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
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
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。
网壳结构
都能给设计师以充分的创作自由。
应用范围广泛，即可用于中、小跨度的民用和工业建 于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。 筑，也可用
结构的形式
分类方法 单层网壳 按网壳层数： 双层网壳 球面网壳 柱面网壳 按曲面外形： 钢网壳 木网壳 按结构材料： 钢筋混凝土 网壳 组合网壳
双曲扁网壳 扭曲面网壳 单块扭网壳
上海科技馆
上海科技馆是典型的网壳结构在建筑物中轴线上有一由单层网壳和通透 玻璃组成的椭圆球体 大厅，是建筑设计中的重点。球体在整个建筑物中相对独立，与周边 环境脱离，形成一个巨型通透中庭空间。科技馆椭圆形球体结构单层网 壳的长轴67ｍ，短轴51ｍ，椭球体为沿椭圆平面长轴旋转体，削去下半 部分而成。球高42.2ｍ。 球体两侧各开有宽 9ｍ，高16ｍ的大门洞，端部有个宽9ｍ、高5ｍ的小门洞。 网壳结构适合制造中 庭空间，适合客运站 里的候车厅的设计， 而且该结构容易塑造 建筑形态。
Байду номын сангаас •
科技馆网壳结构主要依靠肋向杆件传递地震力，主要反映在肋向杆件 地震轴力系数大于环向杆件；铝网壳的地震效应较钢网壳动力效应明 显，所以在采用铝网壳时，不可因为其质量较轻而忽视地震效应；与 铰支、固支支承相比，在弹性支承条件下，钢、铝两种网壳结构体系 的地震效应均大大减小。
网壳结构
结构特点：网壳结构是一种曲面网格结构，兼有杆系结构构造简单和 薄壳结构受力合理的特点，因而具有跨越能力大，刚度好、材料省、 杆件单一、制作安装方便等特点，是大跨空间结构中一种举足轻重的 结构形式。
优点：网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力 合理，可以跨越较大的跨度。 具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体
单层网壳最大跨度
1）圆柱网壳 L≤25m(30m)
网壳结构案例简单分析
网壳结构案例简单分析网壳结构是一种由连续曲面构成的结构形式，具有稳定性好、强度高、质量轻等优点，广泛应用于建筑、桥梁、体育场馆等工程领域。
下面以建筑领域的网壳结构案例为例进行简单分析。
案例一：深圳大运中心体育馆深圳大运中心体育馆是一座综合性体育馆，采用大跨度、大空间的网壳结构设计。
该体育馆的外形呈现出流线型的造型，整个建筑结构由一个由流线型钢结构和玻璃幕墙组成的半流线型壳体组成。
该体育馆采用了双壳结构设计，内外两层网壳之间通过钢柱连接，形成了稳定的整体结构。
内层网壳主要承担荷载，外层则起到防水、保温和装饰等作用。
该体育馆的网壳结构设计突破了传统结构的限制，实现了大跨度、大空间的结构需求。
网壳结构的采用使得整个建筑结构极为轻盈，给人以开放、流畅的感觉。
同时，网壳结构的外观造型独特，成为该体育馆的标志性建筑，增加了城市的地标性与艺术性。
案例二：中国花卉博览会花卉大厅中国花卉博览会花卉大厅是一座专门展示各种花卉的建筑，采用了网壳结构设计。
该建筑呈现出一个半球形的外形，内部采用由钢桁架支撑的网壳结构。
网壳结构的内侧覆盖着透明的玻璃幕墙，使得室内充满了自然光线，为花卉的生长提供了良好的环境。
网壳结构的外侧则由彩虹色的层叠板构成，形成了美观的外观。
该花卉大厅的网壳结构设计实现了自由曲面的建筑形式，使得内部空间显得开放、明亮。
网壳结构的采用使得整个建筑更加美观、轻盈。
室内外环境的统一，使得花卉展示更加生动。
同时，该建筑的网壳结构还具有良好的承载能力，可以抵御自然灾害。
网壳结构能够通过合理的网格分布来均匀承受荷载，增强结构的稳定性和抗震性能。
此外，网壳结构还具有易于施工、周期短、成本低等优点。
因此，在很多需要大跨度、大空间的建筑领域，网壳结构都得到了广泛应用。
总的来说，网壳结构的优点包括稳定性好、强度高、质量轻、施工周期短等。
通过以上两个案例的分析可以看出，网壳结构在建筑领域中具有很高的适用性，并且能够创造出独特的建筑形式和美观的外观。
第五章网壳结构
二向正交型 双曲抛物面网壳
五．网壳结构的选型
根据跨度大小、刚度要求、平面形状、支承条件、制 作安装以及技术经济指标综合考虑。
1. 双层网壳可采用铰接节点，单层网壳采用刚接节点；
2. 双层网壳适合大中跨度的结构，中小跨度可采用单层 网壳；
3. 跨度大时，宜采用矢高大的球面或柱面网壳；跨度小 时，可选用矢高较小的双曲扁壳或双曲抛物面壳；
矢跨比F/S与耗钢量W的关系
跨度S与耗钢量W的关系
（4）柱面网壳的水平推力
圆柱面网壳由于 环向力的作用而产生 较大的水平推力。水 平推力N的大小也与 矢跨比有关。
水平推力的处理可采用： ① 加水平拉杆； ② 结构落地； ③ 增加下部柱的刚度； ④ 利用下部结构吸收推力。
二．计算方法 网壳结构的分析不仅仅是强度的分析，通
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
（c） 联方型（d）三向网格型（e） 交叉斜杆型
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
第五章 网壳结构
一．网壳结构的形式与选型 二．网壳结构分析 三．网壳结构的杆件设计和节点构造 四．网壳结构的施工和验收
2结构选型-网壳
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。
网壳结构施工方案
网壳结构施工方案1.引言本文档旨在提供一个网壳结构施工方案。
网壳结构是一种现代建筑结构，其特点是轻质、高强度和灵活性。
它被广泛应用于建筑物的屋顶、墙壁和地板等部分。
本文将介绍网壳结构的特点、施工流程和安全措施。
2.网壳结构的特点网壳结构具有以下特点：•轻质：网壳结构采用轻质材料构建，如钢材或合成材料，使得整个结构重量较轻，减轻了建筑物的荷载。
•高强度：由于网壳结构采用密集的网格设计，使得结构具有较高的强度和刚度，能够有效地抵抗外部力的作用。
•灵活性：网壳结构可以根据建筑物的形状和需求进行自由设计和调整，增加了建筑的灵活性和美观性。
3.施工流程下面是网壳结构的施工流程：3.1 准备工作在施工网壳结构之前，需要进行以下准备工作：1.确定设计方案：根据建筑物的需求和结构要求，设计一个适合的网壳结构方案。
2.确定材料：选择适合的材料，如钢材或合成材料，并确保其符合相关标准和要求。
3.准备施工设备：准备所需的施工设备，如吊车、脚手架、焊接机等。
3.2 施工步骤网壳结构的施工步骤如下：1.安装脚手架：在施工现场搭建脚手架，为施工人员提供稳定的工作平台。
2.安装钢结构框架：根据设计方案，将钢结构框架逐步安装到预定位置。
这包括吊装钢梁和柱子，并使用焊接机将其连接起来。
3.安装网壳单元：将预制的网壳单元安装在钢结构框架上。
这些单元可以是平面网壳、曲面网壳或复杂形状的结构。
4.进行连接和焊接：将各个网壳单元之间进行连接和焊接，确保整个结构的稳定性和强度。
5.进行调整和校正：根据实际情况和设计要求，对网壳结构进行调整和校正，以确保其几何形状正确且符合要求。
6.进行防腐处理：对网壳结构进行防腐处理，以延长其使用寿命和保护其表面免受环境腐蚀的影响。
3.3 完工验收在网壳结构完成施工后，需要进行完工验收。
验收包括以下内容：1.结构监测：使用专业测试设备对网壳结构进行质量检测和力学性能测试，以确保其满足设计要求和标准。
2.安全评估：对整个施工过程进行安全评估，检查是否存在安全隐患并采取相应的措施进行改善。
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
第八章 网壳结构
类似于筒壳，端部设置横向端肋拱（横隔），必要时中间也要设。
➢ a)单斜杆柱面网壳：
➢ b)人字形柱面网壳：
杆件数量少，节点构造简单； 刚度差
亦称弗普尔形柱面网壳
➢ c)双斜杆柱面网：
壳杆件数量多；刚度好
➢ d)联方网格柱面网壳：
杆件组成菱形，夹角为30 50
➢ e)三向网格柱面网壳：联方网格
22
8.4 扭网壳结构
8.4.1 单层扭网壳
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
8.4.2 双层扭网壳
构成与双层网壳相似； 形式与单层扭网壳相似。 1、两向正交正放网格的扭网壳 2、两向正交斜放的扭网壳 四川省德阳市体育馆－－两向正交斜放的扭网壳
看台结构：沿射线方向为36对72 个框架
20
大阪穹顶
21
8.4 扭网壳结构
扭网壳为直纹曲面，壳面上每一点都可作为两根相互垂直 的直线。
优点：1、可以采用直线杆件直接形成。 2、负高斯曲壳，可避免其他扁壳所产生的聚焦现 象，能产生良好的室内声响效果。 3、造型轻巧活波，适应性强。
8.4.1 单层扭网壳 8.4.2 双层扭网壳 8.4.3 受力特点
特点：网格大小均匀，内力分 布均匀，刚度好，常用于大跨 度的穹顶中。
d)联方型球面网壳
菱形网格，造型美观
e)三向网格型球面网壳
适用于中，小跨度
f)：短程线型（富勒式）：大中跨度
短程线，指球面上两点之间最短的曲线，这条最短的曲线必定位于 由该点及球心所组成的平面与球面相交的大圆圆周上。正二十面体网格 的边长0.527D，杆件太长，只能根据弧长相等的原则进行二次（三次） 划分，得到的网格称为短程线网格。
网壳结构
§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
3）按曲面外形分类 球面与柱面组合网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳 肋环型球面网壳
±
整体刚度差，适用于中、小型网壳
§1.网壳结构的类型 二、网壳的网格形式
1）球面网壳 施威德勒型球面网壳(Schwedler)
±
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。 当需要计算装配应力时，也应采用空间杆系/梁系有 限单元法，采用的基本原理与计算温度应力时相仿， 即把杆件长度的误差比拟为由温度伸长或缩短即可。
±
可以考虑调整支座类型来考虑释放温度应力
§2.网壳结构设计 三、网壳结构地震作用
±
地震发生时，由于强烈的地面运动而迫使网壳结 构产生振动，受迫振动的网壳，其惯性作用一般来说 是不容忽视的。正是这个由地震引起的惯性作用使网 壳结构产生很大的地震内力和位移，从而有可能造成 结构破坏或倒塌，或者失去结构工作能力。因此在地 震设防区必须对网壳结构进行抗震计算。
第三章
网壳结构
网壳结构
Reticular Shell
网壳结构受力特点
± 网架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。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
–中世纪,木材成为穹顶结构的主要覆盖材料; 到19 世纪, 铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元, 使覆盖大跨 度建筑物成为可能。 – 近代, 钢筋混凝土结构理论的出现及应用使穹顶的厚度 大大降低, 薄壳穹顶受到人们的极大关注, 从而开辟了结 构工程新领域。 1922 年在德国耶拿建造了 土木工程史上第一座钢筋混 凝土薄壳结构----耶拿天文 馆, 其净跨为25m, 顶厚为 60. 3mm, 厚跨比大约为1/ 400.
中国网壳结构的发展
中国网壳结构的发展
– 我国的空间结构在上世纪50年代末较多地采用薄壳结 构、悬索结构，60年代中采用网架结构，80年代较多 地采用网壳结构，直到21世纪,这些比较传统的近代空 间结构,除薄壳结构外,均获得了长期蓬勃的发展,工程项 目遍布全国城镇各地。 – 网壳结构在我国解放初曾有所应用，当时主要是一类 联方型的网状筒壳，材料为型钢或木材跨度在30M左 右，如扬州苏北农学院体育馆、南京展览中心(551厂)、 上海长宁电影院屋盖结构等。
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。
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
250• 感谢阅读Fra bibliotek感谢阅读
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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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图13 施威德勒型球面网壳
3．联方型球面网壳
特点:
(1)、由左斜杆和右斜杆组成菱形网格的网 壳(图14(a))，两斜杆的夹角为30度~50度，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。
（2）、为了增强这种网壳的刚度和稳定性能， 一般都加设纬向杆件组成三角形网格(图14(b))。
3)斜放四角锥柱面网壳
如图ll(c)所示，这类网壳也是由四角锥体系 组合而成，上弦网格正交斜放，下弦网格正交 正放.
4)棋盘形四角锥柱面网壳
如图11(d)所示，这类网壳是在正放四角锥 柱面网壳的基础上，除周边四角锥不变外．中 间四角锥间隔抽空，下弦正交斜放，上弦正交 正放。
图11 双层柱面网壳的网格形式
部分网格呈梯形。由于它的杆件种类少，每个 节点只汇交四根杆件，故节点构造简单，但是 节点一般为刚性连接，承受节点弯矩。
图12 肋环型球面网壳
2．施威德勒型球面网壳
这种网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成， 是肋环型网壳的改进型。设置斜杆的目的是为 了增强网壳的刚度并能承受较大的非对称荷载。
斜杆布置方法主要有：左斜单斜杆、左右 斜单斜杆、双斜杆和无纬向杆的双斜杆。
(2)平移法
由一平面曲线(母线)在空间沿着另两根(或 一根)平面曲线(导线)平行移动而形成的曲面， 称为平移曲面。如图8所示 。
图7 旋转曲面
图8 平移曲面
二、柱面网壳
1．单层柱面网壳的形式
按网格形式划分，主要有以下几种形式。
(1) 单向斜杆型柱面网壳
做法: 如图9(a)所示，首先沿弧等分弧长，通 过横线，形成方格，最后每个方
如图9(e)所示，三向网格可以理解为联方型 网格再加上纵向杆件使菱形变为三角形。
图9 单层柱面网壳的网格形成
2.双层柱面网壳的形式
主要有交叉桁架体系和四角锥体系 (1)交叉桁架体系
单层柱面网壳的各件形式均可成为交叉 桁架体系的双层柱面网壳，每个网片形式如
图10所示。
图10 交叉桁架体系基本单元
(2)四角锥体系
图6 双曲抛物而网壳
(4)复杂曲面网壳
网壳结构可根据建筑平面、空间和功能的 需要，通过对某种基本曲面的切割与组合，可 以得到任意平面和各种美观、新颖的复杂曲面。 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。
4.曲面的形成方法
(1)旋转法
由一根平面曲线作母线，绕其平面内的 竖轴在空间旋转而形成的一种曲面，该种曲面 称为旋转曲面。如图7所示。
曲率半径用Rl，R2表示，它们之间的关系为 :
图2 曲线坐标
曲面的两个主曲率之积称为曲面在该点的高斯曲 率，用K表示 :
网壳按高斯曲率划分有以下三种
(1)零高斯曲率的网壳
零高斯曲率是指曲面一个方向的主曲率 半径R1=∞,即K1=0; 而另一个主曲率半径 R2=a或-a(a为某一数值),即K≠0, 故又称为 单曲网壳. 如图3(a)所示。
3 网壳结构
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
四角锥体系的柱面网壳形式主要有四种
1)正放四角锥柱面网壳
如图11(a)所示，由正放四角锥体按一定规 律组合而成，杆件种类少，节点构造简单，是 目前最常用的形式。
2)正放抽空四角锥柱面网壳
如图11(b)所示，这类网壳是在正放四角锥 柱面网壳的基础上，适当抽掉一些四角锥单元 体件的腹杆和下弦杆．适用于小跨度、轻屋面 荷载。
（1）柱面网壳
柱面网壳是由一根直线沿两根曲率相同的曲 线平行移动而成, 如图4所示。根据曲线形状不 同，有圆柱面网壳、椭圆柱面网壳和抛物线柱 面网壳
图4 柱面网壳
(2)球面网壳 球面网壳是由一母线(平面曲线)绕z
轴旋转而成, 如图5所示。
图5 球面网壳
(3)双曲抛物面网壳
双曲抛物面网壳是由一根曲率向下(K1＞o) 的抛物线(母线)沿着与之正交的另一根具有曲 率向上(K2＜0）的抛物线平行移动而成。该曲 面呈马鞍形，如图6所示。其高斯曲率K＜O， 适用于矩形、椭圆形及圆形平面。
(2)正高斯曲率的网壳
正高斯曲率是指曲面的两个方向主曲率 同号, 均为正或均为负,即K1*K2>0,
如图3(b)所示
(3)负高斯曲率的网壳 负高斯曲率是指曲面两个主曲率符号相
反, 即K1*K2<0, 这类曲面一个方向是凸面, 一个方向是凹面. 如图3(c)所示。
图3 高斯曲率网壳
3．按曲面外形划分
格加斜杆，形成单向斜杆型柱面网壳.
(2)人字型柱面网壳
如图9(b)所示，与单向斜杆型网壳的不同
之处在于斜杆布置成人字形。
(3)双斜杆型柱面网壳
如图9(c)所示，每个方格内设置交叉斜杆， 以提高网壳的刚度。
(4)联方型柱面网壳
如图9(d)所示，其杆件组成菱形两格，杆 件夹角为30度~50度。
(5)三向网格
(3）、这种网壳在非常大的风载及地震灾 害作用下仍具有良好的性能，可用于大、 中跨度的弯顶。
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)
(a)单层网壳
(b)双层网壳
(c)三层网壳
图1 按层数划分的网壳结构
2．按高斯曲率划分
设通过网壳曲面S上的任意点P作垂直于切平 面的法线Pn。通过法线Pn可以作无穷多个法截 面，法截面与曲面S相交可获得许多曲线，这些 曲线在P点处的曲率称为法曲率,用Kn表示。在 P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P点主曲率，用K1，K2 表示。两个主曲率是正交的，对应于主曲率的
三、球面网壳
球面网壳结构也是目前常用的形式之 一．可分单层与双层两大类。
(一)单层球面网壳
按网格形式划分主要有7种，即肋环型、施 威德勒型(SchwedIer)、联方型、凯威特型 (Kiewitt)、短程线型、三向网格及两向格子型。
1．肋环型球面网壳
肋环型球面网壳是从肋型穹顶发展起来的。
特点: 肋环型网壳只有经向和纬向杆件，大