大跨空间结构-网壳结构设计培训课件
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网壳结构课程课件
15
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。
back
16
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。
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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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。
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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。
大跨结构第4讲2
第4讲：网壳结构 网壳结构
(3)球面网壳受法向均布荷载，理想临界荷载
Pcr =
lin
4 EBh 2 R
等效刚度B，等效厚度h
第4讲：网壳结构 网壳结构
考虑局部凹陷大变形影响系数η=0.25~0.3, 缺陷 敏感系数β=0.4~0.5,安全系数K=2.5~3.0
P
des cr
=
βη
K
lin lin Pcr = (0.04 ~ 0.05) Pcr
第4讲：网壳结构 网壳结构
(2)空间铰接杆单元——大位移理论（精确解）， 双层网壳 ①基本假定：铰节点，弹性材料，仅受节点荷 载，节点位移
第4讲：网壳结构 网壳结构
节点坐标
{xi, yi, zi}
{δ }i = {ui, vi, wi}
节点位移
第4讲：网壳结构 网壳结构
②几何条件 初始杆长
L o = ( xj − xi ) 2 + ( yj − y i ) 2 + ( z j − z i ) 2
第4讲：网壳结构 网壳结构
势能极值原理：
δΠ = 0
得
∑ ∫ [B] {σ }dV − {P}
T e V
或
{P} = ∑ ∫V [B] {σ }dV
T e
第4讲：网壳结构 网壳结构
(1)空间杆单元——大位移理论，双层网壳 (2)空间梁单元——单层网壳，位移形函数，忽 略高次项 (3)梁柱理论——超越函数 (4)方程解法
第4讲：网壳结构 网壳结构
整体坐标系中单元刚度矩阵
2 lm ln − l 2 − lm − ln l lm m2 mn − lm − m 2 − mn mn n2 − ln − mn − n 2 EA ln Ke = 2 −l − lm − ln l2 lm ln Lo − lm − m 2 − mn lm m2 mn 2 2 ln mn n − ln − mn − n
大跨结构第4讲-网壳结构
第4讲：网壳结构
北京体育学院体育馆 59.2m×59.2m 四块组合双层扭网壳 1988年建成，52kg/m2
第4讲：网壳结构
长春体育馆 120m×166m 1997年建成，80kg/m2
第4讲：网壳结构
国家大剧院, 212.2x143.6m，双层空腹椭球壳 137kg/m2
第4讲：网壳结构
=
4 R2
EBh
等效刚度B，等效厚度h
第4讲：网壳结构
考虑局部凹陷大变形影响系数η=0.25~0.3, 缺陷 敏感系数β=0.4~0.5,安全系数K=2.5~3.0
P des cr
=
βη
K
P lin cr
=
(0.04
~
0.05)
P lin cr
柱面网壳受径向均布荷载，也有近似临界荷载理论解
第4讲：网壳结构
国家大剧院椭球面
⎜⎛ x ⎟⎞2.2 + ⎜⎛ y ⎟⎞2.2 + ⎜⎛ z ⎟⎞2.2 = 1 ⎝ 105.963 ⎠ ⎝ 71.663 ⎠ ⎝ 45.203 ⎠
第4讲：网壳结构
②层数：单层、双层和单双混合；单层网壳应采用刚接节 点，双层网壳可采用铰接节点
③曲面曲率：正高斯—球面、抛物面；零高斯— 柱面、锥面；负高斯—马鞍面
∑ γ ∑ xj
=
m iX ji
m
i(X
2 ji
+
Y
2 ji
+
Z
2 ji
)
∑ ∑ γ yj =
m iY ji
m
i(X
2 ji
+
Y
2 ji
+
Z
2 ji
)
3_7大跨屋盖结构-网壳
网壳的设计及计算
网壳的内力分析
网壳是一个准柔性的高次超静定结构 目前网壳计算主要是考虑几何非线性的有限单 元法 考虑与不考虑几何非线性的有限单元法的区别 在于前者考虑网壳变形对内力的影响
网壳的稳定性 网壳的稳定性计算可采用非线性有限单元 法，取结构刚度矩阵的行列式之值等于零 作为确定临界荷载的准则，即： det[K]=0 刚度矩阵[K]应包含所有的非线性因素， 使 det[K]=0的荷载即为临界荷载{P}cr 。 注意： 在设计工作中需要引进临界荷载的折减系数 不同的网壳不能用相同的折减系数
网壳类别 压杆 200 150
表 3-11
拉杆 静荷载 300 300 动荷载 250 250
双层网壳
单层网壳
网壳杆件及节点设计 网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（3-9） ~（3-11）采用。
单层网壳杆件计算长度 表3-9
壳体平面内
壳体平面外
0.9L
L
双层网壳杆件计算长度
连接形式
螺栓球点 弦杆 l
表3-10
腹杆
支座腹杆 l 其他腹杆 l
焊接球结点
板节点
0.9l
l
0.9l
l
0.9l
0.9lห้องสมุดไป่ตู้
网壳杆件容许长细比
3.7
网
壳
3.7.1网壳结构形式 网壳按组成层数分为单层网壳（图3.54）和双 层网壳（图3.55）
图3.54 单层柱面网壳
图3.55 双层柱面网壳
按曲面外形分类则有 球面网架（图3.56） 柱面网壳（图3.54）
图3.56 单层球面网壳
日本名古屋网壳穹顶
双曲扁网壳（图3.57）
最新大跨与空间结构(网架及网壳结构)
两向正交正放网架的受力状况取决于平面尺寸 及支承情况。对于周边支承、正方形平面的网架，其 受力类似于双向板。
两向正交正放网架沿两个方向的杆件内力差别 不大，受力比较均匀。但随着边长比的变化，单向传 力作用渐趋明显，两方向杆件内力差别也随之加大。 对于点支承网架，支承附近的杆件及主桁架跨中弦杆 的内力最大，其它部位杆件的内力很小。
b）。对中、小型网架亦可选择增加网架高度或局
部加大杆件截面等方法。
按网格组成分类
1 交叉桁架体系 这类网架由若干平
面桁架相互交叉组成。 竖向平面桁架的形式与 一般平面桁架相似，根 据平面桁架布置方式及 交角的不同，可分为几 种形式。
（1）两向正交正放网架
两向正交正放网架的构成特点是：两个方向的平 面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。这种网架 的上、下弦平面呈正方形，基本单元为六面体，属几 何可变。为保证结构的几何不变性以及增加空间刚度， 应适当设置水平支撑，以有效 传递水平力。对周边支承网架， 水平支撑宜在上弦或下弦网格 内沿周边设置；对点支承网架， 水平支撑则应在通过支承点的 主桁架附近设置。
（a）
（b）
点支承网架主要用于大柱距工业厂房、仓库以 及展览厅等大型公共建筑。由于支承点较少，支点 反力较大。为了使通过支点的主桁架及支点附近的 杆件内力不致过大，宜在支承点处设置柱帽以扩散 反力。点支承网架周边应有适当悬挑以减少网架跨 中挠度与杆件的内力。
(3) 周边支承与点支承混合网架 在点支承网架中， 当周边设有维护结构 和抗风柱时，可采用 周边支承与点支承混 合的形式。这种支承 方式适用于工业厂房 和展览厅等公共建筑。
正放四角锥网架的杆件受力比较均匀，空间刚度 较其它类型四角锥网架及两向网架为好。当采用钢筋 混凝土板作屋面板时，板的规格单一，便于起拱，屋 面排水相对容易处理。但因杆件数目较多其用钢量可 能略高些。
大跨空间钢结构PPT32页
3）1.2×恒+1.4×温度
4）1.2×恒+1.4×活+0.84×风 （1.0×恒+1.4×活+0.84×风）
1.2×恒+0.98×活+1.4×风 （1.0×恒+0.98×活+1.4×风）
5）1.2×恒+1.4×活+0.84×温度 （1.2×恒+0.98×活+1.4×温度）
6）1.2×恒+1.4×活+0.84×风+0.84×温度
丙类
抗震设防烈度
8度
设计地震分组
第一组
场地类别
Ⅲ类
2、位移限值
网壳结构的最大位移不应超过跨度的1/400。
3、杆件计算长度
壳体曲面内杆件计算长度为（1×L）
壳体曲面外杆件计算长度为（1.6×L）
7.2.3 网壳结构截面的优化
(一)、荷载 1、结构自重 2、恒荷载 建筑做法、屋面檩条等：1.0kN/㎡ 3、活荷载 不上人屋面：0.5kN/㎡ 4、风荷载 w0 0.4kN / m2 风压按照50年重现期取基本风压 根据荷载规范，按照B类地面粗糙度， 查得48.5米高度处风压高度系数
(1.0×恒+0.6×活+1.3×地震)
8）1.2×恒+0.6×活+0.28×风+1.3×地震 （1.0×恒+0.5×活+0.28×风+1.3×地震）
各种组合的分项系数按照荷载规范、抗震规范取值，地震荷载考虑水平和竖向地震的 组合，最终共260种荷载组合。
7.2.3 网壳结构截面的优化
第七章 大跨空间钢结构
w0 0.4kN / m2
风振系数取 体型系数取 风压计算
大跨结构网壳结构课件
防腐处理：钢材表面 应进行防腐处理，以 提高结构的耐候性和 使用寿命。
通过以上施工方法和 步骤、施工技术与要 点以及质量控制与验 收标准的严格执行， 可以确保大跨结构网 壳结构的安全、稳定 和耐久性，满足建筑 物的使用需求。
04
工程实例和案例分析
大型体育场馆网壳结构分析
结构特点
大型体育场馆网壳结构通常采用钢结构或钢混结构，具有 大跨度、轻质、高强等特点。其形态多为穹顶或双曲面， 以实现良好的空间效果和视线通透性。
特殊形状网壳结构工程实例
1 2 3
结构创意
特殊形状的网壳结构往往具有独特的建筑造型和 象征意义，对结构设计和施工技术提出较高挑战 。
工程实例1
某球形网壳结构的文化中心，通过优化结构设计 和施工方法，实现了轻盈的球形外观与内部功能 的完美结合。
工程实例2
某异形网壳结构的展览馆，采用参数化设计和先 进的3D打印技术，呈现出极具未来感的建筑造 型。
• 计算机辅助设计：借 助计算机技术和有限 元分析方法，网壳结 构的设计和分析更加 精确、高效，为复杂 形态网壳的实现提供 了有力支持。
• 施工技术成熟：网壳 结构的施工技术不断 成熟，如整体吊装、 分块组装等方法，提 高了施工效率和质量 ，降低了工程成本。 同时，随着3D打印技 术的发展，网壳结构 的施工技术也将迎来 新的突破。
网壳结构的未来发展方向和挑战
超大跨度网壳结构
随着工程技术的进步，未来网壳结构 将向更大跨度发展，以满足特殊工程 需求。
绿色、环保材料
在网壳结构的设计和建造过程中，将 更加注重绿色、环保材料的应用，降 低结构对环境的影响。
抗震、抗风等性能提升
针对地震、风灾等自然灾害，加强网 壳结构的抗震、抗风性能研究，提高 结构的安全性。
大跨度空间结构网壳结构的历史与发展
大跨度空间结构在建筑工程中也有广泛的应用。例如，国家体育馆“鸟巢”， 采用钢结构设计，总跨度达到296米，成为全球最大的钢结构体育馆。这种结构 形式以其卓越的性能和美观的造型，为我国的建筑事业增添了一道亮丽的风景线。
3、隧道工程
隧道工程也是大跨度空间结构的重要应用领域之一。例如，上海长江隧道是 中国第一条越江隧道，全长8.9公里，采用盾构法施工，其跨度达到14.9米。这 种大跨度隧道结构的设计和施工需要解决许多技术难题，对我国的隧道工程技术 水平提出了更高的要求。
结论
大跨度空间结构网壳结构作为一种独特的建筑形式和结构体系，在现代建筑 中占有重要的地位。从历史背景来看，这种结构形式经历了从简单到复杂的发展 过程，并逐渐成为了现代建筑的一种重要表达方式。而在现代应用中，大跨度空 间结构网壳结构在体育场馆、展览中心、交通建筑等大型公共建筑中得到了广泛 应用，充分展现了其独特的优势和魅力。
随着科技的进步和建筑业的发展，大跨度空间结构在众多领域的应用越来越 广泛。这种结构以其独特的优势和性能，在建筑、桥梁、隧道、航空航天等领域 发挥着重要的作用。本次演示主要探讨大跨度空间结构的工程实践以及学科发展 的趋势。
一、大跨度空间结构的概述
大跨度空间结构是指跨度超过一定限制的建筑结构，通常在桥梁、厂房、体 育馆、机场等大型公共设施中应用较为广泛。这种结构形式具有受力合理、自重 轻、施工速度快、经济性高等优点，因此在现代大型建筑工程中倍受青睐。
1、初始阶段：20世纪初至中期，以钢筋混凝土和钢构为主，代表作品有美 国的金门大桥等。
2、成熟阶段：20世纪中后期，结构设计理论和施工技术不断提高，出现了 许多新型结构形式，如悬索结构、网架结构等。
3、拓展阶段：进入21世纪，大跨度空间结构的应用范围逐渐扩大，涉及到 建筑、交通、能源等多个领域。
大跨度结构形式ppt课件
三、结构形式
• • • • • • • • （一）桁架结构 （二）钢架结构 （三）拱结构 （四）壳结构 （五）折板结构 （六）网架结构 （七）网壳结构 （八）悬索结构
（一）桁架结构
• 桁架结构的受力特点 1、抗弯方面 2、抗剪方面 3、竖向荷载方面
（二）钢架结构
• 结构形式和受力特点 1、无铰钢架 2、两铰钢架 3、三铰钢架
大跨度结构形式
大跨度建筑的结构特点
• • • • 一、受力特点 二、结构组成 三、几何形式 四、基本结构形式
一、受力特点
• （一）竖向作用主宰结构
1、恒荷载
结构自重 屋面覆盖材料 建筑附属固定设施
2、活荷载
风、积雪、积灰荷载 地震导致的竖向地震力 脉动风压引起的结构竖向震动
• （二）、间接效用
间接作用的影响因素有：
1、支座位移 2、温度变化 3、地面运动（地震） 注：简介作用的影响还取 决于结构自身的形式
• （三）、动态作用
由于跨度较大使得结构的竖向振频率 比一般建筑物低，因而对脉动风压的 周期性低频激励引起共振效应，表现 为结构竖向振动加大，引起较大的结 构附加内力
二、结构组成
• （一）、屋盖结构 • （二）、支撑结构 • （三）、地基
• 结构形式 1，筒网壳 2，球网壳 3，扭网壳
•
受力特点 1，拉力，压力 2，抗弯性
（八）、悬索结构
• 受力特点 • 结构形式 1，单层索体结构 2，预应力双层索体结构
（九）膜结构
• 受力特点 • 主要形式 1，张拉膜结构 2，充气膜结构
（三）拱结构
• 受力特点
拱结构正是充分的利用了材料的抗压 性能，以支座的水平推力和界面内轴向 压力的水平分力所构成的力矩平衡结构 的整体性弯矩，且玩具最大处在跨中。
3.网壳结构(下)
具有水平弹性支承的平面拱计算，弹性支承的刚 度由环向杆件的刚度及其所在位置确定。
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
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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
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：
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。
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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
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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
缺陷 值
L=60m，f/L=1/8，r=0 ~ L/100
1.2
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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
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)
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
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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：
网壳大跨空间结构
大跨房屋钢结构作业网壳大跨空间结构及其应用一、网壳大跨空间结构的特点网壳结构即为网状的壳体结构，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。
其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架，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。
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。
网壳结构的发展和大量的工程实践应用，网壳结构为建筑结果提供了一种新颖合理的结构形式，网壳结构具有以下特点：（1）网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，它的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，受力合理，因此可以充分发挥材料强度作用，节省材料；同时可以跨越较大的跨度。
网壳结构是典型的空间结构，合理的曲面可以使结构力流均匀，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高。
（2）网壳结构可以采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、外形和形状都能给设计师以充分的创作自由。
薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网格结构几乎都可以实现。
既能表现静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美，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。
（3）网壳结构应用范围广，可用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。
在建筑平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形以及各种不规则的平面。
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。
（4）网壳结构可以用小的构件组成，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设备，因此综合经济指标较好。
《大跨与空间结构》PPT课件
有效宽度法假定腹杆轴力Ｎ通过连接件在节点板
内按照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的一 定宽度范围内，称为有效宽度be 。
a
21
假定be范围内的节点板应力达
到 fu ， 并 令 be·t·fu=Nu( 节 点 板 破 坏 时的腹杆轴力)，按此法拟合的结 果，当应力扩散角=270时精度最 高，计算值与试验值的比值平均 为 98.9% ； 当 =300 时 ， 比 值 为 106.8%，考虑到国外多数国家对 应力扩散角均取为300，为与国际 接轨且误差较小，建议取=300。
a
7
主要分为两大类：
平面结构体系
梁式体系 框架式体系 拱式体系
空间结构体系
网架及网壳结构 悬索结构 膜结构
a
8
平面承重的大跨度钢结构
1 梁式结构体系
梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架
的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹
杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。
适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量
过大而不经济。
重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系
的整体刚度是非常重要的。
a
9
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形 和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般 为1/6～1/8。
a
10
常用形式： （1）角钢（或T型钢）桁架 （2） H型钢重型桁架* （3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*
i i cosi N liti cosi
a
18
折算应力为
re di 2 3 i 2 N lit i s2 ii n 3 c2 o i N l s it i 1 2 c2 o i f s u
内按照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的一 定宽度范围内，称为有效宽度be 。
a
21
假定be范围内的节点板应力达
到 fu ， 并 令 be·t·fu=Nu( 节 点 板 破 坏 时的腹杆轴力)，按此法拟合的结 果，当应力扩散角=270时精度最 高，计算值与试验值的比值平均 为 98.9% ； 当 =300 时 ， 比 值 为 106.8%，考虑到国外多数国家对 应力扩散角均取为300，为与国际 接轨且误差较小，建议取=300。
a
7
主要分为两大类：
平面结构体系
梁式体系 框架式体系 拱式体系
空间结构体系
网架及网壳结构 悬索结构 膜结构
a
8
平面承重的大跨度钢结构
1 梁式结构体系
梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架
的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹
杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。
适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量
过大而不经济。
重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系
的整体刚度是非常重要的。
a
9
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形 和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般 为1/6～1/8。
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10
常用形式： （1）角钢（或T型钢）桁架 （2） H型钢重型桁架* （3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*
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折算应力为
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1.4球面网壳
（a）无纬向杆
（b）有纬向杆
联方型球面网壳
由左斜杆和右斜杆组成菱形网格的网壳。 用于大、中跨度的穹顶。
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1.4球面网壳
（a）K6型
（b）K8型
（c）K6与联方组合型
（d）K8与联方组合型
凯威特型球面网壳
划分n个对称扇形曲面，然后在每个扇形曲面内，再划分为大 小比较匀称的三角形网格。 网格大小匀称，内力分布均匀，常用于大、中跨度的穹顶中。
（a）N=1 （b）N=2
（c）N=4 （d）N=6
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1.4球面网壳
短程线球面网壳
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1.4球面网壳
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。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。
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1.4球面网壳
三向格子型球面网壳
在球面上用三个方向的、相交成60°的大圆构成，或在球 面的水平投影面上，将跨度n等分，再作出正三角形网格，投 影到球面上后，即可得到三向格子型球面网壳。 多用于中、小跨度的穹顶。
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1.4球面网壳
（a）正四面体 （b）正六面体 （c）正八面体 （d）正12面体（e）正20面体 正则多面体
（a）N=1 （b）N=2 （c）N=3 （d）N=4 （e）N=4 弦均分法
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1.4球面网壳
②弧（等角）再分法 将多面体的基本三角形的边进 行二等分或三等分，并从其外接 球中心将等分点投影到球面上。 把投影点连线形成新多面体的 棱（弦），此时原弦长缩小一半 或l/3。 再将此新弦二等分（以后各次 均分都相同），并从外接球中心 通过此新的再分点投影到球面上 。如此循环进行直至划分结束。
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1.2分类
（2）双层柱面网壳的形式-交叉桁架体系
交叉桁架体系基本单元
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1.3柱面网壳
（2）双层柱面网壳的形式-四角锥体系
（a）正放四角锥柱面网壳
（b）正放抽空四角锥柱面网壳
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1.3柱面网壳
（2）双层柱面网壳的形式-四角锥体系
（c）斜放四角锥柱面网壳
（d）棋盘形四角锥柱面网壳
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1.4球面网壳（绘图）
（1）单层球面网壳
肋环型球面网壳
只有经向和纬向杆件。 每个节点只汇交四根杆件，故节点构造简单，节点一般 为刚性连接，承受节点弯矩。 用于中、小跨度的穹顶。
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1.4球面网壳
（a）左斜杆型
（b）左右单斜杆型
（c）双斜杆型
（d）无纬向杆
施威德勒型球面网壳
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1.4球面网壳
（j）过渡12面体（k）正放20~12面组合体（l）斜截六~八面组合体（m）斜截20~12面体 半正则多面体
半正则多面体（第一类：阿基米德体）的面是由二种或三种 正多边形组成，同类型的正多边形相等，其多面角虽不是正则 的，却是相等的，棱长也是相等的，而且可以内接在一个球面 内，但不能外切于一同心球。
（a）N=2 （b）N=4 等弧（等角）再分法
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1.4球面网壳
③等分弧边法 该法与等弧（等角）再分法不同之处是将基本三角形各边
所对的弧直接进行等分，连接球面上各划分点，即求得短程线 型球面网格。 b. 面心划分法
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。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。
（b）双层网壳
（c）三层网壳
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1.1分类
（2）高斯曲率
法截面与曲面相交的曲线，在点处的曲率 称为法曲率。在点处所有法曲率中，有两个 取极值的曲率（即最大与最小的曲率）称为
点主曲率，用k1，k2表示。
k1 k2
1 R1 1 R2
曲面的两个主曲率之积称为曲面在该点 的高斯曲率。
曲线坐标
球面网壳
x2 y2 (z R f )2 R2
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1.1分类
双曲抛物面网壳
双曲抛物面网壳是由一根 曲率向下的抛物线（母线）沿 着与之正交的另一根具有曲率 向上的抛物线平行移动而成。 该曲面呈马鞍形。
复杂曲面网壳 基本形式有柱面的切
割与组合、球面的切割与 组合、双曲抛物面的切割 与组合及柱面与球面的组 合等。
23/37
半正则多面体的基本数据
24/37
1.4球面网壳
短程线 富勒
（a）内接正20面体 （b）等边球面三角形 （c）等角再分 球面划分
（a）三角形
（b）菱形
（c）半菱形 （d）六角形
网格形式
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1.4球面网壳
根据短程线的原理，将正多面体和半正则多面体的基本三 角形均分，从其外接球中心将这些等分点投影到球面上，连接 此球面上所有点构成的网壳，通常都称为短程线网壳。 a．交替划分法 ①均分法
大跨空间结构
网壳结构
内容
1、网壳结构的形式 2、网壳结构的设计 3、网壳结构的稳定性 4、网壳结构的抗震分析 5、网壳结构连续倒塌失效机理
内容
1、网壳结构的形式（绘图） 2、网壳结构的设计 3、网壳结构的稳定性 4、网壳结构的抗震分析 5、网壳结构连续倒塌失效机理
1.1分类
（1）层数
（a）单层网壳
F E V 2
正则多面体面数F，棱数E，顶点数V
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1.4球面网壳
正则多面体的基本数据
21/37
1.4球面网壳
（a）半截四面体（b）斜截六面体（c）平截八面体（d）斜截12面体 （e）斜截20面体 （f）正放六~八面组合体（g）20~12面组合体 （h）六~八面组合体 （i）过渡六面体
8/37
1.2曲面的形成方法
（1）旋转法
（a）圆球面 （b）旋转椭圆球面 （c）旋转抛物面
（d）旋转双曲面 （e）圆锥面 （f）圆柱面
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1.2曲面的形成方法
（2）平移法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（a）柱面
（b）柱状面
（c）劈锥曲面
（d）椭圆抛物面
（e）双曲抛物面
10/37
1.3柱面网壳
（1）单层柱面网壳的形式
（a）单向斜杆型 （b）人字型 （c）双斜杆型（d）联方型 （e）三向网格
K
k1
k2
1 R1
1 R2
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1.1分类
（a）圆锥壳（K=0） （b）双曲面网壳（K>0）（c）单块扭曲面网壳（K<0）
零高斯曲率的网壳有柱面网壳、圆锥形网壳等。 正高斯曲率的网壳有球面网壳、双曲扁网壳、椭圆抛物 面网壳等。
6/37
1.1分类
（3）曲面外形
柱面网壳
x2 (z R f )2 R2