网壳结构知识点PPT38

网壳结构Ch9.4•本章主要内容容：••••••1、概述2、筒网壳结构3、球网壳结构构4、扭网壳结构构5、其他形状的的网壳结构6、网壳结构的的选型1PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建2网壳结构是曲曲面型的网格格结构，兼有有杆系结构和和薄壳结构的的特性，受力合合理，覆盖跨跨度大，是一一种国内外颇颇受关注、半半个世纪以来发发展最快，有有着广阔发展展前景的空间间结构。网壳结构具有有优美的建筑筑造型，无论论是建筑平面面、外形和形形体都能给设计师师以充分的创创作自由。建筑平面上，，可以适应多多种形状，如如圆形、矩形形、多边形、、三角形、扇形以以及各种不规规划的平面；；建筑外形上，，可以形成多多种曲面，如如球面、椭圆圆面、旋转抛抛物面等，建建筑的各各种形体体可通过过曲面的的切割和和组合得得到；结构上，，网壳受受力合理理，可以以跨越较较大的跨跨度，由由于网壳壳曲面的多样化化，结构构设计者者可以通通过精心心的曲面面设计使使网壳受受力均匀；施工工上，采采用较小小的构件件在工厂厂预制，，工业化化生产，，现场安装简便便快速，，不需要要大型设设备，综综合经济济指标较较好。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建3back网壳结构构的主要要不足在在于：杆件和节节点几何何尺寸的的偏差以以及曲面面的偏离离对网壳壳的内力、整整体稳定定性和施施工精度度影响较较大，给给结构设设计带来了困困难。另外，为为减小初初始缺陷陷，对于于杆件和和节点的的加工精精度应提出较较高的要要求，制制作加工工难度大大。此外外，网壳壳的矢高很大大时，增增加了屋屋面面积积和不必必要的建建筑空间间，增加建筑筑材料和和能源的的消耗。。这些问问题在大大跨度网网壳中显得更更加突出出。餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.4.1概述•网壳结构构的优点点餀•1、网壳结结构的杆杆件主要要承受轴轴力，结结构内力力分布比比较均匀匀，应力峰值较较小，因因而可以以充分发发挥材料料强度作作用。•2、在外观观上可以以与薄壳壳结构一一样具有有丰富的的造型•3、由于杆杆件尺寸寸与整个个网壳结结构的尺尺寸相比比很小，，可把网网壳结构近似似地看看成各各向同同性或或各向向异性性的连连续体体，利利用钢钢筋混混凝土土薄壳结构构的分分析结结果进进行定定性的的分析析。•4、网壳壳结构构中网网格的的杆件件可以以用直直杆代代替曲曲杆，，即以以折面面代替替曲面。。back4PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建5•网壳结结构的的分类类：•按杆件件的布布置方方式分分：单单层网网壳和和双层层网壳壳•40米以下下可采用用单层层网壳壳，跨跨度大大可采采用双双层网网壳。。当网壳壳结构构的曲曲面形形式确确定后后，根根据曲曲面结结构的的特性性，支支承的的数目、、位置置、形形式，，杆件件材料料和节节点型型式等等，便便可确确定网网壳的的构造型型式和和几何何构成成。基中重重要的的问题题是曲曲面网网格划划分（（分割）。。进行网网格划划分时时，一一是要要求杆杆件和和节点点的规规格尽尽可能能少以便工工业化化生产产和快快速安安装；；二是是要求求使结结构为为几何何不变变体系。不不同的的网格格划分分方法法，将将得到到不同同型式式的网网壳结结构。。替PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建6•按材料分分：木网网壳、钢钢筋混凝凝土网壳壳、钢网网壳、铝铝合金网网壳、塑塑料网壳、、玻璃璃璃钢网壳壳等。主要发展趋势是是轻质高高强材料料的大量量使用。。材料的选选择取决决于网壳壳的型式式、跨度度与荷载载、计算算模型、、节点体系系、材料料来源与与价格，，以及制制造与安安装条件件等。塑料网壳壳及其它它材料塑料在国国外已开开始应用用于网壳壳结构。。塑料的的重量轻轻、强度度高、透透明或半透透明，耐耐腐蚀、、耐磨损损，易于于工厂加加工制造造。塑料折板板网壳PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建7国外在60年代开始研究的的复合材材料应用用于网架架结构，，常见的有有玻璃丝丝增强树树脂（GRP，俗称玻玻璃钢））、碳纤维或阿阿拉密德德（aramid）。复合材料料最大的的优点是是强度高高、重量量轻，单单位密度度的强度指标标都很优优越。目前复合合材料已已成功地地用在修修建连续续体的壳壳体与折折板上。它也也可以用用来制作作索、棒棒与管。。有一个个试验性性网络的杆件件与节点点全部用用复合材材料制成成。木材较早早应用于于球面和和柱面网网壳，其其中有肋肋环形和和联方型型网壳最多。层层压胶合合木广泛泛用于建建造体育育馆、会会堂、音音乐厅、、谷库等网壳。。木材的的最大优优点是经经济，易易于加工工制造各各种形式式。目前世界上上跨度最最大的木木网壳跨跨度达162m。PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建8back双层网壳壳是由两两个同心心或不同同心的单单层网壳壳通过斜腹杆连连接而成成的。按照网壳壳曲面形形成的方方法，双双层网壳壳又可分分为双层柱面网网壳和双双层球面面网壳，，其结构构型式可可分为交叉桁架架和角锥锥（包括括三角锥锥、四角角锥、六六角锥；抽空空的、不不抽空的的）两大大体系。。单层网壳壳的设计计往往由由稳定性性控制，，实际应应力很小。。具有构构造简单单，重量量轻，材材料省等等特点。但但由于稳稳定性差差，仅适适用于中中、小跨跨度的屋盖盖。跨度度在40米以上、、或有特特殊技术术要求（如如在两层层之间安安装照明明、音响响和空调调等设备））时，往往往选用用双层网网壳。餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.4.2筒网壳结结构•一、单层层筒网壳壳餀back9PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建10•二、双层层筒网壳壳•1、按几何何组成规规律分•（1）平面桁桁架体系系双层筒筒网壳a)两向正交交正放柱柱面网壳壳c)三向柱面面网壳一一d)三向柱面面网壳二二b)两向正交交斜放柱柱面网壳壳PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建正放四角角锥柱面面网壳正放抽空空四角锥锥柱面网网壳•（2）四角锥锥体系双层层筒网壳壳餀back11PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建三角锥柱柱面网壳壳•2、按弦杆杆布置方方向分•（1）正交类类双层筒筒网壳•（2）斜交类类双层筒筒网壳抽空三角角锥柱面面网壳back•（3）三角锥锥体系双层层筒网壳壳餀12PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建13back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建•一、单层球网网壳9.4.3球网壳结构球面划分：杆件规格尽可可能少，以便便制作与装配配；形成的结构必必须是几何不不变体。球面网壳的网网格形状有正正方形、梯形形（如肋环型型网壳）、菱形（（如无纬向杆杆的联方型网网壳）、三角角形（如施威德勒勒型、有纬向向杆联方型））和六角形等等。从受力性能考考虑，最好选选用三角形网网格。back14PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创建建ÿ151、梯形（肋环型网格））肋环型球面网网壳是从肋型型穹顶发展起起来的，肋型型穹顶由许多多相同的辐射实实腹肋或桁架架相交于穹顶顶顶部，下部部安置在支座座拉力环上，肋肋与肋之间放放置檩条。当当穹顶矢跨比比较小时，支支座上产生很大大的水平推力力，肋的用钢钢量较大。为为了克服这一一缺点，将纬向向檩条（实腹腹的或格构的的）与肋连成成一个刚性立立体体系，称称为肋环型型网壳。肋环型网壳壳只有经向向和纬向杆杆件，大部部分网格呈呈梯形。由由于它的杆件种种类少，每每个节点只只汇交四根根杆件，故故节点构造造简单，但是节节点一般为为刚性连接接，承受节节点弯矩。。这种网壳壳通常用于中、、小跨度的的穹顶。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建162、菱形（无纬纬向杆联方方型网壳））back由左斜杆和和右斜杆组组成菱形网网格的网壳壳，两斜杆杆的两角为为30～50，其造型优美，通通常采用木木材、工字字钢、槽钢钢和钢筋混混凝土等构件建造。。餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建17back为了增强无无纬向联方方型网壳的的刚度和稳稳定性能，，可加设纬向杆杆件组成三三角形网格格。使得网网壳在风载载及地震灾害作作用下具有有良好的性性能。从受受力性能考考虑，球面网网壳的网格格形状最好好选用三角角形网格。。3、三角形（（有纬向杆杆联方型、、施威德勒勒型）餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建18施威德勒型型球面网壳壳是肋环型型网壳的改改进型式，，因其刚度度大，常用用于大、中跨度的穹穹顶。这种种网壳由经经向杆、纬纬向杆和斜斜杆构成，，设置斜杆杆的目的是增强网壳壳的刚度并并能承受较较大的非对对称荷载。。斜杆布置方方法主要有有：左斜单单斜杆(图)、左右斜单单斜杆(图b)、双斜杆(图c)和无纬向杆杆的双斜杆杆(图d)。选用时根根据网壳的的跨度、荷荷载的种类和大小等确定。。左斜单斜斜杆体系，，因为其节节点上汇交交的杆件较较少，应用用普遍。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建•4、凯威特型网格平行联方型型网格餀back19PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建20•5、三向网格型back餀PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建21•6、短程程线形网网格back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建22•7、双向向子午线线网格格back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建23•二、双双层球球网壳壳的布布置back单层网网壳的的设计计往往往由稳稳定性性控制制，实实际应应力很很小。。具有构造造简单单，重重量轻轻，材材料省省等特特点。。但由由于稳稳定性性差，仅仅适用用于中中、小小跨度度的屋屋盖。。跨度度在40米以上上、或或有特殊殊技术术要求求（如如在两两层之之间安安装照照明、、音响响和空空调等设备备）时时，往往往选选用双双层网网壳。。双层网网壳是是由两两个同同心或或不同同心的的单层层网壳壳通过过斜腹腹杆连接而而成的的。按照网网壳曲曲面形形成的的方法法，双双层网网壳又又可分分为双双层柱柱面网壳和和双层层球面面网壳壳，其其结构构型式式可分分为交交叉桁桁架和和角锥（包包括三三角锥锥、四四角锥锥、六六角锥锥；抽抽空的的、不不抽空空的）两两大体体系。。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建角锥体体系包包括三三角锥锥、四四角锥锥、六六角锥锥等型型式，，在三三角锥锥和四角锥锥单元元中，，有时时适当当抽掉掉一些些腹杆杆和下下层杆杆就形形成了了“抽空角角锥””。对于双双层球球面网网壳，，由三三角锥锥体构构成联联方型型三角角锥球球面网网壳由四角锥锥体构成成肋环型型四角锥锥球面网网壳。联方型三三角锥球球面网壳壳肋环型四四角锥球球面网壳壳24PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建25back三、变厚厚度网壳壳从网壳杆杆件内力力分布来来看，一一般地周周边部分分构件内内力大于于中央部分的杆杆件内力力。因此此设计中中采用变变厚度或或局部双双层网壳壳，使网壳既具具有单、、双层网网壳的主主要优点点，又避避免单层层网壳稳稳定性不好的弱弱点，充充分发挥挥杆件的的承载力力。这种种网壳由由于厚度度不同，在网网格和杆杆件布置置时，应应尽量使使杆件只只产生轴轴向力，，避免产生弯曲曲内力；；同时应应使网壳壳便于制制作和安安装。变厚度双双层球面面网壳的的型式很很多，常常见的有有从支承承周边到到顶部，网壳壳的厚度度均匀地地减少、、大部分分为单层层，仅在在支承区区域内为双层和和在双层层等厚度度网壳上上大面积积抽空等等。餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建26变厚度球球面网壳壳仅支承区区域内为为双层的的球面网壳PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建9.4.4扭网壳结结构•1、单层扭网壳餀back27PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建28•2、双层扭网壳back餀PDF文件使用用"pdfFactoryPro"试用版本本创建29•3、扭网壳结构的的受力特特点•单层扭网网壳本身身具有较较好的稳稳定性，，但其平平面外刚刚度较•小，因此此控制扭扭网壳的的挠度就就比较关关键。back北京体育育学院体体育馆是是一座多多功能建建筑。其其屋盖采采用了四四角带落落地斜撑撑的双层扭面面网壳，，平面尺尺寸为52.5×52.5米，四周周悬挑3.5米，为了了充分利利用扭壳壳直纹纹曲面面的特特点，，布布置选选用了了两向向正放放桁架架体系系，网网格尺尺寸为为2.9×2.9米，网网壳厚厚2.9米，矢矢高3.5米，格格构式式落地地斜撑撑的支支座为为球铰铰，承受水水平力力和竖竖向力力，边边柱柱柱距为为5.8米，柱柱顶设设置橡橡胶支支座，，节点点为焊焊接空心心球。。该网网壳将将屋盖盖结构构与支支承斜斜撑合合成一一体，，造型型优美美，受受力合合理，抗抗震性性能好好。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建30back浙江黄黄龙体体育中中心主主体体体育场场观众席席座数数近5.5万座，，总覆覆盖面面积2.1万平米米，为为一无无视觉觉障碍碍的体体育场。。结构构上首首次将将斜拉拉桥的的结构构概念念运用用于体体育场场的挑挑篷结结构，，为斜拉网网壳挑挑蓬式式，由由塔、、斜拉拉索、、内环环梁、、网壳壳、外外环梁梁和稳稳定索索组成。网网壳结结构支支撑于于钢箱箱形内内环梁梁和预预应力力钢筋筋混凝凝土外外环梁梁上，，内环梁采采用1600××2200×30的箱形形钢梁梁，通通过斜斜拉索索悬挂挂在两两端的的吊塔塔上。吊吊塔为为85米高的的预应应力混混凝土土筒体体结构构，筒筒体外外侧施施加预预应力力；外环梁梁支承承于看看台框框架上上的预预应力力钢筋筋混凝凝土箱箱形梁梁；网网壳采采用双双层类四角角锥焊焊接球球节点点型式式；斜斜拉索索与稳稳定索索采用用高强强度钢钢铰线线，由由此形成了了一个个复杂杂的空空间杂杂交结结构。。餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建319.4.5其他形形状的的网壳壳结构构•一、柱柱面与与球面面相结结合的的网壳壳结构构back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建32•二、双双曲扁扁网壳壳结构构back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建33•三、组组合椭椭圆抛抛物面面网壳壳结构构back餀PDF文件使使用"pdfFactoryPro"试用版版本创创建349.4.6网壳结结构的的选型型•一、网网壳结结构的的体型型应与与建筑筑造型型相协协调网壳结结构的的种类类型式式很多多，在在设计计选择择时应应考虑虑到使使用功功能、美美学、、空间间、工工程的的平面面形状状与尺尺寸、、荷载载的类类别与与大小、、边界界条件件、屋屋面构构造、、材料料、节节点体体系、、制作作与施施工方法法等因因素。。选型型适当当与否否，直直接关关系到到网壳壳结构构的适适用性、、可靠靠性和和技术术经济济指标标。进行网网壳立立面设设计，，特别别是大大跨度度时，，结构构与建建筑设设计应应密切配合合，在在满足足建筑筑使用用功能能的前前提下下，使使网壳壳与周周围环环境相协调调，整整体比比例适适当。。当要要求建建筑空空间大大，可可选用用矢高高较大的球球面或或柱面面网壳壳；当当空间间要求求较小小，可可选用用矢高高较小小的双曲扁扁网壳壳或落落地式式的双双面抛抛物面面网壳壳；如如网壳壳的矢矢高受受到限制又要求求较大的空空间，可将将网壳支承承于墙上或或柱上。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建35•二、网壳结结构的形式式应与建筑筑平面相协协调网壳适用于于各种形状状的建筑平平面。如为圆形平平面，可选选用球面网网壳、组合合柱面或组组合双曲抛物面网壳壳等。若方形或矩矩形平面，，可选用柱柱面、双曲曲抛物面和和双曲扁网壳。当平面狭长长时，宜选选用柱面网网壳。若菱形平面面，可选用用双曲抛物物面网壳，，如为三角角形、多边形的平面面，可对球球面、柱面面或双曲抛抛物面等作作适当的切割或组合合可以实现现要求的平平面。PDF文件使用"pdfFactoryPro"试用版本创创建36三、网壳跨跨度网壳的跨度度是根据建建筑使用功功能决定的的，跨度愈愈大，用钢钢量愈多。。除此之外，，荷载（特特别是非对对称荷载）），对网壳壳受力性能能和用钢量量的影响很大大，当跨度度确定后，，用钢量随随荷载的增增加而按比比例增加。