详解空间结构(网架结构)的发展规律
10_空间网架结构
二、网格尺寸确定原则
网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦 杆夹角应控制在40°～55°之间为宜。如夹角 过小，节点构造困难。
网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺 设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般 不超过3m，否则安装困难。
对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按下 表选用。
抽空三角锥网架适用于 平面为多边形的中小跨 度建筑。
抽空三角锥网架
上弦网格为三角形和 六边形，下弦网格为 六边形。
腹杆与下弦杆位于同 一竖向平面内。节点、 杆件数量都较少，适 用于周边支承，中小 跨度屋盖。
蜂窝形三角锥网架本 身是几何可变的：借 助于支座水平约束来 保证其几何不变。
(b)对整个网架起拱(图b)； (c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，
使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面， 类似梯形桁架。 有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段 的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1／ 300。
（a）用小立柱
（b）起拱
网架屋面找坡
施工中的网架
10.4、网架结构的支承方式与节点
平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比 大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四 角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比不 大于2时，也可用斜放四角锥网架。
平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正 放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正 交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的 多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四 角锥网架。
平板压力支座
平板压力支座
平板压力支座
（4）屋顶节点
（5）悬挂吊车节点
水平斜撑杆
水平斜撑杆
周边支承网架水平斜撑布置方式之一
《网架结构设计》课件
实验验证
对网架结构进行模型试验 或实际工程试验，验证设 计的可行性和安全性。
网架结构的形式选择
平板网架
由多个平板通过节点连接而成， 适用于大跨度、大空间的屋盖结
构。
曲面网架
通过节点连接形成曲面形状，适 用于具有曲线形状的屋盖结构。
立体网架
由多个平面网架组合而成，形成 三维空间结构，适用于高层或大
跨度建筑。
船舶工程
在船舶工程中，网架结构可应用 于船体内部支撑和甲板铺面。
核电站
在核电站中，网架结构可应用于 安全壳和相关辅助设施的结构支
撑。
网架结构的发展趋势与展望
智能化设计
01
随着计算机技术的发展，网架结构的优化设计 、稳定性分析等将更加智能化。
绿色环保
03
未来网架结构设计将更加注重绿色环保，采用 可再生材料和节能技术，降低能耗和碳排放。
整体稳定性
评估网架结构在外部荷载作用下的整体稳定性，防止结构发 生失稳。
局部稳定性
分析网架杆件在压力或弯曲作用下的稳定性，防止杆件屈曲 或失稳。
网架结构的优化设计
结构形式优化
根据工程需求和条件，选 择合适的网架结构形式， 如三角形、四边形、六面 体等。
尺寸优化
根据网架的内力分析和稳 定性要求，对网架杆件截 面尺寸进行优化，降低用 钢量。
新材料的应用
02
新型材料的不断涌现，如碳纤维、玻璃纤维等 ，将为网架结构的设计和应用提供更多可能性
。
定制化设计
04
随着个性化需求的增加，网架结构的定制化设 计将更加普遍，以满足不同领域和特定需求的
结构设计要求。
THANKS
施工精度控制
在施工过程中，对网架结构的拼装、 吊装等环节进行精度控制，确保安装 误差在允许范围内。
网架结构概述
网架结构概述一、网架与网壳（1）网架是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板形或微曲形空间杆系结构，主要承受整体弯曲内力。
（2）网壳是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的曲面状空间杆系结构或梁系结构，主要承受整体薄膜内力。
二、常见网架的网格形式（1）交叉桁架体系主要有图10-1～图10-4四种网格形式。
（2）四角锥体系主要有图10-5～图10-8四种网格形式。
图10-1 两向正交正放网架图10-2 两向正交斜放网架图10-3 两向斜交斜放网架图10-4 三向网架图10-5 正放四角锥网架图10-6 正放抽空四角锥网架图10-7 斜放四角锥网架图10-8 棋盘形四角锥网架三、常见网壳的网格形式（1）单层圆柱面网壳网格主要有图10-9～图10-12四种网格形式。
（2）单层球面网壳主要有图10-13～图10-16四种网格形式。
图10-9 单向斜杆正交正放网格图10-10 交叉斜杆正交正放网格图10-11 联方网格图10-12 三向网格图10-13 肋环形网格图10-14 肋环斜杆形网格图10-15 三向网格图10-16 扇形三向网格四、杆件与节点1.杆件网架的杆件可采用普通型钢或薄壁型钢。
管材宜采用高频焊管或无缝钢管。
2.节点网架的节点可分为螺栓球节点、焊接空心球节点和支座节点等。
目前，大多数的网架采用螺栓球节点和焊接空心球节点。
（1）螺栓球节点。
螺栓球节点是通过螺栓将管形截面杆件与钢球连接起来的节点，一般由高强度螺栓、钢球等零件组成，如图10-17所示。
图10-17 螺栓球节点1—钢球；2—高强度螺栓；3—套筒；4—紧固螺栓；5—锥头；6—封板（2）焊接空心球节点。
焊接空心球是由两个压制的半球焊接而成的。
其可分为加肋空心球和不加肋空心球两种。
这种节点形式构造简单、受力明确，但是节点的用钢量较大，是螺栓球节点的两倍，现场焊接工作量大，而且仰焊、立焊占很大比重。
（3）支座节点。
网架结构通过支座支撑于柱顶或梁上。
空间网架结构
（1）网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；
（2）结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符 合小变形理论。
2.空间杆系有限元法要点
（1）单元刚度矩阵
空间杆系有限单元： 每个杆件共有6个自由度：
e u i v i w i u j v j w jT
对应6个杆端力：
F e F x i F y i F z i F x j F y j F z jT
斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正 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、 星形四角锥网架
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
两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽 空四角锥网架、斜放四角锥网架
两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽 空四角锥网架、单向折线形网架
δ （7）杆件内力 { F — } e ＝ [ T ] T [ K ] e { } e 展开为： N E lijc A o (u js u i) co (v js v i) co (w js w i)
设防烈度为8度或9度的地区，周边支承及多点支承和周边支承相 结合的网架
FEvkivGi
v 为竖向地震作用系数。
竖向地震作用系数
场地类别
设防烈度
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ、Ⅳ
8
可不计算（0.10）
0.08（0.12）
0.10（0.15）
9
0.15
0.15
注：括号中数值用于设计基本地震加速度为0.3g地区
0.20
悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架 结构 ，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用标 准值可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。设 计基本地震加速度为0.3g时，可取该结构重力荷载代表 值的15%。计算重力荷载代表值时，永久荷载取100%， 雪荷载和屋面积灰荷载取50%，不计屋面活荷载。
第2.1章空间网格结构的形式12.11祥解
板网架,不常见的圆形平板网架、单层球面壳、双层球
面壳、单层柱面壳、双层柱面壳、扭面壳、移动曲面及 塔架等。
* 他约结构体系：加上支座和屋面板（或支撑） 约束后，才成为几何不变体系的结构。 如蜂窝形三角锥网架。
自约结构体系：自身就为几何不变体系的结构。
*形成几何不变体系的必要条件： K＝3J – m – r ≤ 0
m——网架的杆件数；
r——支座约束链杆数，r≥6；
J——网架的节点数。
*
K＞0 网架为几何可变体系；
K＝0 网架无多余杆件，
如杆件布置合理，该网架为静定结构；
K＜0 网架有多余杆件， 如杆件布置合理，该网架为超静定结构。
*网架结构几何不变的充分条件：
1 ）用三个不在一个平面上的杆件汇交 于一点，该点为空间不动点，即几何不变；
四、网架与网壳的区别
1、网架结构整体是一个受弯的平板，大跨度的网 架结构总弯矩随着跨度二次方增加的。因此，普通的 大跨度平板网架需要增加许多材料用量。 2、网壳结构主要承受薄膜内力，以其合理的形体 来抵抗外荷载的作用。 因此同等条件的大跨度结构，网壳要比网架节约钢 材。 3、网壳结构外形美观。
第二节 网架结构的形式 P20
2）两向正交斜放网架
由两个方向的平面桁架垂直交叉而成， 桁架与边界夹角为45（45）。
3）两向斜交斜放网架
解： 节点数 J＝5，
杆件数 m＝8，
支座约束链杆数 r=6
K＝3586＝l＞0
几何可变。
加一杆件 1-3，
杆件数 m＝9，其余不变 K＝3 596＝0 满足必要要求 分析充分条件： 1 点三个支座链杆相连为不动点，2 点有二个支座 链杆和一个杆件；3点有二个杆件和一个支座连杆相连； l，2，3点不动，4点也不动，l，3，4点不动，5点也不 动，四锥体是没有多余链杆的几何不变体。
网架结构
网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。
我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。
网架在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。
网架结构的优点是用钢量小、整体性好、制作安装快捷，可用于复杂的平面形式。
适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。
这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。
网架主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。
跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。
网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：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。
壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。
网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中以钢网架用得较多。
网架具有重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强等特点，目前对于网架的需求量也越来越大.结构屋顶全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。
结构寿命可达100年。
空间网格结构(网架与网壳结构)的三大优势分析
网格结构是在20世纪中叶以来特别是近30多年发展最快的空间结构形式，它是将多根杆件，按照某种有规律的几何图形，通过节点连接成的一种网格状的三维杆系结构。
空间网格结构的外形可以成平板状，也可以呈曲面状。
前者称为平板网架结构，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。
网格结构是网架与网壳的总称。
网架与网壳结构统称为空间网格结构。
网格结构在国内外应用广泛且发展速度很快，这主要是由于其具有以下优点：
（1)网格结构为三向受力的空间结构，受力合理，可以跨越较大的跨度，节约钢材。
网架结构比单向受力的平面结构（如平面桁架）自重轻、钢材用量少。
网壳结构中虽然曲面多样化，但从整体上来看主要承受压力，通过增大刚度，减小变形，精心设计可使网壳受力合理均匀，同样达到节省钢材的目的。
（2)工业化程度高，施工工期短，综合经济指标较好。
网格结构的组成特点是用小构件组成跨度很大的空间结构，其构件和节点比较单一而且定型化，网格可以做成标准尺寸的预制单元、预制节点和零件，加工制作机械化程度高，可全部工厂化生产，成品质量高、工期短；预制单元和节点零件尺寸小、重量轻，便于存放、装卸、运输、拼装；节点连接简便可靠，现场施工安装操作简单快捷、灵活，且质量可靠，尤其网架结构，现场仅需简单的拼装，技术简单，工作量小，安装不需要大型起重设备。
（3)网格结构应用范围广泛，适用于各种跨度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，满
足建筑功能或工艺灵活和复杂的各种要求，且网格结构可拆可装、便于建筑物的扩建、改建或移动搬迁。
而且，网架结构中，可利用其上下弦之间的空间布置各种设备及管道等，能有效地利用空间，经济合理且使用方便。
10第十章网架结构分析
二、平面网架(或称“平板网架” )
平面网架是无推力的空间结构，不存在需要 材料去对付推力的问题。所以是既合理又合算的 网架型式（优点类似平行桁架）。目前，国内外 广泛采用的网架结构也是这种型式。
第三节 平行网架的结构形式
平板网架通常由平行弦桁架交叉组成 ，根据桁架交叉方式的不同有下述几种 型式。
一、两向正交正放网架
间刚度比两向网架
为好，而且杆件内
力比较均匀。但节
点汇交处杆件较多
，节点构造比较复
杂。
这种网架适用于大跨 度建筑，持别是当 建筑平面为三角形 、六边形和圆形时 最为合适 。
四、锥体网架
前面三种网架都是 由平行弦桁架相互交叉 组成，故属于交叉桁架 体系网架。锥体网架是 由三角锥、四角锥或六 角锥的锥体单元组成的 空间网架结构，故属于 角锥体系网架。锥体网 架因不是桁架交叉组成 ，故网架的上、下层网 格之间设有竖向腹杆。 上、下层网格之间的腹 杆，也就是锥体的棱角 斜杆。
上海师范大学球类房屋顶结构就是这种网架 (31．5m×40．5m)。
正放四角锥体网架杆件内力比较均匀。当为点支 撑时，除支座附近的杆件内力较大外，其他杆件的内 力也比较均匀。屋面板规格比较统一，上、下弦杆件 等长，无竖杆，构造比较简单。
四角锥体网架适用于平面接近正方形的中、小跨 度周边支承的建筑。也适用于大柱网的点支承，有悬 挂吊车的工业厂房和面荷载较大的建筑。
薄壳差不多，故这种
网架也称“网壳”。
曲面网架的缺点（对应薄壳结构的缺点）
曲面网架屋盖，由于多余的上凸而增加了建筑容 积，从而增加了建造费用，以及增加了采暖、通风、 照明等项目的常年费用。
就曲面网架本身的构造来说，施工也比较困难。 尤其是，对于经常遇到的矩形建筑平面来说，曲面网 架还要设置承受巨大推力的特殊设施，从而消耗大量 材料，降低了结构本来获得的经济效果，故是得不偿 失的方法。因此，国内外实际很少采用曲面网架这类 型式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
详解空间结构（网架结构）的发展规律
空间结构（网架结构）的发展是和人类生活、生产的需要，科学技术水平以及物质条件的发展紧密相连的，它经历了一个漫长的发展过程。
回顾人类发展的历史，就可发现其中一个显著的特点就是其活动空间的不断改善与扩充。
远古伊始，人类或挖洞穴居或构木为巢，仅是为争取一个生存的空间，随着科学技术的发展，人们懂得运用各种材料建造出更牢固、更舒适的空间。
空间结构已成为21世纪建筑结构学科中最重要与最活跃的发展领域之一，回
顾空间结构的发展历程，可以总结出一些空间结构的发展规律。
空间结构的跨度越来越大。
从古罗马的圣彼得大教堂到英国伦敦的“千年穹顶”，其直径由42m扩大到320m.在每一次空间结构形式的创新和发展的背后，都伴随着建筑物跨度的不断增大。
近年来，已建或在建的超过百米跨度的建筑愈来愈多，各种形式的空间结构向超大跨度结构发展，如我国广州会展中心张弦立体桁架跨度达到126.6m、广州新白云机场立体管桁结构跨度180m、国家大剧院双层空腹网壳跨度212mx146m、国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架的跨度也达到177m等，国家“鸟巢”体育场微弯型网架的跨度达到了340mx290m.
空间结构向轻量方向发展。
随着空间结构跨度的增加，结构自重对跨度的影响也越来越明显，通过空间结构诸如薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构的发展过程，结构的自重越来越轻，从砖石穹顶的6400kg/㎡减少到膜结构的10kg/㎡,体现了建筑结构的飞跃进步。
由单一结构向组合杂交结构发展。
早期结构形式所用的材料、结构形式比较单一。
随着空间结构的发展，将多种材料相互组合，将多种构件相互杂交，取长补短，发展为各种组合结构（如组合网格结构）、杂交结构（如斜拉网格结构、预应力网格结构等）。