结构选型-网壳

2网壳结构

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。12.1概述优点：1.网壳结构的杆件主要承受轴力，内力分布均匀，应力峰值较小，可充分发挥出来强度作用。

2.具有丰富的造型。

3.杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小。

4.网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆。2网壳的分类是依据曲面结构的特征，支承数目、位置、形式，杆件材料和节点形式等划分。2.2.1按高斯曲率分类（1）零高斯曲率网壳2.2网壳的分类柱面网壳圆锥面网壳3（2）正高斯曲率网壳两个方向主曲率同号即：球面网壳双面扁网壳抛物面网壳4（3）负高斯曲率网壳两个方向主曲率异号

(一个方向为凸面，另一个方向为凹面）52.2.2按层数分类单层网壳单层网壳双层网壳单层柱面网壳单层球面网壳双层网壳交叉桁架体系角锥体系6联方网格型网壳弗普尔型网壳单向斜杆型网壳双斜杆型网壳三向网格型网壳1、单层网壳（1）单层柱面网壳单向斜杆柱面网壳杆件小，结构形式简单，用钢少，但稳定性差，刚度不如双斜杆柱面网壳。双向和三向网格型柱面网壳，具有较好的刚度和稳定性，杆件规格较单一，经济合理。7

1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，平面直径64m，矢高9.14m，为国内跨度最大的单层球面网壳。1、单层网壳（2）单层球面网壳①梯形（肋环型球面网壳）只有经向杆和纬向杆件，无斜杆，大部分网格呈四边形，节点构造简单，节点为刚性连接，且存在节点弯矩，适用于中、小跨度的穹顶。8②

菱形（无纬向杆联方型网壳）③三角形（有纬向杆联方型、施威德勒型网壳）由左斜杆与右斜杆构成菱形网格，斜杆夹角为30°~50°，规律性明显，造型优美，构件一般为木材、工字钢、槽钢和砼构件。在菱形网格上增设纬向杆，形成三角形网格，提高了网壳的稳定性和刚度，适用于中、大跨度的穹顶。③三角形（有纬向杆联方型、施威德勒型网壳）9施威德勒型网壳由经向、环向和斜向网肋构成。节点上汇交杆件少，应用广泛。102、双层网壳由两个同心或不同心的单层网壳经斜腹杆连接而成。（1）交叉桁架体系是由两个或三个方向的平行桁架交叉构成。构造简单，设计参普通钢桁架。两向正交正放柱面网壳两向斜交斜放柱面网壳三向柱面网壳11（2）角锥体系主要包括：三角锥、四角锥、六角锥等形式。联方型三角锥球面网壳肋环型四角锥球面网壳12肋环型四角锥球面网壳平板组成式球面网壳13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面网壳

刚度大，杆件少，最常用，适用于小跨度，轻屋面双层柱面网壳的网格形式143、变厚度网壳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。162.2.3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。2.钢网壳：使用广泛。3.铝合金网壳：自重轻、强度高、耐腐蚀，易于加工、制造和安装。4.木网壳：经济，易于加工制造各种形式。5.塑料网壳及其他材料：自重轻、强度高、可透明、耐腐蚀、耐磨损，易于工厂加工。木网壳17网壳结构的选型应对建筑使用功能、美学、空间利用、工程的平面形状与尺寸、荷载类别与大小、边界条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工等因素综合考虑。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。2.3网壳结构的选型182、平面设计平面为圆形，可选用球面网壳、组合柱面或组合双曲抛物面网壳；平面为正方形或矩形，可选用柱面、双曲扁网壳或双曲抛物面网壳；平面为狭长时，可选用柱面网壳；平面为菱形时，可选用双曲抛物面网壳；平面为三角形或多边形时，可选用柱面、球面或双曲抛物面等作适当的切割或组合。3、网壳跨度跨度较小，荷载对称且较小，可选用单层网壳，用钢量少；跨度较大，可选用双层网壳，提高稳定性且经济。非对称荷载较大时，杆件和节点会产生位移，发生几何变化，改变结构内力分布，慎用单层网壳；192.3.2考虑工程的经济性1、网格数和网格尺寸网格尺寸太大，压杆的稳定不利；网格尺寸太小，构件数和节点数增多，增加用钢量；矢跨比越大，网壳表面积越大，屋面用材量多，但侧推力小。

矢跨比经验数据：

柱面网壳的矢跨比1/4~1/8

单层柱面网壳的矢跨比宜大于1/5

球面网壳的矢跨比1/2~1/7202、支承条件包括支承的位置、数目、种类和楼层的支承标高。支承数目越多，杆件内力分布愈均匀；支承刚性愈大，节点挠度愈小，网壳的横向稳定性愈大，但节点和基础的造价愈高。212.4网壳工程实例22

北京石景山体育馆建筑平面为，边长99.1m的正三角形，屋盖为三片四边形的双曲抛物面双层扭网壳组成（非正交直纹曲面），网壳厚1.5m，支承在由立体桁架组成的中央三叉拱上，节点为焊接空心球。2324黑龙江滑冰馆,L=86m,1996中部圆柱面壳和两端半球壳组成的巨型双层网壳，尺寸为86.2×191.2m；网格尺寸为3m。正放四角锥三角锥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。26

老山自行车馆穹顶中心建筑面积33320平方米地上分成三层，建筑高度为33.8米，赛时可容纳观众6000人，其中3000是临时的座席。老山自行车馆的钢屋架为双层球面网壳结构，该钢结构的水平投影直径为150米，跨度133.06米。鳞次栉比的各种大小钢架环环相扣，密密麻麻。这总重量达1400吨的“庞然大物”是在地上和空中“编”起来的！27在老山自行车馆穹顶中心、距地面33米高的部分，设有一个直径为56米的“天窗”，天窗采用双层面聚碳酸酯板，在日常训练，场馆可不用开灯。此外室内有八种不同的光源能满足在场馆任何角落都有良好的视线，为运动员创造良好比赛条件。