网壳结构的发展与应用

基于网壳结构发展与应用的研究

班级：建筑学13-2班姓名：***学号：

[摘要]:随着社会进步，建筑的类型越来越多，建筑也越来越大，造型越来越独特；因此对

于建筑结构的要求也就越来越多，从而促进了建筑结构的发展。而网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的特性，受力合理，造型优美，覆盖跨度大，是半个世纪以来发展最快、有着广阔发展前景的空间结构。

[关键词]：网壳结构、造型、跨度、发展前景

一、引言

人类社会从古发展至今，物质文明和精神文明也在不断的发展和提高，因此人类对物质和精神的要求也变得越来越高；在满足了基本生活需求的前提下开始追求精神艺术。对建筑的要求也是如此，从基本的满足居住生活需求的空间发展到如今的大跨度空间，建筑造型的要求也越来越高；既要满足基本需求，又要满足视觉和艺术要求，例如悉尼歌剧院，广州大剧院，各种体育馆，会展中心等等。但建筑的发展受到结构的限制，以前的平面结构体系已经无法满足人们对建筑发展的要求。于是人们开始往空间结构的方向研究，于是研究出各种各样的空间结构体系，而网壳结构就是其中很好的一种空间结构。网壳结构优点多而且明显，能覆盖大跨度空间，这不但是技术上的一种突破，也是技术的艺术表现，使空间实用而又富有艺术气息。

二、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特性，受力合理，覆盖跨度大，是一种颇受国内外关注、半个世纪以来发展最快、有着广阔发展前景的空间结构。网壳结构具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体都能给设计师以充分的创作自由；我觉得这简直就是解构主义建筑师的福音和最爱之一，比如像建筑大师扎哈.哈迪德的设计作品那样，充满自由的，不拘一格的空间设计手法，需要用到网壳结构的地方实在是太多了。建筑平面上，可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、三角形、扇形以及各种不规则的平面；建筑外形上，可以形成多种曲面，如球面、椭圆面、旋转抛物面等，建筑的各种形体都可以通过曲面的切割和组合得到；这些特点都是很多其他结构无法比拟的优点。而在结构上，网壳结构受力合理，可以跨越较大的跨度，由于网壳曲面的多样化，结构设计者可以通过精心的曲面设计使网壳受力均匀；我觉得这几点是很好的，可以间接的改善建筑设计师与结构设计师之间的矛盾；因为通常情况下建筑设计师设计的结构与结构设计师设计的结构是有差别的，而网壳结构可以实现很多从前不可能做出来的建筑。施工上，采用较小的构建在工厂预制，工业化生产，现场安装也是简单快捷的，不需要大型设备，而且综合经济指标较好；这个对于施工工人来说也是一件好事。计算方便。目前我国已有许多适用于多种计算机类型的各种语言的计算软件，为网壳结构的计算、设计和应用创造买有利条件。由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功能，不需像网架结构那样采用小立柱找

坡。

虽然网壳结构优点挺多的，也挺好的，但是有优点就会有缺点；网壳结构的主要不足在于：杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响较大，给结构设计带来了困难。不过困难从来都是用来克服的。另外，网壳的矢高很大时，增加了屋面面积和不必要的建筑空间，增加建筑材料和能源的消耗。我觉得然后有这些缺点和不足，但是我相信随着科技的发展与进步，这些缺点与不足会改善和克服的。

三、网壳结构的发展与设计施工

网壳结构最初的雏形是穹顶结构，到了中世纪时期，木材成为了穹顶结构的主要覆盖材料；而十九世纪时，铁的运用为穹顶的发展开创了一个新纪元，是覆盖大跨度建筑物成为可能。到了近代时期，钢筋混凝土结构理论的出现和应用，让人们开始关注薄壳结构。说到这就不得不提一下1922年的史上第一座钢筋混凝土薄壳结构——耶拿天文馆。其中最主要的是，德国的工程师，穹顶结构之父施威德勒把穹顶壳面划分为经向和纵向的环线，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者四个三角形，这样穹顶表面的内力分布就会变得更加均匀，从而使得结构自身重量减轻，这样就可以跨越更大的空间。这样，网壳结构诞生了，从最初的穹顶结构发展成为如今多种多样的网壳结构。

网壳结构在我国的发展和应用历史不长，但已显出有很强的活力，应用范围在不断扩大。最初网壳结构是在解放初曾应用。在当时，主要是一类联方型的网状筒壳，材料是型钢或者是木材，跨度一般在30m左右。近20多年来,我国的网壳结构获得了迅速的发展,结构形式不断有所创新,应用范围日益扩大。但是与国外对于网壳结构的应用还是有所不及。

网壳结构在设计的时候应该考虑的问题有：

1、基本荷载。基本荷载又包括永久荷载和可变荷载。

2、网壳结构的温度作用。

3、网壳结构地震作用。网壳结构抗震性能较好，但也要考虑震级大小对结构的影响

4、网壳结构装配应力。

5、网壳结构的稳定计算。

其次就是网壳在施工过程中和使用的时候需要注意的问题：

1、网壳结构的防腐和防火。网壳结构的构成材料虽然不是可燃材料，但却

受温度的影响，所以施工过程中必须要采取防火措施，以达到防火要求

和安全等级要求。

四、网壳结构的分类和应用

网壳结构发展到如今，已经形成了多种多样的形式，因此也分成了不同类型的网壳结构。按照不同的分类方法可以分为不同的网壳结构：一、按照高斯曲率分类可以分为零高斯曲率网壳、正高斯曲率网壳、负高斯曲率网壳。二是按照层数分类可以分为三种，分别是单层、双层网壳和变厚度网壳；其中单层网壳的曲面形式有柱面和球面之分。双层网壳按照曲面形成的方法可以分为双层柱面网壳和双层球面网壳，其结构型式可分为交叉桁架和角锥（包括三角锥、四角锥、六角锥，抽空的、不抽空的）两大体系。网壳结构所采用的材料比较多，主要是钢筋混凝土、钢材、木材、铝合金、塑料及复合材料。而其中主要发展趋势是轻质

高强材料的大量使用。材料的选择取决于网壳的型式、跨度与荷载、计算模型、节点体系、材料来源与价格，以及制造安装条件等。因此按照材料分类可以分为五类，分别是钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、木网壳、塑料网壳及其他材料。由此可见，网壳结构的材料使用要求不算高，都是常用的材料，所以发展前景很好。

网壳结构在设计和选择时，需要考虑使用功能、美学、空间、工程的平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界条件、屋面造型、材料、节点体系、制作与施工方法等因素。对于网壳结构的应用原则需要满足建筑的使用要求，还要考虑工程的经济性。

还有就是网壳结构的计算原则。网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。首先要进行强度和刚度的分析；第二是要进行稳定性分析，最后还要进行抗震分析。

对于网壳结构的工程应用实例：1、中国国家大剧院。2、上海科技馆。3、北京老山自行车馆。4、银川中学科普天文馆。5杭州大剧院。6、北京石景山体育馆。7、北京体育学院体育馆。8、浙江黄龙体育中心主体育场。

五、网壳结构的发展趋势

以如今的社会发展来看，建筑肯定会做的越来越大的，而对于空间大小和形状的要求也越来越多的；各种体育馆，会馆中心……建筑的空间跨度会越来越大，空间更复杂，造型更独特美观等等。如此，网壳结构的发展潜力就会显得很大了，因为网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力均匀合理，不会轻易出现受力不均而破坏，还可以跨越较大的跨度。其次其合理的曲面不仅可以使结构力流均匀，结构还具有较大的刚度，而且结构变形很小，稳定性又高，还节省建筑使用的材料。还有一个独有的优点就是，薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网壳结构几乎都可以实现。网壳结构既可以表现静态的美，又可以通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现出动态美。应用范围广，既可以用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。这样的结构，不仅在国内，即使是全世界都是发展潜力巨大的。

长期研究与发展网壳结构，必定会发掘网壳结构的更多优点和用途。也会使得网壳结构所能覆盖的跨度越来越大，结构型体会更加的完善合理。若能控制网壳结构的开口和闭合，想必那也是极好的。这就需要我们对网壳结构有更充分的研究和了解，不断的创新与应用。

六、结语

在如今快速发展的时代，浮夸，攀比成风的时代，快餐文化肆虐的时代，世界各国都热衷于设计建成更高更大造型更加独特的建筑，以此来显示一个国家在这一方面的技术水平，而要建成符合这样的建筑，就必须要运用适合的结构体系和成熟的工程技术，很明显的，网壳结构就符合要求。作为一种新兴的大跨度空间结构，其独特的优点在实际工程实例中得到淋漓尽致的表现，也使得网壳结构备受设计师的青睐。因此我们需要更加深入的去研究探索并运用网壳结构。

[参考文献]