3.1网壳结构的形式及特性09

简述大跨度空间结构的主要形式及特点摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。

其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。

形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由多根杆件按照某种规律的儿何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。

它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式(1)平而桁架系组成的网架结构。

主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

(2)四角锥体组成的网架结构。

主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

(3)三角锥组成的网架结构。

主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分1型和11型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

(4)六角锥体组成的网架结构。

主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工丨中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平而布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构曲而形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。

网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式主要有球而网壳、双曲而网壳、圆柱而网壳、双曲抛物而网壳等。

2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工）预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平而还是空间曲而外形，都可根据创作要求任意选取。

第一节概述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，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。

一、网壳结构的特点(1)网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。

(2)由于它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，无论是建筑平面或建筑形体，网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，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)由于杆件尺寸与一整个网壳结构相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性连续体，利用钢筋混凝土薄壳结构分析结果进行定性的分析。

(4)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。

同时，又便于工厂制造和现场安装，在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。

网壳结构按杆件的布置方式分类有：单层网壳和双层网壳两种形式，一般来说，中小跨度(一般为40m 以下)时可采用单层网壳，跨度大时采用双层网壳。

单层网壳由于杆件少、重量轻、节点简单、施工方便，因而具有更好的技术经济指标，但单层网壳曲面外刚度差、稳定性差，各种因素都会对结构的内力和变形产生明显的影响，因此在结构杆件的布置、屋面材料的选用、计算模式的确定、构造措施的落实及结构的施工安装中，都必须加以注意，双层网壳可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承载力。

当屋顶上需要安装照明、音响、宇调等各种设备及管道时，选用双层网架能有效地利用空间，方便天花或吊顶构造、经济合理，双层网壳根据厚度的不同，有等厚度与变厚度之分。

二、网壳结构的材料网壳结构按材料分类有木网壳，钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃钢网壳等，木网壳结构仅在早期的少数建筑中采用，近年来在一些木材丰富的国家也有采用胶合木建造网壳，有的跨度已超过100m。

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。

网架结构可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。

板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。

单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。

单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。

单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。

目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。

网架结构是空间网格结构的一种。

球面网壳结构类型和特点球面网壳主要有交叉桁架体系和角锥体系两大类。

1交叉桁架体系各种形式的单层球面网壳的网格形式均可适用于交叉桁架体系，只要将网壳中的每根杆件用平面网片来代替，即可形成双层球面网壳，注意网片竖杆方向是通过球心的。

单层球面网壳主要类型有：肋环型球面网壳(Ribbed Dome)、施威德勒型球面网壳(Schwedler Dome)、联方型球面网壳(Lamella Dome)、三向格子型球面网壳(three way grid Dome)、凯威特型球面网壳(Kiewitt Dome)和短程线球面网壳(Geodesic Dome)。

双层球面网壳在单层的基础上且网壳上下两层同心进行杆件的交叉复制，使得双层球面网壳的下层杆件连接规律与上层球面一致，上层和下层通过交叉连接，形成交叉桁架体系，即双层球面网壳。

1.1肋环型球面网壳它是由经向和纬向杆件组成，大部分网格呈梯形。

具有网格划分简单，节点构造简单的特点。

但是其杆件长短不一，内力分布不均匀，制作安装工作量相当大。

杆件计算模型应按空间刚接梁单元考虑，一般适用于中、小跨度结构。

图1：勒环型单层球面网壳1.2施威德勒型球面网壳由经向杆、纬向杆和斜杆构成，是肋环型球面网壳的改进形式。

加设斜杆的目的是为了提高结构刚度和其承受非对称荷载的能力。

斜杆布置方法主要有：左向单斜杆、双斜杆、左右向单斜杆和无纬向杆的双斜杆。

在具体工程设计时，应综合考虑荷载特点和支承方式以及材料等因素来确定选用结构布置形式。

这种网壳刚度较大，一般适用于大、中型网壳结构。

图2：施威德勒型单层球面网壳1.3联方型球面网壳联方型球面网壳系德国工程师Zollinger首创，由左斜杆和右斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30～500之间，造型美观。

为了增强网壳的刚度和稳定性，可在环向加设杆件，使网格成为三角形。

适用于中、大跨度结构。

图3：联方型单层球面网壳1.4三向格子型球面网壳三向格子型是在球面上由三个方向相交成60度的大圆构成，或在球面的水平投影面上将跨度n等分，形成正三角形网格后再投影到球面上，即可得到三向网格型球面网壳。

简述大跨度空间结构的主要形式及特点(一)摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。

其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。

形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。

它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式（1）平面桁架系组成的网架结构。

主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

（2）四角锥体组成的网架结构。

主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

（3）三角锥组成的网架结构。

主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

（4）六角锥体组成的网架结构。

主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。

网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。

网壳结构案例简单分析网壳结构是一种由连续曲面构成的结构形式，具有稳定性好、强度高、质量轻等优点，广泛应用于建筑、桥梁、体育场馆等工程领域。

下面以建筑领域的网壳结构案例为例进行简单分析。

案例一：深圳大运中心体育馆深圳大运中心体育馆是一座综合性体育馆，采用大跨度、大空间的网壳结构设计。

该体育馆的外形呈现出流线型的造型，整个建筑结构由一个由流线型钢结构和玻璃幕墙组成的半流线型壳体组成。

该体育馆采用了双壳结构设计，内外两层网壳之间通过钢柱连接，形成了稳定的整体结构。

内层网壳主要承担荷载，外层则起到防水、保温和装饰等作用。

该体育馆的网壳结构设计突破了传统结构的限制，实现了大跨度、大空间的结构需求。

网壳结构的采用使得整个建筑结构极为轻盈，给人以开放、流畅的感觉。

同时，网壳结构的外观造型独特，成为该体育馆的标志性建筑，增加了城市的地标性与艺术性。

案例二：中国花卉博览会花卉大厅中国花卉博览会花卉大厅是一座专门展示各种花卉的建筑，采用了网壳结构设计。

该建筑呈现出一个半球形的外形，内部采用由钢桁架支撑的网壳结构。

网壳结构的内侧覆盖着透明的玻璃幕墙，使得室内充满了自然光线，为花卉的生长提供了良好的环境。

网壳结构的外侧则由彩虹色的层叠板构成，形成了美观的外观。

该花卉大厅的网壳结构设计实现了自由曲面的建筑形式，使得内部空间显得开放、明亮。

网壳结构的采用使得整个建筑更加美观、轻盈。

室内外环境的统一，使得花卉展示更加生动。

同时，该建筑的网壳结构还具有良好的承载能力，可以抵御自然灾害。

网壳结构能够通过合理的网格分布来均匀承受荷载，增强结构的稳定性和抗震性能。

此外，网壳结构还具有易于施工、周期短、成本低等优点。

因此，在很多需要大跨度、大空间的建筑领域，网壳结构都得到了广泛应用。

总的来说，网壳结构的优点包括稳定性好、强度高、质量轻、施工周期短等。

通过以上两个案例的分析可以看出，网壳结构在建筑领域中具有很高的适用性，并且能够创造出独特的建筑形式和美观的外观。

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。

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。