网架与网壳对比及网壳结构主要缺点
浅谈网架结构与网壳结构的区别与联系
浅谈网架与网壳结构的区别与联系陈露（东南大学09级土木工程学院结构1班）摘要：空间结构以前轻巧的外形及合理的受力受到了广泛运用，本文对两种主要的空间结构——网架结构与网壳结构作了一些简单的比较，通过对组成、内力、动力下的特点等方面的比较，加深对网架与网壳结构的认识，希望对网架与网壳的研究、分析与设计有所帮助。
关键字：网架网壳比较目前，大跨空间结构发展迅速，空间结构以其优美的建筑外形和良好的受力性能被广泛运用于工程实践中。
网架与网壳是空间结构的主要形式，他们有许多类似的地方，同时又有各自的特点。
(前言)1.网架与网壳的定义网格结构是由很多杆件通过节点，按照规律的几何图形组成的空间结构。
网格结构中，双层或多层平板形网格结构称为网架结构，而曲面形网格称为网壳结构。
网架与网壳结构都属于空间网格结构范畴，结构形式较为新颖，杆件的布置形式都具有很强的规律性。
2.网架与网壳结构的组成与连接网架结构形似一块大板，一般分为平行桁架系网架、四角锥体系网架、三角锥体系网架、混合型三层网架等；网壳结构为空间曲面形式，分为单层和双层网壳两种，单层网壳结构依靠单层杆件找形，双层网壳依靠上弦杆件找形，腹杆和下弦杆可按相应的平面桁架体系、四角锥体系或三角锥体系。
根据其组成可以判断，网架结构及双层网壳结构的节点允许采用铰接或刚接形式，而单层网壳结构中，杆件之间的节点只允许采用刚接，否则将使单层网壳形成机构。
空间铰接杆系的一个节点有三个自由度，在网架为几何不变的前提下，可用下式判断整个结构的超静定次数。
W=3J-B-S (1) J——网架的节点数B——网架的杆件数S——支座约束数假设某双层正交正放网架上弦的网格数为N×N，下弦网格数为(N-1)×(N-1),则节点数为2N2+2N+1,网架杆件数为8N2，W=-2N2+6N+3-S。
对于大跨结构，一般情况下N较大，设N=10,且上弦点支承,约束数为S=4N，则W=-177.超静定次数为177.可见，网架和双层铰节点网壳结构的冗余度较大，具有较高的安全储备。
3.5网架与网壳的防腐与防火
补充： 补充：美国世贸双塔案例分析
启示： 启示：（对目前的建筑防火设计体系进行全面的反思）
如果双塔完全符合现行规范的要求，却发生倒塌 ，就意味着现行建筑防火规范有关建筑构件耐火 极限的要求和有关建筑物火灾安全性的规定存在 问题。 如果是由于双塔本身并没有真正满足现行规范的 要求而发生倒塌，则应该将精力侧重在如何强化 现行规范的执行方面。
背景介绍
济 南 奥 体 中 心
背景介绍
锈蚀
背景介绍
柱脚锈蚀
3.5.1网架与网壳的防腐 网架与网壳的防腐
常用方法：
改变金属组织：造价最高，用于小跨度装饰性网架 与网壳； 在钢材表面用金属镀层保护； 在钢材表面涂以非金属保护层：最常用，价格低廉， 效果好，选择范围广，适用性强。
一般可维持20—30年 年 一般可维持
3.5.1网架与网壳的防腐 网架与网壳的防腐
防腐底漆选择的重要性
底漆损坏，钢结构生锈 结构的强度会降低 影响钢结构建筑的使用寿命 铁锈的体积膨胀和剥落 导致防火涂层的开裂或剥 落，危及防火安全
防腐底漆的选择在新建的钢结构建筑中是一个十分 重要的环节，也是重大安全问题，日益受到重视。 重要的环节，也是重大安全问题，日益受到重视。
3.5网架与网壳的防腐与防火 网架与网壳的防腐与防火
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背景介绍
重要性和必要性
网架与网壳的杆件和节点多采用钢材——空间受力、刚 度大、抗震性能好、建筑高度小、造型美观、节省钢材 ；不耐热，易腐蚀。 450-650℃，失去承载力；腐蚀，杆件截面减少，降低安 全可靠性和使用年限。 网架和网壳结构是较好的大跨度屋盖结构形式, 多用于 剧院、体育馆、工业厂房、商场、学校等人员密集的建 筑。 若在人员安全撤离前发生坍塌,将可能造成重大人员伤亡 和财产损失。
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
网架与网壳的异同点全面归纳
大跨空间结构小论文《网架和网壳结构的异同点分析》姓名：学号：专业：土木工程网架与网壳结构异同点分析摘要：空间结构以轻巧的外形及合理的受力受到了广泛运用，本文对两种主要的空间结构——网架结构与网壳结构作了一些简单的比较，罗列了一些异同点，加深对网架与网壳结构的认识，希望对网架与网壳的研究、分析与设计有所帮助。
关键字：网架网壳异同点为了满足社会生活和居住环境的需要，人们向建筑物提出更高要求，需要足够的跨度来达到更大的覆盖空间的目的，而像网架和网壳这种空间结构就应运而生。
所谓空间结构是指建筑结构的形状具有三维空间形状，在荷载作用下具有三维受力特性、呈立体工作状态的结构。
本文旨在探讨网架和网壳的异同点，但是因为他们的有些特性的界线不是很明显，故只能粗中有细地进行分析。
首先讨论它们的相同或类似的部分。
1、网架和网壳隶属体系相同。
它们同属于刚性空间结构体系，一般是由钢杆件按一定规律组成的网格状高次超静定空间杆系结构，具有很好刚度的结构体系。
2、具有一些相似的优缺点。
（1）结构组成灵活多样但又有高度的规律性，便于采用，并适用各种建筑方面的要求。
（2）节点连接简单可靠，加工制作机械化程度高，并已全部工厂化。
（3）用料经济，受力合理，能用较少的材料跨越较大的跨度，节约钢材。
（4）分析计算成熟，已采用计算机辅助设计，大大缩短了设计周期。
（6）适应建筑工业化、商品化的要求。
（7）节点用钢量较大，加工制作费用仍较平面桁架为高。
（8）是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂.3、结构形式均多种多样。
网架结构按结构组成分，有双层和三层网架；按支撑条件，可分为周边支撑、点支撑、三边支撑和两边支撑、周边支撑与点支撑相结合的混合支撑等；按网格组成主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。
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。
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国家大剧院
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悉尼歌剧院
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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
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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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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
3.1网壳结构的形式及特性09.
（4）三向网格型球面网壳
在水平投影面上，通过圆心作夹角为±60 的三个轴，将轴n等分并连线，形成正三角形 网格，再投影到球面上形成。
（5）凯威特型（简称K型）球面网壳
（扇形三向网格）
由 n（n＝6，8，12，···）根径肋把球面分为 n个对称扇形曲面。每个扇形面内，再由环杆和 斜杆组成大小较匀称的三角形网格。它综合了旋 转式与均分三角形划分法的优点，不但网格大小 勻称，内力分布也均匀。
曲面呈马鞍形，高斯曲 率K＜0。
水平截面是一对分离的双曲线， 竖向主截面是抛物线。
沿曲面斜向垂直切开为直线。
适用于矩形、椭圆形和圆形等平面。
（5）扭曲面网壳（也是双曲抛物面）
将一根直线的两端沿两根在空间倾斜、不 相交的直线移动而形成。
高斯曲率＜0。
或从马鞍形曲面中按一定的方式沿直线方向截 取一部分，如ABCD，覆盖的面是矩形平面。
两个主曲率是正交的，主曲率半径分别用R1、 R2表示。
k
R
, k
R
该点的高斯曲率：
K
k k
R
R
（1）零高斯曲率的网壳
曲面一个方向的主曲率 半径R1= （即k1= 0）；另一 个 主 曲 率 半 径 R2=±a ， （ 即 k2≠ 0），为单曲网壳。
层状穹顶
（2） 由三个方向的大圆构成的均匀三角形 网格。
格子穹顶
（3） 以球面内接的多面体棱边投射到球面上， 构成的网格体系，称短程线(测地线)穹顶。
预应力网壳——攀枝花市体育馆， 1994年，三向 短程线型双层球面网壳，74.8×74.8花瓣八边形， 矢高8.89m， 49㎏/㎡ .
（4） 用相互直交的子午线族构成。
干煤棚网壳结构使用现状与缺陷分析
工业建筑 2005 年第 35 卷第 5 期
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载的计算则需考虑截面的折减 。
112 杆件锈蚀对干煤棚结构受力影响
锈蚀导致钢材物理性能的改变 ,更主要的引起杆件有效
截面的削弱 。本节引用文献[6 ,7 ]的资料采用折减杆件壁厚
的方法来计算锈蚀的作用 。在钢管内径不变的情况下 ,取壁
厚折减 015 、110 、115 、210mm 四种情况进行结构计算 。
2 杆件弯曲的计算模型及其对结构受力影响 211 计算模型
如前所述 ,煤的堆压使杆件产生弯曲 ,即使清理掉煤堆 , 杆件弯曲还是存在的 。杆件一旦发生了弯曲 ,对压杆是极其 不利的 ,它本身的刚度会随着挠度的增加而降低 ,如果产生 的挠度比较大 ,刚度将会急剧下降 。不同压杆的刚度降低程 度与截面属性有关 ,截面积越小的杆件刚度降低得越快 。图 7 曲线反映了弯杆的刚度 (截面) 随挠度折减的规律 。局部杆 件刚度的变化 ,会带来整体刚度的改变 ,进而使整个网壳结 构内力重分布 ,周围受其影响大的那些杆件应力会产生很大 的变化 。
考虑到杆件的弯曲主要是因为施工工艺或者煤的堆压
k
=
1 8 v20 D2 (1 + α2 )
+1
EA l
=
η EA l
(3)
其中 ,η为刚度折减系数 ,即
浅析网架与网壳结构之异同
浅析网架与网壳结构之异同田伟1.结构组成形式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，当网格为双层或多层平板型时即为网架，而当网格为曲面形状并具有壳体的结构特性时即为网壳。
网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。
平面布置灵活，施工安装简便，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备，但其屋面铺装需要利用支托来找坡排水。
网壳的建筑选型灵活多变，而且十分的优美，不论建筑平面，立面或型体都能给人以美的感受。
另外较之平板网架，网壳结构具有自动排水的功能，2.结构受力特点网架通过上下弦工作原理受力：通过腹杆的连接，上弦受压，下弦受拉从而产生承载力。
其优点为空间工作，传力途径简捷，刚度大，抗震性能好（水平地震作用效应小），结构计算及设计相对简单并已成熟；缺点为各杆件工作内力相差较大，设计时杆件规格归并后存在“强度过剩”问题。
网壳是典型的三维结构，其强度和刚度利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。
合理的曲面可以使结构力流均匀，各杆件协同工作，内力分布相对均匀，应力峰值较小，从而可以节约钢材。
网壳结构尤其是单层网壳，在设计中需要考虑的首要问题是非线性稳定计算，以及几何缺陷对结构稳定的影响。
此外，对于寻求网壳结构的合理型体，网壳结构的动力特性分析以及抗风、抗震（水平地震作用效应显著）设计等问题也较网架结构复杂。
3.结构适用性网架及网壳结构一般跨度较大，多用于公用建筑、重要建筑或大型工业厂房。
网架结构的主要优点是经济性强，设计和计算简单，制作安装方便，相对于土建工程能在更短的时间内完成设计和施工。
网壳有杆系结构构造简单和薄壳结构受力合理的特点，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，是一种颇受关注、较有前景的空间结构。
4.个人体会网架和网壳结构能够被广泛使用并不断发展，用结构设计的“安全、合理、先进、经济”这一评价指标可做一简单解释。
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网架与网壳对比及网壳结构主要缺点
在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴向的拉力或压力，能充分发挥材料的强度，节省钢材。
平板网架与网壳相比，它是一种无水平推力和拉力的空间结构，支座构造较为简单，一般简支支座即可，便于下部支承结构处理。
而网壳结构受力更趋于合理，且可以实现更美观建筑造型。
网壳结构的主要缺点在于：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，给结构设计和施工帯来了一定困难。
为了减小网壳结构的这种缺陷，对于杆件和节点的加工精度要求就较高，因此加工难度也増大。
此外，网壳的矢高很大时，增加了屋面面积和不必要的建筑内部空间，建筑材料和能源的消耗也随之增加。
这些问题在大跨度网壳中显得更加突出。
由于网架、网壳结构组合有规律，大量杆件和节点的形状、尺寸相同，并且杆件和节点规格少，便于工厂成批逆，产品质量高，现场进行拼装容易，施工速度快。