网架、网壳结构

1. 网架按弦杆层的形式
按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架
上弦
腹杆 下弦
上腹杆 中弦 下腹杆 下弦
(a)
(b)
图 3—1 双层及三层网架
2. 双层网架的常用形式
（1） 平面桁架系网架
➢ 两向正交正放网架 ➢ 两向正交斜放、斜交斜放网架 ➢ 三向网架
特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度 相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。 一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹 角宜在40°～60°之间。
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
各种柱帽形式
➢ 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。 ➢ 柱帽可设置于下弦平面之下(图a)，也可设置于上弦平面之
抽空三角锥网架
抽去部分三角锥单元 的腹杆和下弦杆。下弦杆 内力较大，用钢量省，但 空间刚度较三角锥网架小。 适用于中、小跨度的三角 形、六边形和圆形等平面 的建筑。
蜂窝形三角锥网架
上弦为正三角形和正六边形网 格，下弦为正六边形网格。本身几 何可变。其上弦杆短，下弦杆长， 受力合理。适用于中、小跨度周边 支承的情况，可用于六边形、圆形 或矩形平面。
– 4网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即 以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当， 可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。
– 5便于工厂制造和现场安装，在构造上和施工方法 上具有与平板网架结构一样的优越性。
网壳结构的分类
• 按杆件的布置方式
– 单层网壳和双层网壳两种 – 一般来说，中小跨度（一般为40m以下）时，可采用单层网
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
两向正交正放网架
由两组分别与边界平 行的平面桁架互成90°交 叉组成。同一方向的各平 面桁架长度一致。
网架本身属几何可变体系。适 用于建筑平面为正方形或接近正方 形且跨度较小的情况。两个方向的 杆件内力差别不大，受力较均匀。
两向正交斜放网架
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。比正交正放网架空 间刚度大，受力均匀，用钢省。 适用于建筑平面为矩形的情况。
三向网架
特点：几何不变体系，网 架空间刚度大，受力性 能好，内力分布也较均 匀。杆件数量多，节点 构造比较复杂。三向网 架适用于大跨度且建筑 平面为三角形、六边形、 多边形和圆形的情况。
（2）四角锥体系网架
➢正放四角锥网架 ➢正放抽空四角锥网架 ➢棋盘形四角锥网架 ➢斜放四角锥网架 ➢星形四角锥网架
≤60m
三向网架、三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂 窝形三角锥网架
＞60m 三向网架、三角锥网架
三边支承
参照上述周边支承矩形平面网架进行选型，但其开口边可采取增加网架
层数或适当增加整个网架高度等办法，网架开口边必须形成竖直的或倾斜 矩 的边桁架
四点支承及
多点支承
形
周边支承与
点支承结合
正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架
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
正放抽空四角锥网架
棋盘形四角锥网架
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。上弦杆比下弦杆短，受力合理。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。适用于中、 小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。
斜放四角锥网架
上弦杆比下弦杆短，受 力合理。杆件数量少，屋 面板类型多，屋面组织排 水较困难。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 平面情况。
正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交 斜放网架或斜放四角锥网架
注：1．当网架跨度 L1、L2 两个方向的支承距离不等时，可选用两向斜交斜放网架。 2．L1 为网架长向跨度；L2 为网架短向跨度。
2 网架高度及网格尺寸
网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件、 设备管道等因素有关。
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。
10.1 网架的形式
由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的平板 空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好 等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影 wk.baidu.com院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结 构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的 特点。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较 平面结构复杂。
– 2.由于它可以来用各种壳体结构的曲面形式，在外 观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是 建筑平面或建筑形体，网壳结构都能给设计人员以 充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、 明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结 合起来，使建筑更易于与环境相协调。
• 网壳结构的优点
– 3.由于杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小， 可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性的连 续体，利用钢筋混凝土薄壳结构的分析结果进行定 性的分析。
上(图b)。 ➢ 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽
(图c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。
支承方式
周 边 支 承
常用网架选型表
平面形状
跨度
网架形式
斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正
≤60m
交斜放网架、正放四角锥网架、棋盘形四角锥网 架、正放抽空四角锥网架、蜂窝形三角锥网架、
• 铝合金网壳结构
– 重量轻、强度高、耐腐蚀、易加工、制造和安装方便，在欧 美大量应用于大跨度建筑，
– 杆件可为圆形、椭圆形、方形或矩形截面的管材。 – 我国铝材规格和产量较少，价格较高，尚未用于网壳结构。
• 塑料网壳和玻璃钢网壳结构
– 目前较少采用。
网壳结构的分类
• 按曲面形式
– 单曲面和双曲面
• 钢筋混凝土网壳结构
– 单层常用，且常采用预制钢筋混凝土杆件装配整体式 结构。
– 自重大、节点构造复杂，一般用于跨度60m以下。
网壳结构的分类
• 钢网壳结构
– 在我国应用最多，可以是单层，也可以是双层； – 钢材可采用钢管、工字钢、角钢、薄壁型钢等， – 重量轻、强度高、构造简单、施工方便等优点。
• 拱式受压的筒网壳（类似短筒壳）； • 梁（桁架）式受弯的筒网壳（类似长筒壳）。
• 受力特征
拱式筒网壳
– 以受压为主的平面拱，为单向平衡并传递外荷的 平面结构。
– 既然梁可以构成双向的井字梁，同样拱也可以实 现空间多向抗衡并传递外荷的空间结构——多向
拱，多向拱具有良好的空间刚度，能抵抗纵向侧 力，无需支撑。
• 单曲面网壳
– 筒网壳或称为柱面壳，
• 双曲面网壳
– 常用球网壳和扭网壳 – 其他曲面的扁网壳及各种曲面经切割组合后的
网壳。
10.3.1 筒网壳结构
• 柱面网壳，单曲面结构
– 横截面形式圆弧形、椭圆弧形、双心圆弧形
• 覆盖的平面为矩形
– 横向短边为端边(l2) ，纵向长边为侧边(l1) – 其整体传递外荷的方式与筒壳类似， – 按网肋构成与传荷方式的不同，分为两类
由两个倒置的三 角形小桁架相互正交 单元组成。适用于中、 小跨度周边支承方形 或接近方形平面的网 架。
星形四角锥网架
（3）三角锥体系网架
➢三角锥网架 ➢抽空三角锥网架 ➢蜂窝形三角锥网架
三角锥网架
上、下弦平面均为三角形网 格。杆件受力均匀，本身为几何 不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。 适用于大中跨度及重屋盖建筑物， 当建筑平面为三角形、六边形和 圆形时最为适宜。
• 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。
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，
故常采用钢筋混凝土结构； – 施工安装方法均为预制杆
件高空拼装并现浇节点混 凝土。
• 弗普尔型、7单.2斜.1杆单型筒层网筒壳 网壳
– 结构形式简单，用钢量少， – 多用于小跨度或荷载较小的情况。
弗普尔型
单斜杆型
10.3.2 单层筒网壳
• 双斜杆型筒网壳、三向网格型筒网壳
– 刚度和稳定性相对较好，构件比较单一； – 设计、施工都比较简单； – 适用于跨度较大和不对称荷载较大的屋盖。
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。
梁式筒网壳
• 受力特征——格构化板壳
– 板壳的受力状态与长筒壳一样，其接缝上的竖载 是由相邻折板以板平面内的横向力来抗衡。若每 块平面折板代之以一榀平面桁架（称平桁架）， 且相邻两桁架的上、下弦杆合二为一，这就成了 梁桁架（或称桁架式）筒网壳，即梁式筒网壳， 矢高
f (1/ 4 ~ 1/ 8)l2
壳，跨度大时，则采用双层网壳。
• 单层网壳
– 杆件少、重量轻、节点简单、施工方便，因而具有更好的技 术经济指标。但单层网壳曲面外刚度差，稳定性差。
• 双层网壳
– 可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承载力。当屋顶 上需要安装照明、音响、空调等各种设备及管道时，选用双 层网壳能有效地利用空间，方便天花板或吊顶构造，经济合 理。
正放四角锥网架
周边网格锥体不动外，跳 格地抽掉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。适用于中、小跨 度或屋面荷载较轻的周边支承、 点支承以及周边支承与点支承 结合的网架。
杆件受力较均匀， 空间刚度比其它类型的 四角锥网架及两向网架 好。适用于建筑平面接 近正方形的周边支承及 点支承情况。
– 双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分
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。
双斜杆型
三向网格型
10.3.3 双层筒网壳
• 按几何组成规律分类
– 平面桁架体系双层筒网壳
• 由两个或二个方向的平面桁架交叉构成。
正交正放型
两向斜交斜放型
三向桁架型
10.3.3 双层筒网壳
• 按几何组成规律分类
– 四角锥体系双层筒网壳
• 由四角锥按一定规律连接而成。
折线形
正放四角锥 正放抽空四角锥 棋盘形四角锥