最新大跨与空间结构(网架及网壳结构)
广厦钢结构之网架和网壳结构cad教程
第〇章第4章网架和网壳结构CAD1基础知识1.1关于网架和网壳结构的概述空间网架和网壳结构是近几年来非常流行的大跨度钢结构形式, 其盛行的原因主要有两方面。
一是受力好和空间刚架好, 二是工厂化生成和安装方便。
以节点划分主要有两种类型: 焊接球与螺栓球, 尤以螺栓球较为普遍。
螺栓球网架和网壳中构件主要有: 杆件、螺栓球、封板锥头、高强螺栓和套筒（无纹螺母）。
以基本单元几何构成来分就很多了, 常用的是正交正放四角锥。
不同位置构件的称谓见图:1.2设计流程1.3了解一些AutoCADGDCAD的图形平台是AutoCAD R14；需要利用其右边的屏幕菜单, 如果AutoCAD R14的屏幕菜单被关闭, 请点击菜单“Tools—Preferences—Display”, 在第一项关于“Screen Menu”上作出选择。
2GDCAD中常用的命令是“Dview”, 主要用来看模型的空间透视图, 具体在command: 下键入“DV”回车然后选择对象, 键入“CA”后可动态显示透视图。
3AutoCAD 与用户的交流主要是对话框与文本区, 按“F2”可显示或关闭文本提示区。
4一个平板网架的工程实例4.1建立工程点击桌面上“网架网壳CAD”快捷方式, 进入主菜单, 点击“工程—新工程”, 在工程卡片上填写工程名比如“GDTEST”, 指定工程存放路径及AutoCAD R14的路径, 程序自动在工程存放路径下建立“GDTEST”子目录（或称文件夹）, 以后所有与该工程有关的文件全部放在其下面。
4.2建立零部件库文件4.3点击“零部件规格—重组规格”, 屏幕出现规格卡片, 左边是读取路径, GDCAD安装完成后, 程序目录下带有一“DATA”子目录, 内部包含某一种网架加工厂家的零部件规格系列, 因此缺省的读取路径指向“DATA”子目录, 点击“读取”按钮, 显示钢管等零部件序列编号, 如果不准备采用某一序号, 请点击该序号去掉其前面的“(”选择符。
大跨空间结构第二章网架结构
A．平面桁架系网架 （五种） B．四角锥体系网架 （五种） C．三角锥体系网架 （三种）
2.2.2 网架结构的支承 2.2.3 网架结构的选型 2.2.4 网架结构的主要几何尺寸
2.3 网架结构的计算与分析
2.3.1 基本假定
网架是一种空间杆系结构，杆件之间通过节点连接。 仅承受节点集中荷载。
（1）节点为铰接，杆件只承受轴向力 忽略节点刚度的影响，不计次应力对杆件内力所引起的 变化，引起的误差可忽略不计。荷载仅作用于节点上。
（2）按小变形理论计算 挠度远小于网架的尺寸（高度），不考虑几何非线性
（3）按弹性方法分析 不考虑材料的非线性 （当研究网架的极限承载能力时要考虑弹塑性）
2.3 网架结构的计算与分析
L ij cox ˆs Z ˆ)(( w jw i)
2.3.８网架结构温度应力
4）网架杆件的温度应力 由杆件固端内力与由节点不平衡力引起的杆件内力叠加得：
Ni jNti jPti j (12)
N i jEiA j
cox ˆX ˆs)(u(jui)cox ˆY ˆs)v ((jvi)cox ˆZ ˆs)w ((jw i)ta (1)3
网架的节点自重一般占网架杆件总重的15％~25％。如果网架节点的 连接形式已定，可根据具体的节点规格计算出其节点自重。
2.4 网架结构的研究及发展趋势
1、铸钢球节点
厦门太古机库四期采用巨大的铸钢球节点， 超过20t。
传统节点改进：如螺栓球节点“假拧” 焊接球节点超大等
2.4 网架结构的研究及发展趋势
C）最后，将杆件固端内力与由节点不平衡力引起的杆件 内力叠加，即求得网架的杆件温度应力
2.3.８网架结构温度应力
网架、网壳结构
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
新型大跨结构PPT
3.桁架支撑式膜结构
济州世界杯体育场曾经作为2002年世界杯的其中一个 比赛场地。体育场馆的结构方式为桁架支撑式膜结构，采 用桁架作为支撑，膜材料作为覆盖材料。
七．张弦结构
北京工业大学体育馆外部图
北京工业大学体育馆内部图 北京工业大学体育馆是北京奥运会主场馆之一。体育馆钢结构体 系采用了预应力弦支穹顶结构，这一长约150米、宽约120米的钢结 构还创造了世界建筑史上的纪录——世界上跨度最大的预应力弦支穹 顶，最大跨度达93米。
日本东海公司墙体阻尼器
房屋橡胶隔震
房屋隔震结构
房屋建筑橡胶隔震
应用于钢结构中的隔震橡胶
第四章：发展前景
空间结构最大的优点在于它形式的多样化。然 而，在设计过程中结构工程师往往是被动地去满足 建筑师所提出的建筑造型，而不是在设计一开始就 主动地参与确定形式。这对于初始形状不确定的张 拉结构就更不合理了，决定结构形式不仅要依靠设 计者的直觉和灵感，也要更多地采用理性的科学方 法，近年来在国外已出现了好几种“工具”可用来 研究结构形式。
第一章：先进结构
• • • • • • • • 一．薄壳结构 二．悬索结 三．悬挂结构构 四．网壳结构 五．桁架结构 六．膜结构 七．张弦结构 八．杂交空间结构
一．薄壳结构
建筑1:法国国家工业与技术中心建于1959年，其整体造型就像一个倒 扣着的贝壳.结构平面为三角形，每边跨度218米，壳顶高出地面48米，屋 顶是当时世界上跨度最大的壳体。总建筑面积达90000平方米。壳体采用 分段预制是双层双曲薄壳，双曲薄壳之间用预应力钢筋混凝土联结。两层 壳体总厚度只有12厘米。顶部用一特殊的构件把几组壳体连为一体，并把 荷载传递至三个支点。支点是棱柱形支座，相互之间用预应力拉杆连接。
大跨建筑 结构——空间结构体系
大跨建筑屋架结构体系——高跨比：1:6二、空间结构体系(一)网架结构体系 网架的优点• 结构组成灵活多样但又有高度的规律性，适应各种支承条件和各种建筑造型，可适应各种建筑方面的要求•网架高度内的空间可以用以设置管道等设施，网架结构外露或部分外露，因其几何图形的规则，可以丰富建筑效果•网架的结构高度较小，不仅可以有效地利用建筑空间，而且能够利用较小规格的杆件建造大跨度的结构•杆件类型划一，适合于工厂化生产、地面拼装和整体吊装网架结构受力特点•具有各向受力的性能，它改变了一般平面桁架的受力状态，是高次超静定空间结构•网架结构的各杆件之间互相起支撑作用，整体性强、稳定性好，空间刚度大，是一种良好的抗震结构型式，尤其对大跨度建筑其优越性更为显著•在结点荷裁作用下，网架的杆件主要承受轴力，充分发挥材料强度，节省钢材网架的分类1、几何形态上分：平板网架、柱面网架、球面网架2、平面桁架系、四角锥体系、三角锥体系3、螺栓球节点、焊接球节点4、双层网架、多层网架四角锥体网架的上弦和下弦平面均为方形网格，上下弦错开半格，用斜腹杆连接上下弦的网格交点，形成一个个相连的四角锥体。
四角锥体网架网架的选型•对于矩形平面、周边支承情况，当其边长比小于或等于1．5时，宜选用斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，也可考虑两向正交斜放网架，两向正交正放网架。
•正放四角锥网架耗钢量较其他网架高，但杆件标准化程度比其他网架好，目前采用较多。
•对于中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。
当边长比大于1．5时，宜先用两向正交正放网架，正放四角锥网架和正放抽空四角锥网架。
当平面狭长时，可采用单向折线形网架。
网架的结构高度•网处的高度（即厚度）直接影响网架的刚度和杆件内力。
增加网架的高度可以提高网架的刚座，减少弦杆内力，但相应的腹杆长度增加，围护结构加高。
网架的高度主要取决于网架的跨度。
•网架的高度与短向跨度之比一般为：•跨度=<30m，约为1/10~1/13•跨度30~60m，约为1/12~1/15•跨度>60m，约为1/14~1/18（二）薄壳壳体的受力特征•薄——不致于产生明显的弯曲应力，厚——可以承受压力、拉力和剪力的形抵抗结构（将材料造成一定的形式从而获得强度去承受荷载的结构）•薄壳结构赖以获得这种能力的“形”就是曲面，薄壳的结构效能就是归功于曲面的曲率和几何特征•薄壁壳体结构，由于它主要承受曲面内的轴力作用，所以材料强度能得到充分利用，同时由于它的空间工作，所以具有很高的强度和很大的刚度。
大跨度钢结构1
3.大跨度钢结构
大跨度结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等。
（1）网架结构（图）
网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。
具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任何形体。
一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：
·焊接球节点
·螺栓球节点（图）
·钢板节点
（2）悬索及索桁架结构
以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。
节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅17kg/m2）、外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨度屋顶。
（3）网壳结构
同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。
一般为单层或双层，按其外形为单曲面或双曲面而构成网状穹顶、网状筒壳以及双曲抛物面网壳等多种形式。
网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。
苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）（图）
上海商务中心（网状网壳）（图）。
大跨度房屋钢结构简介
薄壳结构
折板结构
01
圆顶壳结构
02
筒壳结构
03
双曲扁壳结构
04
趋弓囱却法咯甜净恕炼呻捌陇嗽碗横惦尹汲簇裂适澳殖母奈宝喉诊施薛缕大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
折板结构
称搀诈师棍阜吠吓酷兵捌晶底涸瓤伍充臭搽懒争椽昔阎场霓拢意炳兔血流大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
折板结构
巴黎联合国教科文组织总部会议大厅
拱式结构(5)
拱脚构造处理 构造不便 空间利用
哗岳夹伦并坞娄帕佩负危硷切搅盘澳撅侧檄缎赏亨便刊豌厦夫懈熄晚冬必大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
空间结构
添加标题
加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载
添加标题
克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好
网架和网壳结构(3)
三向网架
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。
三个方向的平面桁架相互交角60
比两向网架刚度大，适合大跨度 常用于正三角形，正六三角形平面 在谋些平面形状会出现不规则杆件 由四角锥体构成(五种)
美国TWA环球航空公司候机楼 美国著名建筑师沙里宁1961年设计，用4片钢筋砼扁壳组成，形似一只正要起飞的大鸟。
寒诞曰贺潍险蛀钞汤锁背敌皮莆厕漳得上稳馆亢桌戳记角考芯带啄唐奸大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
美国圣路易斯航空港候机大厅
墨非镭钾净触盆鸽康摊颠很祁广妹田桔务躲斟崇鲍烽厦檀靶水绅以沿劫场大跨度房屋钢结构简介大跨度房屋钢结构简介
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。
最新大跨度结构基础知识教学课件
应用
公共建筑(剧院，展览馆，体育场馆，车站等) 专门用途的建筑 (飞机库，汽车库等) 生产性建筑(飞机制造厂装配车间，造船厂等)
主要特点 •跨度大
120m 160m(长春体育馆，网壳结构，1998)
主跨1385m (江阴长江大桥，悬索结构，1999)
•个性化(非大量建设项目，方案的极其个性化)
钢 筋 混 凝 土 屋 面 体 系
钢 檩 条 屋 面 体 系
网 格 数 跨 高 比 网 格 数
跨 高 比
两 向 正 交 正 放 ， 正 放 四 角 锥
正 放 抽 空 四 角 锥
(24 )+ 0 .2 L 2
1 01 4 (68 )+ 0 .0 7 L 2
(1 31 7)+ 0 .0 3 L 2
两 向 正 交 斜 放 ， 棋 盘 形 四 角 锥
网架和网壳结构(10)
a)正放四角锥斜置正放四角锥柱面网壳
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
•双曲面网壳
网架和网壳结构(13)
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
斜 放 四 角 锥 ， 星 形 四 角 锥 (68 )+ 0 .0 8 L 2
简述大跨度空间结构的主要形式及特点
简述大跨度空间结构的主要形式及特点1、网架结构由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。
它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。
1.1网架结构的形式（1）平面桁架系组成的网架结构。
主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
（2）四角锥体组成的网架结构。
主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
（3）三角锥组成的网架结构。
主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。
（4）六角锥体组成的网架结构。
主要形式有：正六角锥网架。
1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。
2、网壳结构曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。
网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
2.1网壳结构的形式主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。
2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。
3、膜结构薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。
它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。
大跨度空间结构的主要形式及特点
膜结构的主要形式
膜结构形式上主要有气 压式膜结构、气承式膜 结构、混合式膜结构和 悬挂薄膜结构。
膜结构主要特点
膜结构主要有自重轻、跨度 大，建筑造型自由、丰富，施工 方便，具有良好的经济性和较高 的安全性，透光性和自结性好， 耐久性较差等特点。
团结 信赖 创造 挑战
4、悬索结构
悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件并将索 按照一定规律布置所构成的一类结构体系。悬索屋 盖结构通常由悬索系统、屋面系统和支撑系统三部 分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝 组成的平行钢丝束、钢绞线或钢缆绳等，也可采用 圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。
团结 信赖 创造 挑战
国家大剧院
团结 信赖 创造 挑战
悉尼歌剧院
团结 信赖 创造 挑战
本次结构分析总结
相对而言，网架结构和网壳结构在施工、结构
上比较简单，方便，稳定。但在造型上相对单
一，变化不大。而膜结构，悬索结构在造型上
较多变，灵活，适合多种形式，但对于结构受
力等要求更高。
在本次设计上，我们认为这几种结构对于我们
团结 信赖 创造 挑战
2、网壳结构
曲面形网格结构称为网壳结构。有单层网 壳和双层网壳之分，网壳的用材主要有钢网 壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
团结 信赖 创造 挑战
球面网壳
双曲面网壳
圆柱面网壳
双曲抛物面鞍型网壳
单块扭网壳ຫໍສະໝຸດ 四块组合型扭网壳团结 信赖 创造 挑战
网壳结构主要特点
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型
大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。
大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
而大跨度结构的表现形式是多种多样的。
大跨度空间结构；拱券结构及穹隆结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构一、拱券结构及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。
古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。
券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。
罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。
例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。
很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。
为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。
而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。
到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。
神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。
在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。
从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。
大跨网架与网壳结构设计与分析
大跨网架与网壳结构设计与分析发布时间：2021-05-31T12:49:12.787Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：韩蓉[导读] 摘要：本文结合相关设计规范，利用3D3S设计软件，设计同尺寸网架和网壳2种大跨屋盖结构。
中国五洲工程设计集团有限公司北京 100053摘要：本文结合相关设计规范，利用3D3S设计软件，设计同尺寸网架和网壳2种大跨屋盖结构。
研究表明：网壳比网架结构受力性能更好，具有更好的经济性。
关键词：大跨网架；大跨网壳；3D3S1.引言大跨屋盖结构近年来越来越多的应用于各类建筑中。
大跨屋盖结构有多种形式，其中网架和网壳是经过近十几年来国内得到推广和应用最多一种空间结构类型[1]。
但屋盖结构体系是选用网架还是网壳，结构的受力，位移均不同的。
本文以某会议场馆的设计为依托，进行网架与网壳的方案比选。
2.网架与网壳结构设计2.1 网架与网壳模型设计2.1.1 结构选型及平面尺寸网架一般为双层平板网格结构，杆件的形式通常选用空心圆钢管[2]。
由《空间网格结构技术规程（JGJ7-2010）》（以下简称《规程》）可知：网架有正放、正放抽空、棋盘形、斜放等形式[3]。
本文选取空间稳定性较好的正放四角锥网架。
网壳由于要与网架同平面尺寸，因此选用正放四角锥柱面网壳。
网架和网壳模型的平面尺寸均为：60.0m×90.0m。
2.1.2 网格结构的高度由《规程》第3.2.5条可知：网架的高跨比在1/10~1/18区间内[3]。
本文网架高度选为3.5m。
双层柱面网壳的厚度可取跨度的1/50~1/20[1]，本文网壳高度选为2.0m。
2.1.3 网格尺寸网格尺寸的大小，主要是指上弦网格大小。
网格尺寸一般取3~6m[4]。
本文网架和网壳的网格尺寸选取为3.0m×3.0m。
2.1.4 结构总高本文研究的是大跨度网架与网壳屋盖结构，取净高均为15m。
2.2 模型计算1、杆件截面尺寸尽量呈现梯度性。
大跨空间结构的主要形式及特点
悬索结构形式
北京工人体育馆
悬索结构的特点
悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸 来抵抗外荷载的作用!结构中不出现弯距和 剪力效应，可充分利用钢材的强度，悬索结 构形式多样布置灵活，并能适应多种建筑平 面。由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻， 安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分 析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限 制了它的广泛应用"
3、膜结构
薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展 起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良 的柔软织物为材料, 由膜内空气压力支承膜面，或利 用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力， 从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。
膜结构的主要形式
膜结构形式上主要有气 压式膜结构、气承式膜 结构、混合式膜结构和 悬挂薄膜结构。
大跨度空间结构往往是衡量一个国家或 地区建筑技术水平的重要标志。其结构 形式主要包括网架结构、网壳结构、悬 索结构、膜结构和薄壳结构等
五大空间结构及各类组合空间结构，形 态各异的空间结构在体育场馆、会展中 心、影剧院、大型商场、工厂车间等建 筑中得到了广泛的应用。
1、 网架结构
由多根杆件按照某种规律的几何图形通 过节点连接起来的空间结构称为网格结构。 其中双层或多层平板形网格结构称为网架 结构或网架。通常采用钢管或型钢材料制 作而成。
网架结构的主要特点
空间工作，传力途径简捷。重量轻、刚度大、抗 震性能好、施工安装简便。网架杆件和节点便定 型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提 高生产效率。网架的平面布置灵活，屋盖平整， 有利于吊顶、安装管道和设备。网架的建筑造型 轻巧、美观、大方。便于建筑处理和装饰。
2、网壳结构
曲面形网格结构称为网壳结构。有单层网 壳和双层网壳之分，网壳的用材主要有钢网 壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
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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。
（1）周边支承网架
网架的所有节点均搁置在柱或梁上，因传力直接、 受力均匀，是采用较多的一种形式。当网架周边支承 于柱顶时，网格宽度可与柱距一致。
网架周边支承于圈梁时，网格的划分比较灵活，可 不受柱距的约束。
（2）点支承网架 点支承网架可置于四个或多个支承上。a 图称
为四点支承网架，b 图称为多点支承网架。
两向正交正放网架适用于正方形或接近正方形以 及狭长矩形的建筑平面。
（2）两向正交斜放网架 两向正交斜放网架的构成特点是：两个方向的竖 向平面桁架垂直交叉，且与边界成45°夹角。
两向正交斜放网架中平面桁架与边界斜交，各片 桁架长短不一，靠近角部的短桁架相对刚度较大，对 与其垂直的长桁架有一定的弹性支承作用，从而减小 了长桁架中部的正弯矩。在周边支承情况下，它较两 向正交正放网架刚度大、用料省。对矩形平面其受力 也较均匀。当长桁架直通角柱时，四个角支座会产生
空间结构体系
• 空间结构能适应不同跨度、不同支承条件的各 种建筑要求。形状上也能适应正方形、矩形、 多边形、圆形、扇形、三角形以及由此组合而 成的各种形状的建筑平面，同时，又有建筑造 型轻巧、美观、便于建筑处理和装饰等特点。
• 大跨度空间结构体系主要包括网架、网壳结构、 悬索结构和索膜结构。
1 网架及网壳结构
按结构组成分类
（1）双层网架 由上、下两个平放的平面桁架作弦杆层，上、
下两弦杆层间设有腹杆层相互联系。上、下层的杆 件称为网架的上弦杆、下弦杆，位于两层之间的杆 件称为腹杆。网架通常采用双层。
（2）三层网架 由三个弦杆层以及层间的两层腹杆杆件组成。
一般用于跨度及荷载较类
(4) 三边支承或两边支承网架 由于建筑功能的要求，需要在一边或两对边上 开口，因而使网架仅在三边或两对边上支承，另一 边或两对边处理成自由边。自由边的存在对网架的 受力是不利的,为此一般应对自由边作出特殊处理。
普遍的做法是，在自由边附近增加网架的层数 （见 a 图），或者在自由边加设托梁、托架（见图
2 四角锥体系 这类网架以四角锥为其组成单元。网架的上、下 弦平面均为正方形网格， 上、下弦网格相互错 开半格使下弦平面正 方形的四个顶点对应 于上弦平面正方形的 形心，并以腹杆连接， 即形成若干四角锥体。
正放四角锥网架 正放四角锥网架
的构成特点是：以倒 四角锥体为组成单元， 上、下弦杆均与相应 边界平行。正放四角 锥网架的上、下弦节 点均分别连接八根杆 件。
1.1 网架及网壳结构的特点
（1）三维受力、能承受来至各个方向的荷载； （2）网架结构系高次超静定结构，整体性及稳定性
好、空间刚度大； （3）体系稳定、抗震性能好，在7度及7度以下地区
可不进行抗震验算； （4）结构高度小（约是平面桁架高度的2/3、自重
轻、节约钢材； （5）杆件及配套零件规格化、便于工业化生产，但 制造精度要求高； （6）适应性强、平面布置灵活。
空间网架及网壳是一种空间网格结构，它以大 致相同的格子或尺寸较小的单元重复组成，实质为 一种空间受力的桁架结构，与平面结构比较，由于 在荷载作用下三向受力，避免了在平面结构中的层 层传力现象，且结构的刚度也较平面结构高。
空间结构中以网架和网壳结构应用最广，分为： 平板网架——平板型的空间网格结构； 网壳——曲面型的空间网格结构。
1.2 平板式空间网架的形式
平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制 作等方面均较为简便，可适用于大、中、小各种跨 度的屋盖结构体系。
网架结构的形式较多。按结构组成，通常分为 双层或三层网架；按支承情况分，有周边支承、点 支承、周边支承与点支承混合、三边支承一边开口 等形式；按网架组成情况，可分为由两向或三向平 面桁架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥 体组成的空间桁架角锥体系等等。
较大向上拉力，设计中应予注意。如采用图b 所示布
置方式，拉力可由两榀桁架承受。 适用于正方形和长方形的建筑平面。
（3） 三向网架 三向网架的构成特点是：三个方向的竖向平面 桁架互成60°角斜向交 叉。在三向网架中，上、 下弦平面的网格均为正 三角形，因此这种网架 是以若干稳定的三棱体 作为基本单元所组成的 几何不变体系。