网壳结构计算原则
空间网壳结构数值计算
目录1、引言................................................................................................................................ - 2 -1.1、工程概况............................................................................................................. - 2 -1.2、分析方法及内容................................................................................................. - 2 -2、数值计算方法................................................................................................................ - 2 -2.1、空间杆系有限单元法......................................................................................... - 3 -2.1.1空间杆系有限单元法的基本原则............................................................. - 3 -2.1.2、空间杆系有限单元法的基本过程.......................................................... - 3 -2.2、平面问题有限单元法......................................................................................... - 3 -2.2.1、连续体的离散化...................................................................................... - 4 -2.2.2、单元分析.................................................................................................. - 4 -2.2.3、整体分析.................................................................................................. - 4 -2.3、计算程序简介..................................................................................................... - 5 -3、计算模型及计算参数.................................................................................................... - 5 -3.1、计算模型............................................................................................................. - 5 -3.2、计算单元的选取................................................................................................. - 7 -3.3、计算参数选取..................................................................................................... - 7 -3.3.1、杆件计算参数选取.................................................................................. - 7 -3.3.2、荷载参数的选取...................................................................................... - 7 -3.3.3、荷载组合效应........................................................................................ - 11 -4、大跨空间结构的校核.................................................................................................. - 13 -4.1、各种荷载作用下的效应................................................................................... - 13 -4.2、强度校核........................................................................................................... - 16 -4.３、变形校核......................................................................................................... - 17 -5、焊接空心球的受力分析.............................................................................................. - 17 -6、总结.............................................................................................................................. - 20 -1、引言大跨度结构近年来得到日益广泛的应用，被用作各种公共建筑的屋盖、雨棚等，其结构形式多为空间桁架杆件体系或空间梁系组成的网架或网壳，结构材料一般为钢材。
网壳结构
图24 短程线球面网壳
7．两向格子型球面网壳
这种网壳一般采用子午线大圆划分法构成四 边形的球面网格，即用正交的子午线族组成网格， 如图25所示。子午线间的夹角一般都相等，可求 得全等网格，如不等则组成不等网格。
图25 二向格子型球面网壳网格划分
(二)双层球面网壳 主要有交叉桁架系和角锥体系两大类。
2．网壳的厚度
双层柱面网壳的厚度可取跨度的 1/50~1/20；双层球面网壳的厚度一般 可取跨度的1/60~1/30。研究表明，当 双层网壳的厚度在正常范围内时，结构不 会出现整体失稳现象，杆件的应力用得比 较充分，这也是双层网壳比单层网壳经济 的主要原因之一。
3．容许挠度
容许挠度的控制主要是为消除使用过程中 挠度过大对人们视觉和心理上造成的不舒适感， 属正常使用极限状态的内容。
(2)面心划分法
首先将多面体的基本三角形的边以N次等分， 并在划分点上以各边的垂直线相连接，从而构 成了正三角形和直角三角形的网格(图23)。再 将基本三角形各点投影到外接球球面上，连接 这些新的点，即求得短程线型球面网格。
面心法的特点是划分线垂直于基本三角形的边， 划分次数仅限于偶数。由于基本三角形的三条 中线交于面心，故称为面心法。
主要内容
3.1 网壳结构的形式 3.2 网壳结构的设计 3.3 网壳结构的温度应力和装配应力 3.4 网壳结构的抗震计算 3.5 网壳结构的稳定性 3.6 单双层网壳及弦支穹顶
3.1 网壳结构形式
一、网壳的分类
通常有按层数划分、按高斯曲率 划分和按曲面外形划分等三种分类 方法。
1．按层数划分
网壳结构主要有单层网壳、双层网壳和三层 网壳三种。 (如图1所示)
格加斜杆，形成单向斜杆型柱面网壳.
结构选型7-网壳结构
单层网壳杆件计算长度系数
┌───────────┬───────────┐ │ 壳体曲面内 │ 壳体曲面外 │ ├───────────┼───────────┤ │ 0.9 │ 1 │ └───────────┴───────────┘
六、杆件、节点和支座设计和构造 2 杆件的计算长度和容许长细比
1）按层数分类
单层网壳
双层网壳
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
2）按高斯曲率分类
高斯曲率
1 1 K k1 k 2 R1 R2
(1)
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
2）按高斯曲率分类
零高斯曲率
正高斯曲率
负高斯曲率
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
3）按曲面外形分类
球面网壳
{P} (0.3 ~ 0.4){P}cr
D cr
§2.网壳结构设计 五、网壳结构的稳定计算
网壳的失稳有许多不确定的因素，失稳又会造成 灾难性的破坏，而且发生突然，因此在设计网壳时， 应做到使网壳最大受力杆件达到其承载能力时荷载 {P}max要小于网壳的临界荷载设计值，即
{P}max {P}
§2.网壳结构设计 五、网壳结构的稳定计算
很早以前人们就开始采用线性理论分析网壳的稳 定性，但是用线性理论求得的临界荷载都得不到试验 的证实，大大高于试验所得到的临界荷载。
随着非线性理论的发展，目前非线性理论在网壳 稳定性分析中得到了广泛的采用。它不但可以考虑材 料非线性而且能够考虑结构变形的影响，在不断修正 的新的几何位置上建立平衡方程式，还可以考虑应变 中高阶量的影响和初应力对结构刚度的影响。另外在 分析中也便于把结构的初始缺陷计入。因此所得到临 界荷载和失稳现象都比较接近试验结果。
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。
通常网架的支承可以分为周边支承、点支承以及点支承与周边支承混合使用三种方式，周边支承是将网架周边节点搁置在梁或柱上，点支承则是将网架支座以较大的间距搁置于独立梁或柱上，柱子与其他结构无联系。
网架结构的支座设计要点
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，因此网架结构被广泛应用于工业与民用建筑领域中。
但网架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。
通常网架的支承可以分为：周边支承、点支承以及点支承与周边支承混合使用三种方式，周边支承是将网架周边节点搁置在梁或柱上，点支承则是将网架支座以较大的间距搁置于独立梁或柱上，柱子与其他结构无联系。
网架（网壳）搁置在梁或柱上时，可以认为梁和柱的竖向刚度很大，忽略梁的竖向变形和柱子轴向变形，因此网架（网壳）支座竖向位移为零，网架（网壳）支座水平变形应考虑下部结构共同工作。
在周边支承网架（网壳）支座的径向应将下部支承结构作为网架（网壳）结构的弹性约束，而点支承网架（网壳）支座的边界条件应考虑水平X和Y两个方向的弹性约束。
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。
施威德勒网壳3、已建成的网壳赏析富勒球1962年11月13日，经过百般周折，加拿大终于获得1967年蒙特利尔世博会的举办权。
网壳结构
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
3）按曲面外形分类 组合扭网壳
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
3）按曲面外形分类 球面与柱面组合网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳 肋环型球面网壳
±
整体刚度差，适用于中、小型网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳 施威德勒型球面网壳(Schwedler)
±
采用时程分析法和振型分解反应谱法求解，按两阶 段进行设计
§2.网壳结构设计 四、网壳结构装配应力
±
装配应力往往是在安装过程中由于制作和安装等原 因，使节点不能达到设计坐标位置，造成部分节点间 的距离大于或小于杆件的长度。在采用强迫就位使秆 件与节点连接的过程中就产生了装配应力。
±
由于网壳对装配应力极为敏感，一般都通过提高制 作精度、选择合适安装方法和控制安装精度使网壳的 节点和杆件都能较好地就位，装配应力就可减少到可 以不予考虑。 当需要计算装配应力时，也应采用空间杆系/梁系有 限单元法，采用的基本原理与计算温度应力时相仿， 即把杆件长度的误差比拟为由温度伸长或缩短即可。
±
可以考虑调整支座类型来考虑释放温度应力
§2.网壳结构设计 三、网壳结构地震作用
±
地震发生时，由于强烈的地面运动而迫使网壳结 构产生振动，受迫振动的网壳，其惯性作用一般来说 是不容忽视的。正是这个由地震引起的惯性作用使网 壳结构产生很大的地震内力和位移，从而有可能造成 结构破坏或倒塌，或者失去结构工作能力。因此在地 震设防区必须对网壳结构进行抗震计算。
第三章
网壳结构
网壳结构
Reticular Shell
网壳结构受力特点
± 网架结构就整体而言是一个受弯的平板 ± 网壳结构则是主要承受膜内力的壳体 ± 一般情况下，同等条件的网壳比网架要 节约钢材约20％ ± 网壳结构外形美观，富于变化
网壳与悬索结构
圆形，半径40m 圆形，半径25m 方形，30m×30m 对角线主索支承 六边形，80m×45m 六边形，74m×79m 卵形，73m×89m
1987 1989 1987 1988 1988 1990
近似椭圆，66m×78m 1990 六边形，72m×53m 矩形，45m×54m 方形，55m×56m 矩形，70m×83.2m 矩形，78m×117m 矩形，42m×63m 矩形，19m×31.5m 1989 1989 1992 1990 1990 1991 1992
1986
1991 1986 1987 1988 1989
伞形单层辐射索系 柳州水泥厂熟料库 淄博市长途汽车站 单层悬挂索网 淄博市化纤厂餐厅 单层平行索系、以刚架作为中央支承 丹东体育馆 鞍形索网、以拱作为中央支承 四川省体育馆 青岛市体育馆 鞍形索网、以索--拱体系作为中央支承 北京朝阳体育馆 横向加劲单层平行索系 安徽省体育馆 上海扬浦区体育馆 潮州体育馆 斜拉屋盖结构 奥林匹克体育中心体育馆 奥林匹克体育中心游泳馆 呼和浩特民航机库 无锡市游泳馆
柱面网壳
柱状面
双曲抛物面 椭圆抛物面
3.4 网壳结构的形式
1.网壳形式 网壳按组成层数分为单层网壳和双层网壳
单层柱面网壳
双层柱面网壳
按曲面外形分类则有 球面网架 柱面网壳
单层球面网壳
日本名古屋网壳穹顶
切割或组合形成曲面网壳
球面切割网壳
平板组合球面网壳
其它曲面网壳
4 双层网壳的网格形式
正放四角锥柱面网壳
正放抽空四角锥柱面网壳
斜置正放四角锥柱面网壳
双层网壳的网格形式： 1.交叉桁架体系(略) 2.四角锥体系 3.三角锥体系
网壳结构稳定性计算
的相互耦连作用，从而得到更加精确的切线刚度矩阵
对于大转角问题，由于转动位移不适用矢量迭加原则，因而
在增量计算中不能将每步算得的转动位移增量进行简单迭加。 引用“结点方向矩阵”的概念来确定结点的空间方向，每步增 量计算结束后进行旋转变换，求得新的结点方向矩阵。
*网壳稳定性评估的方法
1. 非线性连续化理论方法(拟壳法)
仅对少数特定的壳体(例如球面壳)才能得出较实 用的公式
无法反映实际网壳结构的不均匀构造和各向异性 的特点
无法考虑不同荷载分布的影响
3
*网壳稳定性评估的方法
2. 模型试验方法
耗费时间，并且成本昂贵 无法考虑不同结构参数的影响
3. 非线性有限元——荷载-位移全过程分析
采取两条措施：一是采用了变步长的增量计算方法，并
给出了合理步长的计算公式；二是采用能量准则判断迭代是
否收敛，并且对收敛值给予严格控制
6
网壳结构全过程分析方法
3.初始缺陷的影响
对网壳稳定性来说，曲面形状的安装偏差，即各结点位 置的偏差就成为起主要影响作用的初始缺陷。采用“一致缺 陷模态法”来考虑这类初始缺陷的影响，即认为初始缺陷按 最低阶屈曲模态分布时可能具有最不利影响。
4.大规模的参数分析
计算表明，按上述理论和方法编成的程序，对实际网壳 结构的全过程分析十分有效。利用编制程序对单层球面网壳 、圆柱面网壳、椭圆抛物面网壳(双曲扁网壳)、双曲抛物面 网壳(鞍形网壳)的稳定性进行了系统的分析。所分析的网壳 均属于常用的形式，具有实际的形状和尺寸，其杆件截面也 均按实际设计选定。
R= L/1000 - L/100)，采用一致缺陷模态法 不对称荷载分布： p/g= 0,1/4,1/2.
网壳结构
正放四角锥
抽空四角锥
斜置正放四角锥
三角锥柱面网壳
抽空三角锥柱面网壳
清华大学游泳馆
柱面网壳的组合应用—— 成渝高速路二郎收费站
三．球面网壳 当跨度较小时可以 采用单层，也可采 用双层。 球面网壳的网格分 割方法很多，主要 有：
大英博物馆
肋环型球面网壳
施威德勒球面网壳
单层球 联方型球面网壳
面网壳 三向网格型球面网壳
4.影响网壳结构稳定性 主要因素
1. 非线性效应
• 几何非线性：屈曲后的部位由薄膜应力 状态转变为弯曲应力状态
• 材料非线性
• 对于单层网壳几何非线性的影响非常大， 对于双层网壳通常要同时考虑双重非线 性的影响
• 几何非线性的影响随着网壳跨度的增加 而明显增大，材料非线性则随跨度减小 而增大
2. 初始缺陷 网壳结构的初始缺陷包括：
拟壳法按弹性薄壳理论分析求得壳体的内力和位移， 再根据应力值折算为球面或柱面网壳的杆件内力，此 法须经过连续化再离散化的过程。
方法② 离散化方法——矩阵位移法或有限单元法。 矩阵位移法或有限单元法是将网格结构离散为各个 单元，分别求得各单元刚度矩阵及结构的总刚度矩阵， 根据边界条件修正总刚度矩阵后求解基本方程，以得 到各单元节点的位移进而得到杆件的内力。
• 具有负高斯曲率的双曲抛物面稳定性更好
• 网壳规程要求：对单层的球面网壳、圆柱 面网壳和椭圆抛物面网壳以及厚度较小的 双层网壳进行稳定性验算；对双曲抛物面 网壳可不考虑稳定问题。
厚度较小的双层网壳是指厚度小于以下范 围：球面网壳的厚度为跨度的1/30~1/60， 圆柱面网壳的厚度为宽度的1/20~1/50，椭 圆抛物面网壳的厚度为短向跨度的 1/20~1/50。
3.网壳结构(下)
12
方法二：拟壳法 将格构式的球面、柱面网壳比拟为连续的实
体球面、柱面薄壳。 按弹性薄壳理论分析求得壳体的内力和位移，
再根据应力值折算为球面或柱面网壳的杆件内力， 此法须经过连续化再离散化的过程。
13
方法三：有限元法 将网格结构离散为各个单元，分别求得各单
10
§3.3.2 分析方法
网壳节点通常采用刚性连接，能传递轴力和弯 矩，因而是比网架阶数更多的高次超静定结构。
网壳结构的分析方法有： （1）平面拱计算法 （2）拟壳法 （3）有限元法
11
方法一：平面拱计算法 对于有拉杆或落地的柱壳，可在纵向切出单元
宽度，按双铰拱或无铰拱计算； 对于肋环形球壳，在轴对称荷载作用下，可按
缺陷 值
L=60m，f/L=1/8，r=0 ~ L/100
1.2
1.0
弹性
0.8
弹塑性
0.6
0.4
0.2
0.0 0 L/2000L/1000 L/600 L/500 L/300 L/200 L/150 L/120 L/100
缺陷 值
L=60m，f/L=1/5，r=0 ~ L/100
1. 缺陷值达到L/300时,单层球面网壳的临界荷载趋于稳定； 2. 材料非线性对单层球面网壳的临界荷载有显著影响，根据大量
N
' E
)
f
N、M——作用在杆上的轴力和最大弯矩
A——压弯构件的截面面积
——截面塑性发展系数，可取1.15
4
拱形屋面的风载体型系数
5
风振系数的计算
风振计算的条件：
• 高层、高耸、大跨度屋盖结构：T1>0.25s • 一般建筑物：高度大于30m且高宽比大于 1.5 • 厂房：跨度大于36m 风振计算的方法：
网壳结构稳定性计算资料
球面网壳全过程分析实例
球壳结构简图
* 图中数字表示网壳节点发生跳跃屈曲的顺序
网壳的全过程曲线（节点1-6）
这些全过程曲线形态变化丰富，
曲线上每个临界点对应以某个节点 为主的跳跃屈曲（见节点2全过程）
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
网壳具有不同初始缺陷(形状偏差)时的全过程曲线
(假设初始形状偏差与网壳的一阶屈曲模态吻合)
1.随着初始缺陷的增加，
全过程曲线的变化具有 明显规律性。 2.球壳对初始几何缺陷 非常敏感，当 R=6cm(L/830),临界荷载 降低到完善壳的 55%。
小结
经过全过程分析，网壳结构随荷载变化丰富多彩的全 过程受力性能的全貌能够精确地得到：
采用回归分析的方法为球面网壳的稳定验算推导一个 适当的拟合公式，借鉴壳体稳定性的线弹性解析公式：
BD qcr K R2
R——球面的曲率半径(m)； B——网壳的等效薄膜刚度(kN/m)； D——网壳的等效抗弯刚度(kN·m); K——待定系数，由回归分析确定
对理想网壳的系数 K（回归得到）
平均值 / 95%保证率的取值 K = 2.34 / 2.18 , K8型网壳 K = 2.52 / 2.27 , K6型网壳 K = 2.24 / 2.07 ,短程线型网壳 K = 2.30 / 2.17 ,肋环斜杆型网壳 平均取值为 2.17
综合考虑各种因素（折减系数为0.5） ，最后建议对 各类实际球面网壳的极限承载力统一按如下公式计算 ：
qcr 1.05
BD R2
拟合公式值与全过程分析结果比较 ( Kiewitt完善壳)
qcr 2.34
网壳结构制作与安装的要求
网壳结构制作与安装的要求
1、多跨连续点支承网壳，由于支柱支点偏心容许偏差较小，故提高其几何尺寸精度。
2、总拼应采取合理的施焊顺序，尽量减少焊接变形和焊接应力。
总拼时的施焊顺序应从中间向两端或从中间向四周发展。
由于网壳拼接时有一端可以自由收缩，焊工可随时调整尺寸（如预留收缩量的调整等），既保证网壳尺寸又使焊接应力较小。
对网壳稳定性进行全过程分析时考虑初始曲面安装偏差，计算值可取网壳跨度的1/300。
实践表明，这种在计算中的假定作为施工安装偏差是偏大的。
实际上，安装偏差不单单由稳定计算控制，还应考虑屋面排、美观等因素，因此将此值定为随跨度变化（跨度的1/1500）并给予一最大限值40mm。
3、对焊接质量的检验，首先应对全部焊缝进行外观检查。
无损探伤检验的取样部位以设计单位意见为主，与施工单位协商确定。
此时应注意首先检验应力最大以及支座附近的杆件。
无损探伤的抽样数应至少取焊口总数的20%，每一焊口系指钢管与球节点连接处的一圈焊缝。
4、螺栓球节点拧紧螺栓后不加任何填嵌密封及防腐处理时，接头与大气相通，其中高强度螺栓及钢管。
锥头等内壁容易锈蚀，因此施工后必须认真执行密封防腐
要求。
网壳结构计算四原则
网壳结构计算四原则
1网壳结构主要包括应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力、位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此实施杆件截面设计。
此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装载重，应根据详细情况进行内力、位移计算。
2网壳结构的各种荷载取值与组合按现行荷载规范及抗震设计规范确定。
网壳结构中内力和位移计算时认为材料是线弹性的，不重新考虑弹塑性及塑性的影响；网壳结构的稳定性计算由于位移较大要考虑结构几何非线性的影响。
3风荷载往往对网壳的内力和变位有很大影响，当在现行《建筑结构中荷载规范》GB50009拜托不到风荷载体形系数时，应进行模型风洞试验以确定风荷载体型系数。
4双层网壳的计算模型可假定为空间铰接杆系结构，忽略节点刚度的影响，不计次应力；单层网壳的计算模型可假定为空间刚接梁系结构，每根杆件要可承受轴力，弯矩（包括扭矩）和剪力。
作用在网壳上以的局部荷载在分析时先按静力等效原则换算成节点荷载做整体计算，然后考虑局部弯曲内力的影响。
网壳结构
网壳结构一、简介1.1 何为网壳结构网壳结构是曲面型的网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性，受力合理，覆盖跨度大，其外形为壳，是格构化的壳体，也是壳形的网架。
它是以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体坐标进行布置的空间构架，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。
它既有靠空间体形受力的优点，又有工厂生产构件现场安装的施工简便、快速的长处，而且他以结构受力合理，刚度大，自重轻，体形美观多变，技术经济指标好,而成为大跨结构中备受关注的一种结构形式。
1.2 网壳的形式与分类（1）按网壳的层数来分，有单层网壳和双层网壳，其中双层网壳通过腹杆把内外两层网壳杆件连接起来，因而可把双层网壳看作由共面与不共面的拱桁架系或大小相同与不同的角锥系（包括四角锥系、三角锥系和六角推系）组成。
（一般来说，中小跨度（一般为40m以下）时，可采用单层网完，跨度大时，则采用双层网壳。
）如图1图1 单层网壳与双层网壳（2）按网壳的用材分，主要有木网壳、钢网壳、钢筋混凝土网壳以及钢网壳与钢筋混凝土屋面板共同工作的组合网壳等四类。
（3）按曲面的曲率半径分，有正高斯曲率网壳、零高斯曲率网壳和负高斯曲率网壳等三类。
（4）按曲面的外形分，主要有球面网壳、圆柱面网壳、扭网壳（包括双曲抛物面鞍型网壳、单块扭网壳、四块组合型扭网壳）等。
（5）按网壳网格的划分来分，有以下两类。
对于圆柱面网壳主要有单向斜杆型、交叉斜杆型、联方网格型、三向型，如图2所示。
对于球面网壳主要有肋环型、Schwedler型、联方网格型、三向网格型，如图3所示。
（a）（b）（c）（d）图2 圆柱面单层网壳网格（a）单向斜杆型（b）交叉斜杆型（c）联方型（d）三向网格型图3单层球面网壳网格类型二、受力特点和典型工程应用1、圆柱面网壳受力特点1.1两对边支撑对于以跨度方向为支座，拱脚常支撑于圈梁、柱顶或基础上产生推力。
对于以波长方向为支座，柱面网壳端支座若为墙，则为受拉构件，若端支座为边高度梁，则为拉弯构件，此时应设边梁。
网壳结构简介
双层网壳杆件计算长度
表3-10
连接形式
螺栓球点 焊接球结点
板节点
弦杆
l 0.9l
l
腹杆
支座腹杆
其他腹杆
l
l
0.9l
0.9l
l
0.9l
网壳类别 双层网壳 单层网壳
网壳杆件容许长细 比λ
压杆 200 150
静荷载 300 300
表
拉杆
3-11
动荷载
250
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为使薄膜理论适用，球网壳应沿其边缘设置 连续的支承结构。
第四节 扭网壳结构
双曲面网壳可采用直线杆件直接形成。施工简单。造型轻巧活泼，适应性强。 一、扭网壳
a) 正交正放类 d) 正交斜放设斜杆类
b) 正交斜放类 e) 正交斜放设斜杆类
c) 正交斜放设斜杆类
双曲面网壳的网格形式 1.正交正放类
a):单层时在方格内设斜杆 双层时组成四角锥体 2.正交斜放类 b):抗剪强度弱 c):第三方向局部设斜杆 d):全部方格内设双斜杆 e):第三方向全局设斜杆
2、四边支承或多点支承 筒网壳的受力同时有拱式受压和梁式
受压两方面。两种作用的大小同网格的构 成及网壳的跨度与波长之比有关。
工程中常用短壳。如因功能要求必须 为长网壳时，可在纵向中部增设加强肋。
第三节 球网壳结构
关键球面划分。基本要求：1）杆件规格尽可能少 2）形成结构为几何不变体。 一、单层球面网壳
二、受力特点：
本身具有较好的稳定性，但出平面刚度 较小，控制挠度成关键。
在屋脊处设加强桁架，能明显减少屋 脊附近的挠度，但随着与屋脊距离的增加， 加强桁架的影响下降。
网壳的计算
屈曲后的响应跟踪法，各国学者相继提出一些有 价值的方法，如人工弹簧法、位移增量法、弧长法、 能量平衡法、功增量法、最小残余位移法等。
三 计算要点
1 网壳的受力性能的特点： 1）计算和设计关系紧密
提高制作精度、选择合适的安装方法、控制安装精 度等，一般装配应力是可减少到可以忽略。
装配应力采用空间杆系有限单元法，基本原理与温 度应力相似，把杆件长度的误差比拟为由温度引起的伸 长或缩短。
五 网壳的稳定计算
1 网壳的失稳现象 （1）整体失稳：几乎整个结构都偏离平衡位置，发
生较大的几何变位。 （2）局部失稳：只有局部结构出现偏离平衡位置发
需经历设计——计算——再设计——再计算的反复 过程。
2）网壳设计中优劣的评定准则 a) 经济指标 b)结构敏感性及达到极限承载力的安全储备 c)网壳的延性指标 d)是否便于施工安装等。
3）网壳的几何非线性现象比较明显。
杆件间的连接，有铰接和刚接。
一般： 双层网壳采用铰接； 单层网壳采用刚接。 铰接网壳采用空间铰支杆单元有限单元法；刚接网
非线性分析包含两个方面：一是几何非线性；二是 物理非线性。
结构的后屈曲性能与初始缺陷敏感性密切相关，对初始缺陷 敏感的结构，稳定承载力由屈曲后性能所决定。
网壳结构非线性效应的全过程分析，采用自动增量迭代法， 考虑荷载水平确定，临界点判别及后屈曲路径的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ踪。
在增量迭代过程中需要选择独立的参数作为控制 系数，荷载是最广为选取的控制系数，在屈曲前十分 有效。
第二节 网壳 (Latticed Shells) 设计的要点
一 概述
34子午线网壳计算书
直径34米子午线结构钢网壳强度稳定计算书编制：李群校对：吴永浩审核：赵家荣一、设计规范1．GB50341-2003 《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》2．API650-2005 《焊接钢制油罐》3．JGJ61-2003 《网壳结构技术规程》4．GB50017-2003 《钢结构设计规范》5．GB50009-2001 《建筑结构荷载规范》二、设计参数1．静载：网壳自重300Pa5mm 厚钢顶板自重450Pa2．附加荷载(活载)：1200 Pa3．基本风压：600 Pa4．基本雪压：600 Pa5．操作压力：正压1960 Pa、负压490 Pa6．试验压力：正压2200 Pa、负压1320 Pa7．罐顶温度：50 ℃8．地震烈度：7 度0.12g9．场地土类别：II 类10．地面粗糙度：B 类三、考虑的荷载工况如下：1．静载+ 活载2．静载+ 活载+ 风载3．静载+ 风载+ 正压4．静载+ 风载+ 负压5．静载+ 雪载+ 正压6．静载+ 雪载+ 负压7．静载+ 风载+ 正压+ 温度8．静载+ 风载+ 负压+ 温度9．静载+ 雪载+ 正压+ 温度10．静载+ 雪载+ 负压+ 温度11．静载+ 半跨活载12．静载+ 半跨活载+ 风载13．静载+ 地震14．静载+ 地震+ 正压15．静载+ 地震+ 负压四、罐顶钢网壳的网格划分及其几何数据油罐内径：D = 34m 钢网壳的曲率半径：Sr = 1.0D = 34m子午线网格的划分频数为：28 Q235-B不等边角钢杆件：L 140x90x8 L140x90x8 截面特性：外形尺寸：140x90x8 mm；截面积：17.6cm2；惯性矩：Ix＝669cm4；Iy＝205cm4；惯性半径：Rx＝5.14cm；Ry＝2.85cm；Rmin＝2.19cm；钢网壳网格的最大长度为：1272mm壳体曲面外的长细比：λ外= 1.6x1272/51.4 = 39.6 < [150]壳体曲面内的长细比：λ内= 1272/28.5 = 44.6 < [150]杆件的最薄弱弯曲面：λ最弱= 1272/21.9 = 58.1 < [150]钢网壳的网格划分如下：五、钢网壳结构的有限元软件应力分析网壳结构采用ANSYS 软件进行静力和曲屈稳定分析。
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网壳结构计算原则是非常重要的，原则的制定是为了更好的进行施工处理，每个细节都非常关键，尤其要结合实际。
1、网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力、位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件截面设计。
此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。
2、网壳结构的各种荷载取值与组合按现行荷载规范及抗震设计规范确定。
网壳结构内力和位移计算时认为材料是线弹性的，不考虑弹塑性及塑性的影响；网壳结构的稳定性计算由于位移较大要考虑结构几何非线性的影响。
3、风荷载往往对网壳的内力和变位有很大影响，当在现行《建筑结构荷载规范》GB 50009找不到风荷载体形系数时，应进行模型风洞试验以确定风荷载体型系数。
4、双层网壳的计算模型可假定为空间铰接杆系结构，忽略节点刚度的影响，不计次应力；单层网壳的计算模型可假定为空间刚接梁系结构，每根杆件要承受轴力，弯矩（包括扭矩）和剪力。
作用在网壳杆件上的局部荷载在分析时先按静力等效原则换算成节点荷载做整体计算，然后考虑局部弯曲内力的影响。