网壳结构
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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。
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。
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。
(a)(b)(c)(d)图2 圆柱面单层网壳网格(a)单向斜杆型(b)交叉斜杆型(c)联方型(d)三向网格型图3单层球面网壳网格类型二、受力特点和典型工程应用1、圆柱面网壳受力特点1.1两对边支撑对于以跨度方向为支座,拱脚常支撑于圈梁、柱顶或基础上产生推力。
对于以波长方向为支座,柱面网壳端支座若为墙,则为受拉构件,若端支座为边高度梁,则为拉弯构件,此时应设边梁。