3.1网壳结构的形式及特性09
简述大跨度空间结构的主要形式及特点
简述大跨度空间结构的主要形式及特点摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。
其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。
关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由多根杆件按照某种规律的儿何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。
它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。
1.1网架结构的形式(1)平而桁架系组成的网架结构。
主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
(2)四角锥体组成的网架结构。
主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
(3)三角锥组成的网架结构。
主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分1型和11型）、蜂窝形三角锥网架等型式。
(4)六角锥体组成的网架结构。
主要形式有：正六角锥网架。
1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工丨中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平而布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。
2网壳结构曲而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。
2.1网壳结构的形式主要有球而网壳、双曲而网壳、圆柱而网壳、双曲抛物而网壳等。
2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工）预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平而还是空间曲而外形，都可根据创作要求任意选取。
筒壳结构
第一节概述网壳结构即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构，其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。
一、网壳结构的特点(1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。
(2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。
(3)由于杆件尺寸与一整个网壳结构相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性连续体，利用钢筋混凝土薄壳结构分析结果进行定性的分析。
(4)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。
同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。
网壳结构按杆件的布置方式分类有：单层网壳和双层网壳两种形式，一般来说，中小跨度(一般为40m 以下)时可采用单层网壳，跨度大时采用双层网壳。
单层网壳由于杆件少、重量轻、节点简单、施工方便，因而具有更好的技术经济指标，但单层网壳曲面外刚度差、稳定性差，各种因素都会对结构的内力和变形产生明显的影响，因此在结构杆件的布置、屋面材料的选用、计算模式的确定、构造措施的落实及结构的施工安装中，都必须加以注意，双层网壳可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承载力。
当屋顶上需要安装照明、音响、宇调等各种设备及管道时，选用双层网架能有效地利用空间，方便天花或吊顶构造、经济合理，双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分。
二、网壳结构的材料网壳结构按材料分类有木网壳，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，有的跨度已超过100m。
网架结构的种类及其性能特点
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。
网架结构可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。
板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。
单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。
单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。
单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。
目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。
网架结构是空间网格结构的一种。
第三节)球网壳结构
第八章
网壳结构
第四节 网壳结构的其它形式及选型
2、网壳结构的层数：网壳结构跨度越大，用钢量越多， 跨度一定时，荷载对用钢量有影响，故尽量采用轻屋 面。同等条件下，单层比双层网壳用钢量少，但稳定 性差。当跨度超过一定数值后，受稳定因素的影响， 双层网壳的用钢量反而省。 3、网格尺寸：一般来说，网格尺寸越大，用钢量越省。 但网格尺寸太大，对压杆的稳定不利。另外，网格尺 寸最好与屋面板模数相协调。同时，腹杆与弦杆的夹 角应在40～55°之间。 同时还要考虑网壳的杆件加工、制作、安装。要 遵循两个原则：一要划分的网格比较均匀，杆件规格 要少，便于加工；二要节点连接简单，角度变化少， 便于安装。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
北京科技馆穹幕影院，内径32m、外径35m、高25.5m的
四分之三双层球网壳，内层采用短程线穹顶，外层则是
内层径向延伸并抽掉一部分外层杆件和节点形成六边形 与五边形组合的图案。
第八章
网壳结构
第三节 球网壳结构
（2）双层网球壳的布置 A、从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀的减少。 B、网壳的下部为双层，顶部为单层。 C、网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层。
第八章
F、短程线型网格：（巴、富勒 网格）从易于制作和装配的 角度出发，使杆长规格最少， 来探索球面的规则划分的方 法。数学证明..，从网肋受 力与传力的有效和合理出发， 传力路线越短越好，正二十 面体的边长A＝0.5257D，太 大需要再划分，将其投影到 球面上形成大圆弓形，再根 据弧长相等的原则二次划分。 优点：规格均匀，杆件和节 点种类在各种球面网壳中是 最少的，传力路线短。
第八章
网壳结构
例4：东京，驹泽公园驹泽体育馆
球面网壳结构类型和特点
球面网壳结构类型和特点球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。
1交叉桁架体系各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。
单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。
双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。
1.1肋环型球面网壳它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。
具有网格划分简单，节点构造简单的特点。
但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。
杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。
图1：勒环型单层球面网壳1.2施威德勒型球面网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。
加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。
斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。
在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。
这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。
图2：施威德勒型单层球面网壳1.3联方型球面网壳联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30～500之间，造型美观。
为了增强网壳的刚度和稳定性，可在环向加设杆件，使网格成为三角形。
适用于中、大跨度结构。
图3：联方型单层球面网壳1.4三向格子型球面网壳三向格子型是在球面上由三个方向相交成60度的大圆构成，或在球面的水平投影面上将跨度n等分，形成正三角形网格后再投影到球面上，即可得到三向网格型球面网壳。
简述大跨度空间结构的主要形式及特点(一)
简述大跨度空间结构的主要形式及特点(一)摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。
其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。
关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由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之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。
它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。
1.1网架结构的形式（1）平面桁架系组成的网架结构。
主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
（2）四角锥体组成的网架结构。
主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
（3）三角锥组成的网架结构。
主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。
（4）六角锥体组成的网架结构。
主要形式有：正六角锥网架。
1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。
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。
2.1网壳结构的形式主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。
2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；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。
网壳结构案例简单分析
网壳结构案例简单分析网壳结构是一种由连续曲面构成的结构形式，具有稳定性好、强度高、质量轻等优点，广泛应用于建筑、桥梁、体育场馆等工程领域。
下面以建筑领域的网壳结构案例为例进行简单分析。
案例一：深圳大运中心体育馆深圳大运中心体育馆是一座综合性体育馆，采用大跨度、大空间的网壳结构设计。
该体育馆的外形呈现出流线型的造型，整个建筑结构由一个由流线型钢结构和玻璃幕墙组成的半流线型壳体组成。
该体育馆采用了双壳结构设计，内外两层网壳之间通过钢柱连接，形成了稳定的整体结构。
内层网壳主要承担荷载，外层则起到防水、保温和装饰等作用。
该体育馆的网壳结构设计突破了传统结构的限制，实现了大跨度、大空间的结构需求。
网壳结构的采用使得整个建筑结构极为轻盈，给人以开放、流畅的感觉。
同时，网壳结构的外观造型独特，成为该体育馆的标志性建筑，增加了城市的地标性与艺术性。
案例二：中国花卉博览会花卉大厅中国花卉博览会花卉大厅是一座专门展示各种花卉的建筑，采用了网壳结构设计。
该建筑呈现出一个半球形的外形，内部采用由钢桁架支撑的网壳结构。
网壳结构的内侧覆盖着透明的玻璃幕墙，使得室内充满了自然光线，为花卉的生长提供了良好的环境。
网壳结构的外侧则由彩虹色的层叠板构成，形成了美观的外观。
该花卉大厅的网壳结构设计实现了自由曲面的建筑形式，使得内部空间显得开放、明亮。
网壳结构的采用使得整个建筑更加美观、轻盈。
室内外环境的统一，使得花卉展示更加生动。
同时，该建筑的网壳结构还具有良好的承载能力，可以抵御自然灾害。
网壳结构能够通过合理的网格分布来均匀承受荷载，增强结构的稳定性和抗震性能。
此外，网壳结构还具有易于施工、周期短、成本低等优点。
因此，在很多需要大跨度、大空间的建筑领域，网壳结构都得到了广泛应用。
总的来说，网壳结构的优点包括稳定性好、强度高、质量轻、施工周期短等。
通过以上两个案例的分析可以看出，网壳结构在建筑领域中具有很高的适用性，并且能够创造出独特的建筑形式和美观的外观。
大跨结构网壳结构课件
防腐处理：钢材表面 应进行防腐处理，以 提高结构的耐候性和 使用寿命。
通过以上施工方法和 步骤、施工技术与要 点以及质量控制与验 收标准的严格执行， 可以确保大跨结构网 壳结构的安全、稳定 和耐久性，满足建筑 物的使用需求。
04
工程实例和案例分析
大型体育场馆网壳结构分析
结构特点
大型体育场馆网壳结构通常采用钢结构或钢混结构，具有 大跨度、轻质、高强等特点。其形态多为穹顶或双曲面， 以实现良好的空间效果和视线通透性。
特殊形状网壳结构工程实例
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结构创意
特殊形状的网壳结构往往具有独特的建筑造型和 象征意义，对结构设计和施工技术提出较高挑战 。
工程实例1
某球形网壳结构的文化中心，通过优化结构设计 和施工方法，实现了轻盈的球形外观与内部功能 的完美结合。
工程实例2
某异形网壳结构的展览馆，采用参数化设计和先 进的3D打印技术，呈现出极具未来感的建筑造 型。
• 计算机辅助设计：借 助计算机技术和有限 元分析方法，网壳结 构的设计和分析更加 精确、高效，为复杂 形态网壳的实现提供 了有力支持。
• 施工技术成熟：网壳 结构的施工技术不断 成熟，如整体吊装、 分块组装等方法，提 高了施工效率和质量 ，降低了工程成本。 同时，随着3D打印技 术的发展，网壳结构 的施工技术也将迎来 新的突破。
网壳结构的未来发展方向和挑战
超大跨度网壳结构
随着工程技术的进步，未来网壳结构 将向更大跨度发展，以满足特殊工程 需求。
绿色、环保材料
在网壳结构的设计和建造过程中，将 更加注重绿色、环保材料的应用，降 低结构对环境的影响。
抗震、抗风等性能提升
针对地震、风灾等自然灾害，加强网 壳结构的抗震、抗风性能研究，提高 结构的安全性。