07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。
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第11章 网壳结构 新
北京石景山体育馆
扭网壳
一、单层扭网壳
二、双层扭网壳
第五节 其他形式的网壳结构
结合椭圆抛物面网壳结构
黑龙江速滑馆
网壳的中央柱面壳部分采用正放四角锥体系 两端球面壳部份采用三角锥体系
青岛大学体育馆
汉中体育馆
优点：受力性能好，内力分布均匀， 传力路线短，刚度大，稳定性好
实例分析
大兴西红门直径21m
加拿大国际博览会美国馆 1967
富勒
二、双层球网壳
由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成；其形 成与单层网壳相同
天津体育馆
天津体育馆
天津体育馆
第四节 扭网壳结构
一、单层扭网壳 二、双层扭网壳
第三节 球网壳结构
球面划分的依据： 杆件规格尽可能少，以便制作与装配 形成的结构必须是几何不变体
一、单层球网壳
肋环型网格 施伟特勒型网格
联方型网格
凯威特型网格 三向网格 短程线型网格
肋环型网格
只有径向杆和纬向杆，网格呈四边形，似蜘蛛网
施伟特勒型网格
由径向网肋、环向网肋和斜向网肋构成
二、双层筒网壳
二、双层筒网壳 a、平面体系双层筒网壳
b、四角锥体系双层筒网壳 c、三角锥体系双层筒网壳
三、筒网壳结构的支承
1、两对边支承 a、筒网壳以跨度方向为支座 解决拱脚推力的办法？ b、筒网壳在波长方向为支座 2、四边支承或多点支承
筒拱结构
同济大学大礼堂
同济大学大礼堂
国家大剧院
武汉杂技厅
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） 双曲面：球网壳／扭网壳
网壳结构简介
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)
网壳结构建筑结构选型 第8章
图2-3 双层筒网壳的形式
Central South University of Forestry & Technology
网壳结构 2 筒网壳结构 2.2 双层筒网壳
图2-4 北京体育大学网球竞技馆
Central South University of Forestry & Technology
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
Central South University of Forestry & Technology
Central South University of Forestry & Technology
网壳结构 2 筒网壳结构 2.1 单层筒网壳
悉尼国际水上运动中心
Central South University of Forestry & Technology
网壳结构 2 筒网壳结构 三向网格型 2.1 单层筒网壳 • 增强结构刚度措施：
• 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。
• 2）斜交类双层筒网壳：斜交类双层筒网壳的上、下
弦杆与网壳的波长方向可形成任意夹角。只有两向斜交 斜放网壳属于这一类结。
• 3）混合类双层筒网壳：混合类双层筒网壳的部分弦
四角锥体系 三角锥体系
网壳结构建筑
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 利用仿生原理, 人类得以更好地理解和发展空间结构。 古代的人类为了有一个好的生存空间, 常常以树枝为骨 架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布 匹代替稻草, 即现在常见的帐篷。经过长期的工程实践, 人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间, 而且 所耗用的材料也比较经济。穹顶的发展与建筑材料的 发展是密切相关的。建于公元120~ 124 年的罗马万神 庙是早期穹顶的典型代表, 该穹顶基面为44m 的圆。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 现代, 优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳 发展的一个重要因素。
– 钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点, 但经过若干年工 程实践, 工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点: 钢筋混 凝土薄壳施工时需要架设大量模板, 工作量很大, 施工速 度较慢, 工程造价高。因而人们对之逐渐丧失兴趣, 开始 寻求新的结构构造形式。随着铁、钢材、铝合金等轻质 高强材料出现及应用, 富有想象力的工程师开始了对穹 顶结构各种杆件形式网壳的发展。
网壳结构建筑
中国网壳结构的发展
网壳结构建筑
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。
结构设计攻略之网壳结构完美设计法
结构设计攻略之网壳结构完美设计法1、网壳是什么网壳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。
此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。
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。
2、网壳的发展史网壳结构的雏形——穹顶结构。
在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。
其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。
古代的人类通过详细观察，利用仿生原理，为了有一个更好的生存空间，常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来模仿如蛋壳、鸟类的头颅、山洞的，搭造穹顶结构，即最初的帐篷。
随着建筑材料的发展，穹顶的石料，后面逐渐被砖石取代。
穹顶的跨度一般不大，在30m~40m左右，其中建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表。
到19世纪，铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元，近代钢筋混凝土结构理论的出现及应用开辟了大跨度薄壳穹顶的新领域。
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。
耶拿天文馆随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用,富有想象力的工程师开始了对穹顶结构使用各种杆件形式。
公认的“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用, 他在薄壳穹顶的基础上提出了一种新的构造型式,即把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线,并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,这样穹顶表面的内力分布会更加均匀,结构自身重量也会进一步降低,从而可跨越更大空间。
这样的穹顶结构实际上已是真正的网壳结构,即沿某种曲面有规律的布置大致相同的网格或尺寸较小的单元,从而组成空间杆系结构。
施威德勒网壳3、已建成的网壳赏析富勒球1962年11月13日，经过百般周折，加拿大终于获得1967年蒙特利尔世博会的举办权。
第七章网壳结构
第七章网壳结构⏹2008.8.月启用全国最大跨度的青岛火车站网壳结构无柱风雨棚。
⏹中央电视台一号演播大厅工程二、网壳的分类：1、按材料分：（1）、钢筋混凝土网壳：（3）、铝合金网壳自重轻，耐腐蚀，强度高，易制作和安装，欧美国家大量采用。
单层网壳双层网壳⏹例1同济大学礼堂：平面尺寸40X56m，矢高8～8.5m⏹例2：上海某中学体育馆：30mx50m，矢高8m。
采用了三向单层筒网壳结构。
网壳沿波长方向划分14格，形成的网格为等腰三角形。
网壳两端山墙处及离一端10m处共有三列柱子，作为网壳的支承，在纵向40m长度内，每隔10m，增加一道由杆件组成的加强拱肋，以提高结构稳定性。
网壳的水平推力依靠建筑物自身的刚度和适当放大檐口断面尺寸来承受，通过设置大天沟，，把网壳的水平推力集中传到两端山墙。
2、按弦杆布置方向分类A、正交类双层筒网壳B、斜交类双层筒网壳：C、混合类双层筒网壳：三、筒网壳的受力特性1、双层筒网壳的传力--与上下弦杆的布置方向有关1）正交类：外荷主要由波长方向的弦杆承担，纵向弦杆内力小，以拱作用为主，网壳内的内力分布均匀，传力路线短。
2）斜交类：外荷载沿着与波长有夹角的斜向拱卸荷。
通常，最大内力集中在对角线方向的“主拱”上。
3）混合类：受力复杂。
2、结构的受力—与其支承条件有关（1）对边支承时：A、跨度方向支承时，即成为筒拱结构。
B、波长方向支承时，网壳以纵向梁的作用为主。
梁式筒网壳的纵向两侧边应设侧边构件（2）四边支承或多点支承：拱式受压与梁式受弯的受力状态同时出现。
⏹短网壳时，拱式受压作用明显；⏹长网壳时，梁式受弯的特征明显；⏹中长网壳，则介于两者之间。
⏹由于拱的受力比梁的受力性能好，因此，工程中多采用短网壳，若必须是长网壳时，可沿筒网壳的纵向的中间加设加强肋，把长网壳分成若干个短网壳。
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
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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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
联方网格型筒网壳
受力明确
屋面荷载从两个斜向拱的方向传至基础；
室内呈菱形网格，美观大方 稳定性较差； 每个节点连接的杆件数少， 故常采用钢筋混凝土结构； 施工安装方法均为预制杆 件高空拼装并现浇节点混 凝土。
7.2.3 双层筒网壳的受力特点
两对边支承——筒拱结构
当筒网壳结构以跨度方向为支座时，即为筒拱结 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。
7.2.3 双层筒网壳的受力特点
两对边支承——筒拱结构
拱脚推力可采用以下四种方案解决： 1设拉杆。
柱间拉杆的间距为网格纵向尺寸的倍数，一般为 1.5~3m。
正交类双层筒网壳 斜交类双层筒网壳 混合类双层筒网壳
7.2.2 双层筒网壳
按弦杆布置方向分类
正交类双层筒网壳
上、下弦杆与网壳的波长方向正交或平行 两向正交正放、折线形、正放四角锥、正放抽空四角 锥
外荷载主要由波长方向的弦杆承受，纵向弦杆的 内力很小。很明显，结构是处于单向受力状态， 以拱的作用为主，网壳中内力分市比较均匀，传 力路线短。
7.2.2 双层筒网壳
按几何组成规律分类
三角锥体系双层筒网壳
由三角锥单元按一定规律连接而成。
三角锥
抽空三角锥
蜂窝形三角锥
7.2.2 双层筒网壳
按弦杆布置方向分类
与平板网架一样，双层筒网壳主要受力构件为上、 下弦杆。力的传递与上、下弦杆的走向有直接关 系。 根据双层筒网壳的几何外形及其支承条件，网壳 结构的作用可看成为波长方向拱的作用与跨度方 向梁的作用的组合，其内力分布规律及变形与两 铰拱相似。 习惯上按上、下弦杆的布置方向分成三类：
7.2.3 双层筒网壳的受力特点
四边支承或多点支承
四边支承或多点支承的简网壳结构可分为短壳、 长壳和中长壳。 简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。
短网先的拱式受压作用比较明显； 长网壳表现出更多的梁式受弯特性； 中长壳的受力特点则介于两者之间。
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， 杆件可为圆形、椭圆形、方形或矩形截面的管材。 我国铝材规格和产量较少，价格较高，尚未用于网壳结构。
7.2.3 双层筒网壳的受力特点
两对边支承——纵向梁结构
梁式筒网壳的纵向两侧边应同时设侧边构 件，设置边梁或边桁架。
拱脚部分网壳边设纵向长网肋构成边桁架，边 桁架可垂直或水平设置，一般以水平设置为佳， 以加强侧边的横向水平刚度来承担横向推力。 跨度大时，可在拱脚做成三角形截面的立体边 桁架。
塑料网壳和玻璃钢网壳结构
目前较少采用。
网壳结构的分类
按曲面形式
单曲面和双曲面
单曲面网壳
筒网壳或称为柱面壳，
双曲面网壳
常用球网壳和扭网壳 其他曲面的扁网壳及各种曲面经切割组合后的网 壳。
7.2 筒网壳结构
柱面网壳，单曲面结构
横截面形式圆弧形、椭圆弧形、双心圆弧形
覆盖的平面为矩形
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
f (1 / 4 ~ 1 / 8)l2
横向短边为端边(l2) ，纵向长边为侧边(l1) 其整体传递外荷的方式与筒壳类似， 按网肋构成与传荷方式的不同，分为两类
拱式受压的筒网壳（类似短筒壳）； 梁（桁架）式受弯的筒网壳（类似长筒壳）。
拱式筒网壳
受力特征
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。
网壳结构的分类
按杆件的布置方式
单层网壳和双层网壳两种 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。
单层网壳
杆件少、重量轻、节点简单、施工方便，因而具有更好的 技术经济指标。但单层网壳曲面外刚度差，稳定性差。
双层网壳
可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承载力。当屋 顶上需要安装照明、音响、空调等各种设备及管道时，选 用双层网壳能有效地利用空间，方便天花板或吊顶构造， 经济合理。 双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分
7.2.2 双层筒网壳
按弦杆布置方向分类
混合类双层筒网壳
部分弦杆与网壳波长方向正交、部分斜交。
斜放四角锥网壳、星形四角锥网竞，其上弦平面 内力类似于斜交类网壳，而下弦内力分布却类似 于正交类网壳。 棋盘形四角锥网竞与它们相反，上弦内力分布与 正交类网壳相似，下弦内力分布与斜交类网壳相 似。 三角锥类网壳以及三向桁架网壳的内力分布也有 上述特点，即荷载向各个方向传递，结构空间作 用明显。
7.1 概述
网壳结构的优点
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。
单层扭网壳
杆件种类少，节点连接简单，施工方便； 按网格形式的不同，
正交正放网格 正义斜放网格。
7.4 扭网壳
双层网壳
结构构成与双层筒网壳结构相似。 网格的形式与单层扭网壳相似，
两向正交正放网格、两向正交斜放网格
为了增强结构的稳定性，双层扭网壳一般都设置 斜杆形成三角形网格。
7.4 扭网壳
特点
直纹曲面，反向双曲，即双向直纹； 在直纹方向可以毫无阻碍的设置单根肋杆或桁架 式网肋，就能构成双曲扭面。 采用简单的施工方法就能准确地保证杆件按曲面 布置。 负高斯曲壳，可避免其他扁壳所具有的聚焦现象， 能产生良好的室内声响效果。 造型轻巧活泼，适应性强。
7.4 扭网壳
7.2.2 双层筒网壳
按几何组成规律分类
平面桁架体系双层筒网壳
由两个或二个方向的平面桁架交叉构成。
正交正放型
两向斜交斜放型
三向桁架型
7.2.2 双层筒网壳
按几何组成规律分类
四角锥体系双层筒网壳
由四角锥按一定规律连接而成。
折线形 正放四角锥 正放抽空四角锥 棋盘形四角锥
斜放四角锥
星形四角锥
7.3 球网壳结构
凯威特型单层网壳
7.3 球网壳结构
短程线型单层网壳
7.3 球网壳结构
双层联方型网壳
7.3 球网壳结构
双层短程线型网壳
7.3 球网壳结构
球网壳结构的受力特点
格构化的球壳，受力状态与圆顶受力相似； 网壳的杆件为拉杆或压杆，节点构造也须承受拉 力和压力。 球网壳的底座可设置环梁，也可不设环梁。 理论上，半球壳结构在竖向均布荷载作用下环梁 内拉力为零， 非半球壳结构则可通过设置斜向支承结构直接平 衡球壳内的水平拉力。 一般情况下，设置环梁有利于增强结构的刚度。
7.2.2 双层筒网壳
按弦杆布置方向分类
斜交类双层筒网壳
上、下弦杆与网壳波长方向的夹角均不等于90o 两向斜交斜放网壳
上、下弦杆是与壳体波长方向斜交的，因此，外 荷载也是沿着斜向逐步卸荷的，拱的作用不是表 现在波长方向，而是表现在与波长斜交的方向。 最大内力集中在对角线方向，形成内力最大的 “主拱”，主拱内上、下弦杆均受压。
7.2.1 单层筒网壳
弗普尔型、单斜杆型筒网壳
结构形式简单，用钢量少， 多用于小跨度或荷载较小的情况。