双层网壳结构的静力分析与设计
网壳结构
双层网壳杆件的容许长细比，对受压杆件取 [λ] ＝180；对受拉杆件，若承受静载则[λ] ＝ 300，若直接承受动载则[λ] ＝250。
5．焊接空心球节点承载力
当空心球直径为120一900mm时，其拉 压极限承载力设计值可按下式计算：
式中： Ntc——焊接空心球的轴心受拉、受压承 载力设计值 d-----钢管外径(mm)； D-----空心球外径(mm)； t----- 空心球壁厚(mm)； f----- 钢球的抗拉、抗压强度设计值(MPa)；
d ---承载力加肋提高系数， 受拉 d ＝1.1, 受压d ＝1.4,不加肋时
d ＝1.0。
6．螺栓球节点设计
高强度螺栓的直径应由杆件内力控制。每 个高强度螺栓的受拉承载力设计值,应按下式计 算:
3.2 单层网壳的设计
1．计算模型
单层网壳应根据节点类型选择不同的模型 进行分析计算。当采用螺栓球节点时，应采用 空间杆系有限元法计算；当采用焊接空心球节 点时，可采用空间梁系有限元法进行分析。
(2)平移法
由一平面曲线(母线)在空间沿着另两根(或 一根)平面曲线(导线)平行移动而形成的曲面， 称为平移曲面。如图8所示 。
图7 旋转曲面
图8 平移曲面
二、柱面网壳
1．单层柱面网壳的形式
按网格形式划分，主要有以下几种形式。
(1) 单向斜杆型柱面网壳
网壳结构简介
网壳结构设计简介
戚 豹
徐州建筑职业技术学院土木工程系
第五章网壳结构设计简介
网架结构是一个以受弯为主体的平板，可以看作是平板的格构化形式。而网壳结构则是壳体结构格构化的结果，以其合理的受力形态，成为较为优越的结构体系。可以说，网壳结构不仅仅依赖材料本身的强度，而且以曲面造型来改变结构的受力，成为以薄膜内力为主要受力模式的结构形态，能够跨越更大的跨度。不仅如此，网壳结构以其优美的造型激发了建筑师及人们的想象力，随着结构分析理论以及试验研究的不断深入，计算技术的不断提高和增强，越来越多的建筑采用了这种结构型式。
5.1 网壳结构的常用形式
5.1.1 网壳结构的基本曲面及形成
1．网壳的型体
网壳结构的型体是指网壳的形状、曲面形式和杆件的布置。如果型体设计合理，可以使得结构在已知条件下可能达到最大的规模，受力合理、安全储备高、美观、制造和安装简易、节省材料、经济实用等。国际薄壳与空间结构协会（IASS）创始人、西班牙著名结构工程师托罗哈认为：“最佳结构有赖于其自身受力之型体，而非材料之潜在强度。”也就是说，网壳结构凭借其型体的合理性，才能成为一种最为优越的结构。因此，网壳结构的型体已经成为当今建筑师与结构工程师的重要研究课题。
在进行网壳结构设计和型体创新时，首先必须了解曲面的几何形式、物理性质及其工作特性。通常，我们把曲面分为两大类：
1）典型曲面
典型曲面，也称几何学曲面。某些曲面不管其形式如何，也不管它是如何形成的，总可以用几何学方程表示出来。比如，用圆弧线、双曲线、抛物线、椭圆线和直线等表示出的曲面并可以用微分方程求解的，都属于典型曲面。国内外采用这种曲面已经建造了大量形体优美、经济合理的建筑。如果再将这些曲面进行适当的切割或组合，还可以构成更多的型体，创造出新颖的网壳结构。
大跨度柱面网壳结构设计要点
大跨度柱面网壳结构设计要点
1. 引言
1.1 背景介绍
大跨度柱面网壳结构是一种具有特殊设计特点的建筑结构形式，
通常用于大跨度空间覆盖或支撑。这种结构形式在近年来得到广泛应用，其设计和施工技术也在不断进步和完善。背景介绍这一部分将从
其发展历程和应用领域两个方面来介绍大跨度柱面网壳结构的背景。
大跨度柱面网壳结构的发展历程可以追溯到古代建筑时代。古代
建筑师在缺乏现代科学技术的情况下，也创造了一些大跨度柱面网壳
结构，如中国古代的古建筑、埃及的金字塔等。这些古老的结构形式
不仅展示了古人的智慧，也启发了我们在现代建筑设计中运用大跨度
柱面网壳结构的灵感。
大跨度柱面网壳结构的应用领域越来越广泛。它不仅可以应用于
体育馆、展览馆等大型公共建筑的覆盖，还可以应用于桥梁、地铁站、机场候机楼等建筑的结构支撑。特别是在地震频发的地区，大跨度柱
面网壳结构能够提供更好的抗震性能，保障建筑物和人员的安全。
1.2 研究意义
柱面网壳结构是一种充满现代感且具有艺术美感的建筑结构形式，随着建筑技术的不断发展，大跨度柱面网壳结构在现代建筑中得到了
广泛的应用。研究大跨度柱面网壳结构的设计要点具有重要的意义，这些意义主要表现在以下几个方面：
1.提高建筑结构的承载能力和稳定性。大跨度柱面网壳结构的设计要点涉及到结构的布置、连接方式、荷载分配等方面，合理设计可以提高结构的承载能力和稳定性，确保建筑物的安全性。
2.提升建筑的美感和艺术性。大跨度柱面网壳结构是一种具有现代感和艺术美感的建筑形式，通过精心设计和合理布局，可以使建筑更具美感，提升建筑的文化内涵和品位。
某电厂钢结构冷却塔结构设计研究
某电厂钢结构冷却塔结构设计研究
发布时间：2021-04-16T05:18:53.437Z 来源：《云南电业》2020年9期作者：杨乐李海瑞
[导读] 以某电厂钢结构冷却塔为例，选择双曲线型双层网壳钢结构、直筒锥型双层网壳钢结构两种塔型方案进行研究，对两种钢结构塔型分别进行整体建模、静力计算、结构动力特性分析、线性屈曲稳定分析，认为两种钢结构塔型在技术上都是合理可行的。
杨乐李海瑞
（中国能源建业集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原 030001）
摘要：以某电厂钢结构冷却塔为例，选择双曲线型双层网壳钢结构、直筒锥型双层网壳钢结构两种塔型方案进行研究，对两种钢结构塔型分别进行整体建模、静力计算、结构动力特性分析、线性屈曲稳定分析，认为两种钢结构塔型在技术上都是合理可行的。
关键词：钢结构冷却塔；双曲线型；直筒锥型；结构动力特性；线性屈曲
Structural Design of Indirect Air Cooling Tower for 1000MW Power Plant
Yang Le Li Hairui
（SHANXI ELECTRC POWER ENGINEERING CO.，LTD.，Taiyuan 030001，China）
Abstract：Taking the steel cooling tower of a power plant as an example，the hyperbolic double-layer latticed shell steel structure and the straight cylinder conical double-layer reticulated shell steel structure are studied. The overall modeling，structural dynamic characteristics analysis and linear buckling stability analysis of the two steel structure tower types are respectively carried out. It is considered that the two steel structure tower types are reasonable and feasible technically.
3.网壳结构(上)
的几 结何 对 构特 于 力点 每 量， 种 。还 形
应状 理， 解不 其仅 内应 部了 蕴解 含其
22
1）球面
圆球面网壳、椭圆球面网壳 和抛物线球面网壳
球壳的力量
23
2）柱面
圆柱面网壳、椭圆柱面网壳 和抛物线柱面网壳
柱 壳 的 力 量
24
柱面网壳按其支承和长度分为短壳（L/R0.5）、 中长壳（0.5<L/R2.5）、长壳（L/R>2.5）和筒壳。
11
wenku.baidu.com
5. 1989年，石景山体育馆，组合双曲抛物面网壳，正三 角形平面，边长99.7m ，矢高13.3m 6. 1995年，黑龙江速滑馆，柱面与球面组合网壳，轮廓 尺寸86m×195m，覆盖面积15000，亚洲面积最大
12
7. 1994年，哈工大体育馆，单双层组合鞍型网壳, 八边 形平面，64.2m×58m 8. 2000年，哈工大体育场，悬挑跨度35.8米，当时国内 悬挑跨度最大
为提高单层网壳的承载力，并获得简洁明快的 视觉效果，可采用局部双层网壳。
1）周边双层中部单层网壳 2）局部抽空双层网壳 3）局部带肋单层网壳
58
周
边
双
层
中
肋环型
联方型
部
单
层
网
壳
短程线型
组合型
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
/375
m 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 KN
2）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 ；
内外双重张弦网壳结构的模型设计及静力试验
内外双重张弦网壳结构的模型设计及静力试验
姚云龙;董石麟;刘宏创;夏巨伟;张民锐;祖义祯
【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2013(047)007
【摘要】为了研究内外双重张弦网壳结构整体预张力的分布特性和静力荷载下的内力和变形特点,按照1∶15比例设计和制作了乐清体育馆屋盖的缩尺模型.将整个结构分为索杆部分和梁元部分,根据相似性原理确定模型各参数的相似比;进行构件和节点的设计,讨论模型设计的有效性;根据试验内容和模型特点确定试验的加载方案和测量方案,对该模型进行全垮加载试验.研究结果表明:有限元分析结果和试验值吻合较好,试验模型的设计、加载方式和测量方案满足要求;全跨加载情况下的结构内力和变形基本上呈线性变化,说明体育馆采用的新型内外双重张弦网壳结构具有良好的承载能力和结构刚度,结构体系安全可靠.
【总页数】11页(P1129-1139)
【作者】姚云龙;董石麟;刘宏创;夏巨伟;张民锐;祖义祯
【作者单位】浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058;山东大学(威海)基建处,山东威海264209;浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058;浙江大学空间结构研究中心,浙江杭州310058
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.国家体育馆双向张弦结构静力性能模型试验研究 [J], 秦杰;覃阳;徐亚柯;李振宝
2.某雨棚多跨连续张弦梁结构的设计与静力弹塑性分析 [J], 赵奋;胡晓娟;冯峰
双层柱面网壳结构
源自《双层柱面网壳形状优化设计及稳定性分析—张德恒》
双层柱面网壳的设计
1荷载和作用类型
结构设计荷载是进行结构内力分析的重要依据"荷载取值是否合理准确,直接影响结构的安全性和经济性"荷载的确定要遵循国家现行荷载规范[46]中的有关规定"网壳结构的设计荷载主要有永久荷载!可变荷载及作用"
1.永久荷载
永久荷载是指在结构使用期间,其值不随时间变化,或其变化量与平均值相比可以忽略不计的荷载"对于网壳结构来说,主要有:
(l)网壳自重和节点自重
网壳自重为杆件结构重量,网壳的节点自重可按网壳杆件总重的20%~50%估算"
(2)屋面和吊顶自重
屋面自重根据使用材料查5建筑结构荷载规范6(GB500少一2001)取用"吊顶材料自重可根据实际情况选用,一般取0.3KN/m2"
(3)设备管道等自重
主要包括通风管道!风机!消防管道及其他可能存在的设备自重,一般可取O.3kN/m2一O.6kN/m2"
2.可变荷载
可变荷载是指在结构使用期间,其值随时间变化,且其变化值与平均值相比是不可忽略的荷载"对于网壳结构有屋面活荷载、雪荷载、风荷载等"
(l)屋面活载
按《建筑结构荷载规范》(GB5009一2001)的规定采用,均布荷载的大小视上人不上
人分别确定,网壳屋面一般不上人,均布活荷载标准值可取o.5kN/m."
网架(网壳)结构支承方式及支座设计的探讨
网架（网壳）结构支承方式及支座设计的探讨
合肥水泥研究设计院钢构公司张长根
内容摘要：在网架(网壳)结构设计中，下部支承结构、支座型式及边界条件的选定，对网架（网壳）结构的稳定性、杆件内力、支座反力、节点位移、用钢量等至关重要。在实际设计中通过把网架和下部结构连成一体整体分析计算，选择合理的下部支承结构及支座型式，以期使网架(网壳)结构设计更安全、经济、合理。
关键词：支承结构、支座型式、支座节点、边界条件、弹簧刚度
0引言
在各类空间结构中，刚性体系中的网架( 网壳)结构作为一种高次超静定空间杆系结构，由于其受力性能好(理论上杆件只受轴力作用)、刚度大、整体性及抗震性能好、承载力强、受支座不均匀沉降影响小、适应性强，而计算理论的日益完善以及计算机技术飞速发展，使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能，因此网架(网壳)结构被广泛应用于工业与民用建筑领域中。但网架(网壳)结构如果其支承结构、支座型式及边界条件设计不合理会对网架（网壳）结构的安全性和经济性造成重要影响。
1. 支承结构与支承方式
目前在很多工程中，网架（网壳）一般由专业的钢构公司根据事先假定的边界约束条件进行设计，再将他们算出来的支座反力作为外加荷载作用到下部支承结构中。把网架（网壳）和下部支承结构分开计算，网架支座相对于下部结构的位移虽然可以通过弹性约束方法模拟，但是由下部支承结构变形带来的支座沉陷等支座本身的变位很难估算准确，算出来的结构内力在某些情况下会与实际情况差别较大，可能会给工程留下安全隐患。下部结构可能是柱，也可能是梁，也可能是其他结构形式，不仅刚度是有限的，而且具体工程刚度差异可能很大，在这种假定条件下，算出来的杆件内力、支座反力及下部结构内力与采用网架支座刚度为实际刚度且上、下部结构共同工作的力学模型所计算出来的结果肯定是不相同的。另外，分开计算还割裂了上下部结构的协同工作，使得上、下部结构的周期和位移计算均不准确。
双层柱面网壳整体模型的建立及分析
双层柱面网壳整体模型的建立及分析
索楠
【摘要】采用有限元法,借助SAP2000对双层柱面网壳模型进行整体建立和静力分析,研究了关于双层柱面网壳在静力荷载作用下各杆件内力与位移的分布规律,得出了各杆件受静力荷载影响程度,进而了解了双层柱面网壳的静力特性。%Using the finite element method, with the aid of SAP2000 to cylindrical double-shell model for overall establishment and static analysis. Research about cylindrical double-shell under the action of static loads of the internal force and displacement distribution of each link. It is concluded that the each link by static load influence, understand the static characteristics of cylindrical double-shell.
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2012(038)033
【总页数】3页(P54-55,173)
【关键词】双层柱面网壳;静力分析;静力特性
【作者】索楠
【作者单位】青岛理工大学土木工程学院,山东青岛266033
【正文语种】中文
【中图分类】TU378.7
结构设计攻略之网壳结构完美设计法
结构设计攻略之网壳结构完美设计法
1、网壳是什么
网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。
2、网壳的发展史
网壳结构的雏形——穹顶结构。在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。古代的人类通过详细观察，利用仿生原理，为了有一个更好的生存空间，常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来模仿如蛋壳、鸟类的头颅、山洞的，搭造穹顶结构，即最初的帐篷。随着建筑材料的发展，穹顶的石料，后面逐渐被砖石取代。穹顶的跨度一般不大，在30m~40m左右，其中建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表。到19世纪，铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元，近代钢筋混凝土结构理论的出现及应用开辟了大跨度薄壳穹顶的新领域。1922年在德国耶拿建造了土木工程史上第一座钢筋混凝土薄壳结构———耶拿天文馆。
耶拿天文馆
随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用,富有想象力的工程师开始了对穹顶结构使用各种杆件形式。公认的“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用, 他在薄壳穹顶的基础上提出了一种新的构造型式,即把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线,并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,这样穹顶表面的内力分布会更加均匀,结构自身重量也会进一步降低,从而可跨越更大空间。这样的穹顶结构实际上已是真正的网壳结构,即沿某种曲面有规律的布置大致相同的网格或尺寸较小的单元,从而组成空间杆系结构。
双层网壳结构的静力分析与设计
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
/375
m 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 KN
2）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 ；
3.网壳结构(下)
结构因微小干扰而失去原有平衡状态，并转移到另 一新的平衡状态，即为失稳。
稳定平衡
随遇平衡
不稳定平衡
17
生活中的稳定问题
18
结构失稳问题的类型（1）
• 按平衡路径：分支型、极值型、越跃型
19
结构失稳问题的类型（2）
• 按作用类型：静力失稳、动力失稳
20
结构失稳问题的类型（3）
43
§3.4 网壳结构设计
3.4.1 杆件设计 3.4.2 节点设计与构造
44
§3.4.1 杆件设计
由于双层网壳中大多数上、下弦杆均受压，对 腹杆的转动约束比网架小，因此计算长度与网架 稍有不同。
双层网壳杆件计算长度系数
杆件
弦杆及支座腹杆
双层网壳
腹杆
螺栓球 1.0 1.0
节点 焊接球
1.0 0.9
网壳结构的抗震分析需分两阶段进行：
第一阶段：多遇地震作用分析 网壳在多遇地震时应处于弹性阶段，因此 应作弹性时程分析，根据求得的内力按荷载组 合的规定进行杆件和节点设计。
第二阶段：罕遇地震作用分析 网壳在罕遏地震作用下处于弹塑性阶段， 应作弹塑性时程分析，用以校核网壳的位移以 及是否会发生倒塌。
8
网壳简图
34
网壳在加载过程中若干时刻的位移形态
屈曲范围从一个 主肋节点开始向周 围逐渐扩散，最后 在网壳上形成一个 很大的凹陷
陕西省自然博物馆球幕影院网壳结构设计资料
陕西省自然博物馆球幕影院网壳结构设计
（一）工程概况
幕影院分为内、外两个球体（以下称大球和小球）。小球为双层球体，其内表面悬挂球形银幕，外表面与内装修一起形成一个大型的地球仪（图1）。大球外包玻璃幕墙，要求其外形流畅舒适，内表面在标高21.0m处悬挂宽 1.2m 的观光玻璃走道。经与建筑设计人员的多次接触和研究，最终确定其大球体的几何外形如图2 所示。
（二）结构总体设计
1、结构选型
小球底座建筑标高19.2m，内层球直径19.72m,外层球直径22.06m，网壳厚度1.2m，考虑到双层球壳的稳定性较好，而小球需进行二次装修，故小球采用普通焊接空心球节点，圆钢管截面，局部切削配合建筑开门的要求。大球中心建筑标高18.7m，直径37.4m，总高度为30.27m，总展开面积为 3 453.4㎡。考虑到玻璃幕墙的安装和外形的流畅性要求，采用了方形钢管、毂形节点局部相贯，
网壳外形采用了K6 凯威特网壳和联方形网壳组合，局部进行了连接处理。选用毂形节点主要基于玻璃幕墙安装的要求和施工方便，采用图 3 安装B所示的嵌入方法，避免了焊接球节点杆件（图3安装A所示）嵌入时必须将杆件弯折才能安装就位的弊端。
2、荷载取值
小球荷载为：恒载：外而为0. 3kN/ m2，内而为0. SkN/m2（考虑银幕及吊顶）；活载：外而0. 3kN/ m2,内而0. SkN/ m2（考虑放映机等）；抗震设防烈度8度，近震，远类场地土，放大1. 18倍。
大球荷载为：恒载0. 8kN/ m2；活载0. 3kN/m2；抗震设防烈度8度，近震，V4\场地土，放大1. 18倍；基本雪压0. 20kN/ m2；基本风压0. 35kN /m2（同时参照风洞试验结果）；悬吊观光走道荷载10. 0k N/澎。
大跨度柱面网壳结构设计要点
大跨度柱面网壳结构设计要点
大跨度柱面网壳结构是一种具有高度自由曲面形态、兼具结构和空间
美学特征的建筑结构形式。它具有轻巧、灵活、透明、美观等优势，广泛
应用于体育馆、展览馆、剧院等建筑类型。下面是大跨度柱面网壳结构设
计的一些要点。
1.结构形式选择：大跨度柱面网壳结构一般采用双层曲面结构形式，
即内外两层曲面构成一个封闭的空间。内外曲面通过构件连接，形成一种
稳定的结构体系。双层结构可以提供足够的刚度和稳定性，同时还能够保
证空间的连续性和透明性。
2.力学分析：大跨度柱面网壳结构的力学分析是整个设计过程中最重
要的一环。需要进行静力分析、动力分析、稳定性分析等，确保结构的可
靠性和安全性。通过对结构的内力分析，可以合理优化结构的各个构件，
提高结构的效果。
3.空间形态设计：大跨度柱面网壳结构具有高度的自由度和灵活性，
可以创造出多样化的空间形态，满足不同建筑类型的功能需求。在设计中
需要充分考虑建筑的使用功能、空间流线、观众视线、采光照明等因素，
合理布置结构形态，保证空间的舒适性和美观性。
4.材料选择：大跨度柱面网壳结构的材料选择要兼顾强度、刚度、轻
量化和耐候性等性能要求。一般常用的材料有钢材、薄壁混凝土、聚碳酸
酯等。需要根据具体设计要求和经济性考虑选择合适的材料。
5.结构连接：大跨度柱面网壳结构的构件连接是结构设计的关键之一、合理的连接方式可以提高结构整体的刚度和稳定性，确保结构的可靠性。
连接方式一般包括焊接、螺栓连接、销连接等，需要根据具体情况选择合适的连接方式。
6.预应力设计：大跨度柱面网壳结构一般采用预应力设计，通过预应力连接构件和增加结构刚度，提高结构的稳定性和抗震性能。预应力设计需要进行详细的力学分析和计算，确保结构的可靠性。
某柱面网壳结构设计
摘要:某大型煤棚屋盖，
采用双层正放四角锥圆柱面网壳，设计过程中运用3D3S 空间结构计算软件进行设计计算，
并用SAP2000软件对其进行模态以及反应谱分析，研究其抗震性能等结构动力特
性，综合分析了多种荷载工况组合下杆件应力比和结构动力特性。
分析结果表明该结构的振型、
刚度均满足设计要求，杆件的承载力和稳定性良好，变形量也在可控范围以内，
结构设计规范合理。关键词:柱面网壳模态分析结构工程
1工程概况
大跨结构有许多为人所肯定的优点，如受力合理，刚度大且质量轻，造价低，结构形式多变，不仅可以满足受力
要求还可以突出结构的美，
是现在的主流结构形式，另外，市场经济的发展大大改善了人们的生活质量，促进了文
体、工业事业的繁荣发展，
大跨度高性能结构在社会生活中的应用越来越广泛。
而轻质高强材料的研发和改进极大的丰富了结构计算理论，使得对任何极其复杂的大跨度结
构的分析与设计成为可能。大跨度结构在材料、
工艺和设计在业界堪称先进，它的研究和发展同样标志着国家建筑科学技术水平的提高，因而，从小到简单的雨蓬、公路收费站，大到形态各异的体育馆、会展中心、候车（候机）厅、大型机库、煤棚等重要建筑，都可以见到大跨度结构。本工程系某大型煤棚屋盖，下部用混凝土框架作支撑，网壳式屋盖既美化了结构的外观，同时也兼顾了结构物的使用功能（详见图1）。结构采用双层正放四角锥圆柱面网壳，通过层间竖向、斜向撑杆支承屋面结构，屋盖长边跨度45m，短边跨度为30m，矢跨比
1/3。图1柱面网壳平面布置图
2计算简图
该工程为双层正放四角锥圆柱面网壳，
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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
/375
m 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 KN
2）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 β
2所示：
因此，有：21/0789.0m KN w -=，22/237.0m KN w -= ，23/148.0m KN w -=
2○
1。 ○
2 ○
3
6/127/5.4/==l f 15
4)2.06/1(1.02.0-=-⨯-=s μl f /s μ
0.10.8
-0.20
0.50.6
+
.0.02/m KN 2
/m KN ○
4
○
5
○
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。
风荷载为吸力，方向为离开屋面向外。
3、荷载组合
本设计中，荷载主要作用在上弦，下弦仅作用有灯具恒载，因此，为简化计
算和利于表达，现将各组合中的下弦灯具荷载计算如下：
各组合中，下弦荷载设计值为：
1）可变荷载控制的组合下：2/06.005.02.1m KN q d =⨯=，均匀分布；
2）永久荷载控制的组合下：2/0675.005.035.1m KN q d =⨯=，
均匀分布。 以上各值对各组合均相同。
上弦荷载组合如下：
○1 组合1 ○2 ○
6 ⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫ 取大值 风荷载 全跨均布雪荷载 屋面活荷载 恒荷载
2/m .02
/m KN .01）由可变荷载控制的组合，荷载分项系数分别取1.2和1.4
2）由永久荷载控制的组合，荷载分项系数分别取1.35和1.4
荷载设计值：1.35×○1＋1.4×0.7×○2＋1.4×0.6×○6（矢量相加）
荷载分布图如图10：
→
图10 组合1-2）的荷载分布图
当风向变为从右向左时，荷载分布与风向从左向右时的荷载分布分别对称，
二者并无本质区别，故不再详细叙述。
比较可变荷载控制下的组合1-1）与永久荷载控制下的组合1-2），可以知道
组合1-1）的竖向分布荷载相当于在组合1-2）的竖向分布荷载上添加一个向下
的均布荷载2/097500
.0m KN ，而后者无水平分布荷载，因此，组合1-1）比组合1-2）更不利。
恒荷载 ○1 组合2 半跨均布雪荷载 ○4 风荷载 ○6
同组合1的分析类似：
⎪⎩
⎪⎨⎧2
/37818.1m KN 2/30342.1m KN 2/436224.1m KN 1h 2h 1S 1S 2S 2S S
2/m .02
/m .0
2/m .02
/m KN .0→
恒荷载 ○1 组合3 全跨不均布雪荷载 ○5 风荷载 ○6
同组合1的分析类似：
最后，综合比较三种组合：组合1、组合2、组合3下的最不利组合，可以
知道组合1的情况最不利。最不利荷载分布为组合1中的由可变荷载控制的组合1-1），其荷载分布图见图9。（注：在用SAP2000分析时，根据最不利荷载分布设计各杆件截面。）
4、 节点荷载计算
在网壳结构中，各杆件单元均为二力杆，只承受节点荷载，因此，在用SAP2000
分析，给网壳施加荷载时，需将各种组合下的分布荷载转化为节点荷载。
⎪⎩
⎪⎨⎧
5、杆件设计
1）杆件材料与截面形式
本柱壳杆件采用钢材，钢材的等级为Q235。杆件的截面形式为圆钢管，所用钢管从下列型号中选取：ø60×3，ø76×3.5，ø89×4.0，ø114×4.0，ø127×4.5，ø140×5.0，ø152×6.0，ø159×6.0，ø159×8.0。为了施工上的方便，要求所选钢管在3～4种之间。
2）杆件选取
建立SAP2000模型，并施加最不利组合下的节点荷载，初选杆件，设置好各参数，即可运行SAP2000分析该柱壳结构。
从分析结果可以看出：外荷载主要由跨度方向的弦杆承受，纵向弦杆的内力较小。如果把柱壳结构的作用看成为跨度方向拱的作用与长度方向梁的作用相结合，那么很明显地，结构以拱的受力作用为主，材料利用率较高。而且，柱壳中内力分布比较均匀，传力路线短，结构受力较为合理。总体上看，柱壳结构呈现出上弦杆受压，下弦杆受拉的特征。上弦最大压杆和下弦最大拉杆分别出现在上弦和下弦的中部，都属于跨度方向的弦杆。腹杆受力较为复杂，受拉与受压杆件交错排列，而且周边杆件内力较大，中部杆件内力较小。支座反力的分布为：四个角点处支座竖向反力向下，反力值小；其余支座处均向上，反力值大；并且，沿跨度方向布置的支座，跨中支座处反力值较大；沿长度方向布置的支座，长跨跨中支座处反力值较大。节点挠度，中间大，周边小，中央部分节点挠度最大。
验算最大拉压杆，如果不满足截面强度要求，必须重新选取杆件，直至所有杆件的强度条件均符合要求。同时，还必须保证柱壳的刚度，在正常使用状态下其最大挠度不得超过短跨长度的1/400。另外，由于空间网格结构的构件“没有主次”，存在强度过剩问题，因此，为充分利用各杆件，应尽可能使用小截面钢管。同时，这也将使得整个结构总用钢量减少，造价降低。
所选取的杆件统计如下：
所用钢管截面分类总数目所在位置、数目及钢管下料编号
ø114×4 25根上弦横杆，编号1