大学精品课件：网壳结构形式.ppt

1、3.7.13.7.1网壳结构形式网壳结构形式 网壳按组成层数分为单层网壳（图网壳按组成层数分为单层网壳（图3.543.54）和双）和双 层网壳（图层网壳（图3.553.55） 图图3.54 3.54 单层柱面网壳单层柱面网壳 3.7 3.7 网网 壳壳 图图3.55 3.55 双层柱面网壳双层柱面网壳 按曲面外形分类则有按曲面外形分类则有 球面网架（图球面网架（图3.563.56） 柱面网壳（图柱面网壳（图3.543.54） 图图3.56 3.56 单层球面网壳单层球面网壳 日本名古屋网壳穹顶日本名古屋网壳穹顶 双曲扁网壳（图双曲扁网壳（图3.573.57） 图图3.57 3.57 双曲扁网壳

2、双曲扁网壳 扭曲面网壳（图扭曲面网壳（图3.583.58） 图图3.58 3.58 扭曲面网壳扭曲面网壳 单块扭网壳（图单块扭网壳（图3.593.59） 图图3.59 3.59 单块扭网壳单块扭网壳 双曲抛物面网壳（图双曲抛物面网壳（图3.603.60） 图图3.60 3.60 双曲抛物面网壳双曲抛物面网壳 切割或组合形成曲面网壳（图切割或组合形成曲面网壳（图3.613.61，图，图3.623.62） 图图3.61 3.61 球面切割网壳球面切割网壳 图图3.62 3.62 平板组合球面网壳平板组合球面网壳 网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及 整体

3、稳定计算除工作荷载之外，还应根据具体整体稳定计算除工作荷载之外，还应根据具体 情况包括地震、温度变化、支座沉降及施工安情况包括地震、温度变化、支座沉降及施工安 装荷载等效应。装荷载等效应。 网壳的永久荷载有：网壳的永久荷载有：1 1）网壳自重；）网壳自重；2 2）屋面材）屋面材 料的重力；料的重力；3 3）吊顶材料的重力）吊顶材料的重力;4);4)设备管道的设备管道的 重力。重力。 网壳结构的可变荷载有：网壳结构的可变荷载有：1 1）屋面活荷载）屋面活荷载2 ) 2 ) 雪雪 荷载荷载 ; 3 ); 3 )风荷载风荷载。 3.7.23.7.2网壳的一般计算原则网壳的一般计算原则 网壳结构具有很

4、强的非线性性能，抗震分析宜网壳结构具有很强的非线性性能，抗震分析宜 采用时程分析法。采用时程分析法。 如采用振型分解法，宜至少取前如采用振型分解法，宜至少取前2020阶振型进行阶振型进行 计算；计算； 双层网壳温度变形未受约束或者约束力不大时双层网壳温度变形未受约束或者约束力不大时 可不考虑温度变化影响；可不考虑温度变化影响； 不符合上述条件时，网壳应考虑温度应力的影不符合上述条件时，网壳应考虑温度应力的影 响。设计中考虑的温度应力情况一般有两种：响。设计中考虑的温度应力情况一般有两种：1 1） 整个网壳有温度变化；整个网壳有温度变化；2 2）双层网壳上下层有温）双层网壳上下层有温 度差度差t

5、 t。 网壳结构的稳定性计算应考虑结构的非线性；网壳结构的稳定性计算应考虑结构的非线性； 外荷载按静力等效原则将节点所辖区域内的荷外荷载按静力等效原则将节点所辖区域内的荷 载集中作用在节点上；载集中作用在节点上； 双层网壳假定节点为铰接，单层网壳假定为刚双层网壳假定节点为铰接，单层网壳假定为刚 接；接； 网壳应按最不利的荷载效应组合进行设计。对网壳应按最不利的荷载效应组合进行设计。对 于非抗震设计荷载效应组合应按现行国家标准于非抗震设计荷载效应组合应按现行国家标准 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB 50009 GB 50009 20012001）进）进 行计算。行计算。 对抗震设计，荷载

6、效应组合应按国家标准对抗震设计，荷载效应组合应按国家标准建建 筑抗震设计规范筑抗震设计规范( GB 50011( GB 50011 20012001）进行计）进行计 算算 网壳的设计及计算网壳的设计及计算 网壳的内力分析网壳的内力分析 网壳是一个高次超静定结构网壳是一个高次超静定结构 目前网壳计算主要是考虑几何非线性的有限单目前网壳计算主要是考虑几何非线性的有限单 元法元法 考虑与不考虑几何非线性的有限单元法的区别考虑与不考虑几何非线性的有限单元法的区别 在于前者考虑网壳变形对内力的影响在于前者考虑网壳变形对内力的影响 网壳的稳定性网壳的稳定性 网壳的稳定性计算可采用非线性有限单元网壳的稳定性

7、计算可采用非线性有限单元 法，取结构刚度矩阵的行列式之值等于零法，取结构刚度矩阵的行列式之值等于零 作为确定临界荷载的准则，即：作为确定临界荷载的准则，即： detK=0 detK=0 刚度矩阵刚度矩阵KK应包含所有的非线性因素，应包含所有的非线性因素， 使使 detK=0detK=0的荷载即为临界荷载的荷载即为临界荷载PcrPcr 。 网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（3 3- -9 9） （3 3- -1111）采用。）采用。 单层网壳杆件计算长度单层网壳杆件计算长度 表表3 3- -9 9 壳体平面内壳体平面内 壳体平面外壳体平面外 0.9L0.

8、9L（L L） 1.6 L1.6 L 网壳杆件及节点设计网壳杆件及节点设计 连接形式 弦杆 腹杆 支座腹杆 其他腹杆 螺栓球点 L L L 焊接球节点 L L 0.9L 板节点 L L 0.9L 网壳类别 压杆 拉杆 静荷载 动荷载 双层网壳 180 300 250 单层网壳 150 300 - 网壳杆件容许长细比网壳杆件容许长细比 表表 3 3- -1111 双层网壳杆件计算长度双层网壳杆件计算长度 表表3 3- -1010 空间大跨结构在北京奥运场馆中的应用空间大跨结构在北京奥运场馆中的应用 1 1、国家体育场：、国家体育场： 建筑呈空间马鞍椭圆形；南北332.3米、东西296.4米，最

9、高点68.5米，最低点40.1；屋盖中间开洞长度为185.3m ,宽 度为127.5m；整个大跨度屋盖由24榀主桁架支撑在24根桁架 柱之上；屋盖上弦采用透明的ETFE 膜材料,屋盖下弦的声学 吊顶采用白色PTFE 膜材料； 瑞士赫尔佐格和德梅隆建筑师事务所、英国奥雅纳工程顾 问公司及中国建筑设计研究院设计联合体共同设计。 钢结构总用钢量为钢结构总用钢量为4.84.8万吨。万吨。 上弦杆截面尺寸：上弦杆截面尺寸：10001000100010001200120012001200； 下弦杆截面尺寸：下弦杆截面尺寸：800 800 800800 1200120012001200； 腹杆截面尺寸：腹杆

10、截面尺寸：600 600 600600 750 750 750750 主桁架截面尺寸：主桁架截面尺寸： 桁架柱均由一根垂直的菱形内 柱和两根向外倾斜的外柱以及内 柱与外柱之间的腹杆组成,如同垂 直放置的变高度三角形管桁架。 桁架柱截面尺寸：桁架柱截面尺寸： 菱形内柱：对角线尺寸 13532599 1552 1892 外柱：12001200 腹杆：12001000 主结构由24榀主桁架和24根桁架柱组成,共划分为230个 安装单元,其中,主桁架共分为182段(平面桁架共166 段, 立体桁架共16 段) ,最大吊装质量约216t,吊装长度最大 约45m;桁架柱共分48段,最大吊装质量约288t。

11、 安装吊装：安装吊装： 2 2、国家游泳中心：、国家游泳中心： 立方体立方体177m 177m 177m 177m 31m31m 屋面和墙体内外统一采用屋面和墙体内外统一采用ETFEETFE充气枕覆盖充气枕覆盖 由中建总公司牵头，联合中建国际由中建总公司牵头，联合中建国际( (深圳深圳) ) 设计顾问设计顾问 有限公司、澳大利亚有限公司、澳大利亚PTWPTW建筑师事务所和悉尼建筑师事务所和悉尼ARUP ARUP 工程工程 顾问有限公司组成的设计联合体。顾问有限公司组成的设计联合体。 结构组成：结构组成：下部结构采用钢筋混凝土筒体剪力墙下部结构采用钢筋混凝土筒体剪力墙- -框架扁框架扁 梁梁-

12、-大板体系，上部屋面和墙体结构采用空间刚架结构。大板体系，上部屋面和墙体结构采用空间刚架结构。 刚架基本组成单元：刚架基本组成单元：一种为一种为1414面体面体(2(2个面为六边形个面为六边形, 12 , 12 个面为五边形个面为五边形) )，另一个为，另一个为12 12 面体面体( (所有面均为五边形所有面均为五边形) ) 作作 业业 作业作业1 1（序号：（序号：1 1- -2020）：）：空间大跨结构的应用、发展及存在 的问题研究； 作业作业2 2（序号：（序号：2121- -4545）：）：预应力钢结构的应用、发展及存在 的问题研究； 要求：要求：按论文格式，有摘要，关键词，正文，参考文献；按论文格式，有摘要，关键词，正文，参考文献；