1、6.6 6.6 网架结构的构造网架结构的构造v6.6.1 6.6.1 网架的杆件网架的杆件网架的杆件可用网架的杆件可用钢管或角钢钢管或角钢。v杆件采用杆件采用1616锰薄壁钢管锰薄壁钢管（钢管厚度（钢管厚度最薄可为最薄可为1.5mm1.5mm）比较合理和有利，比较合理和有利，角钢杆件一般只在小跨度角钢杆件一般只在小跨度而且网而且网架型式又简单的情况下使用。架型式又简单的情况下使用。钢管杆件比角钢杆件有利钢管杆件比角钢杆件有利，因为它的截面对受力有利，因为它的截面对受力有利，而且钢管杆件的结点连接构造比较简单，可以节省材而且钢管杆件的结点连接构造比较简单，可以节省材料，降低金属用量。料，降低金属
2、用量。构件材料可用构件材料可用I I级钢或级钢或级钢级钢。v级钢为级钢为1616锰合金钢，强度高，塑性好，性能稳定，锰合金钢，强度高，塑性好，性能稳定，满足焊接要求。采用满足焊接要求。采用级钢比采用级钢比采用I I级钢更能省料级钢更能省料6.6.2 6.6.2 网架的节点网架的节点v网架结点的型式和构造应与杆件形式相配合网架结点的型式和构造应与杆件形式相配合。网架的节点上交汇的杆件多，且呈立体几何关系网架的节点上交汇的杆件多，且呈立体几何关系节点构造的好坏，对结构的受力性能、制造安装、工节点构造的好坏，对结构的受力性能、制造安装、工程进度、耗钢量和工程造价程进度、耗钢量和工程造价有相当大的影响
3、。有相当大的影响。v合理的节点构造合理的节点构造首先要在坚固可靠的前提下首先要在坚固可靠的前提下使各方向的杆件轴线准确使各方向的杆件轴线准确交汇于一点交汇于一点，避兔因构造的缺陷产生偏心避兔因构造的缺陷产生偏心，同时还要尽量使节点构造与计算假定相符合，否则会同时还要尽量使节点构造与计算假定相符合，否则会造成计算上的误差过大。特别是支座节点的构造，如造成计算上的误差过大。特别是支座节点的构造，如果与计算假定的边界条件不符时，会造成很大的误差，果与计算假定的边界条件不符时，会造成很大的误差，甚至影响结构安全。甚至影响结构安全。构造简单，制作容易，便于安装和节省材料。构造简单，制作容易，便于安装和节
4、省材料。v焊接钢板结点焊接钢板结点杆件为杆件为角钢时，应与钢板连接角钢时，应与钢板连接。连接方法可以采用连接方法可以采用焊接、螺栓连接焊接、螺栓连接，或焊接与螺栓连，或焊接与螺栓连接同时配合应用的方式。接同时配合应用的方式。节点刚度大，整体性好节点刚度大，整体性好，制造加工简单，质量易保证，制造加工简单，质量易保证，成本低，成本低，适用于两向正交网架适用于两向正交网架。v焊接钢板结点焊接钢板结点节点的设计构造节点的设计构造v杆件的重心在节点处宜汇交于一点；杆件的重心在节点处宜汇交于一点；v杆件与杆件与节点的连接焊缝的截面重心应与杆件的重心节点的连接焊缝的截面重心应与杆件的重心相一致；相一致；v
5、节点板的厚度根据计算来确定；节点板的厚度根据计算来确定；v节点板上的连接杆件之间的间隙不宜小于节点板上的连接杆件之间的间隙不宜小于20mm20mmv焊接空心球结点焊接空心球结点杆件为杆件为钢管时，结点宜用钢球钢管时，结点宜用钢球来连接。来连接。各杆件轴线易各杆件轴线易汇交于结点上的球心汇交于结点上的球心，构造简单，连接，构造简单，连接方便，用钢量少，结点体型小，形式轻巧美观。方便，用钢量少，结点体型小，形式轻巧美观。为了加强球的刚度，球内可焊上一个为了加强球的刚度，球内可焊上一个加劲环加劲环。v焊接空心球结点焊接空心球结点制作制作v用圆钢板放在加热炉内，待钢板烧成用圆钢板放在加热炉内，待钢板烧
6、成枣红色枣红色时，即时，即放在专门压制半球壳的模具中用压力机冲压而成半放在专门压制半球壳的模具中用压力机冲压而成半球壳，然后去飞边，打成坡口，将两个半球壳焊接球壳，然后去飞边，打成坡口，将两个半球壳焊接而成。而成。v焊接空心球结点焊接空心球结点制作制作v如承载力较大时，可在球中间加单片肋如承载力较大时，可在球中间加单片肋；v如遇中校支座力量较大时，如遇中校支座力量较大时，一般要加十字肋一般要加十字肋，其十，其十字肋应与支座十字肋相重合。字肋应与支座十字肋相重合。v半球下料的半球下料的直径直径D D1.41d1.41d十十8mm8mm，d d为球壳中面直径，为球壳中面直径，8mm8mm为预留切边
7、余量为预留切边余量。v螺栓球节点螺栓球节点螺栓球结点是在实心钢球上钻出螺丝孔，用螺栓连接螺栓球结点是在实心钢球上钻出螺丝孔，用螺栓连接杆件。杆件。节点不需焊接，避免了焊接变形，同时加快了安装速节点不需焊接，避免了焊接变形，同时加快了安装速度，也有利于构件的标准化，度，也有利于构件的标准化，适于工业化生产。适于工业化生产。节点构造复杂，机械加工量大节点构造复杂，机械加工量大。6.6.3 6.6.3 支座形式支座形式v网架结构的支座节点一般采用网架结构的支座节点一般采用铰支座。铰支座。铰支座的构造应该符合它的力学假定，允许转动，否铰支座的构造应该符合它的力学假定，允许转动，否则网架的则网架的实际内
8、力相变形实际内力相变形就可能与计算值出人较大，就可能与计算值出人较大，容易造成事故。容易造成事故。根据根据网架的跨度大小、支座受力特点和温度应力网架的跨度大小、支座受力特点和温度应力等因等因素的差别，一般可做成不动饺支座或半滑动的铰支座。素的差别，一般可做成不动饺支座或半滑动的铰支座。有的网架（如两向正交斜放网架）角部对支座产生拉有的网架（如两向正交斜放网架）角部对支座产生拉力，因此力，因此角部应做成能够抵抗拉力的铰支座角部应做成能够抵抗拉力的铰支座。v支座分类支座分类平板压力支座平板压力支座平板压力或拉力支座平板压力或拉力支座角位移受到很大的约束，只适用于较小跨度网架角位移受到很大的约束，只
9、适用于较小跨度网架 单面弧形压力支座单面弧形压力支座 角位移未受约束，适用于中小跨度网架角位移未受约束，适用于中小跨度网架 单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座 适用于较大跨度网架。在承受拉力的锚栓适用于较大跨度网架。在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度附近应设加劲肋以增强节点刚度 双面弧形压力支座双面弧形压力支座 支座和底板间设有弧形块，上下面都是柱支座和底板间设有弧形块，上下面都是柱面，支座既可转动又可平移面，支座既可转动又可平移 球铰压力支座球铰压力支座 只能转动而不能平移，适用于多支点支承只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架的大跨度网架 板式橡胶支座板式橡胶支座 通过橡
10、胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式式，否则为两向可侧移式 各种柱帽形式各种柱帽形式点支承网架与柱子相连宜设柱帽以点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用减小冲剪作用。柱帽可设置于下弦平面之下柱帽可设置于下弦平面之下(图图a)a)，也可设置于上弦平面之上，也可设置于上弦平面之上(图图b)b)。当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽(图图c)c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨
11、度网架。，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。6.6.4 柱帽网架的屋面排水网架的屋面排水v网架屋面排水的特点网架屋面排水的特点网架覆盖的面积大网架覆盖的面积大，小坡度也会形成，小坡度也会形成大的气魄高度大的气魄高度。网架结构的网架结构的屋面坡度一般取屋面坡度一般取2%2%5%5%，多雨地区宜选用，多雨地区宜选用大值。大值。当屋面结构采用有檩体系时，当屋面结构采用有檩体系时，还应考虑檩条挠度对泄还应考虑檩条挠度对泄水的影响水的影响。对于荷载、跨度较大的网架结构，还应考虑网架竖向对于荷载、跨度较大的网架结构，还应考虑网架竖向挠度对排水的影响。挠度对排水的影响。v网架屋面坡度的做法网架屋面坡度
12、的做法上弦节点加小立柱找坡上弦节点加小立柱找坡v当小立柱较高时，应注意小立柱自身的稳定性，这当小立柱较高时，应注意小立柱自身的稳定性，这种做法构造比较简单。种做法构造比较简单。网架变高度网架变高度v网架跨度较大时，会造成网架跨度较大时，会造成受压腹杆太长的缺点受压腹杆太长的缺点。支承柱找坡支承柱找坡v采用采用点支承方案点支承方案的网架可用此法找坡。的网架可用此法找坡。整个网架起拱整个网架起拱v一般用于大跨度网架。一般用于大跨度网架。网架屋面排水坡的形成(A)网架整体起拱(B)网架变高度(C)设短柱支托设短柱支托构造简单，是采用较设短柱支托构造简单，是采用较多的找坡方法多的找坡方法6.7 6.7
13、 网架结构的工程实例网架结构的工程实例81818181米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。桁架下弦标高为桁架下弦标高为10.5510.55米，桁架高度米，桁架高度H=4.0H=4.0米，钢桁米，钢桁架沿纵向间距为架沿纵向间距为2727米，沿横向间距为米，沿横向间距为9 9米，均支承在米，均支承在钢筋砼柱柱顶钢筋砼柱柱顶厦门国际会展中心厦门国际会展中心 支承方式支承方式 网架支承用摇摆支座网架支承用摇摆支座,网架由网架由36 36 只摇摆座支承只摇摆座支承v连接方式连接方式 焊接焊接 吊装后局部补焊吊装后局部补焊概况：概况：A380 A380 机库位于
14、首都机场机库位于首都机场3 3号航站楼的北侧号航站楼的北侧,其施工单位是其施工单位是北京建工集团北京建工集团,结构设计方案由中国航空工业规划设计研究院结构设计方案由中国航空工业规划设计研究院提供。该工程总建筑面积提供。该工程总建筑面积6.46.4万万m2,m2,局部地上局部地上3 3层层,地下地下1 1 层层,由机库大厅和附楼两部分组成由机库大厅和附楼两部分组成,其中机库大厅跨度其中机库大厅跨度2m2m*176.3m,176.3m,进深进深110m,110m,屋盖顶标高屋盖顶标高+39.800m+39.800m。建成后可同时容纳。建成后可同时容纳4 4 架架A380 A380 空中客机或两架空
15、中客机或两架A380A380和和4 4架架B747B747大型客机大型客机,是目前世界上最大是目前世界上最大的飞机维修库。的飞机维修库。屋盖结构为屋盖结构为3 3 层焊接球型钢网架层焊接球型钢网架,总面积总面积3.93.9万万m2,m2,总质量约为总质量约为7000t,7000t,采用地面组拼、一次整体提升到位采用地面组拼、一次整体提升到位的施工方案的施工方案,其一次提升面积和重量均堪称世界之最。在机库其一次提升面积和重量均堪称世界之最。在机库建设中屋盖结构的整体提升无疑是最大的技术难点。建设中屋盖结构的整体提升无疑是最大的技术难点。一层平面：首都机场机库能同时容纳四架波音首都机场机库能同时容
16、纳四架波音747747大型客机进行维修。由于机库功能的特殊大型客机进行维修。由于机库功能的特殊性和对空间的特殊要求，平面布局采用大空间在一侧，辅助用房在机库另一侧的性和对空间的特殊要求，平面布局采用大空间在一侧，辅助用房在机库另一侧的布局方式，将机库大空间做整。布局方式，将机库大空间做整。内部空间：内部空间：飞机库内部主空间为供飞机飞机库内部主空间为供飞机停靠的大空间，高度和跨度停靠的大空间，高度和跨度都比一般建筑大，而且要求都比一般建筑大，而且要求内部没有柱网等障碍。内部没有柱网等障碍。立面造型：立面造型：飞机库整体造型为飞机库整体造型为方形，立面为通透方形，立面为通透的玻璃材质。配合的玻璃
17、材质。配合结构特点，整个建结构特点，整个建筑显得轻盈简洁。筑显得轻盈简洁。结构分析：结构分析：v屋盖结构设计是大跨度机库设计的关键，方案的屋盖结构设计是大跨度机库设计的关键，方案的制定必须要满足以下要求：根据机场空域高度的制定必须要满足以下要求：根据机场空域高度的限制，机库屋顶最高点不得超过限制，机库屋顶最高点不得超过40m40m；屋顶结构的；屋顶结构的布置和尺寸应满足工艺使用和设置悬挂吊车的要布置和尺寸应满足工艺使用和设置悬挂吊车的要求，屋盖结构的变形不影响悬挂吊车和机库大门求，屋盖结构的变形不影响悬挂吊车和机库大门的正常运行；机库能满足的正常运行；机库能满足8 8度地震的抗震设防要求；度地
18、震的抗震设防要求；同时还要考虑到屋盖结构制作、运输、吊装合理同时还要考虑到屋盖结构制作、运输、吊装合理可靠，加快施工周期。根据以上原则，在经过多可靠，加快施工周期。根据以上原则，在经过多种方案比较之后，选用了多层四角锥网架和栓焊种方案比较之后，选用了多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系。钢桥相结合的空间结构体系。结构平面和立面：结构平面和立面：机库结构平面图和结构机库结构平面图和结构立面图如图所示，其中立面图如图所示，其中机库大门处网架边梁设机库大门处网架边梁设计成一箱形的空间桁架计成一箱形的空间桁架两跨连续钢梁，宽两跨连续钢梁，宽9.5m9.5m，高高11.5m11.5m。工程难点：
19、工程难点：v1 1、钢结构跨度大、面积大，为国内外之最：本工程钢结、钢结构跨度大、面积大，为国内外之最：本工程钢结构跨度构跨度352.60m352.60m，进深，进深114.5m114.5m，屋盖顶标高，屋盖顶标高+39.800m+39.800m。屋盖结构采用三层斜放四角锥钢网架，下弦支承，机库大屋盖结构采用三层斜放四角锥钢网架，下弦支承，机库大门处屋盖采用焊接箱形钢桁架，宽门处屋盖采用焊接箱形钢桁架，宽9.5m9.5m，高，高11.5m11.5m。对于。对于如此大跨度结构施工，国内并没有先例和成熟的施工经验如此大跨度结构施工，国内并没有先例和成熟的施工经验可以借鉴，选取的科学的施工方案，确保
20、工程质量、确保可以借鉴，选取的科学的施工方案，确保工程质量、确保结构自身安全与施工安全、有效地控制施工进度、合理的结构自身安全与施工安全、有效地控制施工进度、合理的降低施工成本是本工程以及类似工程的重中之重，必须进降低施工成本是本工程以及类似工程的重中之重，必须进行深入细致地研究。行深入细致地研究。v2 2、结构拼装质量要求高：本工程钢结构采用三层斜放四、结构拼装质量要求高：本工程钢结构采用三层斜放四角锥钢网架与钢桁架结合的结构，跨度角锥钢网架与钢桁架结合的结构，跨度352.60m352.60m，进深，进深114.5m114.5m，结构形式复杂，对施工中平面控制网的测量精度，结构形式复杂，对施
21、工中平面控制网的测量精度要求非常高；如何根据结构自身特点采取正确的拼装方法、要求非常高；如何根据结构自身特点采取正确的拼装方法、拼装精度控制措施以及如何保证拼装完毕后整体结构的最拼装精度控制措施以及如何保证拼装完毕后整体结构的最后闭合，需要仔细研究。另外，本工程构件数量巨大，现后闭合，需要仔细研究。另外，本工程构件数量巨大，现场节点形式多样，如何结合结构跨度、进深、高度以及结场节点形式多样，如何结合结构跨度、进深、高度以及结构形式特点，采取有效的焊接工艺和焊接质量控制措施，构形式特点，采取有效的焊接工艺和焊接质量控制措施，确保焊接质量以及整体结构拼装质量是本工程的难点。确保焊接质量以及整体结构
22、拼装质量是本工程的难点。v3 3、任务重、工期紧：首、任务重、工期紧：首都机场四机位总工期三都机场四机位总工期三年。本工程为满足奥运年。本工程为满足奥运会前投入使用的需要，会前投入使用的需要，将常规下的将常规下的3636个月工期个月工期缩短为缩短为2020个月。个月。施工方案的选择：施工方案的选择：v现有的施工方案有现有的施工方案有高空散拼、分段吊装和整体提升高空散拼、分段吊装和整体提升三种，但三种，但考虑各自的优缺点以及人力物力、安全管理等条件，最终选考虑各自的优缺点以及人力物力、安全管理等条件，最终选择了择了整体提升整体提升这一施工技术。其优点是大量工作都可以在地这一施工技术。其优点是大量
23、工作都可以在地面完成，减少工装脚手架用量，避免了高空作业，降低了工面完成，减少工装脚手架用量，避免了高空作业，降低了工程的安全管理的难度。由于现场场地较大，可以形成多点、程的安全管理的难度。由于现场场地较大，可以形成多点、多面流水作业，加快地面拼装进度，有利于工程安装精度控多面流水作业，加快地面拼装进度，有利于工程安装精度控制。制。整体提升技术：整体提升技术：v为了最大限度的满足结构设计的边界条件，确保工程质量；为了最大限度的满足结构设计的边界条件，确保工程质量；加快工程施工进度、为后续工作创造条件；降低工程成本；加快工程施工进度、为后续工作创造条件；降低工程成本；确保施工安全。对本工程，采用
24、一次性整体提升就位的施确保施工安全。对本工程，采用一次性整体提升就位的施工工艺。采用一次性整体提升结构有如下优点：工工艺。采用一次性整体提升结构有如下优点：提升的结提升的结构重量重，可达万吨以上；提升结构的尺寸、面积和体积构重量重，可达万吨以上；提升结构的尺寸、面积和体积大；计算机控制，自动化程度高；减少高空作业量，施工大；计算机控制，自动化程度高；减少高空作业量，施工安全、可靠，降低施工风险；缩短施工周期，降低施工费安全、可靠，降低施工风险；缩短施工周期，降低施工费用。用。根据以上分析我们决定采用网架与桁架同时提升的方根据以上分析我们决定采用网架与桁架同时提升的方案。案。总结：v跨度大，高度
25、高成为机库结构设计的关键；跨度大，高度高成为机库结构设计的关键；v选用多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构选用多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系；体系；v首都机场首都机场A380A380机库运用一次性整体提升技术，将平机库运用一次性整体提升技术，将平板网架结构进行组装；板网架结构进行组装；v造型简洁轻盈；造型简洁轻盈；哈尔滨水上世界哈尔滨水上世界 Harbin Water World 20082008奥运会场馆（正放四角锥）奥运会场馆（正放四角锥）第第7 7章章 网壳结构网壳结构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
26、 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第第7 7章章 网壳结构网壳结构7.1 7.1 概述概述v网壳结构：网壳结构：杆件按杆件按一定规律布置一定规律布置，通过，通过节点连接节点连接而成的而成的曲面曲面状空间杆系结构状空间杆系结构。v网壳结构，即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结网壳结构，即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为构。其外形为壳壳，其构成为，其构成为网格状网格状，是，是格构化的壳体格构化的壳体，也是，也是壳形的网架。壳形的网架。v网壳结构优点：网壳结构优点：（1 1）网壳结构的杆
27、件主要承受）网壳结构的杆件主要承受轴力轴力，结构内力分布比较均，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。匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。（2 2）曲面形式，丰富的造型，通过使结构）曲面形式，丰富的造型，通过使结构明暗对比明暗对比、虚虚实对比实对比。（3 3）由于杆件尺寸与整个网壳结构相比很小，可把网壳）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结构近似地看成各向同性或各向异性连续体各向同性或各向异性连续体，用薄壳结构，用薄壳结构分析结果进行分析结果进行定性的分析定性的分析。（4 4）网壳结构中网格的杆件可以用）网壳结构中网格的杆件可以用
28、直杆直杆代替代替曲杆曲杆，如果，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构薄壳结构相似的良相似的良好的受力性能。好的受力性能。7.1.1 7.1.1 网壳结构的分类网壳结构的分类v1 1）按层数分）按层数分 单层网壳单层网壳：适合中小跨度（适合中小跨度（4040米）米）双层网壳双层网壳：具有：具有较高的稳定性和承载力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。可有效利用空间，方便天花或吊顶构造。v2 2、按曲面形式分、按曲面形式分 单曲面：筒网壳（柱面壳）单曲面：筒网壳（柱面壳）双曲面：球网壳扭网壳双曲面：球网壳扭网壳单层柱单层柱面网壳面网壳
29、柱柱面面网网壳壳双层柱双层柱面网壳面网壳单斜杆柱面网壳单斜杆柱面网壳弗普尔柱面网壳弗普尔柱面网壳交叉斜杆型柱面网壳交叉斜杆型柱面网壳联方网格型柱面网壳联方网格型柱面网壳三向网格型柱面网壳三向网格型柱面网壳交叉桁架体系交叉桁架体系四角锥体系四角锥体系三角锥体系三角锥体系正放四角锥柱面网壳正放四角锥柱面网壳抽空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斜置正放四角锥柱面网壳三角锥柱面网壳三角锥柱面网壳抽空三角锥柱面网壳抽空三角锥柱面网壳单层球单层球面网壳面网壳球球面面网网壳壳双层球双层球面网壳面网壳肋环型球面网壳肋环型球面网壳施威德勒球面网壳施威德勒球面网壳联方型球而网壳联方型
30、球而网壳三向网格型球面网壳三向网格型球面网壳凯威特型球面网壳凯威特型球面网壳短程线球面网壳短程线球面网壳交叉桁架体系交叉桁架体系角锥体系角锥体系肋环型四角锥球面网壳肋环型四角锥球面网壳联方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联方型三角锥球面网壳平板组合式球面网壳平板组合式球面网壳7.2 7.2 筒网壳结构筒网壳结构7.2.1 7.2.1 单层筒网壳单层筒网壳图图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也称为柱面柱面网壳网壳，是单曲面结构，是单曲面结构，其横截面常为圆弧形，其横截面常为圆弧形，也可采用椭圆形、抛也可采用椭圆形、抛物线形和双中心圆弧物线形
31、和双中心圆弧形等。形等。v联方型筒网壳联方型筒网壳受力明确，屋面荷载从受力明确，屋面荷载从两个斜向拱两个斜向拱的方向传的方向传至基础，简捷明了。至基础，简捷明了。v室内呈菱形网格，犹如撒开的渔网，美观大方。其缺点是室内呈菱形网格，犹如撒开的渔网，美观大方。其缺点是稳定性较差，由于稳定性较差，由于网格中每个节点连接的杆件数少网格中每个节点连接的杆件数少，故常，故常采用钢筋混凝土结构。采用钢筋混凝土结构。v弗普尔型筒网格弗普尔型筒网格和和单斜杆型筒网壳单斜杆型筒网壳结构形式简单，用钢量结构形式简单，用钢量少，多用于小跨度或荷载较小的情况，少，多用于小跨度或荷载较小的情况，双斜杆型筒网壳双斜杆型筒网
32、壳和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，可是用于跨度较大和不较单一，设计及施工都比较简单，可是用于跨度较大和不对称荷载较大的屋盖中。对称荷载较大的屋盖中。悉尼国际水上运动中心悉尼国际水上运动中心v增强结构刚度措施：增强结构刚度措施：三向网格型三向网格型图图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7.2.2 7.2.2 双层筒网壳双层筒网壳图图7-2-
33、4 双层筒网壳的形式双层筒网壳的形式1 1）按几何组成）按几何组成规律分类规律分类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。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图图7-2-5 正放四角锥形双层网壳结构实例正放四角锥形双层网壳结构实例v（2 2）按弦杆布置方向分类）按弦杆布置方向分类v与平板网架一样，双层筒网壳主要受力构件为上、下弦杆，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。因此可按上、下弦杆的布置方向分成三类。
34、v1 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。形、正放四角锥、正放抽空四角锥网壳等属于这一类结构。v2 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。只有两向斜交斜放网与网壳的波长方向可形成任意夹角。只有两向斜交斜放网壳属于这一类结。壳属于这一类结。v3 3）混合类双层筒网壳：）混合类双层筒网壳：混合类双
35、层筒网壳的部分弦杆与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。图中除上述网壳的波长方向正交，部分斜交。图中除上述6 6种外均属种外均属于这一类结构。于这一类结构。7.2.3 7.2.3 筒网壳结构的受力特点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，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。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，因此斜交类网壳的上、
36、下弦杆是与壳体波长方向斜交的，因此外荷载也是沿着斜向逐步卸荷的，外荷载也是沿着斜向逐步卸荷的，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。通常最大内力集通常最大内力集中在对角线方向，形成内力最大的中在对角线方向，形成内力最大的“主拱主拱”，主拱内上、，主拱内上、下弦杆均受压。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。7.2.4 7.2.4 筒网壳结构的支承筒网壳结构的支承v网壳结构的受力与其支承条件有很大关系。网壳结构的支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
37、等。承一般有两对边支承、四边支承、多点支承等。v 1 1）两对边支承）两对边支承v 两对边支承的筒网壳结构，按支承边位置的不同，有两两对边支承的筒网壳结构，按支承边位置的不同，有两种情况。种情况。v 当筒网壳结构以跨度方向为支座时，即成为筒拱结构，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：四种方案：v（1 1）设拉杆：）设拉杆：柱间拉杆的间距为网格纵向尺寸的倍数，柱间拉杆的间距为网
38、格纵向尺寸的倍数，一般为一般为1.53m1.53m。v（2 2）设墙垛：设墙垛：为取消室内拉杆，可用斜墙垛来抵抗拱脚为取消室内拉杆，可用斜墙垛来抵抗拱脚推力。推力。v（3 3）设斜柱、墩：）设斜柱、墩：把柱轴线按斜推力方向设置来承受侧把柱轴线按斜推力方向设置来承受侧向推力。向推力。v（4 4）拱脚落地：）拱脚落地：即采用落地拱式筒网壳，其斜推力直接即采用落地拱式筒网壳，其斜推力直接传入基础，故用料最为经济，但对基础要求较高。传入基础，故用料最为经济，但对基础要求较高。v当筒网壳结构在波长方向设支座时，当筒网壳结构在波长方向设支座时，网壳以纵向梁的作用网壳以纵向梁的作用为主。为主。v这时这时网壳
39、的端支座网壳的端支座若为墙，应在墙顶设横向端拱肋，承受若为墙，应在墙顶设横向端拱肋，承受由网壳传来的顺剪力，由网壳传来的顺剪力，成为受拉构件成为受拉构件，其端支座若为变高，其端支座若为变高度梁，则度梁，则为拉弯构件为拉弯构件。v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，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，可垂直设置或水平设置，一般以水平设置为构成边桁架，可垂直设置或水平设置，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。佳当跨度大时，可在拱脚
40、做成三角形截面的立体边桁架。v2 2）四边支承与多点支承）四边支承与多点支承v四边支承或多点支承的筒网壳结构可分为四边支承或多点支承的筒网壳结构可分为短壳、长壳和中短壳、长壳和中长壳长壳。v筒网壳的受力同时有筒网壳的受力同时有拱式受压拱式受压和和梁式受弯梁式受弯两个方面，两种两个方面，两种作用的大小同网格的构成及网壳的作用的大小同网格的构成及网壳的跨度与波长之比跨度与波长之比有关。有关。v短网壳的拱式受压作用比较明显，而长网壳表现出更多的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
41、性能要优于梁，因此在工程中多采用短壳。拱的受力性能要优于梁，因此在工程中多采用短壳。v长网壳结构时，可在筒网壳纵向的长网壳结构时，可在筒网壳纵向的中部增设加强肋中部增设加强肋。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
42、，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。同济大学大礼堂同济大学大礼堂同济大学大礼堂同济大学大礼堂1.1.钢筋混凝土联方网格型筒壳结构钢筋混凝土联方网格型筒壳结构 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*56m 56m，矢高，矢高8-8.5m8-8.5m7.3 7.3 球网壳结构球网壳结构v分类分类单层球单层球面网壳面网壳球球面面网网壳壳双层球双层球面网壳面网壳肋环型球面网壳肋环型球面网壳施威德勒球面网壳施威德勒球面网壳联方型球而网壳联方型球而网壳凯威特型球面网壳凯威特型球面网壳三向网格型球面网壳三向
43、网格型球面网壳短程线球面网壳短程线球面网壳交叉桁架体系交叉桁架体系角锥体系角锥体系肋环型四角锥球面网壳肋环型四角锥球面网壳联方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联方型三角锥球面网壳平板组合式球面网壳平板组合式球面网壳 球网壳的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。7.3.1 7.3.1 单层网壳单层网壳v1 1）肋环型网格）肋环型网格v2 2）施威特勒型网格）施威特勒型
44、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，无只有经向杆和纬向杆，无斜杆，大部分网格呈四边形，斜杆，大部分网格呈四边形，其平面图酷似蜘蛛网。其平面图酷似蜘蛛网。节点一般为刚性连接。节点一般为刚性连接。经向网肋、环向网肋和斜向经向网肋、环向网肋和斜向网肋构成。规律性明显。网肋构成。规律性明显。刚度较大，能承受较大非对刚度较大，能承受较大非对称荷载，可用于大中跨度穹顶。称荷载，可用于大中跨度穹顶。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 3）联方型网格）联方型网格由左斜肋与右斜肋构
45、成菱形网格，也可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。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。网格周边大，中间小，不够均匀。联方型网格网壳刚度好，可用于大中跨联方型网格网壳刚度好，可用于大中跨度的穹顶。度的穹顶。v4）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凯威特型网格其选用n n根（根（n n为偶数，且不小于为偶数，且不小于6 6根）通长根）通长的径向杆将球面分成的径向杆将球
46、面分成n n个扇形曲面，然后在每个扇形曲面内个扇形曲面，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。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，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，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。刚度好，故常用于大中跨度的穹顶中。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
47、盖图为大庆林源炼油厂多图为大庆林源炼油厂多功能厅屋盖，采用功能厅屋盖，采用1/31/3球球形，落地直径为形，落地直径为30m30m，矢，矢高高10m10m。采用单层钢网壳。采用单层钢网壳结构，网壳呈凯威特形结构，网壳呈凯威特形网格，曲率半径网格，曲率半径16.05m16.05m，设计跨度设计跨度25.6m25.6m，矢高，矢高6.2m6.2m。网壳下部的承重。网壳下部的承重结构为结构为1212个钢筋混凝土个钢筋混凝土支架，支架上部设圈梁支架，支架上部设圈梁连接成整体，网壳边节连接成整体，网壳边节点全部与圈梁整浇。点全部与圈梁整浇。v5 5）三向网格型）三向网格型v6 6）短程线型网格）短程线型
48、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 由竖平面相交成由竖平面相交成6060度的度的三族竖向网肋构成，如图所三族竖向网肋构成，如图所示。其特点是杆件种类少，示。其特点是杆件种类少，受力比较明确。可用于中小受力比较明确。可用于中小跨度的穹顶。跨度的穹顶。所谓短程线，是指球面所谓短程线，是指球面上两点间最短的曲线，这条上两点间最短的曲线，这条最短的曲线必定是位于由该最短的曲线必定是位于由该两点球心所组成的平面与球两点球心所组成的平面与球面相交的大圆圆周上。面相交的大圆圆周上。v6 6）短程线型网格）短程线型网格v圆球内接的最大正多面体是圆球内接的最大正多面
49、体是正二十面体正二十面体，把，把内接正二十面内接正二十面体体各边正投影到球面上，把球面划分成二十个全等的球面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。最少且杆长最短的球壳网格。v 但该网格的但该网格的边长为边长为0.5257D0.5257D,杆长太大，在建筑工程中并杆长太大，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正三角形又不可能，因此以后只
50、能根据弧长相等的原则进行二次划分（图行二次划分（图b b），所得到的网格称为短程线型网格，），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。二次划分的次数称为短程线型网格的频率。v6 6）短程线型网格）短程线型网格v通过不同的划分方法，可以得到通过不同的划分方法，可以得到三角形，菱形、半菱形、三角形，菱形、半菱形、六角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（图不完全相等，但相差甚微（图c c）。）。v因此，短程线形网格规整均匀，杆件和节点种类在各种球因此，短程线形网格规整均匀，杆件和节点种类在
