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1、System and Selection of Building Structures土木工程学院第7章 网壳结构第7章 网壳结构7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 筒网壳结构筒网壳结构7.3 7.3 球网壳结构球网壳结构7.4 7.4 扭网壳结构扭网壳结构7.5 7.5 其它形状网壳结构其它形状网壳结构7.6 7.6 网壳结构的选型网壳结构的选型Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述n 网壳结构网壳结构：杆件按一定规律布置，通过节点连接而成的曲面状空间杆系结构。n 网壳结构，即为网状的壳体结
2、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。n 网壳结构优点：网壳结构优点： （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。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述 （2）曲面形式，丰富的造型，通过使结明暗对比、虚实对比。 （3）由于杆件尺寸与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，用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，如果杆件
3、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。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述n 网壳结构缺点：网壳结构缺点： （1）杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响大，结构设计困难； 当矢高大时，增加了屋面面积和不必要的建筑空间，耗材、耗能； 杆件主要承受压力，存在稳定问题，材料强度不能充分发挥，跨度过大时不经济。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述
4、 网壳结构的分类：网壳结构的分类：n 1）按层数分 单层网壳：适合中小跨度（40米） 双层网壳：具有较高的稳定性和承载力，可有效利用空间，方便天花或吊顶构造。n 2、按曲面形式分 单曲面：筒网壳（柱面壳） 双曲面：球网壳扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述网壳结构的分类n T单层柱面网壳柱面网壳双层柱面网壳单斜杆柱面网壳弗普尔柱面网壳交叉斜杆型柱面网壳联方网格型柱面网壳三向网格型柱面网壳交叉桁架体系四角锥体系三角锥体系正放四角锥柱面网壳抽空正放四角锥柱面网壳斜置正放四角锥柱面网壳三角锥柱面
5、网壳抽空三角锥柱面网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.1 概述 n 网壳结构的分类网壳结构的分类单层球面网壳球面网壳双层球面网壳肋环型球面网壳施威德勒球面网壳联方型球而网壳三向网格型球面网壳凯威特型球面网壳短程线球面网壳交叉桁架体系角锥体系肋环型四角锥球面网壳联方型四角锥球面网壳联方型三角锥球面网壳平板组合式球面网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.1 单层筒网壳Central Sou
6、th University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.1 单层筒网壳图图7-2-1 单层筒网壳的形式单层筒网壳的形式 筒网壳筒网壳也称为柱面柱面网壳网壳，是单曲面结构，其横截面常为圆弧形，也可采用椭圆形、抛物线形和双中心圆弧形等。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.1 单层筒网壳n 联方型筒网壳联方型筒网壳受力明确，屋面荷载从两个斜向拱的方向传至基础，简捷明了。室内呈菱形网格，犹如撒开的渔网，美观大方。其缺点
7、是稳定性较差，由于网格中每个节点连接的杆件数少，故常采用钢筋混凝土结构；n 弗普尔型筒网格弗普尔型筒网格和单斜杆型筒网壳单斜杆型筒网壳结构形式简单，用钢量少，多用于小跨度或荷载较小的情况；n 双斜杆型筒网壳双斜杆型筒网壳和三向网格型筒网壳三向网格型筒网壳具有相对较好的刚度和稳定性，构件比较单一，设计及施工都比较简单，可适用于跨度较大和不对称荷载较大的屋盖中。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.1 单层筒网壳悉尼国际水上运动中心悉尼国际水上运动中心Central South Univ
8、ersity of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.1 单层筒网壳n 增强结构刚度措施：三向网格型图图7-2-3 上海某中学体育馆三向网格型单层筒网壳屋盖上海某中学体育馆三向网格型单层筒网壳屋盖端部设横向端肋拱端部设横向端肋拱中部设横向加强肋拱中部设横向加强肋拱设置下部支撑结构设置下部支撑结构Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.2 双层筒网壳图图7-2-4 双层筒网壳的形式双层筒网壳的形式（1 1）按几何组）按几何组成规
9、律分类成规律分类a a、平面体系双、平面体系双层筒网壳层筒网壳; ;b b、四角锥体系、四角锥体系双层筒网壳双层筒网壳; ;c c、三角锥体系、三角锥体系双层筒网壳。双层筒网壳。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.2 双层筒网壳图图7-2-4 北京体育大学网球竞技馆北京体育大学网球竞技馆Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.2 双层筒网壳图图7-2-5 正放四角锥形双层网
10、壳结构实例正放四角锥形双层网壳结构实例Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.2 双层筒网壳n （2）按弦杆布置方向分类与平板网架一样，双层筒网壳主要受力构件为上、下弦杆，因此可按上、下弦杆的布置方向分成三类。 1）正交类双层筒网壳：）正交类双层筒网壳：正交类双层筒网壳的上、下弦杆与网壳的波长方向正交或平行。图中两向正交正放、折线形、正放四角锥、正放抽空四角锥网壳等属于这一类结构。 2）斜交类双层筒网壳：）斜交类双层筒网壳：斜交类双层筒网壳的上、下弦杆与网壳的波长方向可形成任意夹角。只
11、有两向斜交斜放网壳属于这一类结。 3）混合类双层筒网壳：）混合类双层筒网壳：混合类双层筒网壳的部分弦杆与网壳的波长方向正交，部分斜交。图中除上述6种外均属于这一类结构。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.3 筒网壳结构的受力特点 正交类网壳的外荷载主要由波长方向的弦杆承受正交类网壳的外荷载主要由波长方向的弦杆承受，纵向弦杆的内力很小。很明显结构是处于单向受力状态，以拱的作用为主，网壳中内力分布比较均匀，传力路线短。 斜交类网壳的上、下弦杆是与壳体波长方向斜交的，因此外荷载也是沿着斜
12、向逐步卸荷的，拱的作用不是表现在波拱的作用不是表现在波长方向，而是表现在与波长斜交的方向。长方向，而是表现在与波长斜交的方向。通常最大内力集中在对角线方向，形成内力最大的“主拱”，主拱内上、下弦杆均受压。 混合类网壳受力比较复杂混合类网壳受力比较复杂。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.4 筒网壳结构的支承 网壳结构的受力与其支承条件有很大关系。网壳结构的支承一般有两对边支承、四边支承、多点支承等。 1）两对边支承）两对边支承n 两对边支承的筒网壳结构，按支承边位置的不同，有两种情
13、况：1、 当筒网壳结构以跨度方向为支座时，即成为筒拱结构，拱脚常支承于墙顶圈梁、柱顶连系梁，或侧边桁架上，或者直接支承于基础上，为解决拱脚推力问题，可采用以下四种方案：Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.4 筒网壳结构的支承n （1）设拉杆：柱间拉杆的间距为网格纵向尺寸的倍数，一般为1.53m。n （2）设墙垛：为取消室内拉杆，可用斜墙垛来抵抗拱脚推力。n （3）设斜柱、墩：把柱轴线按斜推力方向设置来承受侧向推力。n （4）拱脚落地：即采用落地拱式筒网壳，其斜推力直接传入基础，故用
14、料最为经济，但对基础要求较高。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.4 筒网壳结构的支承2、当筒网壳结构在波长方向设支座时，网壳以纵向梁的作网壳以纵向梁的作用为主。用为主。n 这时网壳的端支座网壳的端支座若为墙，应在墙顶设横向端拱肋，承受由网壳传来的顺剪力，成为受拉构件为受拉构件，其端支座若为变高度梁，则为拉弯构件为拉弯构件。n 梁式筒壳的纵向两侧边应同时设侧边构件梁式筒壳的纵向两侧边应同时设侧边构件，如设置边梁或边桁架。最简单的方法是在拱脚部分网壳边设纵向长网肋构成边桁架，可垂直设
15、置或水平设置，一般以水平设置为佳，当跨度大时，可在拱脚做成三角形截面的立体边桁架。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.4 筒网壳结构的支承2）四边支承与多点支承）四边支承与多点支承n 四边支承或多点支承的筒网壳结构可分为短壳、长壳和中长壳。n 筒网壳的受力同时有拱式受压和梁式受弯两个方面，两种作用的大小同网格的构成及网壳的跨度与波长之比有关。n 短网壳的拱式受压作用比较明显，而长网壳表现出更多的梁式受弯构件，中长壳的受力特点则界于两者之间。由于拱的受力性能要优于梁，因此在工程中多采
16、用短壳。n 长网壳结构时，可在筒网壳纵向的中部增设加强肋。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构7.2.4 筒网壳结构的支承图图7 -2 -6 黑龙江省展览馆某网壳屋盖黑龙江省展览馆某网壳屋盖（a）网壳平面图；）网壳平面图；(b)边拱架；边拱架；(C)加强拱架加强拱架 如黑龙江省展如黑龙江省展览馆某屋盖，采用览馆某屋盖，采用了三向单层筒网壳了三向单层筒网壳结构。网壳的波长结构。网壳的波长S=20.72mS=20.72m，跨度，跨度L=48.04mL=48.04m，矢高为，矢高为6m6m。在跨
17、度方向中。在跨度方向中间设了两个加强拱间设了两个加强拱架，将长壳转化为架，将长壳转化为两个短壳，如图所两个短壳，如图所示。示。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构Central South University of Forestry & Technology 同济大学大礼堂同济大学大礼堂第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构同济大学大礼堂同济大学大礼堂Central South University of Forestry & Technology 1.钢筋混凝土联方网格型筒
18、壳钢筋混凝土联方网格型筒壳结构结构 2.2.预制杆件，高空拼装并现浇节点混凝土预制杆件，高空拼装并现浇节点混凝土3.3.平面平面40m40m* *56m56m ，矢高，矢高8-8.5m第7章 网壳结构7.2 筒网壳结构Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构n 分类单层球面网壳球面网壳双层球面网壳肋环型球面网壳施威德勒球面网壳联方型球而网壳凯威特型球面网壳三向网格型球面网壳短程线球面网壳交叉桁架体系角锥体系肋环型四角锥球面网壳联方型四角锥球面网壳联方型三角锥球面网壳平板组合式球面网壳 球网壳的
19、关键球网壳的关键在于球面的划分。在于球面的划分。球面划分的基本要球面划分的基本要求有二：求有二：（1 1）构件规格尽可）构件规格尽可能少，以便制作与能少，以便制作与安装；安装；（2 2）形成的结构必）形成的结构必须是几何不变体。须是几何不变体。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 1）肋环型网格n 2）施威特勒型网格图图7-3-1 肋环型球面网壳肋环型球面网壳图图7-3-3 施威特勒型网格施威特勒型网格只有经向杆和纬向杆，无斜杆，大部分网格呈四边形，其平面图酷似蜘蛛网
20、。节点一般为刚性连接。经向网肋、环向网肋和斜向网肋构成。规律性明显。刚度较大，能承受较大非对称荷载，可用于大中跨度穹顶。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳图图7-3-4 联方型网格联方型网格图图7-3-5 中国科技馆球形影院中国科技馆球形影院3）联方型网格）联方型网格由左斜肋与右斜肋构成菱形网格，也可加设环向肋，形成三角形网格。特点是没有径向杆件，规律性明显，造型美观，仰视，像葵花一样。其缺点是网格周边大，中间小，不够均匀。联方型网格网壳刚度好，可用于大中跨度的穹顶。
21、Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 4）凯威特型网格凯威特型网格图图7-3-6 凯威特形网格凯威特形网格凯威特型网格其选用n根（n为偶数，且不小于6根）通长的径向杆将球面分成n个扇形曲面，然后在每个扇形曲面内用纬向杆和谐向杆划分成比较均匀的三角形网格。在每个扇区中各左斜杆相互平行，各右斜杆也相互平行，故亦称为平行联方型网格。这种网格由大小均匀，避免了其它类型网格由外向内大小不均的缺点，其内力分布均匀，刚度好，故常用于大中跨度的穹顶中。Central South Un
22、iversity of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳图图7-3 -7大庆林源炼油厂多功能厅屋盖大庆林源炼油厂多功能厅屋盖 图为大庆林源炼油厂多功能厅屋盖，采用1/3球形，落地直径为30m，矢高10m。采用单层钢网壳结构，网壳呈凯威特形网格，曲率半径16.05m，设计跨度25.6m，矢高6.2m。网壳下部的承重结构为12个钢筋混凝土支架，支架上部设圈梁连接成整体，网壳边节点全部与圈梁整浇。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3
23、球网壳结构7.3.1 单层网壳n 5）三向网格型n 6）短程线型网格图图7-3-8 三向网格型三向网格型图图7-3-9 短程线型网格短程线型网格 由竖平面相交成60度的三族竖向网肋构成，如图所示。其特点是杆件种类少，受力比较明确。可用于中小跨度的穹顶。 所谓短程线，是指球面上两点间最短的曲线，这条最短的曲线必定是位于由该两点球心所组成的平面与球面相交的大圆圆周上。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 6）短程线型网格n 圆球内接的最大正多面体是正二十面体，把内接正二十
24、面体各边正投影到球面上，把球面划分成二十个全等的球面正三角形，其分割线在球面上所形成的网格，是杆长规格最少且杆长最短的球壳网格。n 但该网格的边长为0.5257D,杆长太大，在建筑工程中并不实用，而要把这些球面正三角形再全等分成更小的球面正三角形又不可能，因此以后只能根据弧长相等的原则进行二次划分（图b），所得到的网格称为短程线型网格，二次划分的次数称为短程线型网格的频率。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 6）短程线型网格n 通过不同的划分方法，可以得到三角形，菱
25、形、半菱形、六角形等不同的网格形式。二次划分后的所有小三角形虽不完全相等，但相差甚微（图c）。n 因此，短程线形网格规整均匀，杆件和节点种类在各种球面网壳中是最少的，适合于在工厂大批量生产。n 短程线网格穹顶受力性能好，内力分布均匀，传力路线短，而且刚度大，稳定性好，因此具有良好的应用前景。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 6）短程线型网格图图7-3-10 单层短程线球网壳实例单层短程线球网壳实例Central South University of Forest
26、ry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 7)双向子午线网格图图7-3 -11 双向子午线网格双向子午线网格 双向子牛线网格是由位于两组子午线上的交叉杆件所组成，如图所示。它所有杆件都是连续的等曲率圆弧杆，所形成的网格均接近方形且大小接近。该结构用料省，施工方便，是经济有效的大跨度空间结构之一，已被用作许多石油及化学品储藏罐的顶盖。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳n 8)混合型图图7-3-12 上海科技馆上海科
27、技馆Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳Central South University of Forestry & Technology 第
28、7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.1 单层网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳n 1）双层球网壳的形成图图7-3-13 短程线型的双层球面网壳短程线型的双层球面网壳 当跨度大于40m时，不管是从稳定性还是从经济性的方面考虑，双层网壳要比单层网壳好得多。双层球壳是由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成。
29、各层网格的形成与单层网壳相同，对于肋环型、施威特勒型、联方型、凯威特型和双向子牛线型等双层球面网壳，通常多选用交叉桁架体系。三向网格型和短程线型等双层球面网壳，一般均选用角锥体系。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳n 1）双层球网壳的形成图图7-3-13 短程线型的双层球面网壳短程线型的双层球面网壳第一种是内外两层节点不在同一半径延线上，如外层节点在内层三角形网格的中心上，则可以形成六边形和五边形，内三角形的划分（图a）；第二种是内外两层节点在同一半径延线上，实际上
30、是两个划分完全相同但大小不等的单层网壳通过腹杆连接而成，（图b）是抽掉部分外层节点时的情形。 凯威特型和有纬向杆的联方型双凯威特型和有纬向杆的联方型双层球面网壳也可选用角锥体系，短层球面网壳也可选用角锥体系，短程线型的双层球面网壳，根据内外程线型的双层球面网壳，根据内外层球面网格划分形式的不同，可以层球面网格划分形式的不同，可以得到常见的两种连接方式。得到常见的两种连接方式。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳图图7-3-14 北京科技馆穹幕影院北京科技馆穹幕影院 （
31、a）总体；）总体；(b)内层；内层；(c)外层外层 北京科技馆穹幕影院为内经32m，外径35m，高25.5m的四分之三双层球面网壳，内层采用6频划分的完整的短程线穹顶，外层则是内层径向沿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图案，见图。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳双层短程线型双层短程线型双层联方型双层联方型Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7
32、.3.2 双层球网壳n 2）双层球网壳的布置图图7-3-15 球网壳厚度的变化球网壳厚度的变化 已建成的双层球网壳大多数是等跨度的，即内外两层壳面是同心的。但从杆件内里分布来看，一般情况下，周边部分的杆件内力大于中央部分杆件的内里。因此，在设计时，为了使网壳既具有单双层网壳的主要优点，又避免它们的缺点，既不收单层网壳网壳稳定性控制，又能充分发挥杆件的承载力，节省材料，可采用变厚度或局部双层网壳。（1）从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀地减少；（2）网壳的下部为双层，顶部为单层；（3）网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层；（4）在双层等厚度网壳上大面积抽空布置。Central South Uni
33、versity of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳n 3）双层球网壳的案例图图7-3-17 老山自行车馆网壳结构剖面老山自行车馆网壳结构剖面Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳图图7-3-17 老山自行车馆老山自行车馆Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳图图7-3
34、-18 济源体育馆屋盖球网壳结构平面图济源体育馆屋盖球网壳结构平面图Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.2 双层球网壳图图7-3-19 济源体育馆屋盖结构剖面图济源体育馆屋盖结构剖面图Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.3 球网壳结构7.3.3 球网壳结构的受力特点 球壳具有内在的有效性，可使自重降到最小； 从理论上讲，半球壳结构在竖向均布荷载作用下环梁内拉力为零，非半球壳结构则可通过设置斜
35、向支承结构直接平衡球壳内的水平拉力。但一般情况下，设置环梁有利于增强结构的刚度。 随网壳支座约束的增强，球网壳内力逐渐均匀，且最大内力也相应减小，同时整体稳定系数也不断提高。因此球网壳周边支座节点以采用固定刚接支座为宜。 球网壳应沿其边缘设置连续的支承结构。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构n 扭网壳位直纹曲线，壳面上每一点可作两根互相垂直的直线。因此，扭网壳可以采用之线杆件直接形成，采用简单的施工方法就能准确的保证杆件按壳面布置。由于扭网壳为负高斯曲壳，可避免其他扁壳所具有的聚焦现象，
36、能产生良好的室内声响效果。扭网壳造型轻巧活泼，适应性强，很受建筑师和业主的欢迎。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.1 单层扭网壳圈圈7-4-1 单层扭网壳的网格形式单层扭网壳的网格形式 单层扭网壳杆件种类少，节点连接简单，施工方便。单层扭网壳按网格形式的不同，有正交正放网格和正交斜放网格两种。如图所示。 图a、b所示杆件沿两个直线方向设置，组成的网格为正交正放。在实际工程中，一般都在第三个方向再设置杆件，即斜杆，从而构成三角形网格。图a所示为全部斜杆沿曲面的压拱方向布置。Cent
37、ral South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.1 单层扭网壳圈圈7-4-1 单层扭网壳的网格形式单层扭网壳的网格形式 图b所示为全部斜杆件沿曲面的拉索方向布置。这两种形式应用较多。 图c所示为杆件沿曲面最大曲率方向设置，组成的网格为正交斜放。此时杆件受力最直接。但其中由于没有第三方向的杆件，网壳平面内的抗剪切刚度较差，对承受非对称荷载不利。改善的办法是在第三方向全部或局部地设置直线方向的杆件。Central South University of Forestry & Technology
38、第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.1 单层扭网壳图图7-4-2 益阳市人民法院公判厅屋盖益阳市人民法院公判厅屋盖Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.1 单层扭网壳图图7-4-3 宜春地区医院门诊大厅屋盖宜春地区医院门诊大厅屋盖 为宜春地区医院门诊大厅屋盖，平面尺寸为48m18m，采用两个18m18m的扭壳，每个网壳中三个角点，如图中的bac与egh均在同一标高上，中间角点d与f下降7.35m。采用焊接角钢单层网壳结构，杆件与边界成45度斜放，网格为1.149m1.149m，
40、 双层扭网壳1)两向正交正放网格的扭网壳：图图7-4-4 双层扭网壳的网格双层扭网壳的网格 1)两向正交正放网格的扭网壳：两组桁架垂直相交且平行或垂直于边界。这时每榀桁架的尺寸均相同，每榀桁架的上弦为一直线，节间长度相等。这种布置的优点是杆件规格少，制作方便。缺点是体系的稳定性较差，需设置适当的水平支撑及第三向桁架来增强体系的稳定性并减少网壳的垂直变形，而这又会导致用钢量的增加。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳n 双层扭网壳2)两向正交斜放网格的扭网壳:图图7-4
41、-4 双层扭网壳的网格双层扭网壳的网格 2)两向正交斜放网格的扭网壳: 两组桁架垂直相交但与边界成45度斜角,两组桁架中一组受拉（相当于悬索受力），一组受压（相当于拱受拉），充分发挥了扭壳的受力特性。并其上、下弦受力同向，变化均匀，形成了壳体的工作状态。这种体系的稳定性好，刚度较大，变性较小，不需设置较多的第三向桁架。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳图图7-4-5 北京体育学院体育馆北京体育学院体育馆 图为北京体育学院体育馆，屋盖结构为四块组合型扭网壳，采用了正交
42、正放网格的双层扭网壳结构。建筑平面尺寸59.2m59.2m，跨度52.2m，挑檐3.5m，四角带落地斜撑，矢高3.5m，网格尺寸2.90m2.90m。整个结构桁架中上、下弦等长、竖腹杆也等长，大大简化了网壳的制作与安装。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳北京体育学院体育馆北京体育学院体育馆Central
43、South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳北京体育学院体育馆北京体育学院体育馆 内景内景Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳n 图为四川省德阳市体育馆，屋盖平面为菱形，边长74.87m，对角线长105.
44、80m，四周悬挑，两翅角部位最大悬挑长度为16.5m，其余周边悬挑长度为6.60m。屋盖结构为两向正交斜放网格的双层扭网壳。网壳去面矢高14.5m，最高点上弦球中心标高32.1m，屋盖复盖平面面积为5575.68。网壳上面铺设四棱锥形GRC屋面板，构成了新颖、美观、别具一格的建筑造型。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳图图7-4-6 四川省德阳市体育馆四川省德阳市体育馆Central South University of Forestry & Techno
45、logy 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳n 图为北京石景山体育馆。该建筑平面是边长为99.7m的正三角形，屋盖有三片四边形的双曲抛物面双层钢网壳组成，各网壳支承在中央的三叉形格构式钢刚架和外缘的钢筋混凝土边梁上。每片网壳由两组立方的直线形平行弦桁
46、架组成基本网格，再加上第三方向（网格的对角线方向）的桁架（不再是直线形），形成完整的网壳。网壳的厚度为1.5m。三叉形刚架的每个叉梁由箱形截面的立体型钢桁架组成，与钢筋混凝土刚架方案比较，其优点是自重轻、温度应力小、便于制作安装、施工工期短。整个屋盖结构体系受力明确，刚架拔地而起形成三足鼎立之势，而网壳的三个角高高翅起，呈现出展翅欲飞的建筑造型。Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳 图图7-4-7 北京石景山体育馆北京石景山体育馆Central South Unive
47、rsity of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳n 平面为三角形，三斜柱形成一个“三角架” 。从三角形平面每个边长中点处(斜柱基础附近)分别向上伸出两根变斜面斜梁，相交在三角形三顶点上空。这样，总体上看出体育馆屋面是由三块扭曲的四边形组成，每块四边形屋盖结构由沿着四边形边长方向布置的网架组成扭壳曲面，称网壳。网壳比平面网架受力更合理,荷载下的变形也更小。
48、Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳n 网架沿平行于四边形边长方向布置时，天棚分格比较简洁，但在局部荷载和风荷作用下会产生一定的弯矩和扭矩，所以这样布置的网壳一般应布置成双层网壳，即网壳有上、下两层弦杆，中间设有斜杆。宏观来看，就象两个方向交叉布置的桁架，每个网架上的荷载都传给周围的四边形边框，最后传给基础。四边形边框翘起的三个角，正好是体育馆的三个入口。Central South University of Forestry & Technology 第7章
49、 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳直线网架直线网架直线网架直线网架曲线檩条曲线檩条第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳斜柱两肢间开天窗斜柱两肢间开天窗Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳石景山体育馆石景山体育馆 斜柱柱脚斜柱柱脚Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South Universi
50、ty of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳Central South University of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳湖南游泳跳水馆湖南游泳跳水馆第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.2 双层扭网壳湖南游泳跳水馆湖南游泳跳水馆Central South Univer
51、sity of Forestry & Technology 第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.3 扭网壳结构的受力特点n 单层扭网壳本身具有较好的稳定性，单其出平面刚度较小，因此控制扭网壳的挠度成了设计中的关键。n 在扭网屋脊处设加强桁架，能明显地减少屋脊附近的挠度，但随着与屋脊距离的增加，加强桁架的影响则下降。由于扭网壳的最大挠度并不一定出现在屋脊处，因此在屋脊处设加强桁架只能部分地解决问题。n 边缘构件刚度对于扭网壳的变形控制具有决定意义。有分析表明，相同结构边缘构件无垂直变位（如网壳直接支承在柱顶上）比边缘构件有垂直变位的网壳挠度几乎增大两倍，在扭壳的骤变，布置水平斜杆，
52、以形成周边加强贷，可提高抗侧力能力。第7章 网壳结构7.4 扭网壳结构7.4.3 扭网壳结构的受力特点n 对于四边简支的组合型扭网壳，如图8-17所示的益阳市人民法院大公判厅，在十字脊线附近会出现负弯矩，而壳面上测以薄膜力为主，同时在十字脊线交叉点附近区域内产生明显的负挠度。可考虑在十字脊线及边界处制作成成带下弦和腹杆的局部桁架，以提高网壳刚度。n 扭网壳的支承考虑到其脊线为直线，会产生较大的温度应力，如采用固定约束，对网壳受力不利，对于支承柱也会产生较大的水平推理，因此做成橡胶支座，有助于放松水平约束。为抵抗网壳的水平推理，可在相邻柱间设拉杆或做落地斜撑。如北京体育学院体育馆，四角落地斜撑的
53、设置承受了水平荷载及部分竖向荷载，起到了很好的效果。第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构n 当建筑平面呈长椭圆形时，可采用柱面与球面相组合的壳面形式。即在中部的一个柱面网壳，在两端分别用四分之一球网壳，形成一个犹如半个鸡蛋壳的网壳结构。这种结构形式往往用于平面尺寸和大的情况，如日本的秋田体育馆，平面尺寸为99m169m，中间的柱面网壳长70m，两端的四分之一球壳半径为43m，四周以斜柱支承。由于跨度大，结构常常采用双层网壳结构，且一般为等厚的。第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构n 由于柱面壳部分和球面壳部
54、分具有不同的曲率和刚度，如何处理两者之间的连接和过渡是结构选型中首先要遇到的问题。一般的过渡方式有图所示的三种方式。n 图a在柱面壳与球壳之间设缝，把屋盖分为独立的三部分；n 图b中柱面壳与球壳网格的划分相对独立，但两者通过节点连接在一起；n 图c、d中柱面壳与球面壳整体连接在一起，且两者在网格划分时采取自然过渡的办法。第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构图图7-5-1 柱面壳与球面壳连接过渡柱面壳与球面壳连接过渡第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构n 下图为我国目前覆盖面积最大的屋盖结构哈尔滨速滑馆屋盖。
55、n 其主要结构采用由中部圆柱面壳和两端半球壳组成的巨型双层网壳，轮廓尺寸为86.2m191.2m；如果包括下部支承框架在内，则地面标高处的轮廓尺寸可达101.2m206.2m。n 网壳中部的柱面壳部分采用正放四角锥体系，两端球面壳部分采用三角锥体系，一律采用螺旋球节点，网格尺寸为3m左右。第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构图图7-5-2 哈尔滨速滑馆哈尔滨速滑馆第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构第7章 网壳结构7.5 其他形
56、式的网壳结构7.5.1 柱面与球面相结合的网壳结构哈尔滨哈尔滨 黑龙江速滑馆黑龙江速滑馆 外景外景第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.2 双曲扁网壳结构双曲扁壳原因矢高小，空间利用充分，故常有应用。扁网壳结构常采用平移曲面，这样可使杆件的种类最小。 图为石家庄市新华集贸中心商业大厅屋盖的曲面形式。网壳布置为正交正放立体桁架形式，网格在曲面上沿两个主轴方向划分，两向均为13格。网壳四边设拱形边桁架，周边支承在钢筋混凝土连梁上，网壳上铺玻璃钢屋面板，屋盖上部中央设一个天窗。该工程采用圆弧平移曲面的好处。图图7-5-3 石家庄市某网壳曲面石家庄市某网壳曲面第7章 网壳结构7.5 其他形式的网壳结构7.5.3 椭圆抛物面网壳结构n 国家大剧院总建筑面积约165000 m，内有歌剧院、音乐厅、戏剧场以
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