详解空间结构(网架结构)的发展规律

网架结构概述一、网架与网壳（1）网架是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板形或微曲形空间杆系结构，主要承受整体弯曲内力。

（2）网壳是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的曲面状空间杆系结构或梁系结构，主要承受整体薄膜内力。

二、常见网架的网格形式（1）交叉桁架体系主要有图10-1～图10-4四种网格形式。

（2）四角锥体系主要有图10-5～图10-8四种网格形式。

图10-1 两向正交正放网架图10-2 两向正交斜放网架图10-3 两向斜交斜放网架图10-4 三向网架图10-5 正放四角锥网架图10-6 正放抽空四角锥网架图10-7 斜放四角锥网架图10-8 棋盘形四角锥网架三、常见网壳的网格形式（1）单层圆柱面网壳网格主要有图10-9～图10-12四种网格形式。

（2）单层球面网壳主要有图10-13～图10-16四种网格形式。

图10-9 单向斜杆正交正放网格图10-10 交叉斜杆正交正放网格图10-11 联方网格图10-12 三向网格图10-13 肋环形网格图10-14 肋环斜杆形网格图10-15 三向网格图10-16 扇形三向网格四、杆件与节点1.杆件网架的杆件可采用普通型钢或薄壁型钢。

管材宜采用高频焊管或无缝钢管。

2.节点网架的节点可分为螺栓球节点、焊接空心球节点和支座节点等。

目前，大多数的网架采用螺栓球节点和焊接空心球节点。

（1）螺栓球节点。

螺栓球节点是通过螺栓将管形截面杆件与钢球连接起来的节点，一般由高强度螺栓、钢球等零件组成，如图10-17所示。

图10-17 螺栓球节点1—钢球；2—高强度螺栓；3—套筒；4—紧固螺栓；5—锥头；6—封板（2）焊接空心球节点。

焊接空心球是由两个压制的半球焊接而成的。

其可分为加肋空心球和不加肋空心球两种。

这种节点形式构造简单、受力明确，但是节点的用钢量较大，是螺栓球节点的两倍，现场焊接工作量大，而且仰焊、立焊占很大比重。

（3）支座节点。

网架结构通过支座支撑于柱顶或梁上。

网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。

我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。

网架在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。

网架结构的优点是用钢量小、整体性好、制作安装快捷，可用于复杂的平面形式。

适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。

这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。

网架主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。

跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。

网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。

壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。

网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中以钢网架用得较多。

网架具有重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强等特点，目前对于网架的需求量也越来越大.结构屋顶全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。

结构寿命可达100年。

网格结构是在20世纪中叶以来特别是近30多年发展最快的空间结构形式，它是将多根杆件，按照某种有规律的几何图形，通过节点连接成的一种网格状的三维杆系结构。

空间网格结构的外形可以成平板状，也可以呈曲面状。

前者称为平板网架结构，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。

网格结构是网架与网壳的总称。

网架与网壳结构统称为空间网格结构。

网格结构在国内外应用广泛且发展速度很快，这主要是由于其具有以下优点：
（1)网格结构为三向受力的空间结构，受力合理，可以跨越较大的跨度，节约钢材。

网架结构比单向受力的平面结构（如平面桁架）自重轻、钢材用量少。

网壳结构中虽然曲面多样化，但从整体上来看主要承受压力，通过增大刚度，减小变形，精心设计可使网壳受力合理均匀，同样达到节省钢材的目的。

（2)工业化程度高，施工工期短，综合经济指标较好。

网格结构的组成特点是用小构件组成跨度很大的空间结构，其构件和节点比较单一而且定型化，网格可以做成标准尺寸的预制单元、预制节点和零件，加工制作机械化程度高，可全部工厂化生产，成品质量高、工期短；预制单元和节点零件尺寸小、重量轻，便于存放、装卸、运输、拼装；节点连接简便可靠，现场施工安装操作简单快捷、灵活，且质量可靠，尤其网架结构，现场仅需简单的拼装，技术简单，工作量小，安装不需要大型起重设备。

（3)网格结构应用范围广泛，适用于各种跨度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，满
足建筑功能或工艺灵活和复杂的各种要求，且网格结构可拆可装、便于建筑物的扩建、改建或移动搬迁。

而且，网架结构中，可利用其上下弦之间的空间布置各种设备及管道等，能有效地利用空间，经济合理且使用方便。

空间网格结构第六章网架结构空间网架（格）结构是由许多杆件根据建筑形体要求，按照一定的规律进行布置，通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构，它具有三向受力的性能，故也称三向网架。

其各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定的空间结构，在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，因而能够充分发挥材料强度，结构的技术经济指标较好。

空间网格结构的外形可以为平板状，也可以呈曲线状。

前者称为平板网架，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。

6.1 概述网架结构在最近30年来得到了很大的发展，在国内外得到了广泛的应用。

网架结构平面布置灵活，空间造型美，便于建筑造型处理和装饰、装修，能适应不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物。

特别是在大、中跨度的屋盖结构中网架结构更显示出其优越性，被大量应用于大型体育建筑、公共建筑、工业建筑中，同时在一些小型建筑的屋盖中应用也比较广泛，如门厅、加油站、收费站、大型雨篷。

近年来，随着电子计算机的广泛应用和计算技术的发展，使网架结构的设计效率大大提高。

网架结构的施工安装和质量检测技术也日益提高，出现了许多专业生产厂家和公司，实现了设计、制作、安装一体化。

为网架结构推广普及提高了物质上和技术上的保证。

网架（平板）结构具有以下优点：1．网架为三向受力空间结构，比平面结构自重轻、节省钢材。

2．网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高，能够有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动荷载的作用，对局部超载、施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力，并有良好的抗震整体性。

通过适当的连接构造，还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平总横向的刹车力作用。

网架（平板）结构具有以下优点：3．网架是一种无水平推力或拉力的空间结构，一般简支在制作上，这能使边梁大为简化，也便于下部承重结构的布置，构造简单，节省材料。

4．网架结构应用范围广泛，平面布置灵活，对于各种宽度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，平面上不论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的布置。

1、空间网格结构按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板型或微曲面性空间杆系结构，主要承受弯曲内力。

2、平面结构和空间结构在荷载传递路径上也有差别。

在平面结构中，力是经过次要构件传到主要构件，逐步地有顺序地传到基础：檩条-次梁-主梁-柱-基础。

“级别”与此相反空间网格结构就不存在荷载的传递顺序。

按照结构的三维几何状态，所有构件公同分担屋面上的荷载。

3、网架：按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板型或微曲面型空间杆系结构，主要承受整体弯曲内力。

网壳：按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的曲面状空间杆系或梁系结构，主要承受整体薄膜内力。

立体桁架（拱架）：是有上弦、腹杆和下弦构成的横截面为三角形或四边形的格构式桁架。

张弦立体拱架：由立体拱架与索拉组合而形成的结构。

4、空间网格结构的特点：优点:（1）、结构组成灵活多样但又有高度的规律性，便于采集，适合各种各样建筑方面的要求；（2）、网架结构组成形式多，但每一种都十分规则，其布置极易掌握；（3）、受力合理，荷载可以沿空间路径传递，因此可以跨越较大的跨度，节约刚材；（4）、节点连接简便可靠；（5）、分析计算成熟已采用计算机辅助设计；（6）、加工制作机械化程度高，并已全部工厂化；（7）、用料经济，能用较少的材料开业较大的跨度；（8）、适应建筑工业化、商品化的要求；不足：（1）、对于网架和网壳结构来说，节点用钢量较大；（2）、杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响较大，中就给结构设计带来了困难；（3）、网壳结构可以构成大空间，但当矢高很大时，增加了屋面面积和不必要的建筑空间，增加建筑材料和能源的消耗；（4）、利用相贯节点实现立体桁架或立体拱架时，可能会处现节点强度验算起控制作用的情况。

采用主管局部加厚将导致增加焊接工作量，而主管全长加厚则容易造成材料的浪费。

5、选型原则1.空间网架结构的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计、制造安装方法及材料供应情况等要求综合分析确定。