我国空间网架结构的发展现状_刘锡良[1]
我国空间网架结构的发展现状
刘锡良 潘延东
(天津大学 300072)
摘要 论述网架结构(平板网架及网壳)在我国迅速发展的原因,并对其进行分析,然后按结
构形式、网架连接、计算分析、施工检验以及质量等分别详述其发展情况,最后列举一些典型有代
表性的实例,并浅谈曲面型网架(网壳)的展望。
关键词:网架结构,平板网架,网壳
THE PRESENT CONDITION OF THE DEVELOPMENT OF
SPACE FRAMEWORK STRUCTURE IN CHINA
Liu Xilang Pan Yandong
(Tianjin University 300072)
Abstract In this paper, the reasons for rapid development of space framework structure (flat
space framework and reticulated shell)in our country are discussed and analyzed. The development
situation of space framework structure is explained in detail according to its structural style, con-
nection type, calculating analysis, construction examination and quality respectively. Finally,
some typical examples are listed and an elementary introduction to the prospect of the curved
framework (reticulated shell) is made.
Key words: framework structure, flat space framework, reticulated shell
空间结构主要是指薄壳、网架、网壳、折板和悬索结构。这五种结构在我国都有不同程度
的应用和发展,特别是网架应用范围最广,数量最多,近年来发展很快,从1990年在北京举
行的第十一届亚运会的场馆建筑上就可看出网架结构的应用情况。亚运会新建的十三个场
馆中十一个采用了网架与网壳,其中焊接球节点占绝大多数,平板型网架占一半以上(表
1)。如从全国各省、市、地区或县的体育馆来看,几乎全部采用空间结构,而且大部分采用网
架结构。这主要是网架技术比较成熟,重量轻、工期短、造价低廉,当然还有抗震性能好、刚度
大等一些独特优点。另外由于重量轻,用于大跨度更是独占鳌头,非此莫属。目前我国已建
成的8000余座网架中,中小跨度占绝大多数,这又说明网架所适用的范围不仅限于大跨度
1997年12月
Dec.1997
天津城市建设学院学报
JOURNAL OF TIANJIN INSTITUTE OF URBAN CONSTRUCTION
第3卷第4期
Vol.3 No.4
收稿日期:19977年3月
* 1928年生,男,教授,博士导师.(60m以上),而且对30m～60m以及30m以下的中小跨度也极适合,故近年来采用网架结
构的工程愈来愈多。
表1 第十一届亚运会体育馆采用空间结构
网 架
焊接球大学生、海淀、月坛、网球、光彩、丰台
螺栓球地坛
网 壳
焊接球奥体体育馆、奥体游泳馆、石景山、体院
螺栓球
悬 索朝阳
平面棱形桁架速滑馆
此外,近年来大面积网架用于大柱网的工业厂房迅猛发展,从几千m2突增至10几万
m2。云南玉溪卷烟厂厂房网架总面积竟达13万m2。在汽车工业方面,第一汽车制造厂轻型
发动机联合厂房
采用了近4万m2的螺栓球节网架,后又建成一座高尔夫轿车总装厂房(长
春一汽——大众)近8万m2(189m×420m)的焊接球节点网架,12m×21m柱网,用伸缩缝
分成十个单元,由四家网架厂家联合施工。天津无缝钢管厂管加工车间3-36×564连续三
跨共6万m2的网架,另外横向条形天窗也有近2万m2,车间设有吊车梁及12.5t的桥式吊
车,有三个伸缩缝。天津静海棉纺厂近2万m2焊接球节点的网架,柱网为20m×22m和
18m×20m,用伸缩缝分成五个单元。
己建成面积较大的工业厂房采用网架的工程还有:唐山机车车辆厂客车总装车间72m
×222m,柱网18m,后又增建33000m2的车间采用网架;唐山齿轮厂联合厂房16500m2,12m
柱网;北京燕山石油化工总公司东方化工厂地毯车间40000m2;青岛第二橡胶厂内轮胎车间
72m×84m,12m×24m柱网;石家庄机车车辆厂装配厂房12000m2,18m柱网;新疆奎屯市
第一棉纺厂24000m2,24m×27m柱网;南京聚丙烯包装及成品库60m×220m,用伸缩缝分
为五个单元;江西新余长林机械厂10080m2,12m×18m柱网;机电部204项目12960m2,
18m×18m柱网;等等。10000m2以下的工业厂房己很普遍。
网架结构得到日益广泛应用除以上所述一些优越性外,尚有一些其它有利因素,现分述
如下:
1)中国土木工程学会空间结构委员会成立十余年来除经常举行学术交流处,在推广应
用方面做了大量的工作:如每两年举行一次学术交流会,不定期举行特殊问题研讨会及现场
会,发行空间结构简讯,举办网架及其规程学习班、业务咨询及组织鉴定工作等。
2)已出版或正在出版的网架规范有六种。除过去一直使用的《网架结构设计与施工规定
(JGJ7-80)》外;现正在使用的有《网架结构设计与施工规程(JGJ7-91)》、《网架结构工程
质量检验评定标准(JGJ8-91)》、《钢网架检验及验收标准(JGJ75.3-91)》。
3)大量出版了有关网架文献及论文集,除1979年出版的刘锡良、刘毅轩编著的《平板网
架设计》外,近十年又出版了沈祖炎、严慧、马克俭、陈扬骥编著的《空间网架结构》(1987
年);刘善维、刘毅轩、钱若军编著的《网壳结构设计手册》(1983年)及唐瑞森编的《网架结构
简化计算手册》(1989年)。此外空间结构委员会主编了《空间结构论文选集》(1985年),近年
来又出版了沈祖炎、严慧副主编的《新型空间结构论文集》(1994年)。1996年又出版了尹德
钰、刘善维、钱若军编著的《网壳结构设计》。
4)网架定型图纸的发行。中国建筑标准设计研究所1983年出版了《焊接空心球节点网
—2—天 津 城 市 建 设 学 院 学 报 1997年12月 架定型图集》及《螺栓球节点网架定型图集》这对推广中小型网架起了一定的
作用。
5)网架制造厂家的兴起。据不完全统计,我国己有100余家专门或部分生产网架结构的
厂家。这对推广网架起着极重要的作用。迄今为止全国共建8000多座网架,面积达800万
m2、总重量数十万吨。
(a) 专门生产网架或主要生产网架的厂家,其生产情况见表2。(1992年统计资料)
(b) 主要产品不是网架而兼生产网架的厂家也有数十家:第十三冶建公司第十工程
公司、山西省第五建筑公司、吉林省第一建筑公司、北京、上海、陕西、河北、四川等省机械施
工公司、中建六局四公司、中建一局六公司、北京、西北、沈阳等地的金属结构厂、广州下渡造
船厂及文冲造船厂、中国人民解放军5720工厂等。
(c)规模较小或成立不久的小厂家约有几十家;如徐州淮海网架厂、海南五集网架联合
公司、洛阳一拖网壳结构厂、连云港网架安装公司、吉林网架厂、龙口网架厂、沈阳冶金机械
专科学校机工厂、天津网架公司石家庄、文登、邯郸分公司等。
表2 网架专业厂
生 产 厂 家建 厂
日 期工程数总面积(m2)总重量(t)
1汾阳建筑金属结构总公司1979年598 735100 24100
2徐州飞虹网架公司1980年686 775042 22845
3天津网架结构工程分司1984年414 348163 7892
4杭州东南网架厂1985年300 250000 7500
5苏州建筑构配件工程公司网架厂1984年185 280000 9700
6常州建筑构件厂网架分厂1986年125 127500 4047
7呼和浩特网架结构厂1979年152 215000 5435
8兰天网架厂1986年93 75000 2450
9徐州空间结构制造厂(通域集团) 1986年471 355300 9593
10徐州市工业设备安装公司金属结构厂1979年236 188000 4700
6) 设计网架力量增大。我国网架设计力量布满全国,加航空工业规划设计研究院、海
军工程设计研究局、机电部工厂设计研究院、天津大学、浙江大学、哈尔滨建筑大学、建研院
结构所和太原煤矿设计院等。
7) 高等院校设网架结构课程,做网架的毕业设计,培养网架专业的研究生,现己有百
余名网架研究生毕业并从事网架的教学、研究和生产工作。
8) 开办网架结构学习班及举办设计交流会。空间结构委员会和其他单位举办过不少
次不同形式的短训班,对普及网架知识起了很大作用。如天津、北京、杭州、长沙、贵阳等地飞
虹网架公司和天津网架分司都举办过网架设计交流会和网架学习班,收到很好的效果。
9) 国际上和国内多次举办空间结构会议。
a)国际上在德国斯图加特大学前苏联莫斯科、英国吉尔福特、澳大利亚、西班牙、日本、
新加坡以及北京等地都开过有关空间结构国际会议。
国内每两年空间结构委员会主办一次学术报告会(1982年福州、1984年
太原、1986年
吉林、1988年成都、1990年兰州、1992年广州、1994年文登),还不定期举办专题研究会,如
—3— 第3卷第4期 刘锡良:我国空间网架结构的发展现状在1983年在柳州开体育馆研讨会,在西安开陕西体育馆施工现场会,1987年在贵阳召开组
合网架研讨会,1989年在屯溪召开网架结构动力及质量研讨会,1991年在上饶召开网壳结
构特殊问题研讨会。1993年在哈尔滨召开21世纪空间结构研讨会等。
10) 邀请国际知名专家讲学,十年来不断邀请国际知名专家教授讲学,如英国马考夫
斯基教授、西德施莱锡教授、日本坪井善胜教授、半谷裕彦教授、英国博布罗斯基博士、英国
泰勒工程师、美国泽特林教授、英国托赛博士、澳大利亚赛德拉克(膜结构专家)、美国麦德瓦
道斯基、日本川口卫教授等。
11) 各地纷纷成立学会、研究中心等组织。我国除中国土木工程学会桥梁及结构学会
空间结构委员会外,在各地成立了相应的组织。如天津市网架推广小组(1976年),山西
(1984年)、兰州(1990年)、江西(1991年)都成立了空间结构委员会,南京(1989年)成立了
江苏空间结构中心,上海(1991年)成立了上海地区空间结构技术发展中心。最近广州也成
立了空间结构委员会。中国钢结构协会也成立了空间结构协会,己开展工作。
12) 网架结构应用范围不断扩大。除在民用、公共及工业建筑中采用网架外。现已扩
展到塔桅结构(如大连电视塔塔身、徐州电视塔塔楼、上海东方明珠电视塔两个塔楼)、体育
看台罩栅(太原、北京、孝感、深圳、石家庄等地)、天井、雨蓬、人行桥、脚手架、栈桥、墙架以及
楼板、甚至出现许多装饰性网架。
) 空间结构委员会发行的空间结构简讯内容丰富、新颖、及时、对互通信息起了极其重其重
要的作用。
1 网架形式
网架形式除“网架结构设计与施工规程”中规定的十二种形式(两向正交正放、两向正
交斜放、两向斜交斜放、三向、正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘形四角锥、星
形四角锥、三角锥、抽空三角锥、蜂窝形三角锥)外又研究成功一种折板形网架,已列入新修
订的网架规程中。它最适用于狭长形平面,是将正放四角锥网架的纵向上下弦全部去掉形成
折板形网架。为了稳定起风留下2～3道纵向上下弦。这种网架建成的实例已有十余个工程,
最早是1986年天津市汽车散热器厂食堂18m×42m,较大的有:1988年石家庄体委游泳馆
(水上游乐中心)30m×102m;1990年还建成沈阳自来水沉淀池24m×72m;最近建成的厦
门湖里工业区台湾工业园14号厂房30m×99m,19kg/m2,仅为一般网架的70%。对圆形平
面除可布置三向、
三角锥网格外尚可采用蛛网形网格,这种网格仅在少数小跨度中应用过,
如天津市地铁西南角售票厅D=15m。
三层网架已逐渐在大跨度中应用,已有些研究成果,如对三层网架的内力分析、模型试
验、优化设计以及组合三层网架等。三层网架有全部三层和局部三层两种,对中等跨度的网
架有不少采用后者,内力值减少了,降低了耗钢量。特别是螺栓球节点网架最大内力受到限
制情况下采用三层网架更为合理。如广东英东体育馆、彬洲基地体育馆和陕西延安体育馆都
采用中部三层,取得良好效果。全部三层网架也在兴建,如长沙黄花机杨48m×64m的维修
机库即采用三层网架而支座采用双层的,这在国内还是首次尝试,由于跨度不是太大,三层
网架的优越性不太突出。但在大跨度飞机库或体育馆中采用全部三层肯定是合理的,也是发
展方向。最近设计的首都机库(153m+153m)×90m及厦门机库都采用三层网架。
—4—天 津 城 市 建 设 学 院 学 报 1997年12月 组合网架结构利用钢筋混凝土屋面板代替网架的上弦杆不但节约钢材而且屋面板与网
架共同工作,改善了网架的受力性能。组合网架不但适用于屋盖,且用于楼盖中更为合适,迄
今已建成近20个工程。最早是在1979年徐州夹河煤矿餐厅(21m×54m)和小餐厅(9m×
18m)中得到应用,是徐州建筑设计院研究成功的。最大跨度的是江西抚洲体育馆45.5m×
48m也用于屋盖上,用于楼盖上的有新乡百货大楼六层楼层中34m×34m,长沙纺织大厦
13层楼层中24m×27m,以上都是板节点或焊接球节点的。最近徐州建筑设计院又研究成
功螺栓球节点网架,已成功地用于徐州教育学院下为食堂上为礼堂的楼盖及屋盖上,平面为
20m×30m。此外还有徐州财经学院食堂(18m×48m)及山东金乡立体声影院(27m×36m)
采用组合网架。
1986年贵州工学院研制成功的交叉桁架类型的钢筋混凝土网架,它分空腹型、混合型
及超级型三种,既可用于屋盖也可用于楼盖,己通过鉴定并成功地建成15幢工程。并己出版
《组合网架结构与空腹网架结构》一书,详细论述了这种结构的理论及应用。河北省辛集市建
筑设计院也设计并建成类似这种钢筋混凝土交叉梁系网架的多层网架。
江西科学院1991年5月研究成功并通过鉴定的预应力离心混凝土管式网架已用于江
西省纺织大厦屋盖中,取得良好的效果,节点是螺栓球节点。
天津大学1985年研究试制成功装配式正放四角锥网架,其上弦采用一对小角钢,腹杆
仍用钢管,下弦一般则用圆钢,上弦平面无节点,腹杆直接焊到上弦方框的角部,下弦则用特
制的可拧进圆钢的空心球节点。单元四角锥体可
在工厂制造,运至工地组装成整体网架,除
了模型试验外还应用于南开大学体育中心排球馆(15m×24m)中,轻巧美观。类似这种形式
的网架后来有些单位也研制过,如北京工业大学、北京纺设计院及黑龙江省矿业学校等。
天津大学还对预应力钢网架进行了初步研究,并对轻骨料钢管混凝土用于大跨度网架
也进行探讨都取得了肯定性意见。另外天津大学对折叠式网壳(球形、筒状)的构型、自稳定、
内力分析及图形自动生成等也进行了探讨。
2 网架连接方法
近二十年来国内绝大部分网架还是采用焊接球节点和螺栓节点,两者各占一半。板节点
很少应用,只在特殊情况下采用,如巴基斯坦体育馆和白云机场网架都是采用高强度螺栓连
接的钢板节点。
焊接空心球节点网架是天津大学早于1965年研究成功的,构造简单、价格便宜是它独
特的优点,特别适用杆件内力很大的连接。节点已有系列产品,天津大学对其破坏机理方面
又进一步深入研究也提出了一些初步建议。在此基础上还提出了空心球采用双肋和十字肋
以提高其承载力办法,有些工程已采用。节点直径一般最大做到500mm,最高其承载力办
法,有些工程已采用。节点直径一般最大做到500mm,最近首都机库工程中曾采用800直径
的大球。
螺栓球节点主要优点是现场施工简单,是网架节点的发展方向,为此我国科技人员对螺
栓球节点做了大量的研究改进工作。
1) 水雷式螺栓球节点是最早由航空工业规划设计研究院研究成功的,减轻了自重,降
低了造价,已成功应用于芜湖某飞机库及其它工程中。
—5— 第3卷第4期 刘锡良:我国空间网架结构的发展现状 2) 半螺栓球节点,攀枝花市第十九冶建设公司及空军设计研究局均先后对此进行过
研究并已成功用于大量工程中。
3)空腹半螺栓球节点。为空军设计研究局最新研究成果已成功地用于西班牙塞维德亚
1992年世界博览会中国馆内。
4)空心螺栓球节点。这种节点是将高强度螺栓从空心球体向杆件端部的锥头拧进,和普
功的,过去开封标准件厂也曾生产过类似这种节点。
准件厂也曾生产过类似这种节点。
5)螺栓球节点中的高强度螺栓上的销钉孔及套筒上的刻槽对截面削弱过多且应力集
中,经长时间研究改进,改在高强度螺栓无螺纹段上刻以浅槽和套筒上仅开小孔以40铬钢
的紧固螺钉代销子,这个方法大大地改善了受力性能,保证了连接质量。
6)螺栓球节点上所使高强度螺栓,由于我国淬火工艺的落后,其直径只能用到M56,承
受72t的内力,这样使螺栓球节点网架的应用受到一定限制,今后应在这方面进一步加
强研
究。
冲压板节点是化工部一院和中国建筑科学研究院共同研究成功的一种连接方法,它成
型简单,只需单角钢和圆钢,取材容易,适用于小跨度的网架。
相贯节点是杆件直接交汇,不需要任何形式节点,连接简单并节省材料,但杆件端部相
贯线加工复杂,曾在天津地铁西南角售票厅中采用过,未能得到推广。最近在民航咸阳机场
54m维修机库中又得到应用,取得了良好的经济效果。
3 计算分析
过去网架计算根据跨度大小、网架类型及工程情况采用精确计算方法(空间桁架位移
法)或简化计算方法(如交叉梁系差分法、拟夹层板法、假想弯矩法等)进行内力、位移计算。
近年来由于计算机技术的飞速发展,电算不但可进行理论分析、优化设计而且能用计算机绘
制施工图,现已普及到各设计研究单位和高等院校。如海军工程设计局完成了空间网架结构
计算辅助设计系统(CSSTS);航空工业规划设计研究院编制了SFCAD软件;机电部工程设
计研究院的计算程序;空军设计研究院的计算软件均已通过鉴定达到国内或国际先进水平,
有的程序不但自动形成复杂几何数据,而且前处理实现了菜单式人机对话和图形互换并有
剪裁拼接和弯折等功能。又如清华大学、天津大学、同济大学、浙江大学、哈尔滨建筑工程学
院等高校也都有其自编具有特色的计算程序,达到国际水平。
在计算理论方面也有多方面的研究成果,如蜂窝形三角锥网架几何不变研究(天津大
学)、蜂窝形三角锥网架下弦内力法计算(浙江大学)、网架在竖向地震作用下分析法(吉林建
筑工程学院、中国建筑科学研究院)、网架以及组合网架拟夹层板分析法(浙江大学)、网架的
极限承载能力的分析(浙江大学、天津大学、同济大学)等。有些单位对网架动力分析和温度
应力计算做过研究,为修订规范提供了科学依据。其它还有对各种不同形式网架等高度起坡
进行深入研究并取得了成果(河北科研所)。
—6—天 津 城 市 建 设 学 院 学 报 1997年12月 4 网架的施工
我国已建成8000余座网架,都是结合我国具体情况,采用各式各样的土方法和土洋结
合的办法,积累了极其丰富的经验值得推广和应用。螺栓球节点网架多采用高空散装法(满
堂红脚手架),而焊接球节点网架大多采用拔杆及人工铰盘整体吊装的方法,跨度小的用2
～4根拔杆,大学生体育馆用了13根拔杆,上海虹桥体育馆用17根拔杆,而秦佣博物馆二
号馆则用27根拔杆。这种方法既省力又平稳,吊装造价取费低廉。人工铰盘用人工多,现也
有改用电动铰盘的。滑移法也是可行的方法,在不少工程中采用。
最近有的单位采用“填加
式拼装法”拼装网架,即先拼下弦,然后在下弦上拼上弦,再将上弦单片用倒链吊起,最后填
加腹杆。实践证明,这种方法简单可行,已成功应用于淄博建筑陶瓷厂工地(1500m2)。
5 网架的检验及施工质量
网架规程规定对网架的焊缝应进行检验。如网架跨度超过30m,受拉杆的管球焊缝应进
行超声波检验。空间结构委员会曾组织有关超声波无损检验技术交流会议,山西省机械厅和
建设厅也主持过这方面的鉴定会议。球管焊缝超声波探伤技术标准即将正式颁布执行。
网架质量问题事关生命财产应引起特别注意,国外已有两起网架工程塌落。1965年罗
马尼亚布加勒斯特展览馆单层球网壳D=93.5m,h=19.107m和美国1978年哈特福特市
中心体育馆四柱支承的平板网架91.4m×109.68m(柱距63m×82.26m),网架厚度6.5m
的正放四角锥网格,皆是大雪后塌陷的。国内网架也不断出现质量问题,也有数起较大的塌
落事故。一起是北京东风化工厂网架由于支承处漏焊造成受力不对称以致造成网架连续倒
塌事故。另一起是1988年6月山西省一13m×18m的网架(棋盘形)由于设计外行施工蛮干
造成全部坍塌。另外还有一些局部事故,如新疆喀什地区24m×27m乌恰影剧院当遭受了
7.4级地震(烈度9度)后,台口支承外上弦弯曲,部分下弦节点松动脱落,如果安装质量好
不会出现这种事故。咸阳体育馆部分下弦拉开,锥头与圆管处有裂缝,这主要是工厂管理不
当造成的。还有唐山机车车辆客车总装联合厂房支座处几年后焊接开裂。青岛四方车辆厂
三跨厂房边施工杆件边弯曲严重,后不得不停下来召开会议研究解决办法。哈尔滨水厂、天
津地毯仓库、山东莱西网架均发生了人身伤亡的重大事故。
6 有代表性的平板网架实例
有代表性的工程实例简况列于表3。
—7— 第3卷第4期 刘锡良:我国空间网架结构的发展现状表3网架实例
工程名称平面尺寸
(m×m)网架形式供稿单位供稿人
1大学生体育馆76×76(四周挑6)正交斜放北京市建筑设计院候光瑜
2江西体育馆(拱下吊二
片网架)38.16(25.83+70.11)三角锥江西有色冶金设计院吴 东
3河北省体育馆70.4×83.2正交斜放河北省建筑设计院吕一心
4肯尼亚体育馆八边形对边68.87,柱
距26.18,四周挑2.645正交正放中国建筑西南设计院陈玉玉
5大连体育馆八支点、不等边,八角
形74×74正交正放中国建筑东北设计院苑振芳
6广州天河体育馆六点支承,边长61.85三向广州建筑设计院梁梁少鹏
7空军网球馆(起脊网
架)36×49.5×1.2正放四锥空军设计局王天应
8约旦伊尔比德市郊哈
桑体育馆
62.7×74.1
(四周挑1.85)正交斜放徐州飞虹网架公司刘锡霖
9南航风雨操场44×60.5×2.75斜放四角
锥马鞍山建筑设计院江大魁
10高尔夫轿车总装厂
房
189.4×421.6
(12×21柱网)
正放抽空
四角锥陕西省机施分司金虎根
11安庆石油化工总厂
干煤库(三层网架)
68×72×3.556
(外挑2)
正放四角
锥
航空工业设计研究
院丁芸孙
12青岛第二橡胶厂内
轮胎车间(3t悬吊)
72×84
(12×24柱网)
正放四角
锥
化工部北京橡胶设
计研究院陶庆林
13天津无缝钢管厂管
加工车间(有天窗)3-36×564正放四角锥北京钢铁设计研究总院李青芳
14天津静海棉纺二厂80×246(20×22,
18×20柱网)
正放四角
锥天津市纺织设计院刘大宁
15天津市纺织局原棉
一库火车站罩栅30×60正放四角锥天津市纺织设计院刘 智
16芜湖市委礼堂(空
腹半球节点)
不等边六边形
30.6×77.618交叉斜放芜湖建筑设计院陈家福
17上海银河宾馆等边外凸三角形
边和48三角锥华东建筑设计院陆道渊
18成都火车站36(64.8+36+64.8)
四周挑5.4
斜放四角
锥四川省建筑设计院徐蕴明
—8—天 津 城 市 建 设 学 院 学 报 1997年12月 续表3网架实例
工程名称平面尺寸
(m×m)网架形式供稿单位供稿人
19西班牙92年世界博览
会中国馆39.2×49.6×2.8正放四角锥空军设计局王天应
20广州白云机场(高低
整体网架)80×69.6正交正放(高强螺栓)航空工业设计研究院刘树屯
21咸阳机库(相贯节点) 48×54正交正放航空工业设计研究
院高蕊芬
22山西体育中心体育场
挑棚39(115.9-145)挑26.8正放四角锥山西省建筑设计院赵发光
23孝感体育场挑棚2-23.185×104
挑17. 185
正放四角
锥天津大学程万海
24约旦伊尔比德市郊哈
桑体馆挑棚32×136徐州飞虹网架公司刘锡霖
25江西省纺织大厦(预应力
离心混凝土管式网架)16×28.8斜放四角锥江西科学院罗风麟
26贵州人民银行干部礼
堂(钢筋混凝土网架)14×18正交正放贵州工学院马克俭
27徐州教育学院(组合网
架楼盖)20×30×2.2正放四角锥徐州建筑设计院张澄亚
28抚州体育馆(组合网
架屋盖)45×58.5×3.2正放四角锥抚州地区建筑设计院黄茂田
29新乡百货大楼(组合网
架楼盖)34×34四层正放四角锥河南省网架厂刘青文
30辽宁省体育中心击剑
馆(组合网架楼盖)30×39×2.598斜放四角锥辽宁省建筑设计院薛宏伟杜立春
31厦门台湾工业园14号
厂房30×99折板型苏州网架厂朱 瑾
32石家庄体委水上游乐
中心30×120折板型空军设计研究局王天应
33南开大学体育中心
排球馆15×24×0.6装配式正放四角锥天津大学刘锡良
34邯郸体育馆60×75×4斜放四角
锥天津大学刘锡良
35文登市米山路加油站10×20×1正交正放文登市建筑设计院周祥智
7 曲面网架(网壳)的展望
网
壳近年来在我国获得迅速发展,到目前为止已建成数百座工程,其中大多数是最近十
才建成的。
网壳为空间结构的一种主要形式,它和平板网架合称为网架结构。它具有受力合理,刚
—9— 第3卷第4期 刘锡良:我国空间网架结构的发展现状建筑师所喜用。
网壳结构分单层和双层,双层网壳与平板网架有许多相似之处,都是空间铰接杆系结
构,通过腹杆将上弦与下弦连系起来,所不同的只是一个是平面一个是曲面。单层网壳则不
同其设计往往由稳定性控制,实际应力仅30-40N/mm2。
单层球网壳网格主要有肋环型(Ribbed)、施畏德勒型(Schwedler)、基威特型(kiewitt)、
联方网格(lamella)、网状型( Network)、二向和三向型( two andthreeway)和短程线型
(Geodesic)等。
双层球网壳网格较灵活,可采用平板网架中的网格型式也可用单层网壳形式。
筒网壳网格则分方网格、单斜杆型及三向型等三种。
近年来国内学者对单层网壳做过大量理论分析和试验研究工作。网壳稳定性是一比较
复杂的几何非线性问题,同时还要考虑各种缺陷的影响,至今尚不能根据其临界载荷确定一
合理可取的稳定的安全系数,目前安全系数偏高,致使单层网壳耗钢量指标不能降下,特别
是跨度较大时,设计人员比较担心,对设计单层网壳尚无把握。单层网架计算过去一直采用
拟壳的连续化分析方法,近年来由于电子计算机的发展,逐渐采用离散化的有限元分析方
法,从梁-柱理论或有限元法的几何非线性基本方程出发,采用牛顿-拉夫逊法、位移控制
法、荷载增量法、常刚度矩阵法、弧长法、广义增分法等多种方法,对网壳屈曲前后做了全过
程的跟踪分析。
目前最大的单层球面网壳为山西稷山选煤库(D=47.2m),此外尚有不少直径稍小的工
程山东杂技团排演厅(D=40m),济南动物园亚热带鸟馆(D=40m)及雉鸡馆(D=46m)和几
个油罐顶顶盖(D=36.6m,45.6m,46m)。双层球面网壳目前已建成的有济南长途汽车站(
D=45m)和天津市万人体育馆(D=108m)等。单层筒网壳跨度都不大;双层筒网壳最大的
有奥林匹克体育中综合体育馆(70m×83.2m)、濮阳中原化厂尿素散装库(58×135m)及大
同矿物局燕子山矿煤仓(40m×105m)。扭网壳单层跨度也很小;双层最大的有北京石景山
体育馆(三块平面三角形,每边99.7m)及北京体院体育馆(四块53.2m×53.2m)。双曲扁网
壳单层最大跨度24m;双层最大为石家庄新华集贸中心营业厅(40m×40m)。其它异形网壳
也建盖很多,有的跨度还较大,都在设计中。不久建成的巨型哈尔滨速滑馆(86.2m×191.
2m)为筒网壳和球网壳组合而成。
网壳的节点较平板网架类型多,单层网壳节点一般要求为刚接
,节点有一定刚度,以便
传递集中力和弯矩,采用焊接球节点更为适宜,螺栓球只能做很小跨度。另外我国研究成功
的有毂型节点(用于山西稷山工程)、叠合式节点用于青岛展览中心多功能厅)和卡盘螺栓节
点(用于大连青少年宫球幕影院及天象馆中)。双层网壳节点为铰接,一般和平板网架相同。
8 网壳的典型工程(表4)
—10—天 津 城 市 建 设 学 院 学 报 1997年12月 表4网壳的典型工程
序号网壳
形式工 程 名 称层别平面尺寸及厚度(m)矢高(m)
1郑州体育馆单D=64 9.14
2山西稷山选煤厂煤库单D=47.2 14.598
3山东杂技团排演厅单D=40 8.28
4球济南动物园亚热带鸟馆单D=40 6
5济南动物园雉鸡馆单D=46 7
6天津大港石管局物探公司舞厅单D=18 2.57
7面某3万m3内浮顶油罐单D=46 6.534
8潍坊艺海大厦屋厅单D=10.2 9.91
9北京东城区少年宫天象厅单D=12 8
10网哈尔滨工贸大厦展厅单D=21.82 8.084
11南戴河环球游乐宫双D=20.5 6.844
12中国科技馆球幕影院双D=35×1.5 25.5
13壳济南长途汽车站双D=45 9
14天津体育中心体育馆双D=108 13.50
15天津科技馆球幕厅单D=30 3/4D
16某水泥厂石灰石预均化库双D=110 31.4
17天津体育馆单52×68 87
18哈尔滨速滑馆双86.2×194.2 19.0
19筒浙江横山钢铁厂材料库单5波12×24 2.825
20形北京奥林匹克体育中心体育馆双70×83.2 13.5
21网大同矿物局燕子山煤仓双40×105
22壳濮阳中原化肥厂尿素散装库双58×135×2 24.5
23北戴河石塘路农贸市场单2-17.4×75.2,15×17.6 2.5
24天津儿童玩具大世界双18×113,18×163 3
25益阳法院法庭局部4块18×24 3
26扭北京向阳化工厂苯酚贮运站单6个4块18×21 3.6
27网北京体院体育馆双4块53.2×53.2×2.9 3.5
28壳北京石景山体育馆双3块△99.7 13.34
29双汾阳网架公司车间单3波18×18 3
30曲汾西矿物局工程处食堂单18×24 3.53
31扁网石家庄新华集贸中心营业厅双40×40×1.7 3.13
32壳天津新港海员俱乐部单11.7×12 2.2
33异型济南明湖贸易中心中厅双橄榄形28×52 7
34网徐州电视塔塔楼单球形D=21m 21
35壳青岛展览中心多功能厅单贝壳状曲边角形28.392 13
—11— 第3卷第4期 刘锡良:我国空间网架结构的发展现状