建筑结构选型11_网壳结构
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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.
大跨结构第4讲-网壳结构
第4讲：网壳结构
北京体育学院体育馆 59.2m×59.2m 四块组合双层扭网壳 1988年建成，52kg/m2
第4讲：网壳结构
长春体育馆 120m×166m 1997年建成，80kg/m2
第4讲：网壳结构
国家大剧院, 212.2x143.6m，双层空腹椭球壳 137kg/m2
第4讲：网壳结构
=
4 R2
EBh
等效刚度B，等效厚度h
第4讲：网壳结构
考虑局部凹陷大变形影响系数η=0.25~0.3, 缺陷 敏感系数β=0.4~0.5,安全系数K=2.5~3.0
P des cr
=
βη
K
P lin cr
=
(0.04
~
0.05)
P lin cr
柱面网壳受径向均布荷载，也有近似临界荷载理论解
第4讲：网壳结构
国家大剧院椭球面
⎜⎛ x ⎟⎞2.2 + ⎜⎛ y ⎟⎞2.2 + ⎜⎛ z ⎟⎞2.2 = 1 ⎝ 105.963 ⎠ ⎝ 71.663 ⎠ ⎝ 45.203 ⎠
第4讲：网壳结构
②层数：单层、双层和单双混合；单层网壳应采用刚接节 点，双层网壳可采用铰接节点
③曲面曲率：正高斯—球面、抛物面；零高斯— 柱面、锥面；负高斯—马鞍面
∑ γ ∑ xj
=
m iX ji
m
i(X
2 ji
+
Y
2 ji
+
Z
2 ji
)
∑ ∑ γ yj =
m iY ji
m
i(X
2 ji
+
Y
2 ji
+
Z
2 ji
)
网壳结构简介
a):刚度差，适用于中，小跨度 b):刚度好，适用于大，中跨度
C）：适合大批量生产
e)三向网格型球面网壳
d）双向子午线网格
d):菱形网格，造型美观。刚度 好。网格不均匀；刚度好，大 跨度。例中国科技馆。 e):杆件种类少，受力明确适用 于中，小跨度。例济南动物园 亚热带鸟馆。
日本名古屋网壳穹顶
二、双层球面网壳 双层球壳是由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成。各层网格形成与单层网壳 同。
平板组合球面网壳
双曲扁网壳
双曲扁网壳
网壳结构的选型
网壳选型应对建筑使用功能、美学、空间利 用、平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界 条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工 方法等作综合考虑。 应考虑以下几个方面： 1、体型应与建筑造型相协调 与周围环境相协调，整体比例适当。当要求 建筑空间大，选用矢高较大的球面或柱面壳；空 间要求小，矢高较小的双曲扁网壳或扭网壳。
三、球网壳结构受力特点： 受力与圆顶相似。网壳的杆件为拉杆或压杆。 节点构造也需承受拉力和压力。球网壳的底座可 设置环梁，可增加结构的刚度。 网壳支座约束增强，内力逐渐均匀，且最大 内力也减小，稳定性提高，因此周边支座以固定 支座为宜。 为使薄膜理论适用，球网壳应沿其边缘设置 连续的支承结构。
扭网壳结构
2、双层筒壳（按几何组成规律分类）：
a)正放四角锥柱面网壳b)正放抽空四角锥柱面源自壳c)斜置正放四角锥柱面网壳
d)三角锥柱面网壳
e)抽空三角锥柱面网壳
双层柱面网壳的网格形式 1.交叉桁架体系(略) 2.四角锥体系 a)：刚度大，杆件少，最 常用 b)：适用于小跨度，轻屋 面 c)：系将a)斜置 3.三角锥体系 常用d) ， e) 两种
a)肋环型四角锥球面网壳
网壳建筑结构选型
一丶国家大剧院 二丶“岭南明珠”体 育馆
国家大剧院
国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度 为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米， 比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。
国家大剧院是空间双层网壳结构，这一结构更完整，更纯粹。”大剧院的壳体钢 结构总重6750吨，网壳面积3.5万平方米，没有一根立柱支撑，全靠148榀弧型 钢梁承重。
“岭南明珠”体育馆
• “岭南明珠”体育馆位于广东省佛山市禅城区季华五路 （电视塔北侧），毗邻规划中的城市景观轴，占地 22.3km2，总建筑面积约75182m2(其中地下室建筑面积 约23640m2，地上建筑面积约51612m2。项目包括拥有 6000个座位的综合 • 体育馆以及附属体育馆、全民健身广场、地下停车场等。 主体建筑结构体系由一个主馆和两个副馆（训练馆和大众 馆）组成，主体育馆直径为128.4m，建筑高度为35.48m， 地上4层；训练馆和大众馆直径为78.4m，建筑高度约 26.4m。主馆与副馆通过3个穹顶连为一体，优美的圆弧 外形如同一颗熠熠生辉的明珠。作为佛山市的标志性建筑， 该体育馆自2005年建成以来，承担了广东省第12届运动 会的闭幕式及篮球、体操比赛等重大文体活动。
体育馆整个屋面采用连续的穹顶网壳 结构，与以往的穹顶结构不同的是： 引进了斗拱的概念，强调了水平环的 作用。在力学合理性方面，将以往穹 顶结构是拱的旋转体这种考虑方法， 改变为水平环的集结体。穹顶的上半 部为压缩环，下部为张力环，水平环 采用H型钢组成的空间三角形钢桁架， 具有足够刚度，水平环桁架通过层间 立柱和外斜杆，逐层叠加形成一个牢 固的穹顶。层间立柱由H型钢和圆钢 管组成，外斜杆壳体，为一超大空间壳体，东 西长约212m，南北约144m，高 约46m。整个钢壳体由顶环梁、 梁架构成骨架;梁架之间由连杆、 斜撑连接。
国家大剧院
国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度 为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米， 比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。
国家大剧院是空间双层网壳结构，这一结构更完整，更纯粹。”大剧院的壳体钢 结构总重6750吨，网壳面积3.5万平方米，没有一根立柱支撑，全靠148榀弧型 钢梁承重。
“岭南明珠”体育馆
• “岭南明珠”体育馆位于广东省佛山市禅城区季华五路 （电视塔北侧），毗邻规划中的城市景观轴，占地 22.3km2，总建筑面积约75182m2(其中地下室建筑面积 约23640m2，地上建筑面积约51612m2。项目包括拥有 6000个座位的综合 • 体育馆以及附属体育馆、全民健身广场、地下停车场等。 主体建筑结构体系由一个主馆和两个副馆（训练馆和大众 馆）组成，主体育馆直径为128.4m，建筑高度为35.48m， 地上4层；训练馆和大众馆直径为78.4m，建筑高度约 26.4m。主馆与副馆通过3个穹顶连为一体，优美的圆弧 外形如同一颗熠熠生辉的明珠。作为佛山市的标志性建筑， 该体育馆自2005年建成以来，承担了广东省第12届运动 会的闭幕式及篮球、体操比赛等重大文体活动。
体育馆整个屋面采用连续的穹顶网壳 结构，与以往的穹顶结构不同的是： 引进了斗拱的概念，强调了水平环的 作用。在力学合理性方面，将以往穹 顶结构是拱的旋转体这种考虑方法， 改变为水平环的集结体。穹顶的上半 部为压缩环，下部为张力环，水平环 采用H型钢组成的空间三角形钢桁架， 具有足够刚度，水平环桁架通过层间 立柱和外斜杆，逐层叠加形成一个牢 固的穹顶。层间立柱由H型钢和圆钢 管组成，外斜杆壳体，为一超大空间壳体，东 西长约212m，南北约144m，高 约46m。整个钢壳体由顶环梁、 梁架构成骨架;梁架之间由连杆、 斜撑连接。
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)
建筑结构选型
建筑结构选型一：桁架结构桁架结构（Truss structure）中的桁架指的是桁架梁，是格构化的一种梁式结构。
桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。
由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。
案例：南京国际展览中心工程概况：南京国际博览中心建筑面积36万平方米，其中展览面积17万平方米，总国际标准展位6000个，室外展览面积3万平方米，停车位2500个。
会议中心包括5000平方米的多功能厅，800人报告厅，20间大小会议室，19间各式餐厅和一幢500间客房的4星级国际酒店。
其他配套设施包括240间客房的经济型酒店，8200平方米办公服务设施等。
结构形式及特点：国展中心的二层展厅是一个长243m ,宽75m 的无柱大空间,屋面呈弧形,南北两端主入口各有15m悬挑,西侧又有14m 悬挑。
为了实现建筑功能要求,经过多方案的比较,最终选定了采用钢管拱架、檩架的结构方案。
27m ×75m 的柱网,纵向27m 跨的檩架承担檩条、压型钢板轻钢屋面荷载,南北两端檩架各向外悬挑15m。
横向跨度75m ,上弦半径125m 的弧形拱架支承檩架,拱架高端悬挑14m ,最终形成结构新颖、气势宏伟的展览大空间(如图1 ,2 所示) 。
结构布置时,采取了多种措施来增加屋面的空间刚度,以保证结构稳定,传力可靠。
拱架的横截面是宽415m、高5m 的倒三角形(图6) 。
弦杆最大为<480 ×25 ,最小为<402 ×15 ,腹杆最大为<194 ×20 ,最小为<133 ×5 。
檩架的横截面是宽4188m、高3m 的倒三角形。
三角形的每个面又都由弦杆、腹杆组成的小三角形平面桁架构成,拱架、檩架本既是几何不变的空间结构,刚度也很好,又便于设备管道、马道等在其中穿行。
单元划分时,使拱架与檩架的划分相呼应。
檩架上弦藉助拱架腹杆是拉通的,下弦除两端悬挑部分是拉通的以外,均做成与拱架下弦节点连接,产生空间作用。
网壳结构建筑
– 古代的人类通过详细观察, 发现自然界中存在大量受力 特性良好、形式简洁美观的天然空间结构, 如蛋壳、蜂 窝、鸟类的头颅、肥皂泡、山洞等。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 利用仿生原理, 人类得以更好地理解和发展空间结构。 古代的人类为了有一个好的生存空间, 常常以树枝为骨 架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布 匹代替稻草, 即现在常见的帐篷。经过长期的工程实践, 人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间, 而且 所耗用的材料也比较经济。穹顶的发展与建筑材料的 发展是密切相关的。建于公元120~ 124 年的罗马万神 庙是早期穹顶的典型代表, 该穹顶基面为44m 的圆。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 现代, 优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳 发展的一个重要因素。
– 钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点, 但经过若干年工 程实践, 工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点: 钢筋混 凝土薄壳施工时需要架设大量模板, 工作量很大, 施工速 度较慢, 工程造价高。因而人们对之逐渐丧失兴趣, 开始 寻求新的结构构造形式。随着铁、钢材、铝合金等轻质 高强材料出现及应用, 富有想象力的工程师开始了对穹 顶结构各种杆件形式网壳的发展。
网壳结构建筑
中国网壳结构的发展
网壳结构建筑
中国网壳结构的发展
– 我国的空间结构在上世纪50年代末较多地采用薄壳结 构、悬索结构，60年代中采用网架结构，80年代较多 地采用网壳结构，直到21世纪,这些比较传统的近代空 间结构,除薄壳结构外,均获得了长期蓬勃的发展,工程项 目遍布全国城镇各地。
– 网壳结构在我国解放初曾有所应用，当时主要是一类 联方型的网状筒壳，材料为型钢或木材跨度在30M左右， 如扬州苏北农学院体育馆、南京展览中心(551厂)、上 海长宁电影院屋盖结构等。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 利用仿生原理, 人类得以更好地理解和发展空间结构。 古代的人类为了有一个好的生存空间, 常常以树枝为骨 架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布 匹代替稻草, 即现在常见的帐篷。经过长期的工程实践, 人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间, 而且 所耗用的材料也比较经济。穹顶的发展与建筑材料的 发展是密切相关的。建于公元120~ 124 年的罗马万神 庙是早期穹顶的典型代表, 该穹顶基面为44m 的圆。
网壳结构建筑
网壳结构的引出
– 现代, 优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳 发展的一个重要因素。
– 钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点, 但经过若干年工 程实践, 工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点: 钢筋混 凝土薄壳施工时需要架设大量模板, 工作量很大, 施工速 度较慢, 工程造价高。因而人们对之逐渐丧失兴趣, 开始 寻求新的结构构造形式。随着铁、钢材、铝合金等轻质 高强材料出现及应用, 富有想象力的工程师开始了对穹 顶结构各种杆件形式网壳的发展。
网壳结构建筑
中国网壳结构的发展
网壳结构建筑
中国网壳结构的发展
– 我国的空间结构在上世纪50年代末较多地采用薄壳结 构、悬索结构，60年代中采用网架结构，80年代较多 地采用网壳结构，直到21世纪,这些比较传统的近代空 间结构,除薄壳结构外,均获得了长期蓬勃的发展,工程项 目遍布全国城镇各地。
– 网壳结构在我国解放初曾有所应用，当时主要是一类 联方型的网状筒壳，材料为型钢或木材跨度在30M左右， 如扬州苏北农学院体育馆、南京展览中心(551厂)、上 海长宁电影院屋盖结构等。
结构设计攻略之网壳结构完美设计法
结构设计攻略之网壳结构完美设计法1、网壳是什么网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。
其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。
此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。
网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。
2、网壳的发展史网壳结构的雏形——穹顶结构。
在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。
其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。
古代的人类通过详细观察，利用仿生原理，为了有一个更好的生存空间，常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来模仿如蛋壳、鸟类的头颅、山洞的，搭造穹顶结构，即最初的帐篷。
随着建筑材料的发展，穹顶的石料，后面逐渐被砖石取代。
穹顶的跨度一般不大，在30m~40m左右，其中建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表。
到19世纪，铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元，近代钢筋混凝土结构理论的出现及应用开辟了大跨度薄壳穹顶的新领域。
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。
耶拿天文馆随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用,富有想象力的工程师开始了对穹顶结构使用各种杆件形式。
公认的“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用, 他在薄壳穹顶的基础上提出了一种新的构造型式,即把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线,并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,这样穹顶表面的内力分布会更加均匀,结构自身重量也会进一步降低,从而可跨越更大空间。
这样的穹顶结构实际上已是真正的网壳结构,即沿某种曲面有规律的布置大致相同的网格或尺寸较小的单元,从而组成空间杆系结构。
施威德勒网壳3、已建成的网壳赏析富勒球1962年11月13日，经过百般周折，加拿大终于获得1967年蒙特利尔世博会的举办权。
2结构选型-网壳
正放四角锥柱面网壳正放抽空四角锥柱面网壳斜置正放四角锥柱面网壳三角锥柱面网壳抽空三角锥柱刚度大杆件少最常用适用于小跨度轻屋面3变厚度网壳采用网壳厚度不等或局部网壳厚度改变
网壳结构是曲面型的网格结构， 即由曲面形板与边缘构件（梁、拱 或桁架）组成的空间结构。具有杆 系结构和薄壳结构的特性，受力合 理，覆盖跨度大，施工简便，可创 造新颖的建筑造型，是有着广阔前 景的空间结构。
11.3.1 满足建筑使用要求
对于高、大跨度的网壳结构应与建筑紧密配合，使网壳结构与建筑 造型一致，与周围环境协调，整体比例适当。
1、立面设计 建筑空间大，可选用矢高较大的球面或柱面网壳； 建筑空间小，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式抛物面网壳； 建筑空间大，但矢高受到控制，可选择网壳支承于墙或柱上。
采用网壳厚度不等或 局部网壳厚度改变。
15
曲 面的剪裁组合
美国麻省理工学院礼堂：为从球面壳上切出的1／ 8部分，球面直径51m，80％的壳面厚度9cm，支座附 近应力集中，并有弯矩，壳厚达60cm 。 16
2.2.3 按材料分类
材料的选择取决于网壳形式、跨 度与荷载、计算模型、节点体系、材 料来源于价格，以及制造与安装条件。 1. 钢筋混凝土网壳：自重大，节点构 造复杂。
23
24
中部圆柱面壳和两端 半球壳组成的巨型双 层网壳，尺寸为
三角锥
86.2×191.2m；网格
尺寸为3m。 正放四角锥
黑龙江滑冰馆, L=86m, 1996
25
北京体育大学体育馆
屋架结构为正交正放网格的双层扭面网壳 结构，建筑平面尺寸为59.2m×59.2m，跨度为 52.5m，四周悬挑3.5m，四角带落地斜撑，网格 尺寸2.9m×2.9m ，网壳厚度2.9m，矢高3.5m， 柱距5.8m，支座为球铰，整个结构桁架上、下 弦等长、斜腹杆等长，竖腹杆等长。
网壳结构是曲面型的网格结构， 即由曲面形板与边缘构件（梁、拱 或桁架）组成的空间结构。具有杆 系结构和薄壳结构的特性，受力合 理，覆盖跨度大，施工简便，可创 造新颖的建筑造型，是有着广阔前 景的空间结构。
11.3.1 满足建筑使用要求
对于高、大跨度的网壳结构应与建筑紧密配合，使网壳结构与建筑 造型一致，与周围环境协调，整体比例适当。
1、立面设计 建筑空间大，可选用矢高较大的球面或柱面网壳； 建筑空间小，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式抛物面网壳； 建筑空间大，但矢高受到控制，可选择网壳支承于墙或柱上。
采用网壳厚度不等或 局部网壳厚度改变。
15
曲 面的剪裁组合
美国麻省理工学院礼堂：为从球面壳上切出的1／ 8部分，球面直径51m，80％的壳面厚度9cm，支座附 近应力集中，并有弯矩，壳厚达60cm 。 16
2.2.3 按材料分类
材料的选择取决于网壳形式、跨 度与荷载、计算模型、节点体系、材 料来源于价格，以及制造与安装条件。 1. 钢筋混凝土网壳：自重大，节点构 造复杂。
23
24
中部圆柱面壳和两端 半球壳组成的巨型双 层网壳，尺寸为
三角锥
86.2×191.2m；网格
尺寸为3m。 正放四角锥
黑龙江滑冰馆, L=86m, 1996
25
北京体育大学体育馆
屋架结构为正交正放网格的双层扭面网壳 结构，建筑平面尺寸为59.2m×59.2m，跨度为 52.5m，四周悬挑3.5m，四角带落地斜撑，网格 尺寸2.9m×2.9m ，网壳厚度2.9m，矢高3.5m， 柱距5.8m，支座为球铰，整个结构桁架上、下 弦等长、斜腹杆等长，竖腹杆等长。
网壳结构
一．网壳结构的受力特性 1. 网壳结构的静力特性
影响网壳结构静力特性的因素很多，主要有：结构的 几何外形、荷载类型及边界条件等。 网壳的类型和形式很多，型式不同的网壳，结构的变 形规律及内力分布规律相差甚远。即使是同一种型式的 网壳，当几何外型尤其是矢跨比不同时，都将有不同的 结构反映。此外，网壳结构是一类边界条件敏感型的结 构，边界约束条件的细微变化将有可能使结构的静力性 能产生相当的变化。
球
凯威特型球面网壳
面
短程线球面网壳
网 壳
交叉桁架体系
双层球 角 肋环型四角锥球面网壳 面网壳 锥 联方型四角锥球面网壳
体 联方型三角锥球面网壳 系 平板组合式球面网壳
肋环型球面网壳
适于中小跨度
联方型球面网壳— — 无纬向杆
联方型球面网壳—— 有纬向杆
适于大中跨度
斯威德勒型球面网壳（肋环斜杆型）
适于大中跨度
L≤30m 纵边落地时，
B≤25m
D≤60m
L2≤40m
L1 / L2 1.5
f 、f 1 ~ 1 h 1 ~ 1 L1 L2 2 4 L2 20 50
L2≤50m
L1 / L2 1.5
f1 、f 2 1 ~ 1 L1 L2 4 8
h 11 ~
L2 20 50
L2≤50m
第二节 网壳结构分析
单斜杆柱面网壳
单层 弗普尔柱面网壳
柱面 交叉斜杆型柱面网壳
柱 网壳 联方网格型柱面网壳
面
三向网格型柱面网壳
网
壳
双层
交叉桁架体系 正放四角锥柱面网壳
柱面 网壳
四角锥 体系
抽空正放四角锥柱面网壳
斜置正放四角锥柱面网壳
影响网壳结构静力特性的因素很多，主要有：结构的 几何外形、荷载类型及边界条件等。 网壳的类型和形式很多，型式不同的网壳，结构的变 形规律及内力分布规律相差甚远。即使是同一种型式的 网壳，当几何外型尤其是矢跨比不同时，都将有不同的 结构反映。此外，网壳结构是一类边界条件敏感型的结 构，边界约束条件的细微变化将有可能使结构的静力性 能产生相当的变化。
球
凯威特型球面网壳
面
短程线球面网壳
网 壳
交叉桁架体系
双层球 角 肋环型四角锥球面网壳 面网壳 锥 联方型四角锥球面网壳
体 联方型三角锥球面网壳 系 平板组合式球面网壳
肋环型球面网壳
适于中小跨度
联方型球面网壳— — 无纬向杆
联方型球面网壳—— 有纬向杆
适于大中跨度
斯威德勒型球面网壳（肋环斜杆型）
适于大中跨度
L≤30m 纵边落地时，
B≤25m
D≤60m
L2≤40m
L1 / L2 1.5
f 、f 1 ~ 1 h 1 ~ 1 L1 L2 2 4 L2 20 50
L2≤50m
L1 / L2 1.5
f1 、f 2 1 ~ 1 L1 L2 4 8
h 11 ~
L2 20 50
L2≤50m
第二节 网壳结构分析
单斜杆柱面网壳
单层 弗普尔柱面网壳
柱面 交叉斜杆型柱面网壳
柱 网壳 联方网格型柱面网壳
面
三向网格型柱面网壳
网
壳
双层
交叉桁架体系 正放四角锥柱面网壳
柱面 网壳
四角锥 体系
抽空正放四角锥柱面网壳
斜置正放四角锥柱面网壳
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2013年6月14日星期五
李广军
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11.2.2.2 双层网壳： （2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型 式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两 种网壳形式。 ①双层球面网壳： 由三角锥构成联方型三角锥球面网壳(图11.10)； 由四角锥构成肋环型四角锥球面网壳(图11.11)。
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（1）单层柱面网壳形式：单斜杆柱面网壳、双斜 杆柱面网壳、三向网格型柱面网壳。
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李广军
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11.2
网壳的分类
（2）单层球面网壳形状：正方形、梯形、菱形、 三角形和六角形等。
①梯形(肋环型球面网壳)
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李广军
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11.2
网壳的分类
②菱形(无纬向杆联方型网壳)
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11.2
网壳的分类
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
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11.2
网壳的分类
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
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李广军
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11.2.2.2 双层网壳： （1）交叉桁架体系：球面、柱面。
①双层球面交叉桁架体系：构造简单，参照普通钢桁架设计； ②双层柱面交叉桁架体系分为：两向正交正放网壳、两向正交斜 放网壳、三向网壳。
李广军
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11.2.2.2 双层网壳： （2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型 式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两 种网壳形式。 ②双层柱面网壳： 由三角锥构成三角锥柱面网壳(图11.12) ；
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11.2.2.2 双层网壳： （2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型 式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两 种网壳形式。 ②双层柱面网壳： 由四角锥构成正放四角锥柱面网壳(图11.13) ；
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哈尔滨工业大学体育馆（平面）
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北京体育学院体育馆(外景)
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哈尔月14日星期五
李广军
24
巴黎小城博物馆 放映大厅
球形网壳
（玻璃幕）
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上 海 长 宁 区 体 育 馆
（ 网 壳 结 构 ）
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李广军
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11.2.2.3
变厚度网壳：
变厚度双层球面网壳的形式很多，常见的有： 从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀地减少(图11.14)； 大部分为单层，仅在支承区域内为双层(图11.15)； 在双层等厚度网壳上大面积抽空等。
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11.2
11.2.3
网壳的分类
按材料分类 钢筋混凝土网壳； 钢网壳； 铝合金网壳； 木网壳；
11.2.3.1 11.2.3.2 11.2.3.3 11.2.3.4
11.2.3.5
塑料网壳及其他材料。
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11.3
网壳结构选型
在选择网壳结构时应考虑：使用功能、美学、空间、 工程的平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界条 件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工方法等 因素。 11.3.1 满足建筑使用要求 1.立面设计 2.平面设计 3.网壳跨度 11.3.2 考虑工程的经济性 1.网格数和网格尺寸 2.支承条件
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李广军
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11.2
11.2.2
网壳的分类
按层数分类
1.单层网壳：(1)单层柱面网壳;(2)单层球面网壳。
2.双层网壳：(1)交叉桁架体系;(2)角锥体系。
3.变厚度网壳：具有单、双层网壳优点。
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11.2
11.2.2
网壳的分类
按层数分类
11.2.2.1 单层网壳：
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11.4
网壳结构工程实例
北 京 ： 石 景 山 体 育 馆 （ 外 景 ）
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石景山体育馆斜柱柱脚
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北京：石景山体育馆（内景）
2013年6月14日星期五
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哈尔滨工业大学体育馆（外景）
建筑结构选型
第11章
网壳结构
11 网壳结构
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11.1
概述
北 京 ： 石 景 山 体 育 馆 （ 外 景 ）
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3
11.2
11.2.1
网壳的分类
按高斯曲率分类
零高斯曲率网壳：柱面网壳、圆锥形网壳等。 正高斯曲率网壳：球面网壳、双面扁网壳、椭圆抛物 面网壳等。 负高斯曲率网壳：双曲抛物面网壳、单块扭网壳等。