第三节)球网壳结构

1、定义：定义：球网壳是由环向和径向（或斜向）交叉曲线杆系球网壳是由环向和径向（或斜向）交叉曲线杆系（或桁架）组成的单层（或双层）球型网壳。（或桁架）组成的单层（或双层）球型网壳。一、球网壳网格的划分一、球网壳网格的划分1 1、单层球面网壳：直径不宜大于、单层球面网壳：直径不宜大于60M60M。根据径向和环向。根据径向和环向（或斜向）交叉曲杆件组成的形式不同，有下列形式：（或斜向）交叉曲杆件组成的形式不同，有下列形式：A A肋环形网格：只有径向、纬向杆，大部分网格呈四边肋环形网格：只有径向、纬向杆，大部分网格呈四边形，平面投影似蜘蛛网。形，平面投影似蜘蛛网。优点优点：杆件种类少，节：杆件种类少，节

2、点构造简单（每节点四点构造简单（每节点四根杆件）；适用于中、根杆件）；适用于中、小跨度的穹顶。小跨度的穹顶。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构 19671967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，平面直径壳，平面直径64m64m，矢高，矢高9.14m9.14m，为国内跨度最大的单，为国内跨度最大的单层球面网壳。层球面网壳。 第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构B B肋环斜杆型（施威特勒型网肋环斜杆型（施威特勒型网格）：在格）：在A A上加斜杆（斜杆可顺上加斜杆（斜杆可顺向、可交叉），起加劲肋作用。

3、向、可交叉），起加劲肋作用。优点：网格规律强，刚度较大，优点：网格规律强，刚度较大，能承受非对称荷载，可用于大、能承受非对称荷载，可用于大、中跨度的穹顶。中跨度的穹顶。C C联方型：由左、右斜杆构成菱联方型：由左、右斜杆构成菱形网格。斜肋夹角为形网格。斜肋夹角为30305050度，度，也可加设环向肋杆，形成三角形也可加设环向肋杆，形成三角形网格。优点：造型美观，规律性网格。优点：造型美观，规律性明显，无径向杆，但网格周边大，明显，无径向杆，但网格周边大，中间小，不够均匀。可用于大、中间小，不够均匀。可用于大、中跨度的穹顶。中跨度的穹顶。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网

4、壳结构 D D扇形三向网格（凯威特型网扇形三向网格（凯威特型网格）：将球面分成格）：将球面分成N N份扇形（份扇形（N N为偶数，且为偶数，且6 6），再用纬向、），再用纬向、斜向杆分成较均匀的三角形，斜向杆分成较均匀的三角形，各扇区内斜杆平行。优点：网各扇区内斜杆平行。优点：网格、内力分布均匀，刚度好，格、内力分布均匀，刚度好，用于大跨度的穹顶。用于大跨度的穹顶。E E三向网格型：交角均为三向网格型：交角均为6060度的交叉斜杆和环向杆度的交叉斜杆和环向杆组成，适用于中、小跨度的穹顶。组成，适用于中、小跨度的穹顶。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构F F、短程线

5、型网格：（巴、富勒、短程线型网格：（巴、富勒网格）从易于制作和装配的网格）从易于制作和装配的角度出发，使杆长规格最少，角度出发，使杆长规格最少，来探索球面的规则划分的方来探索球面的规则划分的方法。数学证明法。数学证明.，从网肋受，从网肋受力与传力的有效和合理出发，力与传力的有效和合理出发，传力路线越短越好，正二十传力路线越短越好，正二十面体的边长面体的边长A A0.5257D0.5257D，太，太大需要再划分，将其投影到大需要再划分，将其投影到球面上形成大圆弓形，再根球面上形成大圆弓形，再根据弧长相等的原则二次划分。据弧长相等的原则二次划分。优点：规格均匀，杆件和节优点：规格均匀，杆件和节点种

6、类在各种球面网壳中是点种类在各种球面网壳中是最少的，传力路线短。最少的，传力路线短。1967.蒙特利尔世博会美国馆蒙特利尔世博会美国馆第八章第八章 网壳结构网壳结构G G双向子午线网格：双向子午线网格：两组子午线上交叉两组子午线上交叉杆件所组成，所有杆件所组成，所有杆件都是连续的、杆件都是连续的、曲率相等的圆弧杆，曲率相等的圆弧杆，形成的网格，接近形成的网格，接近正方形，用料省、正方形，用料省、施工方便且经济。施工方便且经济。适用于大跨度及工适用于大跨度及工业储罐的顶盖。业储罐的顶盖。第八章第八章 网壳结构网壳结构 大庆林源炼油厂多功能厅屋盖，采用大庆林源炼油厂多功能厅屋盖，采用1/31/3球

7、形，落地球形，落地直径为直径为30m30m，矢高，矢高10m10m。采用单层钢网壳结构，网壳呈凯威。采用单层钢网壳结构，网壳呈凯威特形网格，曲率半径特形网格，曲率半径16.05m16.05m，设计跨度，设计跨度25.6m25.6m，矢高，矢高6.1m6.1m。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构网壳下部的承重网壳下部的承重结构为结构为1212个钢筋个钢筋混凝土支架，支混凝土支架，支架上部设置圈梁架上部设置圈梁连接成一体，网连接成一体，网壳边节点全部与壳边节点全部与圈梁整浇。圈梁整浇。右：右：潍坊艺海大厦屋顶水箱，球体直径潍坊艺海大厦屋顶水箱，球体直径10.2m10.

8、2m，矢高，矢高9.91m9.91m，为单层短程线球壳。，为单层短程线球壳。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构左：左：北京东城北京东城区少年宫气象区少年宫气象厅，网壳直径厅，网壳直径12m12m，为单层短，为单层短程线球壳，网程线球壳，网壳支承在一根壳支承在一根略有高低起伏略有高低起伏的圈梁上的圈梁上2 2、双层球网壳、双层球网壳 跨度大于跨度大于40M40M时，采用双层球网壳比单层球时，采用双层球网壳比单层球网壳其稳定性和经济性均优越。网壳其稳定性和经济性均优越。（1 1）定义：）定义：它是由两个同心的单层球网壳通过腹它是由两个同心的单层球网壳通过腹杆连接而成的

9、，每层球网壳的形成和形式同单杆连接而成的，每层球网壳的形成和形式同单层球网壳。层球网壳。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构北京科技馆穹幕影院，内径北京科技馆穹幕影院，内径32m32m、外径、外径35m35m、高、高25.5m25.5m的的四分之三双层球网壳，内层采用短程线穹顶，外层则是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。与五边形组合的图案。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构（2 2）双层网球壳的布置）双层网球

10、壳的布置A A、从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀的减少。、从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀的减少。B B、网壳的下部为双层，顶部为单层。、网壳的下部为双层，顶部为单层。C C、网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层。、网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层。第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构第三节第三节 球网壳结构球网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构二、球网壳的受力二、球网壳的受力 球网壳的受力状态与球网壳的受力状态与“圆顶圆顶”结构受力相结构受力相似，即可忽略弯曲内力，顺剪力也很小。在竖似，即可忽略弯曲内力，顺剪力也很小。在竖向均布荷载作用下，径向受压，环向

11、上部受压，向均布荷载作用下，径向受压，环向上部受压，下部受拉。设置支座环，有利于增强结构的刚下部受拉。设置支座环，有利于增强结构的刚度，且随着支座约束的加强，球网壳内力逐渐度，且随着支座约束的加强，球网壳内力逐渐均匀，最大内力相应减少。均匀，最大内力相应减少。 一、网壳的其它形式一、网壳的其它形式 除前面所讲到的柱面网壳，球网壳，除前面所讲到的柱面网壳，球网壳，扭网壳等形式外，在扭网壳等形式外，在“薄壁空间结构薄壁空间结构”中中所讲到的所讲到的各种曲面形式各种曲面形式都可以用作网壳结都可以用作网壳结构。如：双曲扁网壳、双曲椭圆抛物面网构。如：双曲扁网壳、双曲椭圆抛物面网壳等，同时，还可以对这些

12、形式进行切割壳等，同时，还可以对这些形式进行切割和组合，形成无数形式各异的方案。和组合，形成无数形式各异的方案。第四节第四节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构第四节第四节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构1 1、扭网壳结构、扭网壳结构1 1）单层扭网壳）单层扭网壳2 2）双层扭网壳）双层扭网壳3 3）受力特点：仍为）受力特点：仍为“拱向受压，索向受拉拱向受压，索向受拉”。例例1 1：北京体育学院，屋盖北京体育学院，屋盖为四块组合型扭网壳，正交为四块组合型扭网壳，正交正放的双层扭网壳结构。正放的双层扭网壳

13、结构。平面尺寸平面尺寸59.2mX59.2m59.2mX59.2m，跨，跨度度52.2m52.2m，挑檐，挑檐3.5m3.5m，四角，四角带落地斜撑，整个结构桁架带落地斜撑，整个结构桁架中，上、下弦等长，斜腹杆中，上、下弦等长，斜腹杆等长，竖腹杆也等长，大大等长，竖腹杆也等长，大大简化了网壳的制作与安装。简化了网壳的制作与安装。例例2 2：四川省德阳市体育馆，屋盖平面为菱形，屋盖结构四川省德阳市体育馆，屋盖平面为菱形，屋盖结构为两向正交斜放网格的双层扭网壳。边长为两向正交斜放网格的双层扭网壳。边长74.87m74.87m，网壳，网壳上铺设四棱锥形上铺设四棱锥形GRCGRC屋面板，构成了新颖、美

14、观、别具一屋面板，构成了新颖、美观、别具一格的建筑造型。格的建筑造型。第八章第八章 网壳结构网壳结构第八章第八章 网壳结构网壳结构例例3 3：清远市体育馆位于清远市新城区。建筑占地面积清远市体育馆位于清远市新城区。建筑占地面积60006000平平方米，建筑面积方米，建筑面积1100011000平方米。该馆屋盖采用大跨度预应力组平方米。该馆屋盖采用大跨度预应力组合式扭网壳钢结构，结构新颖，外形美观。合式扭网壳钢结构，结构新颖，外形美观。例例4 4：东京，驹泽公园驹泽体育馆东京，驹泽公园驹泽体育馆第八章第八章 网壳结构网壳结构2 2、双曲扁网壳结构、双曲扁网壳结构例右上：例右上：石家庄市新华集贸中

15、心商业石家庄市新华集贸中心商业大厅屋盖，平面尺寸大厅屋盖，平面尺寸40mX40m40mX40m，屋盖选，屋盖选用了圆弧平移曲线的双层扁网壳，矢用了圆弧平移曲线的双层扁网壳，矢高高6.3m 6.3m ，壳厚，壳厚1.7m1.7m。网壳布置为正交。网壳布置为正交正放立体桁架形式，网壳四边设拱形正放立体桁架形式，网壳四边设拱形边桁架，周边支承在钢筋混凝土连梁边桁架，周边支承在钢筋混凝土连梁上，网壳上铺玻璃钢屋面板，屋盖中上，网壳上铺玻璃钢屋面板，屋盖中央开设央开设9.375mX9.375m9.375mX9.375m的天窗。的天窗。3 3、组合椭圆抛物面网壳、组合椭圆抛物面网壳结构结构例例1 1左下：

16、左下：肇庆市体育馆屋盖，肇庆市体育馆屋盖，由椭圆抛物面切割组合而成。由椭圆抛物面切割组合而成。体育馆平面为截角正方形，边体育馆平面为截角正方形，边长长75m75m。单个网壳由两组正交。单个网壳由两组正交正放的双层抛物线拱桁架组成，正放的双层抛物线拱桁架组成，用钢量用钢量52kg/m52kg/m2 2。第八章第八章 网壳结构网壳结构第四节第四节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构例例2 2：哈尔滨速滑馆平面图：中部柱面网壳和两端半球壳组成的哈尔滨速滑馆平面图：中部柱面网壳和两端半球壳组成的巨型双层网壳。轮廓尺寸巨型双层网壳。轮廓尺寸86.2MX191.

17、2M86.2MX191.2M。第三届亚冬会哈尔滨速滑馆第三届亚冬会哈尔滨速滑馆第五节第五节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构二、网壳结构选型二、网壳结构选型1 1、满足建筑使用要求：、满足建筑使用要求：（1 1）、立面设计：建筑空间要求大）、立面设计：建筑空间要求大可选球网壳或可选球网壳或柱面网壳，当矢高受限而又需大空间时，将网壳柱面网壳，当矢高受限而又需大空间时，将网壳支承于墙或柱上；矢高较小时支承于墙或柱上；矢高较小时, ,可采用双曲扁网壳可采用双曲扁网壳或落地式的双曲抛物面网壳或落地式的双曲抛物面网壳（2 2）、与建筑平面相协调：圆形平面）、

18、与建筑平面相协调：圆形平面球面网壳；狭球面网壳；狭长矩形平面长矩形平面柱面网壳；还可以切割、组合。柱面网壳；还可以切割、组合。球面网壳球面网壳首选短程线型，其次，为凯威特型、联首选短程线型，其次，为凯威特型、联方型、施威特勒型。方型、施威特勒型。柱面网壳柱面网壳优先选用双斜杆型和联方型。优先选用双斜杆型和联方型。 第四节第四节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构 2 2、网壳结构的层数：网壳结构跨度越大，用钢量越多，、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，故尽量采用跨度一定时，荷载对用钢量有影响，故尽量采用轻屋

19、轻屋面面。同等条件下，单层比双层网壳用钢量少，但稳定。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，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。双层网壳的用钢量反而省。3 3、网格尺寸：一般来说，网格尺寸越大，用钢量越省。、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，腹杆与弦杆的夹寸最好与屋面板模数相协调。同时，腹杆与弦杆的夹角应在角应在40405555之间。之间。 同时还要考虑网壳的杆件加工、制作、安装。要同时还要考虑网壳的杆件加工、制作、安装。要遵循两个原则遵循两个原则：一要划分的网格比较均匀，杆件规格：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，要少，便于加工；二要节点连接简单，角度变化少，便于安装。便于安装。第四节第四节 网壳结构的其它形式及选型网壳结构的其它形式及选型第八章第八章 网壳结构网壳结构 4 4、网壳