大跨结构第4讲-网壳结构

大跨度柱面网壳结构设计要点1. 引言1.1 背景介绍大跨度柱面网壳结构是一种具有特殊设计特点的建筑结构形式，通常用于大跨度空间覆盖或支撑。

这种结构形式在近年来得到广泛应用，其设计和施工技术也在不断进步和完善。

背景介绍这一部分将从其发展历程和应用领域两个方面来介绍大跨度柱面网壳结构的背景。

大跨度柱面网壳结构的发展历程可以追溯到古代建筑时代。

古代建筑师在缺乏现代科学技术的情况下，也创造了一些大跨度柱面网壳结构，如中国古代的古建筑、埃及的金字塔等。

这些古老的结构形式不仅展示了古人的智慧，也启发了我们在现代建筑设计中运用大跨度柱面网壳结构的灵感。

大跨度柱面网壳结构的应用领域越来越广泛。

它不仅可以应用于体育馆、展览馆等大型公共建筑的覆盖，还可以应用于桥梁、地铁站、机场候机楼等建筑的结构支撑。

特别是在地震频发的地区，大跨度柱面网壳结构能够提供更好的抗震性能，保障建筑物和人员的安全。

1.2 研究意义柱面网壳结构是一种充满现代感且具有艺术美感的建筑结构形式，随着建筑技术的不断发展，大跨度柱面网壳结构在现代建筑中得到了广泛的应用。

研究大跨度柱面网壳结构的设计要点具有重要的意义，这些意义主要表现在以下几个方面：1.提高建筑结构的承载能力和稳定性。

大跨度柱面网壳结构的设计要点涉及到结构的布置、连接方式、荷载分配等方面，合理设计可以提高结构的承载能力和稳定性，确保建筑物的安全性。

2.提升建筑的美感和艺术性。

大跨度柱面网壳结构是一种具有现代感和艺术美感的建筑形式，通过精心设计和合理布局，可以使建筑更具美感，提升建筑的文化内涵和品位。

3.促进建筑结构的可持续发展。

研究大跨度柱面网壳结构的设计要点，可以促进建筑结构技术的创新和发展，推动建筑行业向着更加环保、节能、可持续的方向发展，为城市建设和社会发展做出贡献。

4.丰富建筑结构设计的形式和方法。

大跨度柱面网壳结构是一种新颖的建筑形式，研究其设计要点可以为建筑结构设计师提供更多的设计思路和方法，丰富建筑结构设计的形式和方式，推动建筑设计的创新与发展。

网壳大跨空间结构及其应用摘要：大跨空间结构是目前发展最快、使用相当广泛的一种建筑结构类型。

大跨度及作为其核心的空间结构技术的发展状况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

本文以网壳结构为典例，着重介绍该结构的特点及其设计与施工过程中的关键问题，并延伸到该结构在国内外（但主要是国外）空间结构领域的典型应用。

同时，也对网壳结构在国内的发展前景等问题的研究提出了看法。

关键词：网壳结构；空间曲面；筒网壳；球网壳；扭网壳；受力；设计与施工；应用1.概述所谓的大跨结构是指竖向承重结构为柱和墙体，屋盖用钢网架、悬索结构或混凝土薄壳、膜结构等的大跨结构。

这类建筑中没有柱子，而是通过网架等空间结构把荷重传到房屋四周的墙、柱上去。

适用于体育馆、航空港、火车站等公共建筑。

在这实际的三维世界里，任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。

与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大自然的美丽和神奇。

空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。

当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。

事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。

从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系，而网壳结构作为一种成熟的大跨空间结构，应用的更是相当广泛。

2.网壳结构的特点2.1 网壳结构的基本特点网壳结构源于薄壳并具有网架结构特点的一种新的空间结构形式。

它既有靠空间体形受力的优点，又有工厂生产构件现场安装的施工简便、快速的长处，而且他以结构受力合理，刚度大，自重轻，体形美观多变，技术经济指标好而成为大跨结构中备受关注的一种结构形式。

网壳结构体形多样，如球面网壳、双曲扁网壳、柱面网壳、双曲抛物面网壳，并可以有多种组合。

大跨房屋钢结构作业网壳大跨空间结构及其应用一、网壳大跨空间结构的特点网壳结构即为网状的壳体结构，是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。

其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架，其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。

网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

网壳结构的发展和大量的工程实践应用，网壳结构为建筑结果提供了一种新颖合理的结构形式，网壳结构具有以下特点：（1）网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，它的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，受力合理，因此可以充分发挥材料强度作用，节省材料；同时可以跨越较大的跨度。

网壳结构是典型的空间结构，合理的曲面可以使结构力流均匀，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高。

（2）网壳结构可以采用各种壳体结构的曲面形式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型，无论是建筑平面、外形和形状都能给设计师以充分的创作自由。

薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网格结构几乎都可以实现。

既能表现静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美，通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。

（3）网壳结构应用范围广，可用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。

在建筑平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形以及各种不规则的平面。

网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。

（4）网壳结构可以用小的构件组成，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设备，因此综合经济指标较好。

大跨度双向张弦网壳结构施工工法1.前言大跨度张弦结构是近年来快速发展和应用的一种新型空间结构形式，结构由上弦刚性压弯构件结构与下弦柔性索组合，通过合理布置撑杆而形成的自平衡受力体系。

由于下弦索作为上弦结构的弹性支撑，有效的改善了上部结构内力，因此可以减少上弦结构的截面尺寸，降低结构自重。

索的双向交叉布置，使得空间张弦结构各榀平面结构在平面外相互约束，弥补了单向平面结构的不足，有效增强结构的整体稳定性。

XX实训基地钢屋盖采用双向张弦网壳结构，整个结构包括上部单层网壳、中间撑杆、下部双向拉索。

结构通过对下部索系施加预应力并锚固于上部网壳周圈环梁，中间通过竖向撑杆相连接，而形成自平衡体系。

由于为双向张弦结构，预应力张拉时，空间体系已经形成，各索的张拉势必会相互影响，使得施工状态下的结构空间找形、预应力控制难度较大。

本工法对大跨度双向张弦网壳结构四个方面的施工技术进行了研究,通过实例应用,取得了较好的综合经济效益,具有较强的指导作用,也对类似工程施工具有一定的推广应用价值。

2.特点2.1对结构进行深化设计，利用有限元软件Sap2000对张拉过程进行模拟分析，保证施工完成后结构达到设计状态。

2.2结合本工程的结构特点，通过分析比较后采用拉索分级、分批张拉的方法进行预应力的建立，在满足结构要求的预应力的基础上施工方便、易于控制误差。

2.3在网壳投影面积下搭设满堂脚手架，由中心向四周逐步扩散安装屋面网壳。

3.适用范围本工法适用于体育场馆、会展中心、高铁站、机场等大型公共建筑中大跨度张弦网壳结构安装工程。

4.工艺原理综合考虑综合施工工艺、质量、安全等各项因素，结合现场实际情况，确定采用满堂脚手架高空散装法安装网壳结构。

在工程施工前，利用有限元软件Sap2000对张拉过程进行模拟分析。

并从技术角度上确定拉索张拉方法，并进一步确定施工过程中的张拉顺序、分级张拉及不同阶段预应力索张拉力值等。

预应力拉索在每次张拉后，结构都要经历一个自适应的过程，结构会经过自平衡而使内力重分布，形状也随之改变，施工中对网壳结构的变形和预应力拉索的受力进行实时监测，并对结构起拱值进行监测，保证张拉过程安全顺利进行。

结构设计攻略之网壳结构完美设计法1、网壳是什么网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。

其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。

此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。

网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

2、网壳的发展史网壳结构的雏形——穹顶结构。

在人类社会的发展历程中,大跨度空间结构常常是建筑人员追求的梦想和目标。

其中,网壳结构的发展经历了一个漫长的历史演变过程。

古代的人类通过详细观察，利用仿生原理，为了有一个更好的生存空间，常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来模仿如蛋壳、鸟类的头颅、山洞的，搭造穹顶结构，即最初的帐篷。

随着建筑材料的发展，穹顶的石料，后面逐渐被砖石取代。

穹顶的跨度一般不大，在30m~40m左右，其中建于公元120～124年的罗马万神庙是早期穹顶的典型代表。

到19世纪，铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元，近代钢筋混凝土结构理论的出现及应用开辟了大跨度薄壳穹顶的新领域。

1922年在德国耶拿建造了土木工程史上第一座钢筋混凝土薄壳结构———耶拿天文馆。

耶拿天文馆随着铁、钢材、铝合金等轻质高强材料出现及应用,富有想象力的工程师开始了对穹顶结构使用各种杆件形式。

公认的“穹顶结构之父”—德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用, 他在薄壳穹顶的基础上提出了一种新的构造型式,即把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线,并连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形,这样穹顶表面的内力分布会更加均匀,结构自身重量也会进一步降低,从而可跨越更大空间。

这样的穹顶结构实际上已是真正的网壳结构,即沿某种曲面有规律的布置大致相同的网格或尺寸较小的单元,从而组成空间杆系结构。

施威德勒网壳3、已建成的网壳赏析富勒球1962年11月13日，经过百般周折，加拿大终于获得1967年蒙特利尔世博会的举办权。

大跨网架与网壳结构设计与分析发布时间：2021-05-31T12:49:12.787Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：韩蓉[导读] 摘要：本文结合相关设计规范，利用3D3S设计软件，设计同尺寸网架和网壳2种大跨屋盖结构。

中国五洲工程设计集团有限公司北京 100053摘要：本文结合相关设计规范，利用3D3S设计软件，设计同尺寸网架和网壳2种大跨屋盖结构。

研究表明：网壳比网架结构受力性能更好，具有更好的经济性。

关键词：大跨网架；大跨网壳；3D3S1.引言大跨屋盖结构近年来越来越多的应用于各类建筑中。

大跨屋盖结构有多种形式，其中网架和网壳是经过近十几年来国内得到推广和应用最多一种空间结构类型[1]。

但屋盖结构体系是选用网架还是网壳，结构的受力，位移均不同的。

本文以某会议场馆的设计为依托，进行网架与网壳的方案比选。

2.网架与网壳结构设计2.1 网架与网壳模型设计2.1.1 结构选型及平面尺寸网架一般为双层平板网格结构，杆件的形式通常选用空心圆钢管[2]。

由《空间网格结构技术规程（JGJ7-2010）》（以下简称《规程》）可知：网架有正放、正放抽空、棋盘形、斜放等形式[3]。

本文选取空间稳定性较好的正放四角锥网架。

网壳由于要与网架同平面尺寸，因此选用正放四角锥柱面网壳。

网架和网壳模型的平面尺寸均为：60.0m×90.0m。

2.1.2 网格结构的高度由《规程》第3.2.5条可知：网架的高跨比在1/10~1/18区间内[3]。

本文网架高度选为3.5m。

双层柱面网壳的厚度可取跨度的1/50~1/20[1]，本文网壳高度选为2.0m。

2.1.3 网格尺寸网格尺寸的大小，主要是指上弦网格大小。

网格尺寸一般取3~6m[4]。

本文网架和网壳的网格尺寸选取为3.0m×3.0m。

2.1.4 结构总高本文研究的是大跨度网架与网壳屋盖结构，取净高均为15m。

2.2 模型计算1、杆件截面尺寸尽量呈现梯度性。

大跨度铝合金盘式节点网壳结构风振响应的研究大跨度铝合金盘式节点网壳结构风振响应的研究一、引言随着城市化的发展和人们对建筑结构采用新型、高强度材料的需求增加，铝合金盘式节点网壳结构被广泛应用于大跨度建筑中，其具有较高的刚度和抗风能力。

然而，在海上等特殊环境中，面临着较大的风荷载。

因此，研究大跨度铝合金盘式节点网壳结构的风振响应具有重要的工程和理论意义。

二、大跨度铝合金盘式节点网壳结构的特点1. 结构形式：大跨度铝合金盘式节点网壳结构以大面积网格结构为主，节点间连接紧密，整体呈现出较高的刚度。

2. 建筑材料：铝合金具有较高的强度和轻质特性，可以满足大跨度结构的抗风要求。

3. 施工技术：采用现代化施工技术，可以快速、高效地完成大跨度铝合金盘式节点网壳结构的建设。

4. 抗风能力：铝合金盘式节点网壳结构具有较高的抗风能力，可有效减小结构的风振响应。

三、大跨度铝合金盘式节点网壳结构风振响应的影响因素1. 风速：风速是影响结构风振响应的重要因素，风速越大，结构的风振响应越明显。

2. 结构刚度：结构刚度越高，其固有频率越大，结构的风振响应越小。

3. 结构阻尼：结构阻尼是结构能量耗散的能力，可以减小结构的风振响应。

4. 结构质量：结构质量越大，其固有频率越低，结构的风振响应越大。

四、大跨度铝合金盘式节点网壳结构风振响应的研究方法1. 数值模拟方法：通过建立大跨度铝合金盘式节点网壳结构的数值模型，采用有限元方法进行模拟计算，得到结构的风振响应。

2. 风洞试验方法：利用风洞试验装置对大跨度铝合金盘式节点网壳结构进行模型试验，测量结构的风振响应数据。

3. 全尺度结构试验方法：在实际工程中，对大跨度铝合金盘式节点网壳结构进行全尺度试验，观察和记录结构的风振响应情况。

五、大跨度铝合金盘式节点网壳结构风振响应的控制措施1. 减小结构的质量：可以通过在结构设计中减小材料的使用量，降低结构的质量，从而减小结构的风振响应。

2. 增加结构的阻尼：可以通过在结构中加入阻尼材料或增加结构的阻尼装置，提高结构的能量耗散能力，减小风振响应。