第三节)球网壳结构
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.
网壳结构课程课件
2、菱形（无纬向杆联方型网壳）
由左斜杆和右斜杆组成菱形网格的网壳，两斜杆的两角为30～50，其造 型优美，通常采用木材、工字钢、槽钢和钢筋混凝土等构件建造。
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餀
3、三角形（有纬向杆联方型、施威德勒型） 为了增强无纬向联方型网壳的刚度和稳定性能，可 加设纬向杆件组成三角形网格。使得网壳在风载及 地震灾害作用下具有良好的性能。从受力性能考 虑，球面网壳的网格形状最好选用三角形网格。
• 40米以下可采用单层网壳，跨度大可采用双层网壳。
5
替
• 按材料分：木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑 料网壳、玻璃璃钢网壳等。 主要发展趋势是轻质高强材料的大量使用。 材料的选择取决于网壳的型式、跨度与荷载、计算模型、 节点体系、材料来源与价格，以及制造与安装条件等。
塑料网壳及其它材料 塑料在国外已开始应用于网壳结构。塑料的重量轻、强度高、透 明或半透明，耐腐蚀、耐磨损，易于工厂加工制造。
网壳结构具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体 都能给设计师以充分的创作自由。 建筑平面上，可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、三 角形、扇形以及各种不规划的平面； 建筑外形上，可以形成多种曲面，如球面、椭圆面、旋转抛物 面等，建筑的各种形体可通过曲面的切割和组合得到； 结构上，网壳受力合理，可以跨越较大的跨度，由于网壳曲面 的多样化，结构设计者可以通过精心的曲面设计使网壳受力均 匀；施工上，采用较小的构件在工厂预制，工业化生产，现场 安装简便快速，不需要大型设备，综合经济指标较好。
木材较早应用于球面和柱面网壳，其中有肋环形和联方型网壳 最多。层压胶合木广泛用于建造体育馆、会堂、音乐厅、谷库 等网壳。木材的最大优点是经济，易于加工制造各种形式。目 前世界上跨度最大的木网壳跨度达162m。
球面网壳结构类型和特点
球面网壳结构类型和特点球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。
1交叉桁架体系各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。
单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。
双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。
1.1肋环型球面网壳它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。
具有网格划分简单，节点构造简单的特点。
但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。
杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。
图1：勒环型单层球面网壳1.2施威德勒型球面网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。
加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。
斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。
在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。
这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。
图2：施威德勒型单层球面网壳1.3联方型球面网壳联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30～500之间，造型美观。
为了增强网壳的刚度和稳定性，可在环向加设杆件，使网格成为三角形。
适用于中、大跨度结构。
图3：联方型单层球面网壳1.4三向格子型球面网壳三向格子型是在球面上由三个方向相交成60度的大圆构成，或在球面的水平投影面上将跨度n等分，形成正三角形网格后再投影到球面上，即可得到三向网格型球面网壳。
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。
网壳结构简介
a):刚度差，适用于中，小跨度 b):刚度好，适用于大，中跨度
C）：适合大批量生产
e)三向网格型球面网壳
d）双向子午线网格
d):菱形网格，造型美观。刚度 好。网格不均匀；刚度好，大 跨度。例中国科技馆。 e):杆件种类少，受力明确适用 于中，小跨度。例济南动物园 亚热带鸟馆。
日本名古屋网壳穹顶
二、双层球面网壳 双层球壳是由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成。各层网格形成与单层网壳 同。
平板组合球面网壳
双曲扁网壳
双曲扁网壳
网壳结构的选型
网壳选型应对建筑使用功能、美学、空间利 用、平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界 条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工 方法等作综合考虑。 应考虑以下几个方面： 1、体型应与建筑造型相协调 与周围环境相协调，整体比例适当。当要求 建筑空间大，选用矢高较大的球面或柱面壳；空 间要求小，矢高较小的双曲扁网壳或扭网壳。
三、球网壳结构受力特点： 受力与圆顶相似。网壳的杆件为拉杆或压杆。 节点构造也需承受拉力和压力。球网壳的底座可 设置环梁，可增加结构的刚度。 网壳支座约束增强，内力逐渐均匀，且最大 内力也减小，稳定性提高，因此周边支座以固定 支座为宜。 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。
扭网壳结构
2、双层筒壳（按几何组成规律分类）：
a)正放四角锥柱面网壳b)正放抽空四角锥柱面源自壳c)斜置正放四角锥柱面网壳
d)三角锥柱面网壳
e)抽空三角锥柱面网壳
双层柱面网壳的网格形式 1.交叉桁架体系(略) 2.四角锥体系 a)：刚度大，杆件少，最 常用 b)：适用于小跨度，轻屋 面 c)：系将a)斜置 3.三角锥体系 常用d) ， e) 两种
a)肋环型四角锥球面网壳
第三节)球网壳结构
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
2、网壳结构的层数：网壳结构跨度越大，用钢量越多， 跨度一定时，荷载对用钢量有影响，故尽量采用轻屋 面。同等条件下，单层比双层网壳用钢量少，但稳定 性差。当跨度超过一定数值后，受稳定因素的影响， 双层网壳的用钢量反而省。 3、网格尺寸：一般来说，网格尺寸越大，用钢量越省。 但网格尺寸太大，对压杆的稳定不利。另外，网格尺 寸最好与屋面板模数相协调。同时，腹杆与弦杆的夹 角应在40～55°之间。 同时还要考虑网壳的杆件加工、制作、安装。要 遵循两个原则：一要划分的网格比较均匀，杆件规格 要少，便于加工；二要节点连接简单，角度变化少， 便于安装。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
北京科技馆穹幕影院，内径32m、外径35m、高25.5m的
四分之三双层球网壳，内层采用短程线穹顶，外层则是
内层径向延伸并抽掉一部分外层杆件和节点形成六边形 与五边形组合的图案。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
（2）双层网球壳的布置 A、从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀的减少。 B、网壳的下部为双层，顶部为单层。 C、网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层。
第八章
F、短程线型网格：（巴、富勒 网格）从易于制作和装配的 角度出发，使杆长规格最少， 来探索球面的规则划分的方 法。数学证明..，从网肋受 力与传力的有效和合理出发， 传力路线越短越好，正二十 面体的边长A＝0.5257D，太 大需要再划分，将其投影到 球面上形成大圆弓形，再根 据弧长相等的原则二次划分。 优点：规格均匀，杆件和节 点种类在各种球面网壳中是 最少的，传力路线短。
第八章
网壳结构
例4：东京，驹泽公园驹泽体育馆
单层球面网壳结构的稳定性研究
球面网壳结构是一种独特的结构形式，它具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优点。
在现代建筑、桥梁、航空航天等领域得到了广泛应用。
然而，球面网壳结构也存在一些稳定性问题，特别是在承受外力作用下容易发生失稳破坏。
因此，研究球面网壳结构的稳定性是非常重要的。
一、球面网壳结构的基本概念和分类球面网壳结构是由若干根经纬组成的高强度杆件和节点组成的网状结构，呈球面形状。
根据节点连接方式的不同，球面网壳结构可分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种。
刚性节点球面网壳是由刚性连接件将若干根经纬杆件连接起来组成的网架结构，具有较高的刚度和强度。
由于刚性连接件的存在，刚性节点球面网壳的计算和设计比较容易。
铰接节点球面网壳是通过铰接节点将若干根经纬杆件连接起来，形成一个柔性的球面网壳结构。
由于节点处的连接件和杆件均为铰接，因此在其承载过程中产生较多的应力变形。
因此，设计铰接节点球面网壳结构的过程较为复杂。
二、球面网壳结构的稳定性分析球面网壳结构的稳定性研究是结构设计和计算的重要内容。
与其他结构相比，球面网壳结构的稳定性分析存在以下特点：1.不规则形状球面网壳结构的形状不规则，因此其受力状态也较为复杂。
在球面网壳结构的设计过程中，需要充分考虑其形状和受力状态，进行合理的分析和设计。
2.不同的节点类型根据节点的不同类型，球面网壳结构分为刚性节点球面网壳和铰接节点球面网壳两种形式。
在分析结构的稳定性时，需要分别考虑刚性节点和铰接节点的情况。
3.多个节点位移相互影响球面网壳结构中的多个节点之间存在位移相互影响的情况。
因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑节点位移的影响，确定每个节点的位移方向和大小。
4.复杂的边界条件球面网壳结构的边界条件比较复杂，需要考虑框架的边缘受力状态、球面曲率半径、节点位置等多个因素的影响。
因此，在分析结构的稳定性时，需要考虑各种边界条件的复杂性，并进行相应分析和计算。
三、球面网壳结构的稳定性控制球面网壳结构的稳定性受到许多因素的影响，例如材料的强度、形变能力、边界条件等。
3网壳结构(下)
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。
8/58
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§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
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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
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。
双层网壳结构的分析方法与平板网架基本 相同，计算模型也是采用空间桁架位移法。
单层网壳应采用空间梁系有限元法分析。
14/58
网壳结构的分析不仅仅是强度分析，还包括 刚度和稳定性。在某些条件下，结构的刚度和 稳定性甚至比强度更为重要。
• 查规范 • 风洞试验 • 数值风洞模拟
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拱形屋面的风载体型系数
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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：
按随机振动理论进行时域或频域分析。注意， 荷载规范公式不适用，需进行专门分析。
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结构失稳问题的类型（3）
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。
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。
2）非典型曲面非典型曲面，亦称非几何学曲面。
某些曲面不能以简单的几何学方程来表示。
非典型曲面最初是建筑师为了使空间结构的型体有所创新，达到建筑造型能自由地发挥而发展起来的，最早应用于钢筋混凝土薄壳结构。
球形焊接网壳结构安装施工工法
球形焊接网壳结构安装施工工法一、前言球形焊接网壳结构是一种采用钢材焊接而成的球面构件，具有结构简单、造价低、耐久性强等特点，广泛应用于建筑、体育场馆、桥梁等领域。
本文将介绍球形焊接网壳结构的安装施工工法，以帮助读者更好地了解该工法的理论依据和实际应用。
二、工法特点球形焊接网壳结构安装施工工法具有以下几个特点：1. 施工速度快：采用工厂化预制的网壳单元，可快速进行组装和焊接，节省施工时间。
2. 焊接质量好：采用机器焊接，焊缝均匀且强度高，保证了结构的稳定性和安全性。
3. 结构轻量化：球形焊接网壳结构使用高强度材料，重量轻，减少了施工负担。
4. 施工便捷：采用模块化设计，组装和拆卸方便，适应不同场地和用途。
三、适应范围球形焊接网壳结构适用于大跨度、轻型、临时或永久性建筑物，如体育场馆、展览中心、仓库、展示楼和桥梁等场所。
四、工艺原理球形焊接网壳结构的安装施工工法是依靠焊接技术将预制的网壳单元进行组装和固定。
具体的工艺原理如下：1. 施工工法与实际工程之间的联系：根据设计图纸和施工方案，制定施工计划和工程进度表，安排施工人员和机具设备，确保施工工法与实际工程的无缝衔接。
2. 技术措施：采用专业焊接机械和设备进行焊接操作，控制焊接参数和焊接质量，确保结构的稳定性和安全性。
五、施工工艺球形焊接网壳结构的施工工艺可以分为以下几个阶段：1. 地基处理：根据实际情况进行基础处理，包括地面平整、基础打桩和加固等。
2. 预制网壳单元：在工厂中进行网壳单元的预制，包括材料切割、焊接和涂防腐处理。
3. 现场组装：将预制好的网壳单元运到现场，进行组装，包括连接、校正和固定等。
4. 焊接处理：使用专业焊接设备对网壳单元进行焊接，确保焊缝的连续性和焊接质量。
5. 二次加固：对焊接好的网壳结构进行二次加固，确保结构的稳定性和安全性。
6. 涂饰处理：对焊接和二次加固后的结构进行涂饰，以保护结构免受环境侵蚀。
7. 完工验收：对施工完成的球形焊接网壳结构进行验收，并进行质量检测和安全评估。
3_网壳结构
一、概述 二、网壳结构选型
三、网壳结构设计
四、网壳结构的整体稳定性
五、网格结构的制作与安装
一、概述 网壳的定义： 空间网格结构是由多根杆件按照某种有 规律的几何图形通过节点连接起来的空间 结构。 曲面的网格结构被称作网壳结构。
2
一、概述
2. 网壳结构的常用形式
A. 单层柱面网壳：
19
五、网壳结构整体稳定性
3.网壳结构稳定性的计算 初始几何缺陷：即初始曲面形状的安装偏差。 进行网壳全过程分析时应考虑初始几何缺陷 的影响，可采用结构的最低阶屈曲模态作为缺陷 分布模态，其最大计算值可取网壳跨度的1/300。
20
五、网壳结构整体稳定性
4.网壳结构稳定性的影响因素分析
• 网壳结构的非线性性能的影响 • 结构对初始缺陷的敏感性
适用于柱面网壳等结构。
51
其它腹杆
L
0.9L
0.9L
容许长细比 受压杆件：180 受拉杆件： 一般杆件：300 支座附近杆件：250 直接承受动力荷载杆件：250
12
单层网壳杆件的计算长度及容许长细比
杆件的计算长度
杆件 节点类型 焊接空心球 毂节点 相贯节点
壳体曲面内
壳体曲面外
0.9L
1.6L
L
1.6L
0.9L
1.6L
容许长细比 受压与压弯杆件：150 受拉与拉弯杆件： 250
• 施工顺序
• 支撑架搭设 • 网架结构的安装 • 支撑架的拆除。
43
1. 高空散装法
施工方法特点： • 最原始、最简单的施工方法。功效低下但安全 性高； • 材料用量很大，耗时较多，安装总工期长； • 结构杆件及节点的重量应在工人操作的限度内。
网壳结构的形式及特性
在连续梁支座附近剪力较大的区段，钢骨架两侧采 用t=8mm的钢腹板;在跨中剪力较小的区段，则以单 角钢作为弦杆之间的连接缀条。钢骨架外侧设置必要 的钢筋网，以保证外包混凝土的整体性和抗裂性能。
环梁与三角形框架的连接节 点需保证将梁的巨大反力(包括扭 矩)可靠地传给框架。
连续环梁的中间支承节点构造 如图5所示。
将框架顶部尺寸适当扩大，留 出矩形凹槽以放入环梁的钢骨架。
凹槽两侧壁予以可靠配筋，并 预先用串连钢筋将梁的钢骨架与 两侧壁的钢筋骨架拉接起来，在 上方再用连接钢板把梁顶钢板与 两侧壁顶端预埋板焊接在一起。 最后浇注节点混凝土，将梁与框 架顶部筑成整体。
有：圆柱面网壳，椭圆柱面 网壳和抛物线柱面网壳。
由直线族形成的，又称直纹 曲面。
（4）圆锥面网壳
由一根直线与转动轴呈一夹角，经旋转而形 成，高斯曲率等于零。
（5）双曲抛物面网壳
由一根曲率向下（k1＞0）的抛物线（母线）， 沿着与之正交的另一根具有曲单 k2<0 （曲率向 上）的抛物线平行移动而成。
（1）交叉桁架体系
将前述六种单层网壳的每个杆件，用平面网 片代替，就形成了双层球面网壳。
（2）角锥体系
由四角锥和三角锥组成的。 l）肋环型四角锥球面网壳
2）联方型四角锥球面网壳
3）联方型三角锥球面网壳
4）平板组合式球面网壳
球面为多面体，每一面为一平板网架。
1988年建成的北京体院体育馆
带斜撑四块组合的双层扭网壳，平面尺寸为59.2m见方，矢高3.5m,挑檐 3.5m，为我国跨度最大的四块组合型扭网壳。
网壳支承在由环梁和一系列三角形框架组成的下部结构上(图2)。
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。
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第八章
网壳结构
例2：四川省德阳市体育馆，屋盖平面为菱形，屋盖结构 为两向正交斜放网格的双层扭网壳。边长74.87m，网壳 上铺设四棱锥形GRC屋面板，构成了新颖、美观、别具一 格的建筑造型。
第八章
网壳结构
例3：清远市体育馆位于清远市新城区。建筑占地面积6000平 方米，建筑面积11000平方米。该馆屋盖采用大跨度预应力组 合式扭网壳钢结构，结构新颖，外形美观。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
本章学习要点： 1.熟悉网壳结构分类 2.掌握筒网壳网格划分的类型及各自的 受力特性 3.掌握网壳结构的选型原则
中国国家大剧院
清华方案 英国方案
建设部方案 日本方案
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
右：潍坊艺海大厦屋顶水箱，球体直径10.2m，矢高 9.91m，为单层短程线球壳。 左：北京东城 区少年宫气象 厅，网壳直径 12m，为单层短 程线球壳，网 壳支承在一根 略有高低起伏 的圈梁上
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构 2、双层球网壳 跨度大于40M时，采用双层球网壳比单层球 网壳其稳定性和经济性均优越。 （1）定义：它是由两个同心的单层球网壳通过腹 杆连接而成的，每层球网壳的形成和形式同单 层球网壳。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
定义：球网壳是由环向和径向（或斜向）交叉曲线杆系 （或桁架）组成的单层（或双层）球型网壳。 一、球网壳网格的划分 1、单层球面网壳：直径不宜大于60M。根据径向和环向 （或斜向）交叉曲杆件组成的形式不同，有下列形式： A．肋环形网格：只有径向、纬向杆，大部分网格呈四边 形，平面投影似蜘蛛网。 优点：杆件种类少，节 点构造简单（每节点四 根杆件）；适用于中、 小跨度的穹顶。
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网壳结构
第三节 球网壳结构
北京科技馆穹幕影院，内径32m、外径35m、高25.5m的
四分之三双层球网壳，内层采用短程线穹顶，外层则是
内层径向延伸并抽掉一部分外层杆件和节点形成六边形 与五边形组合的图案。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
（2）双层网球壳的布置 A、从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀的减少。 B、网壳的下部为双层，顶部为单层。 C、网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
2、网壳结构的层数：网壳结构跨度越大，用钢量越多， 跨度一定时，荷载对用钢量有影响，故尽量采用轻屋 面。同等条件下，单层比双层网壳用钢量少，但稳定 性差。当跨度超过一定数值后，受稳定因素的影响， 双层网壳的用钢量反而省。 3、网格尺寸：一般来说，网格尺寸越大，用钢量越省。 但网格尺寸太大，对压杆的稳定不利。另外，网格尺 寸最好与屋面板模数相协调。同时，腹杆与弦杆的夹 角应在40～55°之间。 同时还要考虑网壳的杆件加工、制作、安装。要 遵循两个原则：一要划分的网格比较均匀，杆件规格 要少，便于加工；二要节点连接简单，角度变化少， 便于安装。
第八章
二、球网壳的受力
网壳结构
第三节 球网壳结构
球网壳的受力状态与“圆顶”结构受力相 似，即可忽略弯曲内力，顺剪力也很小。在竖 向均布荷载作用下，径向受压，环向上部受压，
下部受拉。设置支座环，有利于增强结构的刚
度，且随着支座约束的加强，球网壳内力逐渐
均匀，最大内力相应减少。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型 一、网壳的其它形式 除前面所讲到的柱面网壳，球网壳， 扭网壳等形式外，在“薄壁空间结构”中 所讲到的各种曲面形式都可以用作网壳结 构。如：双曲扁网壳、双曲椭圆抛物面网 壳等，同时，还可以对这些形式进行切割 和组合，形成无数形式各异的方案。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
4、网壳的矢高与厚度：影响网壳结构矢高及厚度的主 要因素是结构的跨度。矢跨比对建筑体型有直接影响， 也是影响网壳结构内力的主要因素之一。矢跨比越大， 网壳表面积越大，屋面材料用料多，结构用钢量也增 加，室内空间大，使用期间能源消耗大；但矢跨比大 时，侧向推力有所减小，可降低下部结构造价。 柱面网壳的矢跨比：1/4～1/8，单层柱面网壳的矢跨比 宜大于1/5。 球面网壳的矢跨比：1/2～1/7。 双层网壳的厚度取决于跨度、荷载大小、边界条 件及构造要求。
网壳结构
1967.蒙特利尔世博会美国馆
第八章
G．双向子午线网格： 两组子午线上交叉 杆件所组成，所有 杆件都是连续的、 曲率相等的圆弧杆， 形成的网格，接近 正方形，用料省、 施工方便且经济。 适用壳结构
第三节 球网壳结构
大庆林源炼油厂多功能厅屋盖，采用1/3球形，落地 直径为30m，矢高10m。采用单层钢网壳结构，网壳呈凯威 特形网格，曲率半径16.05m，设计跨度25.6m，矢高6.1m。 网壳下部的承重 结构为12个钢筋 混凝土支架，支 架上部设置圈梁 连接成一体，网 壳边节点全部与 圈梁整浇。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
D．扇形三向网格（凯威特型网 格）：将球面分成N份扇形（N 为偶数，且≥6），再用纬向、 斜向杆分成较均匀的三角形， 各扇区内斜杆平行。优点：网 格、内力分布均匀，刚度好， 用于大跨度的穹顶。
E．三向网格型：交角均为60度的交叉斜杆和环向杆 组成，适用于中、小跨度的穹顶。
第八章
网壳结构
第五节 网壳结构的其它形式及选型 第三届亚冬会哈尔滨速滑馆
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
二、网壳结构选型 1、满足建筑使用要求： （1）、立面设计：建筑空间要求大――可选球网壳或 柱面网壳，当矢高受限而又需大空间时，将网壳 支承于墙或柱上；矢高较小时,可采用双曲扁网壳 或落地式的双曲抛物面网壳 （2）、与建筑平面相协调：圆形平面―球面网壳；狭 长矩形平面――柱面网壳；还可以切割、组合。 球面网壳――首选短程线型，其次，为凯威特型、联 方型、施威特勒型。 柱面网壳――优先选用双斜杆型和联方型。
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3、组合椭圆抛物面网壳 结构
例1左下：肇庆市体育馆屋盖， 由椭圆抛物面切割组合而成。 体育馆平面为截角正方形，边 长75m。单个网壳由两组正交 正放的双层抛物线拱桁架组成， 用钢量52kg/m2。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
例2：哈尔滨速滑馆平面图：中部柱面网壳和两端半球壳组成的 巨型双层网壳。轮廓尺寸86.2MX191.2M。
第八章
F、短程线型网格：（巴、富勒 网格）从易于制作和装配的 角度出发，使杆长规格最少， 来探索球面的规则划分的方 法。数学证明..，从网肋受 力与传力的有效和合理出发， 传力路线越短越好，正二十 面体的边长A＝0.5257D，太 大需要再划分，将其投影到 球面上形成大圆弓形，再根 据弧长相等的原则二次划分。 优点：规格均匀，杆件和节 点种类在各种球面网壳中是 最少的，传力路线短。
第八章
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第三节 球网壳结构
1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网 壳，平面直径64m，矢高9.14m，为国内跨度最大的单 层球面网壳。
第八章
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第三节 球网壳结构
B．肋环斜杆型（施威特勒型网 格）：在A上加斜杆（斜杆可顺 向、可交叉），起加劲肋作用。 优点：网格规律强，刚度较大， 能承受非对称荷载，可用于大、 中跨度的穹顶。 C．联方型：由左、右斜杆构成菱 形网格。斜肋夹角为30～50度， 也可加设环向肋杆，形成三角形 网格。优点：造型美观，规律性 明显，无径向杆，但网格周边大， 中间小，不够均匀。可用于大、 中跨度的穹顶。
第八章
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例4：东京，驹泽公园驹泽体育馆
第八章
2、双曲扁网壳结构
例右上：石家庄市新华集贸中心商业 大厅屋盖，平面尺寸40mX40m，屋盖选 用了圆弧平移曲线的双层扁网壳，矢 高6.3m ，壳厚1.7m。网壳布置为正交 正放立体桁架形式，网壳四边设拱形 边桁架，周边支承在钢筋混凝土连梁 上，网壳上铺玻璃钢屋面板，屋盖中 央开设9.375mX9.375m的天窗。
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
1、扭网壳结构 1）单层扭网壳 2）双层扭网壳 3）受力特点：仍为“拱向受压，索向受拉”。
例1：北京体育学院，屋盖 为四块组合型扭网壳，正交 正放的双层扭网壳结构。 平面尺寸59.2mX59.2m，跨 度52.2m，挑檐3.5m，四角 带落地斜撑，整个结构桁架 中，上、下弦等长，斜腹杆 等长，竖腹杆也等长，大大 简化了网壳的制作与安装。