工程类课件：单层网壳

单层网壳主要内容网壳单层壳的分类网壳选型网壳结构分析单层网壳节点分类上期作业信息一、网壳一、网壳概述

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+一、网壳受力性能好，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在大多数情况下，网壳被设计为四边简支，其边界效应就更小，因此，同等条件下，一般网壳结构较网架结构可节约钢材约20%。一、网壳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一、网壳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一、网壳8/74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”。一、网壳9/7419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。一、网壳10/74美国塔科马市体育馆TacomaDome,USA,1983胶合木网壳，短程线D=160m，h=46m世界最大一、网壳名古屋体育馆NagoyaDome,Japan，1997单层球面网壳短程线D=187m一、网壳12/74福冈穹顶

FukuokaDome,Japan，1993可开启网壳结构，D=222m一、网壳1.1956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一、网壳3.1988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

一、网壳5.1989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，亚洲面积最大一、网壳7.1994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一、网壳哈尔滨工业大学体育馆HITGymnasium,Harbin一、网壳哈尔滨工业大学体育馆HITGymnasium,Harbin二、单层壳的分类二、单层壳的分类20/74按结构组成分：

单层网壳、双层网壳单层网壳双层网壳网壳结构分类二、单层壳的分类网壳结构的形式与分类壳体的型体主要采用典型曲面，即几何学曲面，亦即不论其曲面形式如何，总可以用几何学方程表达。曲面可由位于其主曲率方向的正交曲线坐标系来定义，与其相应的曲率半径表示为R1和R2。正高斯曲率负高斯曲率零高斯曲率曲面某点的高斯曲率=k1*k2，k1，k2为该点的2个主法曲率。

从某种意义上讲，曲面某点的高斯曲率反映曲面在该点的弯曲程度。如：高斯曲率≡0《==》曲面可展成平面。二、单层壳的分类

单层网壳结构中常用的形式：

1、球面网壳2、柱面网壳3、双曲抛物面型网壳4、折板型网壳5、自由曲面网壳

网格划分原则：杆件种类少，网格面积均匀，节点连接的杆件数不宜太多，相邻杆件的夹角不宜太小。按曲面形状分圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳圆柱面网壳、椭圆柱面网壳和抛物线柱面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳组合网壳凯威特+葵花形圆球面网壳、椭圆球面网壳和抛物线球面网壳二、单层壳的分类1.球面网壳----网格布置选择二、单层壳的分类2.柱面网壳圆柱面网壳、椭圆柱面网壳和抛物线柱面网壳柱壳的力量建筑平面为正方形或者矩形，较为常用。二、单层壳的分类2.柱面网壳单斜杆型柱面网壳人字形柱面网壳

刚度较差，适用于中、小型网壳二、单层壳的分类2.柱面网壳双斜杆型三向网格型

联方型网格刚度差联方型

三向型网格刚度最好

双斜杆型连接复杂二、单层壳的分类2.柱面网壳为提高刚度和稳定性，对于长柱壳应设横向肋汉堡博物馆庭院二、单层壳的分类叉筒网壳结构

叉筒网壳是由柱面网壳按一定形式相贯组合而成，柱面之间不同的相贯角度可以组合成多种新颖的建筑造型。叉筒网壳有单层、单层加肋、双层及局部双层叉筒网壳之分。2.柱面网壳二、单层壳的分类3.双曲抛物面网壳几何构成●一种直纹曲面●

双向弯曲，稳定性好二、单层壳的分类3.双曲抛物面网壳该网壳是用直线拟合曲面,杆件可以保持直线形状,因此其制作安装非常简单,但是曲面形式比较优美。双曲抛物面型网壳以其美观的造型,合理的受力,得到广泛的应用和发展。正交正放型正交斜放型二、单层壳的分类3.双曲抛物面网壳德阳体育馆石景山体育馆广州亚运会摔跤馆哈工大体育馆二、单层壳的分类4.折板型网壳这类网壳是综合了钢筋混凝土折板、网壳结构和壳体的优点而发展起来的一种新型网壳。其结构形式多种多样,近年来在很多大型工程中得到应用。深圳大运中心主体育场就是采用单层折板型网壳结构。二、单层壳的分类5.自由曲面网壳不能用解析解表达、不符合中面平衡条件的曲面

自由曲面网壳结构是最近比较流行的。自由曲面形式的网壳造型自由多变,富于动感,网格划分美观流畅,是今后网壳结构发展的一个方向三、网壳选型三、网壳选型----支撑设置

网壳属边界条件敏感型结构，网壳的支承构造应满足不同结构形式所必需的边缘约束条件球面网壳的支承应能够抵抗水平位移柱面网壳沿两纵边支承时，应能够抵抗侧向水平位移椭圆抛物面和双曲抛物面网壳应通过边缘构件将荷载传递给下部结构支撑设置双层网壳应按实际构造采用有侧移或无侧移的铰支座单层网壳可采用不动铰支座、刚性支座或弹性支座网壳边缘宜设置具有足够刚度的边缘构件，以避免应力集中三、网壳选型----支撑设置支撑设置

支座水平推力的处理可采用：①加水平拉杆②结构落地

③增加下部结构刚度（加扶壁、斜撑）三、网壳选型----支撑设置支撑设置

边缘约束构件应满足刚度要求，并与网壳结构一起进行整体计算；刚度设计问题：①从释放温度应力及次应力考虑：支承及约束应减弱或设计得柔一些；②从结构的稳定性考虑：支承结构应设计得刚一些。设计时需兼顾以上两方面，对结构进行刚度调整。三、网壳选型----支撑设置支撑设置三、网壳选型----选型原则选型原则1）与建筑平面及造型相协调圆形平面——球壳、组合柱壳和组合双曲抛物面壳矩形平面——柱面、双曲抛物面和椭圆抛物面网壳狭长平面——柱面网壳菱形平面——双曲抛物面网壳三角形、多边形平面

——各种网壳的切割组合三、网壳选型----选型原则选型原则美国麻省理工学院（MIT）礼堂（球壳平面为正三角形）三、网壳选型----选型原则选型原则2）尺寸选用合理矢跨比是影响网壳受力的重要因素厚度对网壳受力和用钢量均有影响示意图平面尺寸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柱面网壳几何尺寸选用三、网壳选型----选型原则选型原则2）尺寸选用合理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球面网壳几何尺寸选用三、网壳选型----选型原则选型原则2）尺寸选用合理示意图平面尺寸L1/L2矢跨比f/L双层壳厚度h/L2单层壳跨度L2≤21/2~1/41/20~1/50≤60m双曲抛物面网壳几何尺寸选用三、网壳选型----选型原则选型原则3）双层网壳可采用铰接节点，单层网壳宜采用刚接节点球形节点碗形节点柱形节点刚性节点1刚性节点2焊接球节点三、网壳选型----选型原则选型原则4）球面网壳的网格布置选择大跨度宜采用具有三角形网格的形式；宜避免构件密集小跨度：肋环型、Schwedler型、联方型大跨度：三向网格型、Kiewitt型、短程线型三、网壳选型----选型原则选型原则5）柱面网壳的网格布置选择大跨度宜采用具有三角形网格的形式；小跨度：单斜杆型、人字形、联方型大跨：三向网格型、交叉斜杆型三、网壳选型----选型原则选型原则6）网壳容许挠度单层网壳：L/400双层网壳：L/250四、网壳结构分析五、单层网壳节点分类五、单层网壳节点分类五、单层网壳节点分类1焊接球节点五、单层网壳节点分类1焊接球节点焊接球节点是一种将杆件直接焊接到闭合的空心球上的节点，主要用于由钢管组成的壳体，焊接球直径一般从Φ120~Φ1200，壁厚4mm~40mm，单层壳体空心球的外径与壁厚的比值宜取20~35，空心球外径与主杆件外径（边长）之比宜取2.4~3，空心球壁厚与主钢管低壁厚之比宜取1.5~2.0，当焊接球直径大于350mm时，为了提高焊接球承载力时，可以在焊接球内增设环形加劲肋板，当焊接球直径大于800时，可以增加2道环形加劲肋，值得注意的是，为了控制焊接球的直径，在受力较小的情况下，允许球面上相邻杆件出现相贯的情况。这时候，可以采用加劲板的形式补强杆件与球体的连接五、单层网壳节点分类1焊接球节点规程主要推荐的单层网壳连接节点适合于杆件为圆管的单层壳体，也适用于杆件为方管的不规则壳体优点是焊接球生产、采购容易，焊接质量容易控制，现场安装定位相对容易，圆管杆件端头多为平口容易下料。缺点是焊接球直径比杆件直径大，影响建筑外形美观；重量一般也较重，增加结构整体重量，不利于壳体的整体稳定。五、单层网壳节点分类2鼓节点1、标准鼓节点：焊接空心球削去一端或者两端球冠，然后用圆形钢板封平而成。2、简易鼓节点：选取无缝钢管的一截，上下用钢板封闭而成。优点：鼓节点的高度、大小可以根据与其相连杆件截面大小调整。相比焊接球节点，鼓节点更美观，并且适用于杆件为圆管及方管、H型钢等多种单层壳体，同时也比较容易保证各个杆件在节点处实现刚接。

缺点：标准鼓节点的唯一缺点是造价高，节点材料损耗大，加工周期长。

五、单层网壳节点分类3嵌入式毂节点可用于跨度不大于60米的单层球面网壳及跨度不大于30米的单层圆柱面网壳。

我国自行开发研制的一种装配式节点体系。已用于100多个实际工程。单层网壳嵌入式毂节点JG／T136--2001五、单层网壳节点分类4铸钢节点铸钢