球面网壳结构类型和特点

球面网壳结构类型和特点

球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。

1交叉桁架体系

各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。

单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。

1.1肋环型球面网壳

它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。具有网格划分简单，节点构造简单的特点。但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。

图1：勒环型单层球面网壳

1.2施威德勒型球面网壳

由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。

图2：施威德勒型单层球面网壳

1.3联方型球面网壳

联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右

斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30～500之间，造型美观。为了增强网壳的刚度和稳定性，可在环向加设杆件，使网格成为三角形。适用于中、大跨度结构。

图3：联方型单层球面网壳

1.4三向格子型球面网壳

三向格子型是在球面上由三个方向相交成60度的大圆构成，或在球面的水平投影面上将跨度n等分，形成正三角形网格后再投影到球面上，即可得到三向网格型球面网壳。该网壳的每一杆件都是与球面有相同曲率中心的弧的一部分；其结构形式优美，受力性能较好，一般用于中、小跨度的网壳结构。

图4：三向格子型单层球面网壳

1.5凯威特型球面网壳

此球面网壳是凯威特为了改善施威德勒型和联方型球面网壳中网格大小不均而创造的。它是由n(n=6、8、12……)根通长的经

向杆先把球面分为n个对称扇形曲面，然后在每个扇形曲面内再由纬向杆系和斜向杆系将此曲面划分为大小比较匀称的三角形网格。在每个扇形面中左右斜杆都平行，故也将这种网壳称为平行联方型网壳。这种网格划分形式使得网格大小匀称，且内力分布均匀，常用于大、中跨度的网壳结构。

图5：凯威特型单层球面网壳

1.6短程线球面网壳

由美国工程师R．Fuller所创。这是一种被认为网格最为均匀的网壳结构形式，它是一种基于正多面体的网格划分方式。必须指出，在基于20面体的短程线球面网壳的网格划分中，规则的等边三角形最多为20个，而经过再划分的点不会相交于大圆，划分后的小三角形不都是相等的，它们大多数都有微小的差别，即多数杆件的长度都有微小差异，再划分的次数称为频率。网格划分方法常见的有交替划分法、面心划分法、等分弧边法等。这种网

壳杆件布置均匀、受力性能好，适用于矢高较大或超半球型的网壳。

图6：短程线型单层球面网壳

2角锥体系

角锥体系是由基本单元为四角锥或三角锥组成的双层球面网壳，在实际工程中以四角锥体系居多。为保证杆件具有合理加工长度且减少汇交于中心点的杆件数量，网格中也有过渡三角形。当跨度较大(一般40m以上)或有特殊技术要求(如在两层之间安装照明、音响和空调等设备)时，往往选用双层网壳或单双层混合网壳。双层网壳是由两个同心或不同心的单层网壳通过斜腹杆连接而的。