钢网壳结构分解
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网架、网壳结构
– 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。
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
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
第7章网壳结构
第7章 网壳结构 7.1 概述 7.1.1 网壳结构的分类 分类 单层球 面网壳 球 面 网 壳
肋环型球面网壳 施威德勒球面网壳 联方型球而网壳 三向网格型球面网壳 凯威特型球面网壳 短程线球面网壳 交叉桁架体系
双层球 面网壳
角锥体系
肋环型四角锥球面网壳 联方型四角锥球面网壳 联方型三角锥球面网壳 平板组合式球面网壳
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.4 筒网壳结构的支承 网壳结构的受力与其支承条件有很大关系。网壳结构的支 承一般有两对边支承、四边支承、多点支承等。 1）两对边支承 两对边支承的筒网壳结构，按支承边位臵的不同，有两 种情况。 当筒网壳结构以跨度方向为支座时，即成为筒拱结构， 拱脚常支承于墙顶圈梁、柱顶连系梁，或侧边桁架上，或 者直接支承于基础上，为解决拱脚推力问题，可采用以下 四种方案：
（3）网壳的杆件主要受压，稳定性影响了材料的强度作 用，浪费较大。
第7章 网壳结构 7.1 概述 7.1.2 网壳结构的分类 1）按层数分 单层网壳：适合中小跨度（≤40米） 双层网壳：具有较高的稳定性和承载力，
可有效利用空间，方便天花或吊顶构造。
2、按曲面形式分 单曲面：筒网壳（柱面壳）
第7章 网壳结构 7.3 球网壳结构 7.3.1 单层网壳
图为大庆林源炼油 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6.2m。网壳 下部的承重结构为12个 钢筋混凝土支架，支架 上部设圈梁连接成整体， 网壳边节点全部与圈梁 整浇。
分析结果进行定性的分析。 （4）网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，如果
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。
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。
07网壳结构
7.3 球网壳结构
球网壳结构的受力特点
随网壳支座约束的增强，球网壳内力逐渐均匀， 且最大内力也相应减小，同时，整体稳定系数也 不断提高。 球网壳周边支座支点以采用固定刚接支座为宜。 为增大刚度，单层球网壳也可再增设多道环梁， 环梁与网壳节点用钢管焊接 为使球网壳的受力符合薄膜理论，球网壳应沿壳 边缘设置连续的支承结构。否则，在支座附近， 应力向支座集中，内力分布将会与薄膜理论有较 大出入。
2设墙垛。
取消拉杆，而用斜墙垛来抵抗拱脚椎力。
3设斜柱、墩。
把柱轴线按斜推力方向设置来承受侧向推力。
4拱脚落地。
即采用落地拱式筒网壳，其斜推力直接传人基础，故 用料最为经济，但对基础要求较高。
7.2.3 双层筒网壳的受力特点
两对边支承——纵向梁结构
当筒网壳结构在波长方向设支座时，网壳以纵向 梁的作用为主。 筒网壳的端支座若为墙，应在墙顶设横向端拱肋， 承受内网壳传来的顺剪力，成为受拉构件； 其端支座若为变高度梁，则为拉弯构件。
7.1 概述
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。 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。
梁式筒网壳
7.2.1 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
网壳结构简介
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。
2、与建筑平面相协调 圆形平面：球面网壳、组合柱面或组合双曲
抛物面网壳。 方形或矩形平：柱面、双曲抛物面和扁网壳。 狭长平面：柱面网壳。 菱形：双曲抛物面壳。
3、网壳结构层数
常用d) ， e) 两种
二、筒网壳结构受力特点：
支承：两对边支承、四边支承和多点支承。
1、两对边支承 以跨度方向为支座，拱脚常支承于圈梁、柱
顶联系梁或基础上。产生推力。
解决方案：
1）设拉杆 2）设斜柱、斜墩 3）设墙跺 4）拱脚落地
以波长方向为支座，筒网壳端支座若为墙，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。
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
250
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、与建筑平面相协调 圆形平面：球面网壳、组合柱面或组合双曲
抛物面网壳。 方形或矩形平：柱面、双曲抛物面和扁网壳。 狭长平面：柱面网壳。 菱形：双曲抛物面壳。
3、网壳结构层数
常用d) ， e) 两种
二、筒网壳结构受力特点：
支承：两对边支承、四边支承和多点支承。
1、两对边支承 以跨度方向为支座，拱脚常支承于圈梁、柱
顶联系梁或基础上。产生推力。
解决方案：
1）设拉杆 2）设斜柱、斜墩 3）设墙跺 4）拱脚落地
以波长方向为支座，筒网壳端支座若为墙，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。
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
250
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
网架、网壳结构
网架、网壳结构网架结构形式有哪几种？1）由平面桁架系组成的两向正交正放网架（图4-1a）、两向正交斜放网架（图4-1b）、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线网架。
2）由四角锥体组成的正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架（图4-1c）、斜放四角锥网架、星形四角锥网架（图4-1d）。
3）由三角锥体组成的三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角形网架。
网壳结构形式有哪几种？网壳结构有单层或双层，有以下常用形式：圆柱面网壳、球面网壳、椭圆抛物面网壳（双曲扁壳）及双曲抛物面网壳（鞍形网壳、扭网壳），见图4-2 什么是焊接空心球节点？它的节点构成和特点是什么？焊接球是由两个半球焊接面成的空心球，可分为不加肋和肋两种（图4-3，图4-4），用于连接杆件，成为焊接球接点。
图4-3 不加肋的空心球图4-4 加肋的空心球它的结构特点是：由于球体是各向同性的，所以可以与任意方向的杆件相连（图4-5，图4-6），且杆件的轴线均通过轴心而不会产生偏心。
当球体上汇交的杆件较多时这个优点更为突出。
因此，以空心球作为网架的连接节点，适应性强。
图4-5 空心球节点图4-6 加套管连接各种类型的网架，无论跨度和作用荷载的大小，当网架杆件采用圆钢管时，其节点均可采用焊接空心球的连接形式。
尤其是对三向交叉网架、三角锥网架、四角锥网架和六角锥网架更为适宜。
什么是螺栓球节点？螺栓球节点由螺栓、钢球、销子（或螺栓）、套筒和锥头或封板等零件组成，用于连接钢管杆件，见图4-7、图4-8。
螺栓球节点组合零件的作用是什么？1）高强螺栓（图4-9）的作用是连接杆件与螺栓球。
0.65d 图4-9 高强度螺栓外形图2）封板（用于钢管杆件直径＜60㎜时）和锥头（用于钢管杆件直径＞60㎜时）的作用是焊在杆件两端，使高强度螺栓与球连接（图4-10）。
图4-10 杆件组合图3）套筒的作用是拧紧高强螺栓，使杆件与球连接。
图4-11所示为设置紧固螺钉时的长形六角套筒。
07网壳结构汇总
❖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。
❖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。
❖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。
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
❖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。
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，
7 网壳结构
7.1 概述 7.2 筒网壳结构 7.3 球网壳结构 7.4 扭网壳结构 7.5 网壳结构的选型
7 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。
❖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。
❖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。
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
❖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。
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，
7 网壳结构
7.1 概述 7.2 筒网壳结构 7.3 球网壳结构 7.4 扭网壳结构 7.5 网壳结构的选型
7 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。
2结构选型-网壳
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三角锥柱面网壳抽空三角锥柱刚度大杆件少最常用适用于小跨度轻屋面3变厚度网壳采用网壳厚度不等或局部网壳厚度改变
网壳结构是曲面型的网格结构， 即由曲面形板与边缘构件（梁、拱 或桁架）组成的空间结构。具有杆 系结构和薄壳结构的特性，受力合 理，覆盖跨度大，施工简便，可创 造新颖的建筑造型，是有着广阔前 景的空间结构。
11.3.1 满足建筑使用要求
对于高、大跨度的网壳结构应与建筑紧密配合，使网壳结构与建筑 造型一致，与周围环境协调，整体比例适当。
1、立面设计 建筑空间大，可选用矢高较大的球面或柱面网壳； 建筑空间小，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式抛物面网壳； 建筑空间大，但矢高受到控制，可选择网壳支承于墙或柱上。
采用网壳厚度不等或 局部网壳厚度改变。
15
曲 面的剪裁组合
美国麻省理工学院礼堂：为从球面壳上切出的1／ 8部分，球面直径51m，80％的壳面厚度9cm，支座附 近应力集中，并有弯矩，壳厚达60cm 。 16
2.2.3 按材料分类
材料的选择取决于网壳形式、跨 度与荷载、计算模型、节点体系、材 料来源于价格，以及制造与安装条件。 1. 钢筋混凝土网壳：自重大，节点构 造复杂。
23
24
中部圆柱面壳和两端 半球壳组成的巨型双 层网壳，尺寸为
三角锥
86.2×191.2m；网格
尺寸为3m。 正放四角锥
黑龙江滑冰馆, L=86m, 1996
25
北京体育大学体育馆
屋架结构为正交正放网格的双层扭面网壳 结构，建筑平面尺寸为59.2m×59.2m，跨度为 52.5m，四周悬挑3.5m，四角带落地斜撑，网格 尺寸2.9m×2.9m ，网壳厚度2.9m，矢高3.5m， 柱距5.8m，支座为球铰，整个结构桁架上、下 弦等长、斜腹杆等长，竖腹杆等长。
网壳结构是曲面型的网格结构， 即由曲面形板与边缘构件（梁、拱 或桁架）组成的空间结构。具有杆 系结构和薄壳结构的特性，受力合 理，覆盖跨度大，施工简便，可创 造新颖的建筑造型，是有着广阔前 景的空间结构。
11.3.1 满足建筑使用要求
对于高、大跨度的网壳结构应与建筑紧密配合，使网壳结构与建筑 造型一致，与周围环境协调，整体比例适当。
1、立面设计 建筑空间大，可选用矢高较大的球面或柱面网壳； 建筑空间小，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式抛物面网壳； 建筑空间大，但矢高受到控制，可选择网壳支承于墙或柱上。
采用网壳厚度不等或 局部网壳厚度改变。
15
曲 面的剪裁组合
美国麻省理工学院礼堂：为从球面壳上切出的1／ 8部分，球面直径51m，80％的壳面厚度9cm，支座附 近应力集中，并有弯矩，壳厚达60cm 。 16
2.2.3 按材料分类
材料的选择取决于网壳形式、跨 度与荷载、计算模型、节点体系、材 料来源于价格，以及制造与安装条件。 1. 钢筋混凝土网壳：自重大，节点构 造复杂。
23
24
中部圆柱面壳和两端 半球壳组成的巨型双 层网壳，尺寸为
三角锥
86.2×191.2m；网格
尺寸为3m。 正放四角锥
黑龙江滑冰馆, L=86m, 1996
25
北京体育大学体育馆
屋架结构为正交正放网格的双层扭面网壳 结构，建筑平面尺寸为59.2m×59.2m，跨度为 52.5m，四周悬挑3.5m，四角带落地斜撑，网格 尺寸2.9m×2.9m ，网壳厚度2.9m，矢高3.5m， 柱距5.8m，支座为球铰，整个结构桁架上、下 弦等长、斜腹杆等长，竖腹杆等长。
3.1网壳结构的形式及特性09
内部网架
三、双曲抛物面网壳的形式
双曲抛物面网壳在几何学上的特点是其曲面的
形成方式属移动式，具有直纹性。 即曲面是由无数根斜交的直线组成。 通过一定的组合，双曲抛物面网壳还可以发展出 不同的造型。
1．正交正放类 组成网格为正方形，单层时方格内设斜杆；双 层时可组成四角锥体。
2．正交斜放类 杆件沿曲面最大曲率方向设置，抗剪刚度较弱。
5）三向网格型柱面网壳
在联方网格上加纵向杆件，菱形变为三角 形。
2 双层柱面网壳：
（1）交叉桁架体系
单层柱面网壳都可成为的双层柱面网壳。 网片形式
（2）四角锥体系
四角锥网架结构有六种形式，但不一定都 适用于双层网壳。
网架结构受力明确，周边支承网架，上弦 杆总是受压，下弦杆总是受拉；而双层网壳上 层杆和下层杆都可能受压。 因此，上弦杆短、下弦杆长的网架，在双层 柱面网壳中，并不一定适用。
结构刚度差，弯曲内力大，甚至大于轴力；杆件的剪 力也不容忽视，不能实现以薄膜内力为主的受力状态。 节点必须设计为刚节点，以传递弯矩、剪力。
（1）单斜杆柱面网壳
2）人字形柱面网壳（弗普尔型柱面网壳）
斜杆布置成人字形。
3）双斜杆型柱面网壳
提高网壳的刚度。
4）联方网格型柱面网壳
网格为菱形，杆件的夹角在30~50之间。
在第三方向全部或局部设置杆件，提高抗剪 刚度。
北京石景山体育馆
1989年
三叉拱支双曲抛物面网壳 ，用钢44.6 kg/m2。
北京石景山体育馆
平面为正三角形，边长99．7m。屋盖由三片四边形双曲抛物面 双层网壳 组成，支撑在三叉形格构式刚架和钢筋混凝土边梁上。
四 柱面网壳的形式
1 单层柱面网壳：
3.1网壳结构的形式及特性09.
（4）三向网格型球面网壳
在水平投影面上，通过圆心作夹角为±60 的三个轴，将轴n等分并连线，形成正三角形 网格，再投影到球面上形成。
（5）凯威特型（简称K型）球面网壳
（扇形三向网格）
由 n（n＝6，8，12，···）根径肋把球面分为 n个对称扇形曲面。每个扇形面内，再由环杆和 斜杆组成大小较匀称的三角形网格。它综合了旋 转式与均分三角形划分法的优点，不但网格大小 勻称，内力分布也均匀。
曲面呈马鞍形，高斯曲 率K＜0。
水平截面是一对分离的双曲线， 竖向主截面是抛物线。
沿曲面斜向垂直切开为直线。
适用于矩形、椭圆形和圆形等平面。
（5）扭曲面网壳（也是双曲抛物面）
将一根直线的两端沿两根在空间倾斜、不 相交的直线移动而形成。
高斯曲率＜0。
或从马鞍形曲面中按一定的方式沿直线方向截 取一部分，如ABCD，覆盖的面是矩形平面。
两个主曲率是正交的，主曲率半径分别用R1、 R2表示。
k
R
, k
R
该点的高斯曲率：
K
k k
R
R
（1）零高斯曲率的网壳
曲面一个方向的主曲率 半径R1= （即k1= 0）；另一 个 主 曲 率 半 径 R2=±a ， （ 即 k2≠ 0），为单曲网壳。
层状穹顶
（2） 由三个方向的大圆构成的均匀三角形 网格。
格子穹顶
（3） 以球面内接的多面体棱边投射到球面上， 构成的网格体系，称短程线(测地线)穹顶。
预应力网壳——攀枝花市体育馆， 1994年，三向 短程线型双层球面网壳，74.8×74.8花瓣八边形， 矢高8.89m， 49㎏/㎡ .
（4） 用相互直交的子午线族构成。
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
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。
钢结构 3.3网壳
六边形网格网壳
英国伊甸园穹顶（内景）
索撑网壳体系创新——索撑六边形网格单层网壳
cable
pipe
网架与网壳建模-参数化
3.7 网壳
3.7.1 网壳结构形式
按组成层数分：单层网壳和双层网壳 按曲面外形：球面网壳、柱面网壳、双曲扁网壳、
扭曲面网壳、单块扭网壳、双曲抛物面网壳，以 及切割或组合形成曲面网壳等结构形式
单层球面网壳 （节点必须刚接）
单层柱面网壳 （节点必须刚接）
单层柱面网壳 （节点必须刚接）
双层球面网壳 （铰接连接居多）
双层柱面网壳 （铰接连接居多）
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双曲扁网壳
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扭曲面网壳
单块扭网壳
双曲抛物面网壳
球面切割网壳
平板组合网壳
单层网壳
日本西屋穹顶
索撑四边形网格单层网壳
德国柏林历史博物馆
索撑四边形网格单层网壳
广州南站
六边形网格网壳
英国伊甸园穹顶（外景）
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华中科大体育馆网壳结构施工数值模拟
分析过程
首先建立整体的结构模型；根据施工过程划分施工阶段；第一阶段： 保留第一阶段已安装完成的结构构件，杀死除此之外的所有结构构件， 约束没有与“活单元”相连的所有节点自由度，同时按照实际施工情况 施加边界约束和第一阶段的施工荷载（包括单元自重、温度效应等）， 然后进行计算求解并保留计算结果；第二阶段：激活在第二阶段安装完 成的结构构件，放松与被“激活”“死单元”相连的节点自由度，仍旧 约束只与“死单元”相连的所有节点自由度，同时按照实际施工情况施 加约束和第二阶段的施工荷载，然后进行计算求解并保留计算结果；如 此循环，直至整个结构施工完毕。
安装方法的选择应综合考虑以下几种因素：结构型式和跨度，可供安
装使用的场地、设备和运输条件，安装期限，气候，经济性能等，也可根
据具体情况将上述几Байду номын сангаас方法结合使用。
施工过程数值模拟方法
大型钢结构施工过程中，结构受力状态与正常使用阶段相比有很大的差
别，按照使用阶段状态计算得到的结果可能导致施工过程中结构或构件
计算荷载
计算中考虑的荷载主要有: 结构自重、屋面板及保温层自重、施工活荷载及温 度荷载。 1) 屋盖结构 钢材密度p= 7 800kg/m3, 自重由程序自动计算。
2) 屋面板及保温层自重
3) 施工活荷载 4) 温度荷载
作用于上弦节点, 按照0.50kN/m2 计算。
上弦层取0.50kN/m2, 下弦层取0.70kN/m2 。 钢材的膨胀系数参考温度取为20 ℃ , 热膨胀系数为1.24 x10-
屋面结构体系, 总投影面积约为8 500m2, 采用直接相贯节点连接, 结构布置
如图4-1~4-3 所示。拱形主桁架轴线形状为抛物线, 拱跨94.6m, 矢高27.5m, 矢跨比约为1/4,相邻主桁架间距为8m。该拱形结构屋盖ZHJ1 和ZHJ7采用梯形 桁架结构, ZHJ2~ 6 采用倒三角形桁架结构。次桁架亦为倒三角形的管桁架, 同时设置水平支撑增加屋盖整体稳定性。两侧翼的径向主梁通过ZHJ1 和ZHJ7 下设置的倒三角形吊杆与主体部分相连。两侧翼的径向主梁和弧梁采用箱形截 面钢梁, 横向次梁采用H 型钢, 支撑柱均采用钢管。该屋盖结构体系钢管均采 用Q345B, 箱梁及H 型钢均采用Q235B。
生死单元法
生死单元法施工过程模拟分析流程图
生死单元法
根据施工过程，选择单元的“激活”与“杀死”，已经安装完成的单元设定为 “激活”状态（即设定为“活单元”），未安装完成的单元设定为“杀死”状态 （即设定为“死单元”），这样结构分析时只考虑“活单元”参与工作。具体做 法如下： 按照结构的实际施工顺序，将整个施工过程分为若干个主要工况。首先计算在工 况1施工组装完毕的结构内力与变形，将在其后工况安装的单元指定为“死单元” （不参与整体结构分析的构件），这些“死单元”不具有刚度和重力荷载作用等。 当
华中科大体育馆网壳结构施工数值模拟
模拟分析 首先建立屋盖结构的整体有限元模型, 然后将施工过程分为5 个工况进行 施工模拟, 得出各个控制截面的内力和变形值。
工程简介
该体育馆屋盖为大跨度焊接钢管拱形结构, 主体结构由7 榀拱形主桁架通 过次桁架和水平支撑组成,两侧翼采用钢框架结构, 三部分联系起来组成整体
中，“死单元”是指还未在当前施工阶段安装完毕的构件，“活单元”是指已经在 当前施工阶段安装完毕的构件。 一个单元被“杀死”的含义并非将该单元从模型中删除，而是将其刚度(或传 导等其他分析特性)矩阵乘以一个很小的因子(一般为 1.0×10-6)。此时死单元的 载荷、质量、阻尼、比热及其他类似的特性都将被设定为零，虽然它仍旧在单元荷 载的列表中出现，但它不对荷载向量生效。死单元的质量和能量将不包括在模型求 解结果中。一个单元被“激活”的含义，也并非是在模型中添加单元，而是在当前 的载荷步中重新激活己经存在但在前面载荷步里被“杀死”的单元。当一个单元被 重新激活时，其刚度、质量、单元载荷等将恢复其原始的数值，但重新激活的单元 没有应变记录(也无热量存储等受力情况)。
进行工况n结构在各种荷载作用下的受力分析时，将在这一工况安装完毕的“死单
元”“激活”，恢复应有的刚度和重力荷载，在其后工况施工安装的单元仍然保 持为“死单元”，被“激活”构件在各种荷载作用下产生的内力和位移与以前各
工况荷载作用下产生的内力与位移相叠加，得到工况n的结构内力，即被“激活”
的单元建立在工况(n-1)主结构变形后的几何构形上。重复上述过程，可以模拟在
模型建立
有限元分析模型采用直接生成法建立。建模时,网壳结构主体部分 和两侧翼次梁单元建模采用ANSYS的LINK8 杆单元, 该单元为三维单元, 可以承受轴向的拉伸或者压缩, 每个节点上具有3 个平动自由度。该单 元具有塑性、蠕变、应力刚化和大变形等功能, 能较好地模拟三维空间 桁架单元。两侧翼的箱梁和柱均采用BEAM4 单元, 该单元是一个轴向 拉压、扭转和弯曲单元, 每个节点有3 个平动自由度和3 个转动自由度, 具有应力刚化和大变形功能。 该网壳屋盖结构的拱形桁架支座采用焊接空心球节点, 其边界约束 条件取决于下部结构的支承刚度 。为了简化计算, 所有支座处均假定为 固定铰支座, 约束支座节点3 个平动自由度。
大跨钢网壳结构的施工过程模拟方 法及其应用
陈大烺 结构工程
1300204020
施工过程的安装方法
根据空间网格结构的型式和施工条件的不同，其安装方法通常可以
分为四类即高空散装法、分条或分块安装法、滑移法和整体安装法，其
中，整体安装法又有整体吊装法、整体提升法和整体顶升法之分。目前， 高空散装法是目前国内外空间网格结构施工应用较多的方法。
处于不安全状态，或是施工完成后的结构形状不满足设计要求。对施工
阶段结构受力研究的关键是要找到能准确模拟施工过程的分析方法，得 到施工过程或是结构完成后的结构受力及变形状态。
施工过程数值模拟方法
有限元分析软件ANSYS生死单元法 工程实例的简要介绍
生死单元法
1 基本原理
在 ANSYS 中的利用单元生死技术时，单元分为“死单元”和“活单元”。其