结构选型7-网壳结构
第五章网壳结构
高斯曲率：正高斯曲率、零高斯曲率、负高斯曲率
曲面外形：旋转曲面壳、移动曲面壳、组合曲面壳
层数：单层网壳、双层网壳
一．壳体的基本曲面：
典型曲面（几何学曲面）
不论其曲面形式如何，总可以用几何学方程表达。
非典型曲面
不易用几何学方程表达的曲面。
网壳结构中常用的形式有：
二．柱面网壳 柱面网壳按其支承情况和长度分为短壳 （ L/R0.5 ） 、 中 长 壳 （ 0.5<L/R2.5 ） 、 长 壳
单斜杆型与交叉斜杆型相比，前者杆件数量少， 杆件连接易于处理，但刚度稍差，适于小跨度、小 荷载网架；
联方网格杆件数量最少，杆件长度统一，节点 上只有四个杆件，节点构造简单，刚度较差； 三向网格刚度最好、杆件数量较少。
悉尼国际水上运动中心
2. 双层柱面网壳
正放四角锥
抽空四角锥
斜置正放四角锥
三角锥柱面网壳
网壳结构几何尺寸选用范围
壳型
平面尺寸
矢高 f f 1 1 ~ B 3 6
纵边落地时，
双层壳厚度 h
h 1 1 ~ B 20 50
单层壳跨度
L≤30m 纵边落地时， B≤25m
圆柱面壳
B/L≤1
f 1 1 ~ B 2 5 f 1 1 ~ D 3 7
球面壳 周边落地时，
f 3 D 4
3. • • •
曲面形状 双曲型的曲面的稳定性优于单曲型的曲面 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。
2. 初始缺陷 网壳结构的初始缺陷包括： • 结构外形的几何偏差（网壳安装完成后 的节点位置与设计理想坐标的偏差）， 是影响结构整体稳定的主要缺陷，其他 在截面设计中都有所考虑。 • 杆件的初弯曲 • 杆件对节点的初偏心 • 由于残余应力等引起的初应力 • 杆件的材料不均匀性 • 外荷载作用的偏心
建筑结构选型------- 网架结构
平板网架的结构体系及其形式
• 三角锥网架 刚度特点及应用： 刚度较差，适用于屋
2.抽空三角锥网架
盖荷载较轻、跨度较 小的情况。
3.蜂窝形三角锥网架
组成特点： 上弦杆仍呈正三角形， 下弦杆则随抽锥方式 的不同而呈三角形、六边形等多种图案。 经济效果： 因杆件数与节点 数都比三角锥网架少，所以 用钢量也较少。
A.刚度好，内力均匀 B.杆件短，钢材强度得到充分发挥 C.杆件细，球铰小，节约钢材
3. 多层（弦杆）网架缺点
A.杆件和节点数量增多，增加了安装工作量 B.交汇杆件增多，球铰变大，杆件交角变小
4. 克服多层（弦杆）网架缺点的办法
局部单元抽空，加大中间弦杆间距
5. 多层（弦杆）网架工程实例
见右图 我国首都机场波音747机库
三角锥单元体
组成特点： A.由倒置的三角锥排列而成，其上下 弦杆 形成的网格图案均为正三角形; B.如果网架的高度h=s· SQRT(2/3)(s为弦杆 长度)，则 网架的全部杆件均等长； C.锥体间为角-角相连。 受力及刚度特点： 三角锥网架受力比较均匀，整体刚度也较 好。 应用： 一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物。
• 周边支承网架
2.结构选型
C.结构选型
三向网架
圆形或多边形的周边支 承网架，当荷载和跨度 较大时，应选用刚度较 好的右图两种方案
三角锥网架
网架结构的受力特点及其选型
• 四点及多点支承网架
1.受力特点
正交正放方 案因传力路 径较短而受 力更佳
2.结构选型
点支承宜选 用正交正放 方案
正交斜放
正交正放
2.影响因素
主要为跨度，还有荷载大小、节点 形式、平面形状、支承条件、起拱 因素、建筑功能与造型等
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
建筑结构选型总复习、作业及答案
建筑结构选型总复习、作业及答案第一章梁1.梁按支座约束分为：静定梁和超静定梁，根据梁跨数的不同，有单跨静定梁或单跨超静定梁、多跨静定梁或多跨连续梁。
2.简述简支梁和多跨连续梁的受力特点和变形特点？答：简支梁的缺点是内力和挠度较大，常用于中小跨度的建筑物。
简支梁是静定结构，当两端支座有不均匀沉降时，不会引起附加内力。
因此，当建筑物的地基较差时采用简支梁结构较为有利。
简支梁也常被用来作为沉降缝之间的连接构件。
多跨连续梁为超静定结构，其优点是内力小，刚度大，抗震性能好，安全储备高，其缺点是对支座变形敏感，当支座产生不均匀沉降时，会引起附加内力。
（图见5页）3.悬挑结构的特点：悬挑结构无端部支撑构件、视野开阔、空间布置灵活。
悬挑结构首要关注的安全性是：倾覆、承载力、变形等。
4．抗倾覆力矩/倾覆力矩>1.55.悬挑结构倾覆力矩的平衡方式：上部压重平衡；下部拉压平衡；左右自平衡；副框架平衡第二章桁架结构1.桁架结构的组成：上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖腹杆2.桁架结构受力计算采用的基本假设：（1）组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线（轴线）都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面。
（2）桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点。
（铰接只限制水平位移和竖向位移，没有限制转动。
）（3）所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中作用于节点上（节点只受集中力作用）3.桁架斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有何关系？答：斜腹杆的布置方向对腹杆受力的符号（拉或压）有直接的关系。
对于矩形桁架，斜腹杆外倾受拉，内倾受压，竖腹杆受力方向与斜腹杆相反，对于三角形桁架，斜腹杆外倾受压，内倾受拉，而竖腹杆则总是受拉。
（图见11页）4.按屋架外形的不同，屋架结构形式有几种？答：三角形屋架，梯形屋架，抛物线屋架，折线型屋架，平行弦屋架等。
5.屋架结构的选型应从哪几个方面考虑？答：（1）屋架结构的受力（2）屋面防水构造；（3）材料的耐久性及使用环境；（4）屋架结构的跨度。
建筑结构选型
建筑结构选型一：桁架结构桁架结构（Truss structure）中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。
桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。
由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。
案例：南京国际展览中心工程概况：南京国际博览中心建筑面积36万平方米，其中展览面积17万平方米，总国际标准展位6000个，室外展览面积3万平方米，停车位2500个。
会议中心包括5000平方米的多功能厅，800人报告厅，20间大小会议室，19间各式餐厅和一幢500间客房的4星级国际酒店。
其他配套设施包括240间客房的经济型酒店，8200平方米办公服务设施等。
结构形式及特点：国展中心的二层展厅是一个长243m ,宽75m 的无柱大空间,屋面呈弧形,南北两端主入口各有15m悬挑,西侧又有14m 悬挑。
为了实现建筑功能要求,经过多方案的比较,最终选定了采用钢管拱架、檩架的结构方案。
27m ×75m 的柱网,纵向27m 跨的檩架承担檩条、压型钢板轻钢屋面荷载,南北两端檩架各向外悬挑15m。
横向跨度75m ,上弦半径125m 的弧形拱架支承檩架,拱架高端悬挑14m ,最终形成结构新颖、气势宏伟的展览大空间(如图1 ,2 所示) 。
结构布置时,采取了多种措施来增加屋面的空间刚度,以保证结构稳定,传力可靠。
拱架的横截面是宽415m、高5m 的倒三角形(图6) 。
弦杆最大为<480 ×25 ,最小为<402 ×15 ,腹杆最大为<194 ×20 ,最小为<133 ×5 。
檩架的横截面是宽4188m、高3m 的倒三角形。
三角形的每个面又都由弦杆、腹杆组成的小三角形平面桁架构成,拱架、檩架本既是几何不变的空间结构,刚度也很好,又便于设备管道、马道等在其中穿行。
单元划分时,使拱架与檩架的划分相呼应。
檩架上弦藉助拱架腹杆是拉通的,下弦除两端悬挑部分是拉通的以外,均做成与拱架下弦节点连接,产生空间作用。
07网壳结构汇总
❖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。
网壳结构
影响网壳结构静力特性的因素很多，主要有：结构的 几何外形、荷载类型及边界条件等。 网壳的类型和形式很多，型式不同的网壳，结构的变 形规律及内力分布规律相差甚远。即使是同一种型式的 网壳，当几何外型尤其是矢跨比不同时，都将有不同的 结构反映。此外，网壳结构是一类边界条件敏感型的结 构，边界约束条件的细微变化将有可能使结构的静力性 能产生相当的变化。
球
凯威特型球面网壳
面
短程线球面网壳
网 壳
交叉桁架体系
双层球 角 肋环型四角锥球面网壳 面网壳 锥 联方型四角锥球面网壳
体 联方型三角锥球面网壳 系 平板组合式球面网壳
肋环型球面网壳
适于中小跨度
联方型球面网壳— — 无纬向杆
联方型球面网壳—— 有纬向杆
适于大中跨度
斯威德勒型球面网壳（肋环斜杆型）
适于大中跨度
L≤30m 纵边落地时，
B≤25m
D≤60m
L2≤40m
L1 / L2 1.5
f 、f 1 ~ 1 h 1 ~ 1 L1 L2 2 4 L2 20 50
L2≤50m
L1 / L2 1.5
f1 、f 2 1 ~ 1 L1 L2 4 8
h 11 ~
L2 20 50
L2≤50m
第二节 网壳结构分析
单斜杆柱面网壳
单层 弗普尔柱面网壳
柱面 交叉斜杆型柱面网壳
柱 网壳 联方网格型柱面网壳
面
三向网格型柱面网壳
网
壳
双层
交叉桁架体系 正放四角锥柱面网壳
柱面 网壳
四角锥 体系
抽空正放四角锥柱面网壳
斜置正放四角锥柱面网壳
网壳结构 结构选型共20页文档
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
网壳结构 结构选型
网壳结构
概述 网壳结构的分类 网壳结构的杆件与节点 网壳结构选型 网壳结构的工程实例
概 述
网壳结构是按一定规律布置的杆件通过节点连接 而成的曲面状空间杆系结构
网壳结构的分类
网壳结构按杆件和布置方式和层数划分， 可分为单层网壳、双层网壳和三层网格壳。 网壳结构按照曲面形式分类可以分为单曲 面和双曲面两种。 网壳结构可采用圆柱面、球面、双曲抛物 面、椭圆抛物面等曲面形式，也可以采用 各种组合曲面形式。
网壳的支座节点
网壳的支座节点应采用传力可靠、连接简单的构造形式， 并应符合计算规定。
1.固定铰支座 固定铰支座容许节点可以转动而不能产生线位移，它只能传递轴向力和剪力，而 不能传递弯矩和扭矩，因此固定铰支座适用于仅要求传递轴向力和剪力的单层或 双层网壳的支座节点
。
2.弹性支座
弹性支座可以用于节点需要在水平方向产生一定弹性变形并且能转动的网壳支座 节点，如图 一般用于对水平推力有限制或者需要释放温度应力的网壳结构中。
而成的，主要有三角锥、抽空三角锥、蜂窝型三角锥网壳等。
网壳结构的杆件与节点
网壳结构的杆件
网壳结构的杆件可以采用采用普通型钢或薄壁型钢，管材宜采用 高频焊管或无缝钢管，当节点有：焊接空心球节点、螺旋球节点、嵌入式毂（gǔ)
节点等几种。详细的介绍及构件要求请参照课本P77-P78
进行球面划分时需注意以下两个方面： ①杆件规格尽可能少，以便制作与装配。 ②形成的结构必须是几何不变体系。
（3）单层双曲抛物面网壳。单层双曲抛物面网壳是外形为双曲抛物面的单层网壳 结构，采用三向网格，其中两个方向杆件沿直纹布置，也可以采用两向正交网格， 杆件沿主曲率方向布置，局部区域可加设斜杆。 单层球面网壳结构可采用肋环形、肋环斜杆形（又称为施威特勒形）。三向网格、 扇形三向网格（凯威特型）、葵花形三向网格、短程线性等形式。 （4）单层椭圆抛物面网壳。单层椭圆抛物面网壳是外形为椭圆抛物面的网壳结构， 可采用三向网格、单向斜杆正交正放网格、椭圆底面网格等形式。如图所示
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。
建筑结构选型-第七章 网壳结构
1）按几何组成 规律分类
a、交叉桁架体 系双层筒网壳;
b、四角锥体系 双层筒网壳; c、三角锥体系 双层筒网壳。
图7-2-3 双层筒网壳的形式
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.2 双层筒网壳
图7-2-4 北京体育大学网球竞技馆
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.2 双层筒网壳
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.3 筒网壳结构的支承 2）四边支承与多点支承 四边支承或多点支承的筒网壳结构可分为短壳、长壳和 中长壳。 筒网壳的受力同时有拱式受压和梁式受弯两个方面，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。 短网壳的拱式受压作用比较明显，而长网壳表现出更多的 梁式受弯构件，中长壳的受力特点则界于两者之间。由于 拱的受力性能要优于梁，因此在工程中多采用短壳。 长网壳结构时，可在筒网壳纵向的中部增设加强肋。
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.3 筒网壳结构的支承
如黑龙江省展 览馆某屋盖，采用 了三向单层筒网壳 结构。网壳的波长 S=20.72m，跨度 L=48.04m，矢高为 6m。在跨度方向中 间设了两个加强拱 架，将长壳转化为 两个短壳，如图所 示。
图7 -2 -6 黑龙江省展览馆某网壳屋盖 （a）网壳平面图；(b)边拱架；(C)加强拱架
图7-2-5 正放四角锥形双层网壳结构实例
第7章 网壳结构 7.2 筒网壳结构 7.2.2 双层筒网壳
（2）按弦杆布臵方向分类 与平板网架一样，双层筒网壳主要受力构件为上、下弦杆，因此可按 上、下弦杆的布臵方向分成三类。
1）正交类双层筒网壳：正交类双层筒网壳的上、下弦杆与网壳
的波长方向正交或平行。图中两向正交正放、折线形、正放四角锥、 正放抽空四角锥网壳等属于这一类结构。
工程结构与力学总结
第一章——xx悬挑结构1、梁的分类：①按材料分类：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢—钢筋混凝土混合梁等②按截面形式分类：石梁的截面一般为矩形；木梁的截面为圆形和矩形；钢梁为工字形、槽形，跨度较大时为箱形；钢筋混凝土梁有扁梁、花篮梁、T型梁、工字梁、空腹梁；较大跨度的梁有双坡薄腹梁、鱼腹梁、空腹梁③按支座约束条件分类：静定梁、超静定梁（根据跨数不同，有单跨静定梁、单跨超静定梁、多跨静定梁、多跨超静定梁）第二章——桁架结构1、桁架结构：①组成杆件：斜腹杆、上弦杆、竖腹杆、下弦杆2、屋架结构形式：①按使用材料的不同，可以分为：木屋架、钢—木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土—钢组合屋架等②按屋架外形的不同，有：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线形屋架、平行弦屋架等③根据结构受力的特点及材料性能的不同，有：桥式屋架、无斜腹杆屋架或刚接桁架、立体桁架3、适用范围：①木屋架：形式有豪式木屋架，一般分三角形和梯形。
三角形屋架的内力分布不均匀，支座处大而跨中小。
一般适用于跨度在18m以内的建筑中。
三角形屋架的坡度大，适用于屋面材料为黏土瓦、水泥瓦及小青瓦等要求排水坡度较大的情况②钢木组合屋架：形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架、下折式屋架。
适用跨度视屋架结构的外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般为12~18m，对于梯形、折线形等多边形屋架，跨度可达18~24m③钢屋架：形式有三角形钢屋架、梯形钢屋架、矩形（平行弦）钢屋架。
三角形屋架用于屋面坡度较大的屋盖结构中；梯形屋架用于屋面坡度较小的屋盖中；矩形屋架不宜用于大跨度建筑中，多用于托架或支撑系统。
④轻型屋架：有三角形屋架、。
三角拱屋架、梭形屋架。
三角形屋架和三铰拱屋架用于斜坡屋面，屋面坡度通常取；梭形屋架的屋面坡度较平坦，取；轻型钢屋架适用于跨度<=18，柱距4~6m,设置有起重量<=50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度<=18m的民用房屋⑤混凝土屋架：有梯形屋架、折线形屋架、拱形屋架、无斜腹杆屋架等。
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。
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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。
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。
§2.网壳结构设计 五、网壳结构的稳定计算
临界荷载及设计准则
用非线性理论分析网壳稳定性时，关键是临界荷载 的确定。确定临界荷载最常用的方法就是取结构刚度矩 阵[K]的行列式之值等于零作为确定临界荷载的准则
det K 0
这是一个常用而且可靠的条件，刚度矩阵[K]则应 包含所有的非线性因素,使det|K|=0时对应的荷载即 为临界荷载 {P}cr
1）球面网壳 联方型球面网壳 三向网格球面网壳
适用于大、中型网壳
受力性能好，外形美观 适用于大、中型网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳
凯威特型球面网壳（Kiewitt）
K6型,4分频 K8型,4分频 网格大小匀称，内力分布均匀，适用于大、中型网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳 短程线型球面网壳
网格大小匀称，受力性能好，适用于矢高比较大或超半球形网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳
短程线型球面网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
2）柱面网壳 单斜杆型柱面网壳
弗普尔型柱面网壳
刚度较差，适用于中、小型网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
六、杆件、节点和支座设计和构造 3 杆件的容许最小截面尺寸
参照《网架结构设计与施工规定》(JGJ7—91)规 定，网壳杆件的最小截面尺寸为：
1) 普通角钢不宜小于L50x3 2) 钢管不宜小于Ф48x2 3) 跨度较大的网壳，宜不小于Ф60x3
六、杆件、节点和支座设计和构造 4 杆件设计
一、杆件的截面选择原则 1) 每个网壳所选截面规格不宜太多，一般较小跨度网 壳以2-3种规格为宜，较大跨度网壳也不宜超过6-7种 2) 宜选用厚度较薄截面，使杆件在同样截面条件下， 可获得较大回转半径，对杆件受压有利
单角钢适用受力较小的腹杆 H型钢适用受力较大弦杆
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
双层网壳杆件计算长度系数
┌─────────┬─────┬─────────────┐ │ │ │ 腹 杆 │ │ 连接形式 │ 弦 杆 │ │ │ │ ├──────┬──────┤ │ │ │ 支座腹杆 │ 其他腹杆 │ ├─────────┼─────┼──────┼──────┤ │ 螺栓球节点 │ 1 │ 1 │ 1 │ ├─────────┼─────┼──────┼──────┤ │ 焊接空心球节点│ 0．9 │ 0．9 │ 0．9 │ ├─────────┼─────┼──────┼──────┤ │ 板节点 │ 1 │ 1 │ 0．9 │ └─────────┴─────┴──────┴──────┘
网 壳 结 构
Reticular Shell
网壳结构
Reticular Shell
网壳结构受力特点
网壳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
网壳结构
Reticular Shell
Reticular Shell
§2.网壳结构的设计 二、网壳结构温度作用 三、网壳结构地震作用 四、网壳结构装配应力
五、网壳结构的稳定计算 六、杆件、节点和支座设计和构造
§2.网壳结构设计
一、基本荷载 永久荷载 1. 网壳自重（程序自动计算） 2. 屋面板（包括连接檩条） 3. 吊顶材料自重 4. 悬挂设备、管道等自重
椭圆抛物面
柱面网壳
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
3）按曲面外形分类 双曲抛物面网壳 双曲抛物面之组合
矩形平面
菱形平面
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
3）按曲面外形分类
球面切割网壳(三角形)
球面切割网壳(六边形)
§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
只要将单层网壳中每 个杆件，用平面网片来 代替，即可形成双层球 面网壳，网片竖杆是各 杆共用，方向通过球心
二、网壳的网格形式
4）双层球面网壳的形式 肋环型四角锥球面网壳
二、网壳的网格形式
4）双层球面网壳的形式 联方型四角锥球面网壳
二、网壳的网格形式
4）双层球面网壳的形式 联方型三角锥球面网壳
网壳结构受力特点
网壳在制作和拼装方面技术要求比网架高
(1)制造精度要求更高
(2)节பைடு நூலகம்和杆件在空间交汇角度必须计算准确
(3)拼装时必须精确地测量和控制节点坐标
钢筋混凝土薄壳结构工程实例
钢筋混凝土薄壳结构工程实例
钢筋混凝土薄壳结构工程实例
网壳结构
Reticular Shell
§1.网壳结构的类型 一、网壳的分类
二、网壳的网格形式
4）双层球面网壳的形式 平板组合式球面网壳
二、网壳的网格形式
5）双层柱面网壳的形式 交叉桁架体系
只要将单层网壳中每个杆件，用平面网片 来代替，即可形成双层柱面网壳
二、网壳的网格形式
5）双层球面网壳的形式 正放四角锥柱面网壳
杆件类型少，节点构造简单，刚度大，是目前 最常用形式之一
§2.网壳结构设计 五、网壳结构的稳定计算
网壳是一种缺陷敏感性结构，初始缺陷将明显地 降低网壳的临界荷载。许多试验和理论分析也证实 结构外形的几何偏差会降低临界荷载30％—40％。 由于初始缺陷除了结构外形的几何偏差以外，还有 其他多种类型，这些类型初始缺陷的影响虽不如几 何偏差显著，但也或多或少地会降低临界荷载，因 此建议临界荷载的设计值
c)不等肢角 d)单角钢 e)H型钢 f)方管
圆管截面具有回转半径大和截面特性无方向性等特点，是 目前最常用截面形式,圆钢管截面有高频电焊钢管及无缝钢管 两种。在设计中应尽量采用高频电焊钢管，较无缝钢管造价便 宜且管壁较薄。
六、杆件、节点和支座设计和构造
1 杆件材料和截面形式
薄壁方管截面具有回转半径大、两个方向回转半 径相等的特点，是一种较经济截面，应用还不广泛
单根杆件失稳是网壳中经常发生的局部失稳现象， 点失稳则是另一种局部失稳现象。网壳的整体失稳 往往是从局部失稳开始并逐渐形成的
§2.网壳结构设计 五、网壳结构的稳定计算
影响网壳稳定性的因素极其复杂，除所用材料的 物理特性如弹性模量、强度和结构的几何形体组 成，杆件的截面尺寸、支承条件以及荷载类型外， 还与结构的初始缺陷和对网壳稳定性进行分析所 采用的方法有关。 结构的初始缺陷包括：结构外形的几何偏差、杆件 的初弯曲、节点的初偏心、杆件的材料缺陷以及杆 件和节点中的残余应力等等。由于网壳是一种缺陷 敏感性结构，初始缺陷的存在将会明显地降低网壳 的稳定性。
二、网壳的网格形式
5）双层球面网壳的形式 抽空正放四角锥柱面网壳
适用于小跨度、轻屋面，网格数应为奇数
二、网壳的网格形式
5）双层球面网壳的形式 斜置正放四角锥柱面网壳
二、网壳的网格形式
5）双层球面网壳的形式 三角锥柱面网壳
二、网壳的网格形式
5）双层球面网壳的形式 抽空三角锥柱面网壳
网壳结构 一、基本荷载
2）柱面网壳 双斜杆型
联方型