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《大跨空间结构》之3.网壳结构
(上)ReticularShell主讲人：钱宏亮哈尔滨工业大学1/74内容3.1概述3.2网壳结构选型3.3网壳结构分析
3.4网壳结构设计3.5网壳结构施工2/74§3.1概述
网壳是一种曲面型空间网格结构，兼具网架结构和薄壳结构的特点。空间杆系面内受力+3/74受力性能好，适用于中、大跨度屋盖用材省，较网架可节约钢材约20%外形美观，富于变化工业化程度高自然排水，无需找坡网壳结构的优点4/74曲面外形增加了屋盖表面积和建筑能耗
构造处理、支承结构和施工安装均较复杂
单层网壳结构的整体稳定问题不容忽视网壳结构的缺点1963年，布加勒斯特一93m直径单层网壳失稳倒塌5/74网壳结构的发展
1866年，德国工程师Schwedler
在混凝土薄壳结构的基础上提出肋环形穹顶的构造形式，被誉为“穹顶结构之父”。6/7419世纪末，德国学者Foppl建立了空间网格结构的分析理论。20世纪50年代后，以Fuller为代表的一批设计师在网壳结构形式、计算方法和构造技术上做出巨大贡献，建成一系列具有典型意义的工程。7/74美国塔科马市体育馆TacomaDome,USA,1983胶合木网壳，短程线D=160m，h=46m世界最大8/74名古屋体育馆NagoyaDome,Japan，1997单层球面网壳短程线D=187m9/74福冈穹顶
FukuokaDome,Japan，1993可开启网壳结构，D=222m10/741.1956年，天津体育馆，带拉杆的联方型圆柱面网壳，平面尺寸52m×68m，矢高8.7m2.1967年，郑州体育馆，肋环形单层球面网壳，平面直径64m，矢高9.14m，当时国内跨度最大我国网壳结构的发展11/743.1988年，北京体院体育馆，带斜撑的组合型双层扭壳，平面尺寸59.2m×59.2m，矢高3.5m4.1989年，濮阳中原化肥尿素仓库，双层正放四角锥圆柱面网壳，平面尺寸58m×135m，国内覆盖面积最大
12/745.1989年，石景山体育馆，组合双曲抛物面网壳，正三角形平面，边长99.7m，矢高13.3m6.1995年，黑龙江速滑馆，柱面与球面组合网壳，轮廓尺寸86m×195m，覆盖面积15000，亚洲面积最大13/747.1994年，哈工大体育馆，单双层组合鞍型网壳,八边形平面，64.2m×58m8.2000年，哈工大体育场，悬挑跨度35.8米，当时国内悬挑跨度最大14/74哈尔滨工业大学体育馆HITGymnasium,Harbin15/74哈尔滨工业大学体育馆HITGymnasium,Harbin16/74北京奥运会老山自行车馆
LaoshanCyclingGymnasium,Beijing,200717/7辉418/7浆419/74§3.2网壳结构选型3.五2.困1网壳葱结构坦的基施本类览型3.桥2.京2网壳结枣构的支条承设置3.羊2.蚁3网壳结漏构选型乘原则20/74§3.西2.揉1网壳结构的基母本类历型按结畜构组独成分启：单层庙网壳北、双障层网彻壳单层锄网壳双层姻网壳一、螺网壳闪结构观分类21/7逼4按高妻斯曲驻率分蛙：零高斯决曲率、扔正高斯威曲率、革负高斯坟曲率高斯曲惧率K=枪0K>雄0K<饰022/7睡4按曲面等形状分很：球面饲、柱递面、栏椭圆坚抛物涝面、技双曲缴抛物洋面球面椭圆抛物面(双曲扁壳)柱面双曲抛物面之组合矩形平面菱形平面双曲抛物面（鞍形壳）对于每楚种形状守，不仅队应了解量其几何特云点，还应涉理解其晃内部蕴剧含的结构烟力量。23/7尤41）球面圆球乌面网迹壳、预椭圆摩球面禁网壳舟和抛象物线攀球面雁网壳球壳的通力量24/7漆42）柱驰面圆柱面量网壳、口椭圆柱普面网壳赖和抛物丸线柱面要网壳柱壳的力量25/74柱面网父壳按其驻支承和适长度分菜为短壳（L/R0晌.5）、中长赔壳（0.5廊<L/软R2佣.5）、长壳（L/R>2.其5）和筒壳。短壳的荷看载沿呆两个捏方向妻传递拉；长壳多为端聪部支承烫，荷载史沿长度由方向传邮递；筒壳受力性宗能与拱完类似。26/743）椭栏圆抛岩物面梢（双呢曲扁眼壳）几何猜构成一种抛谣物线平软移曲面不宜踢太扁1/怨8≤f/b≤1/穴5两个方潜向性能蓬接近a/b≤227/7玻4双曲扁鹿壳的力殃量28/7满4双曲秀扁壳购工程锈实例北京欺站候票车厅乓（35栋x3液5m）195批8北京凑网球们馆（42罗x4耳2m）196访429/744）双米曲抛鹅物面芒（鞍恰壳、框扭壳随）几何构指成●一种直娇纹曲面●双向弯沸曲，稳渣定性好30/74鞍壳红的力碧量31/7我4双曲抛班物面网壮壳工程茶实例德阳体面育馆石景肥山体惨育馆广州亚么运会摔脑跤馆哈工大技体育馆32/7芒4切割、袜组合曲揉面球面羽切割虎网壳33/7434/74二、球司面网壳榴网格形直式网格划钞分原则：杆私件种尿类少霉，网休格面鸣积均乘匀，土节点泡连接街的杆司件数突不宜镇太多随，相轻邻杆仗件的愈夹角群不宜惩太小筋。35/7旋4球面犯网壳葱的网替格划拼分主签要有6种形滩式：肋环型施威德愚勒型联方悼型凯威特抬型三向网溪格型短程线蚀型36/7案41）肋环型(Ri瞧b-幅Ri只ng摘S我ys缘瑞te镇m)只有偷经向炸和纬吐向杆蝴件，述大部趁分网听格呈永梯形除顶部痛节点外最，构造堆简单杆件纠承受谋弯矩宪，整体考刚度猾差适用竞于中灯、小速型网扔壳试分析艘图中有胶几种杆道件和节心点形式疾？37/7花42）肋手环斜董杆型(Sch源wed顾ler论Sy上ste普m)肋环+斜杆斜杆决的作舱用是增强稍网壳嗓的刚哭度和抵抗岁非对保称荷误载的能力评。整体苗刚度指好，适用葡于大恰、中凤型网吵壳左单焰斜杆哑左右载单斜为杆会双汁斜杆恳无纬猾向杆38/7流43）联方衣型(Rh吓om穿bi勒c怀S表ys舱te秩m)由人碰字形您斜杆租组成陡菱形张网格恒，斜杆夹熟角为30~肤50度造型问美观舍，适用于样大、中疯型网壳无纬向杆有纬向杆39/744）三向网柜格型(Thr维ee-册way选Sy榆ste户m)受力告性能劣好，嫌外形久美观，适用于份大、中俊型网壳在球站面的封水平晌投影否面上假，将吗跨度n等分，舒作出正互三角形斤网格，歌再投影列到球面窃上（小矢厌跨比）在球睡面上刃用三团个方攀向、权相交夺成60度的大宫圆构成（大矢指跨比）几何菌构成刘方法特点40/745）扇首形分引割三垦向网宫格型（Kie驴wit驴tS也yst牧em）网格大档小匀称草，内力能分布均铲匀，适怖用于大历、中型栏网壳K6K8先由n(n＝6、8、12……)根经向扶杆把球雀面分为n个对称区扇形曲藏面，然厌后在每蚕个扇形虎曲面内钱再由纬殃向杆和捉斜向杆浓划分。几何构些成方法旋转亩划分+平行划岭分特点41/74新奥尔冰良超级段穹顶New迫Or宣lea输ns县Sup荣erd竞ome匙,U祥SA,增19罩75直径210盘m，采用K12型双层缝网壳。42/7丹4K6与联方幅组合型43/7吴46）短程线妥型（Ge脸od初es扁ic钟S降ys狭te积m）几何阁构成弃方法以正20面体菌为基抚础，很在球饿面上摧对三曲角形株再划捡分。1）弦翼均分恶法2）等弧鉴再分法3）弧墨等分扰法44/74网格大月小匀称么，受力番性能好组，适用刺于矢高奸比较大已或超半驾球形网喘壳45/7双4哈工大90周年校葱庆纪念依球试分析浸该球有崭多少个陕顶点，膀多少个汽面？欧拉公株式：F+赵V-背E=碎246/7唱4网壳薄壳网格椭圆抛物面双曲抛物面球面柱面球面柱面肋环型Schwedler型联方型三向网格型Kiewitt型短程线型课程晚回顾47/7擦47）双层球面网风壳A.交叉桁搬架体系B.肋环逮型四读角锥主要有交叉陈桁架塌系和角锥径体系两大步类。48/74双层联方哀型球蛮壳双层雹短程肿线球壳平板组合式球壳49/74单斜杆靠型柱面绕网壳人字狗形柱面网副壳刚度较宅差，适房诚用于中知、小型疼网壳三、坐柱面饮网壳挠网格求形式1）单飘层柱伯面网寺壳50/7活4悉尼扛国际日水上关运动拥中心51/74双斜杆筑型三向释网格干型联方型汤网格刚似度差联方型三向型网格炒刚度最趣好双斜派杆型连接复泡杂52/7魔4为提农高刚往度和阿稳定壮性，招对于名长柱匠壳应爹设横嘴向肋汉堡博物馆庭院53/742）双层尽柱面网骆壳主要有督交叉桁架体衫系和四角予锥、三角锥体系乒。54/7蛛4四角筒锥柱你面网宗壳的尝主要屠形式55/74三角锥服柱面网露壳抽空瞒三角全锥柱稳面网颤壳双层态柱壳挣的上挪下弦歌杆可撇能都闪受压分。56/7芬4四、泛椭圆芽抛物谎面网企壳网走格形询式三向型单斜虑杆型联方型试分毁析下大列网范格的食划分素特点57/7垂4正交烈正放恳型五、双街曲抛物脊面网壳条网格形泥式正交斜放型58/7销4六、微局部我双层励网壳成网格将形式单层网房诚壳的承腰载力主哀要由稳泥定控制盼，材料让的实际夕工作应方力仅为挑允许应睬力的1/1袖0~1恒/6。为提高磁单层网剖壳的承查载力，忧并获得狼简洁明壤快的视疼觉效果叶，可采疗用局部鹅双层网译壳。1）周椒边双欣层中福部单瓜层网萌壳2）局壳部抽居空双舍层网斯壳3）局部惕带肋单狭层网壳59/7病4周边腰双层名中部贵单层沙网壳肋环蔽型联方型短程线嘱型组合型60/7耕4局部脸抽空握双层权网壳应使鸽所有怠的上烂弦节泳点至鸣少有蚊一根个腹秆报与下乐弦节见点相僻连61/74局部带款肋单层冷网壳62/7谁4§3.季2.递2网壳月结构梯的支蛛承设糖置网壳翼属边未界条余件敏畏感型眯结构蠢，网员壳的博支承谨构造冒应满研足不唇同结鲁构形主式所疲必需航的边乐缘约异束条笋件球面网祝壳的支涝承应介能够被抵抗说水平版位移柱面网室壳沿两纵欧边支承柏时，应耕能够抵凭抗侧向危水平位撇移椭圆抛授物面和双曲多抛物慕面网壳应润通过边缘浴构件将荷霉载传缸递给否下部浴结构63/7日4双层秃网壳应按祸实际庙构造辱采用哈有侧吐移或俗无侧肉移的榨铰支违座单层网幻玉壳可采用扛不动铰饿支座、错刚性支孩座或弹像性支座网壳卖边缘友宜设崇置具共有足丛够刚农度的边缘晕构件，以遮避免厦应力刚集中64/7墙4支座水妙平推力仇的处理茂可采用笑：①加或水平拉舟杆②结斑构落地③旦增加死下部教结构烛刚度码（加丙扶壁剃、斜捏撑）65/74边缘忆约束惨构件停应满反足刚滔度要僵求，昌并与孟网壳慢结构牢一起陷进行终整体哑计算渡；刚度滩设计作问题崇：①咱从释苍放温迷度应皮力及粥次应驰力考雨虑：岗支承暖及约馒束应脊减弱吼或设柄计得厘柔一获些；②绪从结绝构的乞稳定溉性考服虑：触支承侧结构底应设务计得爪刚一造些。设计时演需兼顾役以上两朱方面，牵对结构杀进行刚撞度调整秧。66/7途41）与建夹筑平面店及造型劳相协调§3.2违.3网壳结懂构的选号型原则圆形平花面——球壳、组合柱启壳和组合双勉曲抛物隙面壳矩形平大面——柱面、双曲抛量物面和椭圆梯抛物规面网鸣壳狭长平瓣面——柱面再网壳菱形很平面——双曲抛射物面网犹壳三角复形、时多边崭形平忆面——各种偷网壳嘉的切割援组合67/7习4美国秩麻省饺理工世学院籍（MI辜T）礼堂（球桐壳平音面为而正三再角形魂）68/7枣42）尺辫寸选证用合朴理矢跨末比是影响月网壳受盾力的重胸要因素厚度对网壳旬受力和贩用钢量炕均有影尺响示意图平面尺寸B/L矢跨比f/B双层壳厚度h/B单层壳跨度L<1两端支承时1/3~1/6纵边支承时1/2~1/51/20~1/50两端支承时L≤35m纵边支承时B≤30m柱面网宏壳几何务尺寸选夫用69/74示意图平面尺寸矢跨比f/D双层壳厚度h/D单层壳跨度D≥1/71/30~1/60≤80m球面网国壳几何际尺寸选掏用示意图平面尺寸L1/L2矢跨比f/L双层壳厚度h/L2单层壳跨度L2≤1.51/6~1/91/20~1/50≤50m双曲扁范壳几何柳尺寸选使用70/7梦4示意图平面尺寸L1/L2矢跨比f/L双层壳厚度h/L2单层壳跨度L2≤2
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