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网壳结构设计简介戚 豹徐州建筑职业技术学院土木工程系第五章网壳结构设计简介网架结构是一个以受弯为主体的平板，可以看作是平板的格构化形式。
而网壳结构则是壳体结构格构化的结果，以其合理的受力形态，成为较为优越的结构体系。
可以说，网壳结构不仅仅依赖材料本身的强度，而且以曲面造型来改变结构的受力，成为以薄膜内力为主要受力模式的结构形态，能够跨越更大的跨度。
不仅如此，网壳结构以其优美的造型激发了建筑师及人们的想象力，随着结构分析理论以及试验研究的不断深入，计算技术的不断提高和增强，越来越多的建筑采用了这种结构型式。
5.1 网壳结构的常用形式5.1.1 网壳结构的基本曲面及形成1．网壳的型体网壳结构的型体是指网壳的形状、曲面形式和杆件的布置。
如果型体设计合理，可以使得结构在已知条件下可能达到最大的规模，受力合理、安全储备高、美观、制造和安装简易、节省材料、经济实用等。
国际薄壳与空间结构协会（IASS）创始人、西班牙著名结构工程师托罗哈认为：“最佳结构有赖于其自身受力之型体，而非材料之潜在强度。
”也就是说，网壳结构凭借其型体的合理性，才能成为一种最为优越的结构。
因此，网壳结构的型体已经成为当今建筑师与结构工程师的重要研究课题。
在进行网壳结构设计和型体创新时，首先必须了解曲面的几何形式、物理性质及其工作特性。
通常，我们把曲面分为两大类：1）典型曲面典型曲面，也称几何学曲面。
某些曲面不管其形式如何，也不管它是如何形成的，总可以用几何学方程表示出来。
比如，用圆弧线、双曲线、抛物线、椭圆线和直线等表示出的曲面并可以用微分方程求解的，都属于典型曲面。
国内外采用这种曲面已经建造了大量形体优美、经济合理的建筑。
如果再将这些曲面进行适当的切割或组合，还可以构成更多的型体，创造出新颖的网壳结构。
2）非典型曲面非典型曲面，亦称非几何学曲面。
某些曲面不能以简单的几何学方程来表示。
非典型曲面最初是建筑师为了使空间结构的型体有所创新，达到建筑造型能自由地发挥而发展起来的，最早应用于钢筋混凝土薄壳结构。
网壳结构
一、简介
1.1 何为网壳结构
网壳结构是曲面型的网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性，受力合理，覆盖跨度大，其外形为壳，是格构化的壳体，也是壳形的网架。
它是以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体坐标进行布置的空间构架，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。
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。
1.2 网壳的形式与分类
（1）按网壳的层数来分，有单层网壳和双层网壳，其中双层网壳通过腹杆把内外两层网壳杆件连接起来，因而可把双层网壳看作由共面与不共面的拱桁架系或大小相同与不同的角锥系（包括四角锥系、三角锥系和六角推系）组成。
（一般来说，中小跨度（一般为40m以下）时，可采用单层网完，跨度大时，则采用双层网壳。
）如图1
图1 单层网壳与双层网壳
（2）按网壳的用材分，主要有木网壳、钢网壳、钢筋混凝土网壳以及钢网壳与钢筋混凝土屋面板共同工作的组合网壳等四类。
（3）按曲面的曲率半径分，有正高斯曲率网壳、零高斯曲率网壳和负高斯曲率网壳等三类。
（4）按曲面的外形分，主要有球面网壳、圆柱面网壳、扭网壳（包括双曲抛物面鞍型网壳、单块扭网壳、四块组合型扭网壳）等。
（5）按网壳网格的划分来分，有以下两类。
对于圆柱面网壳主要有单向斜杆型、交叉斜杆型、联方网格型、三向型，如图2所示。
对于球面网壳主要有肋环型、Schwedler型、联方网格型、三向网格型，如图3所示。
随性自由的单层网壳结构褚老师建构物语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。
网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以跨越较大的跨度。
网壳结构应用范围广，可以用于大、中小跨度建筑，特别适合超大跨度的建筑。
网壳按杆件的布置方式分为单层网壳和双层（甚至3层）网壳。
最为常见的双层空间网架结构网壳结构平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形甚至不规则形等，在外形上同样可以形成多种曲面。
早期网壳的曲面形式较为规则，常见的有单曲面（筒壳）和双曲面（球网壳、扭网壳、扁网壳等），随着建筑设计的发展，网壳结构也发展为更为自由的曲面。
不同形式的壳结构示意图日本山口县山口市KIRARA博览纪念公园的网壳屋面结构模型合理的曲面形式可以使结构受力更为均匀合理，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高，节省材料。
早期，网壳的出现更多地作为一种结构性的解决方案。
作为建筑师，更多关心的是建筑的形式、空间对人的影响，某些时候甚至牺牲一定的结构合理性也是在所不惜。
多层杆件的网壳如果结构外露看起来较为繁杂，采用吊顶等方式将结构隐藏的做法对于追求真实的建筑又缺少表现力。
（其东西跨度212.24m，南北跨度143.64m，弯顶高度46.29m。
）在建筑的透明部分，双层网壳结构仍显得过于繁杂，有碍观瞻。
贝聿铭早期作品——香山饭店平板双层网架结构的采光屋面——还是显得过于繁杂不够通透贝聿铭晚期作品——北京中国银行总部平板双层网架结构的采光屋面——还是显得过于繁杂不够通透北京首都机场T3航站楼（福斯特设计）的空间网壳结构——完美的设计，结构大部分时候作为隐藏于建筑后的一种结构解决方案。
德国柏林自由大学图书馆（福斯特设计）的双层网壳结构虽然结构隐藏于建筑后，但双层屋面的解决方案也可以说是充满了创造力。
某些时候对于建筑师来说，既能够适应各种不规则形式、又能外露以表达真实结构魅力的单层网壳更为真实完美，其结构部件更简洁、纤细、轻薄，也更适宜于用于追求通透的玻璃或薄膜透光墙屋面。
网壳结构具体案例分析——国家大剧院姓名：宋建宇班级：2011级5班学号201101020530摘要：网壳结构即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。
其外形为壳，其形成网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。
它是以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体坐标进行布置的空间构架，兼具杆系结构和壳体结构的性质，属于杆系类空间结构。
与平面网架不同，它的承载力特点为沿确定的曲面薄膜传力，作用力主要通过壳面内两个方向的拉力或压力以及剪力传递。
网壳结构兼有薄壳结构和平板网架结构的优点，是一种很有竞争力的大跨度空间结构。
关键字：壳体结构、优缺点、未来展望正文：国家大剧院外部为钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，比人民大会堂略低3.32米，基础最深部分达到-32.5米，有10层楼那么高。
国家大剧院壳体由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米，18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。
钛金属板经过特殊氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。
中部为渐开式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。
椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达3.55万平方米，各种通道和入口都设在水面下。
国家大剧院是空间双层网壳结构，这一结构更完整，更纯粹。
”大剧院的壳体钢结构总重6750吨，网壳面积3.5万平方米，没有一根立柱支撑，全靠148榀弧型钢梁承重。
虽然这一壳体的高、重、大为中华第一，但它同时也是大跨度空间结构中单位用钢量最少的，每平方米不到200公斤，仅为卢浮宫钢结构每平方米用钢的三分之一。
如此“轻便”的穹顶大大减少了承重钢梁的压力，建筑物的安全系数将会很高。
另外，考虑到风、雪、地震等自然因素，壳体钢结构还体现了柔性设计理念。
钢梁接触地面的一端允许相应滑动，整个结构的最大变形度大约为20厘米。
国家大剧院主体建筑钢结构椭球体壳体(以下简称:壳体)为一超大空间壳体，东西长约212m，南北约144m，高约46m。
