网壳结构课程课件
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网壳结构
图23 面心划分法
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.
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.
网架、网壳结构
– 双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分
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
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
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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
《网架结构简介》PPT课件
1.平面穿插桁架体系
平面穿插桁架体系由平面桁架相互穿插所组成，其上、下 弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一 平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆 间的夹角宜在40°～60°之间。
➢ 两向正交正放网架由两组分别与边界平行的平 面桁架互成90°穿插组成。同一方向的各平面
量省。但由于节点和杆件 数量增多，尤其是中层 节点
所连杆件较多，使构造复 杂，造价有所提高。
按照网格组成划分 平面穿插桁架体系
网架
空间 桁架 体系
四角锥体系 三角锥体系
两向正交正放网架 两向正交斜放网架 两向斜交斜放网架 三向网架
正方四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 棋盘四角锥网架
抽空三角锥网架 蜂窝型三角锥网架 普通三角锥网架
支承方式
周 边 支 承
常用网架选型表
平面形状
跨度
网架形式
斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正
≤60m
交斜放网架、正放四角锥网架、棋盘形四角锥网 架、正放抽空四角锥网架、蜂窝形三角锥网架、
L1/L2≤1.5 矩
星形四角锥网架
＞60m
两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放 四角锥网架、斜放四角锥网架
适用于建筑平面为矩形的情况。
➢ 两向斜交斜放网架 由两个方向桁架相 交◎角穿插而成， 形成棱形网格。适 用于两个方向网格 尺寸不同，而要求 弦杆长度相等。
适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳， 节点构造较复杂。
➢ 三向网架 三个方向的平面桁架相 互交角60 ； 常用于正三角形，正六 三角形平面； 在某些平面形状会出现 不规那么杆件。
二、网架的形式
➢按网双照架层构的网造形架组式是成很由划多上分。弦按、照下构弦造和组腹成杆成组分成，的有空双间构 层和造三(层图网3a架)，；是按最照常网用格的组网成架情形况式，。可分为由两向或 三向平面桁架组成的穿插桁架体系和由三角锥体、四 角椎体组成的空间桁架体系。
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
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)
TJDX建筑钢结构设计课件PPT之5-空间网架结构网壳结构
6．平面形状为圆形、正六边形和接近圆形的多边 形网架，从平面布置及建筑造型看，比较适宜采用 三向网架、六角锥网架、三角锥网架、抽空三角维 网架 I、II型和蜂窝形三角锥网架。特别是当平面 形状为正六边形时，这几种网架的网格规整，杆件 类型少，施工方便；如采用其他类型网架，则边界 附近网格不规整，比较零乱，杆件类型增多，施工 制作不便。
爬梯 下
下
赛道检修门定位线
赛道检修门定位线
下
上 上
下
赛道检修门
赛道检修门
空调回风室检修门
空调回风室检修门
上 下
17号楼梯详见建43
上
上
上 14号卫生间详见建56
下 下
24号楼梯详见建35,36,37
上
上
上
15号卫生间详见建57 挡烟垂壁位置示意 余同 （夹丝玻璃由厂家处理）
23号楼梯详见建32,33,34
2.1.3 网架结构的形式与分类
主要有15种网架，根据其组成可划分为四大类。 1、由平面桁架系组成的网架结构，它是由平面桁架发展和演变 过来的。由于平面桁架系的数量和设置方位不同。这类网架又 可分成四种： (1)两向正交正放网架；(2)两向正交斜放网架； (3)两向斜交斜放网架；(4)三向网架。
2、由四角锥体组成的网架结构，它的基本单元是由4根 弦杆、4根斜杆构成的正四角锥体。由这些四角锥体排 列组成网架时，还要用上弦杆或下弦杆把相邻的锥顶连 接起来。根据锥体的组合方式和连接锥顶弦杆的方向不 同，这类四角锥体组成的网架又可分为六种： （1）正放四角锥网架；（2）正放抽空四角锥网架； （3）斜放四角锥网架；（4）棋盘形四角锥网架； （5）星形四角锥网架； （6）单向折线形网架，又称折板型网架。
Finite element analysis model
网架结构简介(课堂PPT)
中小跨度周边支承情况。
.
42
• 三角锥网架上下弦平 面均为正三角形网格， 上下弦节点各连9根 杆件。
• 当网架高度为网格尺 寸的倍时，上下弦杆 和腹杆等长。三角锥 网架受力均匀：整体 性和抗扭刚度好，适 用于平面为多边形的 大中跨度建筑。
图 三角锥网架
.
43
• 保持三角锥网架的上 弦网格不变，按一定 规律抽去部分腹杆和 下弦杆。
• 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时， 网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向 传力明显，网架高度应大一些。
• 点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。
• 当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要 求。
.
55
对于点支承，支承附近的杆件及主桁架杆件 内力较大，其他部位内力较小，两者差别较大。
.
25
2.两向正交斜放网架
1）定义： 由两组相互交叉成90度的平 面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线 的交角为45度。可理解为两向正交正放网 架在建筑平面上放置时转动45度。
.
26
2）特点：
网架中各片桁架长短不一。节间数有 多有少，四角的短桁架刚度较大，对长桁 架有一定的嵌固作用，减少长桁架跨中弦 杆受力，对网架受力有力。
61结构形式62网架的结构形式63网架的支承方式广州新白云机场钢构工程新加坡滨海艺术中心大跨度结构的分类平面结构体系空间结构体系梁式结构平面空间桁架平面刚架结构拱式结构平板网架结构网壳结构悬索结构斜拉结构张拉整体结构梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系平板网架网壳结构maysvillebridge61网架结构是由很多杆件通过节点按照一定规律组成的网状空间杆系结构
.
27
• 对于矩形平面，周边支承时，可处理成长 桁架通过角柱和长桁架不通过角柱。前者 将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避 免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架 支座处设两个边角柱。
.
42
• 三角锥网架上下弦平 面均为正三角形网格， 上下弦节点各连9根 杆件。
• 当网架高度为网格尺 寸的倍时，上下弦杆 和腹杆等长。三角锥 网架受力均匀：整体 性和抗扭刚度好，适 用于平面为多边形的 大中跨度建筑。
图 三角锥网架
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43
• 保持三角锥网架的上 弦网格不变，按一定 规律抽去部分腹杆和 下弦杆。
• 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时， 网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向 传力明显，网架高度应大一些。
• 点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。
• 当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要 求。
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55
对于点支承，支承附近的杆件及主桁架杆件 内力较大，其他部位内力较小，两者差别较大。
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2.两向正交斜放网架
1）定义： 由两组相互交叉成90度的平 面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线 的交角为45度。可理解为两向正交正放网 架在建筑平面上放置时转动45度。
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26
2）特点：
网架中各片桁架长短不一。节间数有 多有少，四角的短桁架刚度较大，对长桁 架有一定的嵌固作用，减少长桁架跨中弦 杆受力，对网架受力有力。
61结构形式62网架的结构形式63网架的支承方式广州新白云机场钢构工程新加坡滨海艺术中心大跨度结构的分类平面结构体系空间结构体系梁式结构平面空间桁架平面刚架结构拱式结构平板网架结构网壳结构悬索结构斜拉结构张拉整体结构梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系平板网架网壳结构maysvillebridge61网架结构是由很多杆件通过节点按照一定规律组成的网状空间杆系结构
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27
• 对于矩形平面，周边支承时，可处理成长 桁架通过角柱和长桁架不通过角柱。前者 将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避 免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架 支座处设两个边角柱。
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15
2、菱形（无纬向杆联方型网壳）
由左斜杆和右斜杆组成菱形网格的网壳，两斜杆的两角为30～50，其造 型优美，通常采用木材、工字钢、槽钢和钢筋混凝土等构件建造。
back
16
餀
3、三角形（有纬向杆联方型、施威德勒型） 为了增强无纬向联方型网壳的刚度和稳定性能，可 加设纬向杆件组成三角形网格。使得网壳在风载及 地震灾害作用下具有良好的性能。从受力性能考 虑，球面网壳的网格形状最好选用三角形网格。
• 40米以下可采用单层网壳，跨度大可采用双层网壳。
5
替
• 按材料分：木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑 料网壳、玻璃璃钢网壳等。 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，以及制造与安装条件等。
塑料网壳及其它材料 塑料在国外已开始应用于网壳结构。塑料的重量轻、强度高、透 明或半透明，耐腐蚀、耐磨损，易于工厂加工制造。
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。 建筑平面上，可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、三 角形、扇形以及各种不规划的平面； 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，建筑的各种形体可通过曲面的切割和组合得到； 结构上，网壳受力合理，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；施工上，采用较小的构件在工厂预制，工业化生产，现场 安装简便快速，不需要大型设备，综合经济指标较好。
木材较早应用于球面和柱面网壳，其中有肋环形和联方型网壳 最多。层压胶合木广泛用于建造体育馆、会堂、音乐厅、谷库 等网壳。木材的最大优点是经济，易于加工制造各种形式。目 前世界上跨度最大的木网壳跨度达162m。
7
单层网壳的设计往往由稳定性控制，实际应 力很小。具有构造简单，重量轻，材料省等 特点。但由于稳定性差，仅适用于中、小跨 度的屋盖。跨度在40米以上、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。
Ch 9.4 网壳结构
• 本章主要内容：
• 1、概述 • 2、筒网壳结构 • 3、球网壳结构 • 4、扭网壳结构 • 5、其他形状的网壳结构 • 6、网壳结构的选型
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，是一种国内外颇受关注、半 个世纪以来发展最快，有着广阔发展前景的空间结构。
back
3
餀
9.4.1 概述
• 网壳结构的优点
• 1、网壳结构的杆件主要承受轴力，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、在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型 • ห้องสมุดไป่ตู้、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。
塑料折板网壳
6
国外在60年代开始研究的复合材料应用于网架结构， 常见的有玻璃丝增强树脂（GRP，俗称玻璃钢）、碳 纤维或阿拉密德（aramid）。 复合材料最大的优点是强度高、重量轻，单位密度的 强度指标都很优越。 目前复合材料已成功地用在修建连续体的壳体与折板 上。它也可以用来制作索、棒与管。有一个试验性网 络的杆件与节点全部用复合材料制成。
• 1、按几何组成规律分 • （1）平面桁架体系双层筒网壳
a) 两向正交正放柱面网壳
c) 三向柱面网壳一
d) 三向柱面网壳二
10
• （2）四角锥体系双层筒网壳
正放四角锥柱面网壳
正放抽空四角锥柱面网壳
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• （3）三角锥体系双层筒网壳
三角锥柱面网壳
• 2、按弦杆布置方向分 • （1）正交类双层筒网壳 • （2）斜交类双层筒网壳
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当网壳结构的曲面形式确定后，根据曲面结构的特性，支承的 数目、位置、形式，杆件材料和节点型式等，便可确定网壳的 构造型式和几何构成。基中重要的问题是曲面网格划分（分 割）。进行网格划分时，一是要求杆件和节点的规格尽可能少 以便工业化生产和快速安装；二是要求使结构为几何不变体 系。不同的网格划分方法，将得到不同型式的网壳结构。 • 网壳结构的分类： • 按杆件的布置方式分：单层网壳和双层网壳
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9.4.3 球网壳结构
球面划分： 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
1、梯形（肋环型网格） 肋环型球面网壳是从肋型穹顶发展起来的，肋型穹顶由许多 相同的辐射实腹肋或桁架相交于穹顶顶部，下部安置在支座 拉力环上，肋与肋之间放置檩条。当穹顶矢跨比较小时，支 座上产生很大的水平推力，肋的用钢量较大。为了克服这一 缺点，将纬向檩条（实腹的或格构的）与肋连成一个刚性立 体体系，称为肋环型网壳。 肋环型网壳只有经向和纬向杆件，大部分网格呈梯形。由于 它的杆件种类少，每个节点只汇交四根杆件，故节点构造简 单，但是节点一般为刚性连接，承受节点弯矩。这种网壳通 常用于中、小跨度的穹顶。
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施威德勒型球面网壳是肋环型网壳的改进型式，因其刚度大，常用于大、 中跨度的穹顶。这种网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，设置斜杆的目的 是增强网壳的刚度并能承受较大的非对称荷载。 斜杆布置方法主要有：左斜单斜杆(图)、左右斜单斜杆(图b)、双斜杆(图 c)和无纬向杆的双斜杆(图d)。选用时根据网壳的跨度、荷载的种类和大 小等确定。左斜单斜杆体系，因为其节点上汇交的杆件较少，应用普遍。
双层网壳是由两个同心或不同心的单层网壳通过 斜腹杆连接而成的。 按照网壳曲面形成的方法，双层网壳又可分为双 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。
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9.4.2 筒网壳结构
• 一、单层筒网壳
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• 二、双层筒网壳
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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。 另外，为减小初始缺陷，对于杆件和节点的加工精度 应提出较高的要求，制作加工难度大。此外，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。这些问题在大跨度网壳 中显得更加突出。
2、菱形（无纬向杆联方型网壳）
由左斜杆和右斜杆组成菱形网格的网壳，两斜杆的两角为30～50，其造 型优美，通常采用木材、工字钢、槽钢和钢筋混凝土等构件建造。
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3、三角形（有纬向杆联方型、施威德勒型） 为了增强无纬向联方型网壳的刚度和稳定性能，可 加设纬向杆件组成三角形网格。使得网壳在风载及 地震灾害作用下具有良好的性能。从受力性能考 虑，球面网壳的网格形状最好选用三角形网格。
• 40米以下可采用单层网壳，跨度大可采用双层网壳。
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• 按材料分：木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑 料网壳、玻璃璃钢网壳等。 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，以及制造与安装条件等。
塑料网壳及其它材料 塑料在国外已开始应用于网壳结构。塑料的重量轻、强度高、透 明或半透明，耐腐蚀、耐磨损，易于工厂加工制造。
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。 建筑平面上，可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、三 角形、扇形以及各种不规划的平面； 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，建筑的各种形体可通过曲面的切割和组合得到； 结构上，网壳受力合理，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；施工上，采用较小的构件在工厂预制，工业化生产，现场 安装简便快速，不需要大型设备，综合经济指标较好。
木材较早应用于球面和柱面网壳，其中有肋环形和联方型网壳 最多。层压胶合木广泛用于建造体育馆、会堂、音乐厅、谷库 等网壳。木材的最大优点是经济，易于加工制造各种形式。目 前世界上跨度最大的木网壳跨度达162m。
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单层网壳的设计往往由稳定性控制，实际应 力很小。具有构造简单，重量轻，材料省等 特点。但由于稳定性差，仅适用于中、小跨 度的屋盖。跨度在40米以上、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。
Ch 9.4 网壳结构
• 本章主要内容：
• 1、概述 • 2、筒网壳结构 • 3、球网壳结构 • 4、扭网壳结构 • 5、其他形状的网壳结构 • 6、网壳结构的选型
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，是一种国内外颇受关注、半 个世纪以来发展最快，有着广阔发展前景的空间结构。
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9.4.1 概述
• 网壳结构的优点
• 1、网壳结构的杆件主要承受轴力，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、在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型 • ห้องสมุดไป่ตู้、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。
塑料折板网壳
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国外在60年代开始研究的复合材料应用于网架结构， 常见的有玻璃丝增强树脂（GRP，俗称玻璃钢）、碳 纤维或阿拉密德（aramid）。 复合材料最大的优点是强度高、重量轻，单位密度的 强度指标都很优越。 目前复合材料已成功地用在修建连续体的壳体与折板 上。它也可以用来制作索、棒与管。有一个试验性网 络的杆件与节点全部用复合材料制成。
• 1、按几何组成规律分 • （1）平面桁架体系双层筒网壳
a) 两向正交正放柱面网壳
c) 三向柱面网壳一
d) 三向柱面网壳二
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• （2）四角锥体系双层筒网壳
正放四角锥柱面网壳
正放抽空四角锥柱面网壳
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• （3）三角锥体系双层筒网壳
三角锥柱面网壳
• 2、按弦杆布置方向分 • （1）正交类双层筒网壳 • （2）斜交类双层筒网壳
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当网壳结构的曲面形式确定后，根据曲面结构的特性，支承的 数目、位置、形式，杆件材料和节点型式等，便可确定网壳的 构造型式和几何构成。基中重要的问题是曲面网格划分（分 割）。进行网格划分时，一是要求杆件和节点的规格尽可能少 以便工业化生产和快速安装；二是要求使结构为几何不变体 系。不同的网格划分方法，将得到不同型式的网壳结构。 • 网壳结构的分类： • 按杆件的布置方式分：单层网壳和双层网壳
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9.4.3 球网壳结构
球面划分： 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
1、梯形（肋环型网格） 肋环型球面网壳是从肋型穹顶发展起来的，肋型穹顶由许多 相同的辐射实腹肋或桁架相交于穹顶顶部，下部安置在支座 拉力环上，肋与肋之间放置檩条。当穹顶矢跨比较小时，支 座上产生很大的水平推力，肋的用钢量较大。为了克服这一 缺点，将纬向檩条（实腹的或格构的）与肋连成一个刚性立 体体系，称为肋环型网壳。 肋环型网壳只有经向和纬向杆件，大部分网格呈梯形。由于 它的杆件种类少，每个节点只汇交四根杆件，故节点构造简 单，但是节点一般为刚性连接，承受节点弯矩。这种网壳通 常用于中、小跨度的穹顶。
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施威德勒型球面网壳是肋环型网壳的改进型式，因其刚度大，常用于大、 中跨度的穹顶。这种网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，设置斜杆的目的 是增强网壳的刚度并能承受较大的非对称荷载。 斜杆布置方法主要有：左斜单斜杆(图)、左右斜单斜杆(图b)、双斜杆(图 c)和无纬向杆的双斜杆(图d)。选用时根据网壳的跨度、荷载的种类和大 小等确定。左斜单斜杆体系，因为其节点上汇交的杆件较少，应用普遍。
双层网壳是由两个同心或不同心的单层网壳通过 斜腹杆连接而成的。 按照网壳曲面形成的方法，双层网壳又可分为双 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。
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9.4.2 筒网壳结构
• 一、单层筒网壳
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• 二、双层筒网壳
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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。 另外，为减小初始缺陷，对于杆件和节点的加工精度 应提出较高的要求，制作加工难度大。此外，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。这些问题在大跨度网壳 中显得更加突出。