面为多边形的中 图 抽空三角锥网架 小跨度建筑。
抽空三角锥网架
首都国际机场新 航站楼T3B工程 屋盖为 958m×775m大 跨度双曲面抽空 三角锥混合节点 网架结构
蜂窝三角形网架
工程应用
福州市中级人民 法院六角形审判 厅采用正六边形 蜂窝形三角锥网 架。它与四种同 类网架比较,刚度 好,用钢量省。
常用于正三角形，正 六三角形平面
在某些平面形状会出 现不规则杆件
三向网架
2、四角锥体系网架
由许多四角锥按一定规律组成，组成的 基本单元为倒置四角锥。这类网架上下平 面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格 形心的投影线上，与上弦网格的四个节点 用腹杆相连。
若改变上下弦错开的平移值，或相对旋 转上下弦杆，并适当抽去一些弦杆和腹杆， 即可到各种形式的四角锥。
保持正放四角锥网架 周边四角锥不变，中 间四角锥间隔抽空， 下弦杆呈正交斜放， 上弦杆呈正交正放。
克服了斜放四角锥网 架屋面板类型多，屋 面组织排水较困难的 缺点。
图 斜放四角锥网架
斜放四角锥网架
上弦网格呈正交斜放， 下弦 网格为正交 正放。网架上弦杆短， 下弦杆长，受力合 理。
适用于中小跨度周边 支承，或周边支承与 点支承相结合的矩形 平面。
两向正交正放网架详图
两向正交正放网架
两向正交正放网架实例
福州奥体游泳馆 的外轮廓为三段 不同心圆弧两两 相切围合而成， 似“水滴”形， 其钢结构罩棚采 用单向及双向正 交正放桁架结构 体系。
水平斜撑杆
两向正交正放网架
选用原则：在矩形 建筑平面中， 网架的弦杆垂 直于及平行于 边界。
该网架上下弦组成的网格为矩形，腹杆 又在上下弦平面内，属于几何可变。为能 有效传递荷载，对于周边支撑网架，宜在 支承平面内沿周边设置水平斜杆。
水平斜撑杆
水平斜撑杆
对于点支承网架，应在支承平面内沿主 桁架的两侧设置水平斜杆。
水平斜撑杆
水平斜撑杆
水平斜撑杆
水平斜撑杆
图 周边支承网架水平斜撑布置方式之一
2.两向正交斜放网架
1）定义： 由两组相互交叉成90度的平面 桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线的 交角为45度。可理解为两向正交正放网架 在建筑平面上放置时转动45度。
斜放四角锥网架
斜放四角锥网架
镇江市体育馆屋盖结 构为一斜放四角锥网 架,平面尺寸为45米 ×55米,复盖面积2475 平方米,长短两个方向 的网格尺寸,分别为 3930毫米和3750毫米, 高3.2米,45形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压， 内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周
边支承情况。
三角锥网架
三角锥网架上下弦平 面均为正三角形网格， 上下弦节点各连9根 杆件。
当网架高度为网格尺 寸的倍时，上下弦杆 和腹杆等长。三角锥 网架受力均匀：整体 性和抗扭刚度好，适 用于平面为多边形的 大中跨度建筑。
三角锥网架
保持三角锥网架的上 弦网格不变，按一定 规律抽去部分腹杆和 下弦杆。
两向正交斜放网架
2）特点：
网架中各片桁架 长短不一。节间数 有多有少，四角的 短桁架刚度较大， 对长桁架有一定的 嵌固作用，减少长 桁架跨中弦杆受力， 对网架受力有力。
对于矩形平面，周边支承时，可处理成长 桁架通过角柱和长桁架不通过角柱。前者 将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避 免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架 支座处设两个边角柱。
由平面桁架交叉组成。这类网架上下弦 长度相等，而且上下弦和腹杆位于同一垂 直面内，一般可计为斜腹杆受拉，竖杆受 压，斜腹杆与弦杆的角度在40-60之间，这 类网架有四种形式：
工程应用
两向正交正放网架
由两个方向的平面桁架 交叉而成，交叉角为 90度，故称正交。两 个方向的桁架分别平 行于建筑物平面的边 线，故称正放。 两个方向网格数宜 布置成偶数，如为奇 数，则在桁架中部节 间应做成交叉腹杆
两向正交斜放网架实例
世博会电网馆中所隐藏的建筑、结构、节能
设计奥秘。整个建筑的主体钢结构外墙采用四边 形正交斜放柱网，楼、屋面跨度较大处采用双向 正交上承式平面桁架，楼、屋面跨度较小处采用 实腹井格梁。
图 三向网架
4、三向网架
三个方向的平面桁架
相互交角60
比两向网架刚度大， 适合大跨度
2、正放抽空四角锥网架
在正放四角锥的基础上，为节约钢材，便于 采光和通风，可适当抽去一些四角锥单元 中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大 一倍，形成正放抽空四角锥。
图 正放抽空四角锥网架
特点：将正放四角锥网 架适当抽掉一些腹杆 和下弦杆。
正放抽空四角锥网架
图 棋盘形四角锥网架
棋盘形四角锥网架
图 两向正交斜放网架
两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力
有利角部产生拔力，常取无角部形式。
3、两向斜交斜放网架
由两个方向桁架相交◎角交叉而成，形成 棱形网格。适用于两个方向网格尺寸不同， 而要求弦杆长度相等。 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同
的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂。
工程应用
工程应用
1、正放四角锥网架
图 正放四角锥网架
正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多， 用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜 采用周边支承。
2008奥运会场馆（正放四角锥）
运动场看台
正放抽空四角锥网架
广州大学城建设项目中 山大学体育馆是大学城 “八馆一场”的其中一 馆,主要为承办2007年第 八届大运会及2010年亚 运会排球比赛项目而兴 建,总建筑面积11600m2, 可容纳观众约5000人,建 筑总高度25.1m,抗震设 防烈度为7度。其中,屋面 采用正放四角锥钢网架 结构,轴线尺寸为75.09