空间网壳钢结构的研究与发展

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5.网壳结构发展趋势与建议
（3） 改进和发展网壳结构的施工方法，进一 步有效的利用小型的提升和吊装设备来安装 大型网壳结构。 （4）在推广应用一般的单、双层网壳结构的 同时，应进一步开发和采用组合网壳、斜拉 网壳、预应力网壳和局部双层网壳等多种新 结构、新技术，以发挥和改善网壳的受力特 性，增加刚度和稳定性，减少材料耗量，降 低工程造价。
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的发展
古代，穹顶用石料建造，后来用砖石结构 取代。 例如：古罗马万神殿（典型代表）
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的发展
中世纪，木材成为穹顶的主要覆盖材料。 到19 世纪,铁的应用为穹顶的发展开创了 一个新纪元,使覆盖大跨度建筑物成为可能。 近代,钢筋混凝土结构理论的出现及应用使 穹顶的厚度大大降低,薄壳穹顶受到人们的 极大关注,从而开辟了结构工程新领域。 例如：1922 年在德国耶拿建造了土木工程史 上第一座钢筋混凝土薄壳结构———耶拿 天文馆
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4.网壳计算方法的发展
网壳结构的计算方法大致有两类:
（1）基于连续化拟壳理论的拟壳法：
拟壳法的基本假设是，用一等效的匀质连续 体来代替由铰接或刚接杆件组成的实际构架体系。 该法是一种近似方法，可近似算出杆件的内力、 节点的位移和结构的稳定性，适合于中小跨度的 网壳计算。适合人工计算的间接方法，在计算机 不发达的早期和现在进行初步设计时，拟壳法都 是建议
（5）研制受力合理、构造简单、制作安装 方便，且能定型化、标准化生产的各类单 层网壳的刚性节点和可调节点。 （6） 改进和发展网壳结构的施工方法， 进 一步有效的利用小型的提升和吊装设备来 安装大型网壳结构。
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6.网壳结构的施工安装方法
(1)高空散装法：小型拼装单元或散件（单一 杆件或节点）直接在设计指定位置进行总 拼的方法。高空散装法又分为全支架法(满 堂脚手架)和悬挑法两种。全支架法多用于 散件拼装，而悬挑法则多用于在高空下的 小拼单元拼装，或者球面网壳三角形网格 的拼装。
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的 发展
随着科技的发展，材料强度的不断增强。 原有穹顶结构的壁厚越来越薄，跨度越来 越大形成了网壳结构。这时由于钢材大量 应用于建筑材料中，钢结构诞生了。
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2.空间网壳钢结构的发展
建筑结构通常按维度可分为二维的平面 结构和三维的空间结构两大类。其中由众 多钢制杆件按照一定规律拼接而成的壳体， 并具有三维受力特征的结构形式称为空间 网壳钢结构。 空间网壳结构的形式早已摆脱早期单一 的结构形式，向着多元化形式方向发展。 一般可分为两类：
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6.网壳结构的施工安装方法
(2)单元安装法：将网架分成若干条状或块状 单元，分别用吊装设备吊装至设计指点位 置安装就位，然后再拼装连接杆件形成整 体的安装方法。这里条状单元是指：网架 沿长跨方向分割为若干区段，每个区段的 宽度可以现场情况而定，其长度则为短跨 的跨度。而块状单元是指：网架按照一定 几何规律分割为若干规则图形的单元，如 长方形单元和正方形单元。每个单元的重 量不超过现有吊装设备的起重能力。
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2.空间网壳钢结构的发展
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3.空间网壳钢结构的优点
（1）具有优美独特的建筑造型 ： 无论是平面布局，还是外观形体都能给 设计师无限想象的空间。在平面布局上可 以选用多种形态。三角形、圆形、矩形、 多边形、扇形以及各种不规则的平面布局。 球体、椭圆体、圆锥体、规则图形组成的 不规则形体等。
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3.空间网壳钢结构的优点
(2)可以标准化构件拼装 ： 这些标准化构件（如：杆件和节点）可 以在工厂预制，从而实现工业化、数字化 生产，提高了空间网壳钢结构的经济性。 (3)应用范围广： 由于空间网壳结构是由众多构件拼接而 成跨度不受施工手段的限制，所以它适合 各种规格的建筑物。
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3.空间网壳钢结构的优点
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的发展
早期穹顶如图：
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的发展
第二次世界大战以后，特别是近40多年来， 网壳结构得到空前的重视和发展。原因是： （1）网壳结构在施工时，采用的是在工厂中预制 的构件，重量轻，安装简易； （2）建筑构件的工业化为网壳结构的发展注入了 强大的生命力，特别是发明了多种节点体系和自 动化程度较高的生产方法，既提高了生产效率， 降低了成本，又保障了安装精度； （3）随着电子计算机技术的不断发展，广泛应用 于杆系结构的有限单元法和网壳结构的成型技术 等，更促进了网壳结构的应用和发展。
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6.网壳结构的施工安装方法
(3)高空滑移法：将网架单元依次安装在事先 设置滑轨的支撑上，并利用滑轨滑移到设 计指定位置拼接成整体的安装方法。这些 单元可以在地面拼装成型后利用吊装设备 吊至支撑上，也可用高空散装法在高空拼 装平台上拼接成滑移单元。
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6.网壳结构的施工安装方法
(4)网壳整体吊装法：网架在地面总拼后，采 用拔杆或吊装设备进行整体一次性吊装就 位的施工方法。 (5)整体提升法:在结构柱上安装提升设备对网 架实施提升，或伴随柱子滑模施工进行提 升的施工方法。
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6.网壳结构的施工安装方法
(6)搬起法：首先，建立逐级增高的临时支撑体系， 使其形成一个巨大的斜面，用以减少初始时刻的 起搬应力值。第二，在结构底步设置旋转起扳柱 脚，并架设柱脚与基础完全铰接的提升结构，如 a 形支承架。第三，在临时支撑体系上拼装预搬 起结构，并在关键节点上进行加固以满足搬起过 程中的结构刚度需要。第四，用钢索穿过支撑塔 架顶部并与预搬起结构连接，通过收缩钢索使预 搬起结构旋转到竖直状态完成搬起过程。最后， 加固旋转脚，拆除临时支撑体系和提升结构。
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2.空间网壳钢结构的发展
(1) 按高斯曲率划分：零高斯曲率的网壳、 正高斯曲率的网壳、负高斯曲率的网壳。 (2) 按曲面外形分类：（肋环型和施威德勒 型、联方型、凯威特型、短程线型、二向 格子、三向格子型、应力表皮）球面网壳、 单块扭网壳、双曲扁网壳、柱面网壳、双 曲抛物面网壳、圆锥面网壳、扭曲面网壳 和切割或组合形成面网壳。
(4)重量轻，施工简便、快捷 ： 由于钢材强度大，空间钢结构的结构形 式合理使单位面积上的结构自重较轻，再 加上结构拼装特性使得现场安装灵活性大， 极大的方便了现场拼装工程，甚至不需要 大型的机具设备就可以完成拼装工程。
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3.空间网壳钢结构的优点
(5)分析计算成熟： 随着计算机与有限元在空间网壳钢结构 中的不断推广。通常可采用网壳钢结构计 算软件，便能完成空间网壳结构的设计。 极大简化了空间网壳钢结构的设计难度， 降低了空间网壳钢结构在施工施工过程中 的不确定性。我国目前已有众多空间网壳 钢结构有限元及辅助设计软件，极大缩短 了设计与施工时间。
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4.网壳计算方法的发展
（2）基于杆系有限元分析理论的离散结构 法。
用该法可以精确的计算出网壳结构的内力和 挠度。而且还编制了通用或专用的计算机程序, 进行内力计算,并绘出弯矩、剪力和变形图,甚至 进行自动设计,选出杆件截面和节点规格。
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5.网壳结构发展趋势与建议
（1）坚持对网壳结构的非线性理论的创新， 通过理论和试验研究，提出一些新的稳定 计算公式。（各类网壳稳定性的计算理论 和方法、破坏机理和极限承载力，给出实 用的临界荷载计算公式，合理选取稳定性 安全系数。） （2）开发网壳结构的专门计算程序和简化计 算方法， 达到计算、设计和生产的计算机 化与自动化。
空间网壳钢结构的发展与应用
主讲人：石起振
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目录：
1.穹顶结构、网壳结构钢结构的发展 2.空间网壳钢结构的发展 3.空间网壳钢结构的优点 4.网壳计算方法的发展 5.网壳结构发展趋势与建议 6.网壳结构的施工安装方法
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1.穹顶结构、网壳结构与钢结构的发展
穹顶结构（网壳结构的雏形）是欧洲 古代建筑的重要标识之一，是一种最具代 表性也最被欣赏的欧洲古代的建筑形式 （以最小的材料表面封闭出最大的空间， 耗用的材料最经济）。
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2.空间网壳钢结构的发展
空间网壳钢结构在我国起步较晚, 较早的有建 成于1931年的广州中山纪念堂钢穹顶;建成于 1973年的天津市体育馆。但我国网壳钢结构近30 年来发展迅速，并后来者居上成为世界网壳钢结 构施工技术的领头羊和探索者。已建成的有代表 性的建筑有：国家大剧院、沈阳奥林匹克体育中 心、昆明长水国际机场、深圳大运中心体育场、 江阴市民水上活动中心、中国民航博物馆等。这 些大面积网壳钢结构的建成，集中体现了我国空 间网壳钢结构高超的施工技术 。