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大跨度建筑的空间形态与结构技术研究摘要:本文主要分析了空间结构发展的原因以及发展状况，其次分别从大跨度建筑空间结构的分类进行详细具体的阐述，与大家共同探讨。
关键词:大跨度建筑；空间形态；空间结构；技术研究【正文】：当今社会正处于不断高速的发展阶段，人们的生活水平也随之不断的得以全面提高，社会的建筑行业的建筑物逐渐呈现出了出现了大型复杂的特点，利用大跨度的结构形式来解决那些大面积覆盖的问题，现在已经成为了建筑行业发展的趋势以及主要的发展方向。
一、空间结构发展的原因以及发展状况空间结构的发展具体原因，笔者结合自身工作经验分析认为主要有以下三点：①人们生活水平不断提高,文化、体育、工业生产等事业不断进步,增强了对空间结构,尤其是大跨度高性能空间结构的需求；②轻质高强材料的发展、进步,适应了大跨空间结构发展的需求；③结构计算理论的日益完善,以及计算机技术的飞速发展,使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能。
这些正是空间结构能够扩大应用范围,得以蓬勃发展的主要因素。
空间结构是将材料科学、结构力学分析方法与理论、高水平的安装技术融于一体的综合性高技术学科。
大跨度空间结构的发展与它的结构形式及各种新型建材的发展是密不可分的。
它可以全面地反映一个国家的综合经济实力，一些发达国家如美国、日本、西欧等各国在大跨度空间结构方面的发展较早,速度较快,其跨度大,结构形式丰富,包括有张拉整体结构、膜结构、网壳结构、悬索结构、折叠结构、开合结构等及各种结构的杂交形式。
中国在大跨度空间结构方面的研究有近40年的历史,特别是近十年来发展较快,从网架、网壳到悬索结构,膜结构都有相当数量的工程应用,建成了一大批体育场馆;建成了多座大跨度机库如首都机场机库，其中以网架结构发展迅猛,应用极广现网架年覆盖面积将近200万m2,达到了世界第一。
二、大跨度建筑空间结构的分类笔者总结分析认为大跨度建筑空间结构主要可以分为以下几点：①薄壳结构。
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。
探讨大跨度空间结构发展作者：李雪娟来源：《市场周刊·市场版》2019年第51期摘要：文章系统回顾了中国建筑科学研究院成立60年以来各时期大跨度空间结构领域的技术发展历程，论述大跨度空间结构的研发特点及在公共建筑中的应用情况、空间结构领域标准规程制修订情况。
对大跨度空间结构学科的研发与应用中的发展重点进行了展望，包括大跨度空间结构的发展战略、体系创新、绿色建筑、风工程研究、抗震与防连续倒塌、健康监测、软件与信息化技术、既有大跨度结构的安全性评估与加固技术研究等内容。
关键词：大跨度空间结构;研发;回顾;展望一、院大跨度空间结构领域的发展历程（一）开创时期20世纪50年代末，随着建国10年来国力的复苏，国家已有能力关注大型体育馆与大跨度公共建设的需要。
在何广乾、朱振德的带领下，相关研究人员也以空前的热情投入于薄壳结构、悬索结构的理论研究。
这些理论研究紧密结合工程需要，在当时产生了很好的效果。
在薄壳结构方面，主要以微分方程求解的连续化方法对球壳、圆柱面柱、双曲扁壳、组合扭壳等进行了系统的研究，发表了一大批高质量的论文。
在理论研究的基础上，进行了大量的工程实践，除模板制作稍麻烦外，施工相对简便，计算分析可用连续化方法求解，这些都是符合当时我国的经济条件与施工技术水平的。
（二）成长发展期20世纪60年代中～70年代中的10年“文革”期间，中国建筑科学研究院经历了机构下放与恢复重建过程，空间结构领域的研究与发展处于停滞状态，国内建成的大跨度空间结构项目也极少。
研发的网架结构技术也推广到相关网架结构专业化生产厂家，网架开始广泛用于大跨度体育建筑。
这一时期，一些省会城市建设的体育馆基本上都采用平板网架结构。
在此期间开发了以空间桁架位移法为基础的电算程序，配合设计院解决了这些大跨度网架的分析与计算难题。
同时，建筑标准设计研究所初步尝试了网架结构在大面积单层工业厂房中的应用。
（三）快速发展期20世纪90年代初，网架结构计算分析方面取得了重大突破，国内的几家研究单位、高校与设计单位都先后开发出实用化的网架结构CAD程序。
能否说一下世界空间大跨度钢结构史!（一）引言概述：世界空间大跨度钢结构的发展历程是人类工程技术的一大壮举。
在过去的几十年里，人们利用先进的钢材和结构设计技术，成功建造了许多具有较大跨度的空间钢结构。
本文将探讨世界空间大跨度钢结构的发展史，并分为五个大点进行阐述。
正文：一、早期空间大跨度钢结构的发展1. 使用钢材取代传统建筑材料2. 初步探索大跨度结构的设计和构造技术3. 世界上首座空间大跨度钢结构的建造及成功之处4. 开启了大跨度钢结构的先河二、20世纪初至第二次世界大战期间的发展1. 钢结构技术经验的积累和传播2. 钢结构应用于体育场馆和展览馆的成功案例3. 新材料和先进技术的引入4. 大跨度钢结构的建筑成就和技术突破三、战后时期的创新与飞跃1. 结构设计理论的发展和突破2. 大跨度钢结构在航天和民航领域的应用3. 旅游景点和大型会议中心的建设4. 高速铁路和地铁站的钢结构设计与建造四、近现代大跨度钢结构的发展1. 建筑材料和技术的不断进步2. 高层建筑和超大建筑项目的崛起3. 现代设计理念与功能需求的融合4. 钢结构在矿山和能源领域的应用五、当前世界空间大跨度钢结构的发展趋势1. 环保和可持续发展要求下的创新设计方法2. 新材料和先进技术的应用前景3. 国际合作和交流的重要性4. 大跨度钢结构在未来城市建设中的角色和挑战总结：世界空间大跨度钢结构的发展历经了多个时期，从早期的探索到现代的创新与突破。
随着材料科学和结构设计技术的不断发展，大跨度钢结构的应用领域也越来越广泛。
未来，随着环保和可持续发展要求的不断提高，大跨度钢结构将在城市建设中扮演更重要的角色。
大跨度三心圆柱面网壳结构设计探析
大跨度三心圆柱面网壳结构是一种特殊的空间结构形式，具有强大的抗震性能和良好的透明度。
本文通过对该结构形式的设计原理、节点构造和力学性能进行探析，旨在为该结构形式的实际应用提供一些经验性的参考。
1. 结构原理
大跨度三心圆柱面网壳结构的基本原理是通过三个相互垂直的平面连续弯曲，形成一个类似于长方体的空间结构。
该结构不仅在垂直方向上具有良好的自重分布能力，而且在水平方向上也能够分担荷载，具有较强的抗震性能。
同时，由于其造型华丽、透明度高，被广泛应用于高档建筑、公共建筑等领域。
2. 节点构造
大跨度三心圆柱面网壳结构的节点构造是该结构实现的重要环节。
一般来说，其节点构造分为两种类型：杆件节点和面板节点。
其中，杆件节点主要是采用六角杆件作为连接节点，通过拧紧螺丝达到预压状态，从而确保整个结构的刚度和稳定性；而面板节点则是通过面板和支撑，将整个结构形成一个完整的空间骨架。
3. 力学性能
大跨度三心圆柱面网壳结构的力学性能表现出较高的刚度和稳定性。
一方面，由于其节点的特殊构造，具有较强的抗弯、抗剪能力；另一方面，其整体结构形态能够均匀分散荷载，从而获得较好的自重分布能力。
此外，该结构形式在不同地形和环境中都能够顺应变化，具有较好的适应性。
综上所述，大跨度三心圆柱面网壳结构具有独特的造型和优异的力学性能，在实际应用中得到了广泛的应用。
未来，我们还可以尝试将其应用到更多的场景中，为人们的生活和工作带来更大的便利。
建国以来大跨度建筑的空间结构发展空间大跨度结构是建筑工程发展的一个重要标志，我国自五十年代以来就开展了对薄壳结构、悬索结构的研究开发与应用，建成了一批有影响的代表性工程，并取得了一大批研究成果。
八十年代由于计算机技术的发展，空间网格结构在理论研究、标准规范和工程实践等方面均取得了举世瞩目的成绩。
随着国力的增强，新材料的不断出现，空间结构由单一结构形式发展为组合结构、混合结构等多种结构形式，应用范围也从公共建筑、体育建筑发展到工业建筑乃至建筑的各个领域。
50年来，空间大跨度结构取得的辉煌成就使我们能充满信心地去营造21世纪更广阔的空间。
一、五十年空间大跨度结构的发展历程建国50年来，空间大跨度结构经历了四个发展时期：第一时期为五十年代末至六十年代中期，第二时期为七十年代末至八十年代中，第三时期为八十年代末到九十年代初，第四个时期为九十年代。
这四个发展时期都是依据当时的国力和建筑技术水平，反映出各自的结构特点与技术水平。
1、五十年代末至六十年代中期五十年代末，随着建国十年来国力的复苏，国家已有能力关注大型体育馆与大跨度公共建设的需要。
广大结构设计研究人员也以空前的热情投入于薄壳结构、悬索结构的理论研究。
这些理论研究紧密结合工程需要，在当时产生了很好的效果。
在薄壳结构方面，我国技术人员对球壳、圆柱面柱、双曲扁壳、组合扭壳等作了系统的理论研究，发表了一大批高质量的论文。
在理论研究的基础上，进行了大量的工程实践，其中代表性的工程如新疆某工厂的金工车间，采用跨度60m的椭园旋转壳体结构，目前该工程仍为国内最大跨度的薄壳结构。
还建成了跨度42m双曲扁壳的北京网球馆。
建成于1959年的北京火车站，其跨度为35m×35m，也采用双曲扁壳结构。
薄壳结构取材容易、材料省、结构与建筑围护合二为一，造价低，除模板制作稍麻烦外，施工相对简便，计算分析可用连续化方法求解，这些都是符合当时的技术水平与施工条件的。
配合大量的理论研究与工程实践，于1965年完成了国内第一本空间结构方面的规程《钢筋混凝土薄壳顶盖及楼盖设计计算规程》(BJG16－65)，这一规程对以后薄壳结构的设计与施工起到了积极的指导作用。
大跨空间结构（天津大学）智慧树知到课后章节答案2023年下天津大学天津大学第一章测试1.下列球面网壳结构形式出现时间最早的是（）。
答案:肋环型网壳2.对于网架结构和网壳结构而言，哪种结构主要承受弯曲内力，哪种结构主要承受薄膜内力（）。
答案:网架结构；网壳结构3.下列属于薄壳结构优点的是（）。
答案:结构自重较轻;造型美观流畅;节省建筑材料4.采用折板结构代替曲面薄壳结构的原因有（）。
答案:曲面薄壳结构模板制作复杂;曲面薄壳结构施工成本过大5.以下哪种结构形式属于柔性结构体系（）。
答案:悬索结构;膜结构;索网结构6.玻璃结构只可用作围护结构。
（）答案:错7.折叠结构体系主要靠毂节点进行连接。
（）答案:对8.张弦梁结构属于____结构体系。
答案:null9.网架结构的出现____于网壳结构。
答案:null10.目前世界上跨度最大的单层网壳是____。
答案:null第二章测试1.下列哪一种空间结构可以小变形理论求解（）。
答案:网架结构2.哪一项节点形式可以按照铰接节点计算（）。
答案:螺栓球节点3.焊接球节点刚度受下列哪项参数的影响（）。
答案:杆件直径;节点直径;节点壁厚4.网壳结构进行抗震分析的基本假定为（）。
答案:结构是可以离散为多个集中质量的弹性体系；;振动时地基的各部分做同一运动，忽略地面运动相位差的影响；;结构振动属于微幅振动，振动变形很小，属小变形范畴；;结构的阻尼很小，可以忽略各振型之间的耦联影响。
5.对网架结构进行设计时，哪项荷载在一定条件下可不进行考虑（）。
答案:雪荷载;屋面或楼面活荷载6.网格结构多采用钢管或型钢材料制作而成。
（）答案:对7.空心球外径等于或大于200 mm且杆件内力较大需要提高承载能力时，球内可设置加设肋板。
（）答案:错8.当杆件受拉时，螺栓球的传力路线为：拉力→钢管→____ →____→钢球。
答案:null9.网架的找坡方式有整个网架起拱、____和小立柱找坡。
答案:null10.交叉桁架体系网架包括____、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架和三向网架。
大跨空间网壳结构抗震性能和分析方法的研究的开题报告题目：大跨空间网壳结构抗震性能和分析方法的研究摘要：大跨空间网壳结构是一种重要的工程结构，具有重量轻、形式美观等优点，但在地震等自然灾害面前存在较大的安全隐患。
因此，通过分析其动力响应特性，进一步探究其抗震性能和分析方法是一项十分必要的工作。
本文将通过文献调研和实验验证的方式，对大跨空间网壳结构的抗震性能和分析方法进行深入研究。
关键词：大跨空间网壳结构；抗震性能；分析方法一、研究背景大跨空间网壳结构是一种重要的现代建筑结构，其具有的轻量化和形式美观等特点获得了广泛应用。
但是，由于其结构本身的特殊性质，如节点连接复杂、变形大等，使得其在地震等自然灾害中的抗震性能存在着一些局限性。
为了提高大跨空间网壳结构在地震中的稳定性，必须对其抗震性能进行深入研究。
二、研究目的本文旨在通过文献调研和实验验证的方式，研究大跨空间网壳结构的动力响应特性，进一步探究其抗震性能和分析方法，提出一些有效的抗震措施，为其应用和设计提供理论依据。
三、研究内容和方法（一）研究内容1. 大跨空间网壳结构的结构特点和设计规范。
2. 大跨空间网壳结构的动力响应特性分析。
3. 大跨空间网壳结构的抗震设计方法和抗震措施。
（二）研究方法1. 文献调研法：通过查阅相关文献，了解大跨空间网壳结构的结构特点、设计规范和抗震性能分析方法等。
2. 数值模拟法：采用有限元方法对大跨空间网壳结构进行动力响应分析。
3. 实验验证法：通过建立大跨空间网壳结构模型进行实验验证，比较实验结果与数值模拟结果的一致性。
四、研究意义本文的研究成果将对大跨空间网壳结构的抗震性能和设计方法进行深入探究，提高其在地震等自然灾害中的安全性。
同时，也可以为大跨空间网壳结构的设计提供理论依据，为其应用推广提供保障。
五、预期成果1. 对大跨空间网壳结构的结构特点和设计规范进行分析总结。
2. 对大跨空间网壳结构的动力响应特性进行数值模拟分析。
大跨空间建筑工程结构的发展（二）二、空间网格结构网壳结构的出现早于平板网架结构。
在国外，传统的肋环型穹顶已有一百多年历史，而第一个平板网架是1940年在德国建造的（采用Mero体系）。
中国第一批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的，但数量不多。
当时柱面网壳大多采用菱形"联方"网格体系，1956年建成的天津体育馆钢网壳（跨度52m）和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳（跨度40m）可作为典型代表。
球面网壳则主要采用助环型体系，1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶（跨度46.32m）和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖（跨度64m）习能是仅有的两个规模较大的球面网壳。
自此以后直到80年代初期，网壳结构在我国没有得到进一步的发展。
相对而言自第一个平板网架（上海师范学院球类房，31.5mx40.5m）于1964年建成以来，网架结构一直保持较好发展势头。
1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架，其矩形平面尺寸为99mx112m，厚6m，采用型钢构件，高强螺栓连接，用钢指标65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。
1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面的三向网架净架110m，厚6m，采用圆钢管构件和焊接空心球结点，用钢指标47kg每平米。
当时平板网架在国内还是全新的结构形式，这两个网架规模都比较大，即使从今天来看仍然具有代表性，因而对工程界产生了很大影响。
在当时体育馆建设需求的激励下，国内各高校、研究机构和设计部门对这种新结构投入了许多力量，专业的制作和安装企业也逐渐成长，为这种结构的进一步发展打下了较坚实的基础。
改革开放以来的十多年里是我国空间结构快速发展的黄金时期而平板网架结构就自然地处于捷足先登的优先地位。
甚至80年代后期北京为迎接1990年亚运会兴建的一批体育建筑中，多数仍采用平板网架结构。
在这一时期，网架结构的设计已普遍采用计算机，生产技术也获得很大进步，开始广泛采用装配式的螺栓球结点，大大加快了网架的安装。
大跨度空间结构———网壳结构的历史与发展符立勇,杨从娟(石家庄铁道学院力学与工程科学系,河北石家庄050043)[摘 要] 现代空间结构要求有最大的自由空间及最小的内支撑干扰。
回顾空间结构的发展历史,网壳结构是能够很好满足上述要求的结构体系之一。
本文较全面、系统地评述了国内外网壳结构发展历史和应用现状,并介绍了一些有代表性的工程实例。
最后讨论了网壳结构进入21世纪的发展趋势,探讨了网壳结构的应用前景。
[关键词] 空间结构;网壳结构;历史;发展[中图分类号]TU33 [文献标识码]B [文章编号]1007-9467(2002)05-0003-03一、引言随着人类物质文明和精神文明的发展与提高,人们需要更大的覆盖空间来满足社会活动和生产劳动的需要,而且要求有最大的自由空间及最小内支撑相互干扰的结构,如大型集会场所、体育馆、飞机库、会展中心、游泳池、餐厅、候车厅、工业厂房等。
而一般的平面结构,如梁、刚架、桁架、拱、组合结构等,由于结构形式的限制,从技术经济方面讲已很难跨越更大的空间,来满足飞速发展的社会需求。
人们通过实践发现,具有三维空间形状并且有三维受力特性、呈空间工作状态的空间结构,正好能满足大跨度建筑结构的要求。
这是因为空间结构不仅仅依赖材料性能,而且更加充分利用自已合理的形体及不同材料特性,来适应不同建筑造型和功能的需要,从而可跨越更大空间。
尤其近年来计算机技术的飞速发展,使空间结构在形体研究的计算方法上有了新的突破,使形体与受力完美组合成为可能。
因此,空间结构对于现代建筑已产生重大影响,它不但被公认为社会文明的象征,而且由于采用了大量新材料、新技术和新工艺,空间结构还成为衡量一个国家建筑科学技术水平的标志之一。
二、网壳结构的历史1.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。
网壳结构的发展是和人类社会的生活、生产劳动密切相关的,并且与当时的科技水平及物质条件紧密相连。
古代的人类通过详细观察,发现自然界中存在大量受力特性良好、形式简洁美观的天然空间结构,如蛋壳、蜂窝、鸟类的头颅、肥皂泡、山洞等。
利用仿生原理,人类得以更好地理解和发展空间结构。
古代的人类为了有一个好的生存空间,常常以树枝为骨架、以稻草为蒙皮来建造穹顶结构,后来又以皮革或布匹代替稻草,即现在常见的帐篷。
经过长期的工程实践,人类认识到穹顶能以最小的表面封闭最大的空间,而且所耗用的材料也比较经济。
穹顶的发展与建筑材料的发展是密切相关的。
古代,穹顶用石料建造,后来逐渐被砖石结构取代。
例如,古罗马人就利用石料或砖建造了大量圆形或圆柱形穹顶,用来作为宗教活动的场所。
这些穹顶的跨度都不大,一般为30～40m左右,穹顶的厚度与跨度之比为1/10左右,因此早期的穹顶自重很大。
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,该穹顶基面为44m的圆。
中世纪,木材成为穹顶结构的主要覆盖材料;到19世纪,铁的应用为穹顶的发展开创了一个新纪元,使覆盖大跨度建筑物成为可能。
近代,钢筋混凝土结构理论的出现及应用使穹顶的厚度大大降低,薄壳穹顶受到人们的极大关注,从而开辟了结构工程新领域。
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,其净跨为25m,顶厚为60.3m m,厚跨比大约为1/400。
薄壳穹顶以其结构自重较小,受力性能良好,可以覆盖大跨度空间和造型优美等优点,得到广泛应用和发展。
现代,优质钢材的使用更是影响各种形式大跨穹顶网壳发展的一个重要因素。
2.网壳结构的诞生钢筋混凝土薄壳结构尽管有诸多优点,但经过若干年工程实践,工程技术人员逐渐发现这种结构的缺点:钢筋混凝土薄壳施工时需要架设大量模板,工作量很大,施工速度较慢,工程造价高。
因而人们对之逐渐丧失兴趣,开始寻求3钢结构设计专题 工程建设与设计 2002年第5期新的结构构造形式。
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各种杆件形式———网壳的发展。
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。
3.网壳结构的特点半个世纪以来,网壳结构作为大跨度空间结构的优秀代表,得到快速发展和广泛应用,这与其下述特点是密切相关的。
(1)网壳结构的计算原理成熟、计算方法简便。
以前计算机技术相对落后的年代,如果直接分析网壳结构的应力、应变及研究其稳定性问题,计算工作是相当繁琐和费时的。
但工程技术人员发现当单元构件的尺寸与结构整体尺寸相比很小时,网壳结构基本上就可视为匀质连续体,其受力特性与连续体的非常接近,这样就可用薄壳结构的分析方法来分析和计算网壳结构,也就是拟壳法,这种方法对于网壳结构的发展有极大的推动作用。
随着计算机技术的飞速发展,目前已有多种计算网壳结构的大型通用程序,使网壳结构的计算、设计、制造和应用变得更加简捷,更加实用。
(2)网壳结构具有轻型化的特征。
传统结构中各类构件的截面大小、分担职能的轻重均不相同,相互之间形成明显的“主次”关系。
而网壳结构中各个构件作为整体结构中的一部分,几乎均衡的承受各类荷载的作用,其杆件内力一般为轴力,因此各杆件的内力分布比较均匀,最大应力值也较小。
网壳结构的各根杆件是作为一个整体在协同工作,其整体作用远大于单根杆件的作用之和,所以,就能够用小构件构成大空间,结构轻型化是网壳结构的一个重要特征。
这就使网壳结构可以跨越更大的空间。
(3)网壳结构的制作具有标准化、规格化特征。
网壳结构的杆件可以用型钢、铝材、木材、钢筋混凝土和玻璃钢等建材制成,容易实现建筑构件的大批量工业化生产,多种节点体系的发明及生产方法的高度自动化,可以提高生产效率,降低生产成本,从而使网壳结构的力学合理性与生产经济性完美结合起来,使大跨度网壳结构的广泛应用成为现实。
(4)优美的建筑造型是网壳结构的又一特征。
大跨度空间结构往往对其所在区域的景观有极大的影响,在方案设计时,既要考虑结构的力学性能和材料的充分利用,又要从美学观点选择结构类型。
网壳结构在这方面比其他类型的空间结构有更多的优越性,因为网壳结构无论在平面还是立体型面都可以给建筑师充分的想象力和创作自由。
钢筋混凝土薄壳结构不能实现的形态,网壳结构几乎均可实现。
另外,由于网壳结构的曲面外形,还可以使其形成天然的排水功能。
三、网壳结构的发展网壳结构在第二次世界大战结束后开始重新流行并获得飞速发展,其中美国科学家———“全能设计师”巴克明斯特·富勒(Bucdminster Fuller)起了巨大的推动作用。
另外,还归功于列德雷尔、基威特、莱特、迪·沙托、卡达尔及其他几位卓越的设计师。
随着科学技术的快速发展和人们不懈的发明与创造,网壳结构无论在结构型式,还是在构造材料和计算方法上都得了很大的发展。
1.网壳结构型式的发展开始阶段的网壳型式多为半球形,这是因为半球型网壳为同向曲率,易于设计、制造和施工,且可以封闭没有支柱的最大空间,尤其是此种造型看起来雄伟、高大、美观。
纵观网壳结构的发展历程,其结构型式大致可分为以下几种类型:(1)肋环型和施威德勒型球面网壳。
肋环形网壳是在肋型穹顶的基础上,把环形檩条与经向的肋连结成一个刚性体系,使环向力由檩条承受,这样就改善了结构的内力分布,减轻了结构自重。
施威德勒型球面网壳又在肋环形球面网桥的基础上,把每个梯形网格再用斜杆分成更小的三角形,使结构内力沿网壳表面分布更加均匀,从而可进一步减轻结构自重,使网壳可跨越更大空间。
(2)联方型球面网壳。
这种网壳的网格是由两向斜交杆系构成的,它的基本单元是菱形。
有时为了增强其结构的稳定性能,还加设水平环向杆系,这种体系是德国建筑师佐林格在1906年发明的,它既使每个节点上汇交的杆件数量尽可能少,又使各根杆件的尺寸在整个结构中尽量相同或相差不多。
联方型网壳主要用于金属网壳,它既适用于球面网壳,也适用于柱面网壳,在国内外已得到广泛应用。
(3)凯威特型球面网壳(又称平行联方型网壳)。
这种网壳综合了施威德勒型网壳、联方型网壳和三角形格子网壳分割的优点,其结构的受力性能十分良好,尤其是在强烈风荷载和地震荷载作用下的受力性能,因此常用于大跨度结构。
凯威特型球面网壳在美国和日本广为流行。
1973年7月建成的美国新奥尔良体育馆就是此种网壳的典型代表,其净跨为213m,矢高为32m,可容纳观众72000人左右。
(4)短程线型球面网壳(也称测地线穹顶网壳)。
这种网壳是由巴克明斯特·富勒发明的,他认为自然界总是建造最经济的结构。
“短程线”这个术语来自地球测量语,即连接球4工程建设与设计 2002年第5期 大跨度空间结构———网壳结构的历史与发展面上任意两点的最短距离。
富勒将此原理应用到网壳结构中,发明了短程线网壳。
他认为此种网壳将是最轻的、强度最高的,同时又是最经济的结构。
工程实践证明,短程线型网壳的网络划分规整、均匀,杆件和结点的种类在各种球面网壳中是最少的,其杆件受力非常均匀,最适合在工厂中大批量生产,造价也最经济。
(5)二向格子型球面网壳。
这种网壳由位于两组子午线上的交叉杆件组成,所有网格均接近正四边形,尺寸也近似。
网壳的所有杆件都在大圆上,为曲率相同的圆弧杆。
1968年建成的墨西哥城体育馆就是此种网壳,其净跨为134m,网格尺寸为14m×14m,在每个网格上安装预制单元为单层双曲抛物面的小网壳。
(6)三向格子型球面网壳。
这种网壳是在球面上用三个方向的大圆构成网格,形成比较均匀的三角型格子。
其优点是结构的受力性能好,且易于标准化,可在工厂中大批量生产,经济性能也很好。
近十多年,日本的巴组铁工所应用三向预制菱形穹顶建造了许多优美的大跨度穹顶网壳,例如奥林匹克圆剧场,净跨为105m。
(7)应力表皮球面网壳。
这种网壳实际上是把飞机机翼的设计原理应用于建筑结构,充分利用结构表皮的强度,将网壳的承重结构与结构表皮结合起来共同工作,创造了网壳结构的一种新型体系。
此种网壳制作简单,安装迅速,强度高,造价低,结构型体优美。
(8)柱面网壳。
如果建筑平面是正方形或矩形,特别是狭长平面时,常常会选用柱面网壳。
有时也会把柱面网壳放在中间,而在两端用两个半球面网壳进行封闭,构成一个组合网壳。
