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。
二 网架结构的形式
P22
网架结构有：双层和三（多）层。
双层网架：由上弦层、下弦层和腹杆层组成。
三（多）层网架：由上弦层、中弦层、下弦 层、上腹杆层和下腹杆层等组成。
三（多）层与双层网架比较：
三（多）层网架提高了网架高度，减小网格 尺寸；减少弦杆内力（比双层弦杆内力降低 25 ％ 60％），减少腹杆长度（为双层的一半），便于 制作和安装。
不足：节点和杆件数量多，中层节点连接的杆 件较密。 跨度大于 50m 时，三层用钢量比双层省，跨度 增加时降低更显著。
1 双层网架的形式
常用有三大类体系（交叉桁架、四角锥、三角 锥体系），13种形式。
（1）平面（交叉）桁架体系 由平面桁架交叉组成的。 基本单元为：
* 特点：上、下弦杆长度相等，上、下弦杆 和腹杆位于同一垂直平面内。 斜腹杆可设计成受拉，竖杆受压，斜腹杆 与弦杆夹角一般控制在4060之间。
（2）节点连接简便可靠。
（3）分析计算理论成熟，可采用计算机 辅助设计。
我国目前已有多种计算网架结构的通用 程序和计算机辅助设计软件。如MSTCAD（浙江大 学）、SFCAD、3D3S、PKPM等。
MSTCAD 是浙江大学空间结构研究室开发的空 间网格结构分析设计软件。从1994 年向社会推广至 今,已运用于全国各地的设计院、高等院校、科研和施 工单位。 MSTCAD 提供的基本网格形式有:常见的矩形平
第二章 空间网格结构
第一节 空间网格结构 一 、定义 空间网格结构（Spaceframe):杆件按一定 规律Байду номын сангаас置，通过节点连接成的一种空间杆系结 构。（节点铰接或刚接）。
实质为一种空间受力的桁架结构，与平面结构比 较，由于在荷载作用下三向受力，避免了在平面结构 中的层层传力现象，且结构的刚度也较平面结构大。
二 、 空间网格结构分类
有平板型和曲面型两类。
网架：网格结构的外形呈平板状。 网壳：外形呈曲面状的。 网架有双层或三层；网壳有单层和双层两种。
斜拉网架 ——吴县太湖收费站
厦门国际会展中心
正交正放三层焊接球四角锥网架结构
首都机场四机位机库
首都机场四机位机库
1989年修建的广州白云机场机库
一 网架结构的几何不变性分析
网架结构是一个空间铰接杆系结构，在任意外力 作用下不允许几何可变。
网架结构的几何不变性分析必须满足两个条件： 1）具有必要的约束数量（必要条件） 2）约束分置方式要合理（充分条件）
* 1 网架优点： （l）结构组成灵活多样、有规律性
能适应各种支承条件和建筑平面形状的要求。
双层球形网壳——上海美罗城
三、空间网格的特点
（1）三维受力、能承受来至各个方向的荷载； （2）网架结构系高次超静定结构，整体性及稳定性 好、空间刚度大； （3）体系稳定、抗震性能好，在7度及7度以下地区 可不进行抗震验算； （4）结构高度小（约是平面桁架高度的2/3、自重 轻、节约钢材； （5）杆件及配套零件规格化、便于工业化生产，但制 造精度要求高； （6）适应性强、平面布置灵活。
2 ）三角锥是组成空间结构几何不变的 最小单元；
基本单元
由总刚度矩阵判断结构的几何可变性：
1．总刚度矩阵「K」考虑了边界条件后， 在对角元素中出现零元素，与它相应的节点 为几何可变。 2 ．总刚度矩阵「 K ］考虑了边界条件后， 矩阵行列式|K|＝0，结构为几何可变。
* 例 ：如图所示四角锥体，分析它是否几何可变。
上海科技展览馆 单层网壳 66.9m×50.9m 铝合金
黑龙江速滑馆 1995年建成，双层网壳结构， 中央柱面壳、两端半球壳，覆盖面积达15000平米， 网壳厚度2.1m，用钢指标50kg每平米。
嘉兴电厂干煤棚双层柱面网壳，跨度为103．5m ， 用钢量65kg/m2 。
国家大剧院 椭圆球网壳最大跨度212米.
l）两向正交正放网架
由两个方向的平面桁架垂直交叉而成的。 矩形建筑平面时， 两向桁架分别与边界 垂直（平行）。 网格数宜布置成偶 数，如为奇数，则在 桁架中部节间应做成 交叉腹杆。
*受力特点：
类似于两向等刚度交叉梁。
周边支承：平面尺寸越接近正方形，两个方 向桁架杆件内力越接近，空间作用越显著。随 着边长比的增大，单向传力作用越明显。 点支承：支承附近的杆件及主桁架杆件内力 较大，其它部位杆件内力较小。