第六章-6.1網(wǎng)格~6.2-網(wǎng)殼

第六章—大跨屋蓋結構1網(wǎng)架結構2網(wǎng)殼結構3拱結構4懸索結構5薄壁空間結構主要內容1.1概述網(wǎng)格結構是桁架結構立體化后的一種結構形式。它是由許多桿件按照一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結構，是高次超靜定的空間結構?？臻g網(wǎng)格結構根據(jù)外形可以分為平板型(網(wǎng)架)和曲面型(網(wǎng)殼)兩類。網(wǎng)架一般是雙層的，有上下弦之分；而網(wǎng)殼有單層、雙層兩種形式；另外，網(wǎng)殼的又可分為單曲和雙曲兩種形狀。第一節(jié)網(wǎng)架結構1.1概述平板網(wǎng)殼（雙層）網(wǎng)殼（單曲）網(wǎng)殼（雙曲）(1)網(wǎng)格結構的特點整體性強，穩(wěn)定性好，空間剛度大，抗震性能好，可建造大跨度的結構；在節(jié)點荷載作用下，網(wǎng)格結構的桿件主要承受軸向壓力和拉力，能夠充分發(fā)揮材料強度；桿件類型規(guī)格統(tǒng)一，工業(yè)化程度高；建筑造型靈活。1.1概述(2)網(wǎng)格結構的構件與連接桿件多采用鋼管或角鋼制作；節(jié)點多為空心球節(jié)點或螺栓節(jié)點的形式；連接方法：焊接、螺栓連接；1.1概述1.2網(wǎng)架結構的形式1網(wǎng)架結構的特點網(wǎng)格結構優(yōu)點：空間剛度大，具有良好的抗震性能；充分利用材料強度；桿件類型規(guī)格統(tǒng)一，工業(yè)化程度高；平面布置靈活，可適應各種建筑平面。此外：網(wǎng)架高度小、可減少建筑高度、節(jié)約能源；網(wǎng)架是非曲面無推力空間結構，與支撐結構的連接構造比較簡單；第一節(jié)網(wǎng)架結構2網(wǎng)架結構的構成方式1.2網(wǎng)架結構的形式網(wǎng)架交叉桁架體系角錐體系兩向交叉（90度或其他角度）三向交叉（一般為60度）三角錐體系四角錐體系3交叉桁架體系網(wǎng)架交叉桁架體系網(wǎng)架結構是由許多上下弦平行的平面桁架相互交叉連接形成的網(wǎng)狀結構。其上弦桿一般受壓，下弦桿一般受拉。交叉桁架體系網(wǎng)架的主要結構類型有：兩向正交正放網(wǎng)架；兩向正交斜放網(wǎng)架；兩向斜交斜放網(wǎng)架；三向交叉網(wǎng)架；1.2網(wǎng)架結構的形式(1)兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架是由兩個方向相互交叉成90度角的桁架組成，而且兩個方向的桁架與其相應的建筑平面邊線平行。1.2網(wǎng)架結構的形式(1)兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架一般適用于中等跨度且兩個方向的桁架跨度相等或或接近正方形的矩形建筑平面。相對于周邊支撐的情況，兩向正交正放網(wǎng)架更適合四點支承的方式。采用四點支承時，四周向外挑出可使其受力更為合理。這種形式的網(wǎng)架從平面圖形上看是幾何可變的，所以必須合理地設置水平支撐。1.2網(wǎng)架結構的形式(2)兩向正交斜放網(wǎng)架由兩個方向相互交角為90度的桁架組成，但桁架與建筑平面邊線的交角則為45度。1.2網(wǎng)架結構的形式(2)兩向正交斜放網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式ABCD(2)兩向正交斜放網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式北京國際俱樂部網(wǎng)球館首體1.2網(wǎng)架結構的形式兩向正交斜放網(wǎng)架不僅適用于正方形建筑平面，而且也適用于不同比例的矩形建筑平面，避免了正交正放網(wǎng)架當建筑平面為狹長矩形時接近單向受力的缺點。(2)兩向正交斜放網(wǎng)架在周邊支承的情況下，與兩向正交正放網(wǎng)架相比，空間剛度大，節(jié)省用鋼量。在大跨度時非常明顯。1.2網(wǎng)架結構的形式(3)兩向斜交斜放網(wǎng)架由兩個方向相互交角為非90度的桁架組成，桁架與建筑平面邊線的交角既非90度，也非45度。兩向斜交斜放網(wǎng)架在平面兩個邊上的交點間距是不一樣的，因此更適合在建筑相鄰兩個立面的柱距不相等的情況。1.2網(wǎng)架結構的形式(4)三向交叉網(wǎng)架由三個方向的平面桁架互為60度夾角組成的空間網(wǎng)架。1.2網(wǎng)架結構的形式4角錐體系網(wǎng)架角錐體系網(wǎng)架比相同條件下的交叉桁架體系網(wǎng)架剛度大，受力性能好?？深A先做成標準椎體單元，安裝、運輸、存放都很方便。1.2網(wǎng)架結構的形式(1)四角錐體系網(wǎng)架其上弦和下弦平面均為方形網(wǎng)格，上下弦錯開半格放置，用斜腹桿連接上下弦網(wǎng)格交點，形成一個個相連的四角錐。由于四角錐上弦不易設置再分桿，因此網(wǎng)格尺寸受到限制，總體尺寸不宜太大，適用于中小跨度的建筑。1.2網(wǎng)架結構的形式(一)正放四角錐網(wǎng)架杭州歌劇院網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式錐尖向下(一)正放四角錐網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式錐尖向上(一)正放四角錐網(wǎng)架特點正放四角錐網(wǎng)架各桿的內力比較均勻。在點支撐的情況下，除支座附近的桿件內力較大外，其他桿件的內力分布比較均勻。上下弦桿等長且無豎桿，構造比較簡單。屋面板規(guī)格較統(tǒng)一。1.2網(wǎng)架結構的形式(一)正放四角錐網(wǎng)架適用范圍適用于平面接近正方形的中、小跨度周邊支承的建筑，也適用于大柱網(wǎng)的點支承、有懸掛吊車的工業(yè)廠房和屋面荷載較大的建筑。1.2網(wǎng)架結構的形式(二)正放跳格四角錐網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式(三)斜放四角錐網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式(2)三角錐網(wǎng)架1.2網(wǎng)架結構的形式1.3網(wǎng)架的設計要求網(wǎng)架的形式、高度、網(wǎng)格尺寸、腹桿布置等，與建筑平面形狀、結構支承條件、跨度大小、荷載大小以及施工條件等因素密切相關。第一節(jié)網(wǎng)架結構1網(wǎng)架高度網(wǎng)架的高度主要影響網(wǎng)架的剛度和弦桿的應力。增加網(wǎng)架高度可以提高網(wǎng)架的剛度，減小弦桿的應力，但會使腹桿長度增加，整個建筑物的高度增加。網(wǎng)架的高度主要取決于網(wǎng)架平面短向的跨度。網(wǎng)架的高度與短向跨度之比一般為：跨度小于30m：1/13~1/10跨度在30~60m之間：1/15~1/12跨度大于60m：1/18~1/141.3網(wǎng)架的設計要求2網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格尺寸主要指網(wǎng)架的上弦網(wǎng)格尺寸，它應與網(wǎng)架高度配合確定，以獲得腹桿合理的傾角。網(wǎng)格尺寸應大些以簡化構造，節(jié)約材料，但不宜過大，一般不超過3m3m，否則構件自重過大，吊裝困難。網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架短跨之比一般為：跨度小于30m：1/12~1/8跨度在30~60m之間：1/14~1/11跨度大于60m：1/18~1/131.3網(wǎng)架的設計要求3腹桿布置為了充分發(fā)揮桿件材料的強度，使網(wǎng)架受力合理，網(wǎng)架的腹桿布置應盡量減小壓桿的長細比。對交叉桁架體系網(wǎng)架，腹桿的傾角一般在40度~55度之間。對角錐網(wǎng)架，斜腹桿的傾角宜為60度，有助于桿件標準化。1.3網(wǎng)架的設計要求3腹桿布置對于網(wǎng)格尺寸較大的大跨網(wǎng)架，為了減小上弦桿長度，宜采用再分式腹桿，以減小受壓桿的彎曲變形，使結構更為合理。1.3網(wǎng)架的設計要求4網(wǎng)架選型的設計原則滿足使用功能；受力合理；經(jīng)濟1建筑平面形狀和結構支承條件2結構的跨度3建筑功能和設備專業(yè)要求4施工安裝方法和場地條件5用鋼量小6屋面板的型式1.3網(wǎng)架的設計要求1.4網(wǎng)架的支承與支座1網(wǎng)架的支承網(wǎng)架的支承方式除了與網(wǎng)架的結構類型有關外，還與建筑的使用功能和形式有密切關系。設計時，應把結構的支承方式與建筑的平、立面設計結合起來。第一節(jié)網(wǎng)架結構(1)周邊支承網(wǎng)架網(wǎng)架支承在周邊柱子上，大跨度及中等跨度的網(wǎng)架：1.4網(wǎng)架的支承與支座(1)周邊支承網(wǎng)架網(wǎng)架支承在邊梁上：1.4網(wǎng)架的支承與支座(1)周邊支承網(wǎng)架受力特點：以交叉體系網(wǎng)架為例，周邊支承的網(wǎng)架結構的傳力路線猶如雙向板結構或交叉梁系結構。1.4網(wǎng)架的支承與支座(2)四點支承或多點支承網(wǎng)架1.4網(wǎng)架的支承與支座(3)三邊支承網(wǎng)架1.4網(wǎng)架的支承與支座2支座網(wǎng)架結構的支座節(jié)點一般采用鉸支座，鉸支座的構造要符合它的力學假定，允許一定的轉動。根據(jù)網(wǎng)架跨度的大小、支座受力特點和溫度應力等因素的差別，支座節(jié)點可做成不動鉸支座或半滑動鉸支座。具體可分為：1.4網(wǎng)架的支承與支座(1)平板支座適用于跨度較小的情況1.4網(wǎng)架的支承與支座(2)弧形支座適用于跨度大，受溫度應力影響較大的網(wǎng)架1.4網(wǎng)架的支承與支座(3)搖擺支座屬于半滑動的支座，適用于跨度很大或溫差較大的網(wǎng)架，對支座的轉動和側移都不能忽略的情況。這種支座的缺點是只能在一個方向轉動。1.4網(wǎng)架的支承與支座A-A(4)球形支座這種支座克服了搖擺支座只能在一個方向轉動的缺點。1.4網(wǎng)架的支承與支座(5)受拉支座適用于角部支座會產生很大拉力的兩向正交斜放網(wǎng)架等結構類型。1.4網(wǎng)架的支承與支座1.5網(wǎng)架的桿件與節(jié)點1網(wǎng)架的桿件形式網(wǎng)架桿件的常用類型有鋼管和角鋼兩種。鋼管比角鋼受力更為合理，角鋼桿件適用于網(wǎng)架形式簡單、平面尺寸比較小的情況。第一節(jié)網(wǎng)架結構2網(wǎng)架的節(jié)點節(jié)點構造形式對網(wǎng)架結構的受力性能、制造安裝、工程造價等都有很大的影響。合理的節(jié)點設計，要保證各個桿件的形心線在節(jié)點處匯交于一點，并做到安全可靠，構造簡單，易于制作拼裝，節(jié)約鋼材。節(jié)點的種類很多，常見的典型節(jié)點有：1.5網(wǎng)架的桿件與節(jié)點(1)平板節(jié)點1.5網(wǎng)架的桿件與節(jié)點角鋼桿件平板節(jié)點(2)焊接球節(jié)點1.5網(wǎng)架的桿件與節(jié)點球節(jié)點(3)螺栓球節(jié)點1.5網(wǎng)架的桿件與節(jié)點螺栓球節(jié)點避免焊接變形，大大加快了安裝速度，也有利于構件的標準化。缺點是：構造復雜，機械加工量大。1.6網(wǎng)架結構的施工網(wǎng)架結構由于跨度大，桿件多，在整個建造工程中都需要有非常高的精度。如果精度達不到設計要求，不僅會造成施工困難，也會改變結構原本的幾何關系和受力狀態(tài)，產生附加應力。第一節(jié)網(wǎng)架結構1高空拼裝法高空拼裝法就是利用設在網(wǎng)架設計高度處的施工作業(yè)平臺，將單根構件或者地面預先拼裝好的安裝單元在高空作業(yè)面進行整體拼裝。這種安裝方法適合于周圍有輔助用房，無法采用整體安裝的工程，例如影劇院觀眾廳上部設置的網(wǎng)架，由于周圍有挑臺、舞臺、休息廳等，可采用這種方法制作安裝。1.6網(wǎng)架結構的施工2整體吊裝整體吊裝法是指將網(wǎng)架在底面預先拼裝好，然后再進行整體吊裝的施工安裝方法。這種方法，可以避免高空作業(yè)。1.6網(wǎng)架結構的施工1網(wǎng)架結構2網(wǎng)殼結構3拱結構4懸索結構5薄壁空間結構主要內容第二節(jié)網(wǎng)殼結構網(wǎng)殼結構即為網(wǎng)狀的殼體結構，或者說是曲面狀的網(wǎng)架結構，是格構化的殼體，也是殼形的網(wǎng)架。網(wǎng)殼結構造型新穎多樣、受力合理,并兼有桿系結構和薄殼結構的固有特征。第二節(jié)網(wǎng)殼結構2.1網(wǎng)殼結構的特點：兼有薄殼結構和平板網(wǎng)架結構的優(yōu)點桿件主要承受軸力，結構內力分布比較均勻，應力峰值較小，可以充分發(fā)揮材料強度作用。造型豐富，將建筑美與結構美有機地結合起來，使建筑更易于與環(huán)境相協(xié)調。第二節(jié)網(wǎng)殼結構2.1網(wǎng)殼結構的特點：計算、構造、制作安裝復雜。單層網(wǎng)殼結構對缺陷具有敏感性，因此確保穩(wěn)定性是其設計的關鍵。第二節(jié)網(wǎng)殼結構2.2網(wǎng)殼結構的分類：網(wǎng)殼結構根據(jù)桿件的布置方式可以分為：單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼兩種形式。中小跨度（40m以下）可采用單層網(wǎng)殼跨度大時，采用雙層網(wǎng)殼。第二節(jié)網(wǎng)殼結構2.2網(wǎng)殼結構的分類：第二節(jié)網(wǎng)殼結構按球面形式劃分單曲面（柱面網(wǎng)殼）雙曲面球網(wǎng)殼扭網(wǎng)殼2.3柱面網(wǎng)殼：又稱為筒網(wǎng)殼，是單曲面結構，其橫截面常為圓弧形，也可以采用橢圓形、拋物線形等。(1)單層柱面網(wǎng)殼根據(jù)網(wǎng)格形式可分為五種：聯(lián)方網(wǎng)格型、費普爾型、單斜桿型、雙斜桿型和三向型柱面網(wǎng)殼。第二節(jié)網(wǎng)殼結構第二節(jié)網(wǎng)殼結構(2)雙層柱面網(wǎng)殼：由于單層柱面網(wǎng)殼在剛度和穩(wěn)定性方面的不足，不少工程采用雙層柱面網(wǎng)殼結構。雙層柱面網(wǎng)殼的形式很多，與網(wǎng)架的型式相同。第二節(jié)網(wǎng)殼結構根據(jù)雙層柱面網(wǎng)殼的幾何形狀及其支承條件，網(wǎng)殼結構的作用可以看成為波長方向的拱的作用與跨度方向梁的作用的組合，其內力分布規(guī)律及變形也與兩鉸拱相似。但由于各種形式的雙層柱面網(wǎng)殼桿件的排列方式不一樣，拱作用的表現(xiàn)形態(tài)也不一樣。第二節(jié)網(wǎng)殼結構正交類網(wǎng)殼為單向受力狀態(tài)、以拱的作用為主；斜交類網(wǎng)殼，拱的作用不是表現(xiàn)在波長方向，而是表現(xiàn)在與波長斜交的方向；第二節(jié)網(wǎng)殼結構(3)

柱面網(wǎng)殼的受力特點網(wǎng)殼結構的受力與其支承條件有很大關系。網(wǎng)殼結構的支承一般有兩對邊支承、四邊支承、多點支承等。(一)對于兩對邊支承當柱面網(wǎng)殼結構以跨度方向為支座時，稱為筒拱結構。當柱面網(wǎng)殼結構在波長方向設置支座時，網(wǎng)殼以縱向梁的作用為主。第二節(jié)網(wǎng)殼結構(二)四邊支撐或多點支承四邊支承或多點支承的柱面網(wǎng)殼可分為短殼、長殼和中長殼。柱面網(wǎng)殼的受力同時有拱式受壓和梁式受彎兩個方面。短網(wǎng)殼的拱式受壓作用比較明顯；長網(wǎng)殼表現(xiàn)出更多梁式受彎特性；中長殼的受力特點介于兩者之間。第二節(jié)網(wǎng)殼結構3.4.2四邊支撐或多點支承第二節(jié)網(wǎng)殼結構黑龍江省展覽館某網(wǎng)架屋蓋2.4球面網(wǎng)殼：球網(wǎng)殼的關鍵在于球面的劃分。球面劃分的基本要求有兩個：桿件規(guī)格盡可能少，以便制作與裝配；(2)形成的結構必須是幾何不變體。第二節(jié)網(wǎng)殼結構(1)單層球面網(wǎng)殼(一)肋環(huán)型網(wǎng)格第二節(jié)網(wǎng)殼結構(1)單層球面網(wǎng)殼(二)施威特勒網(wǎng)格第二節(jié)網(wǎng)殼結構(1)單層球面網(wǎng)殼(三)聯(lián)方型網(wǎng)格第二節(jié)網(wǎng)殼結構(1)單層球面網(wǎng)殼(四)凱威特型網(wǎng)格第二節(jié)網(wǎng)殼結構第二節(jié)網(wǎng)殼結構(1)單層球面網(wǎng)殼(五)三向網(wǎng)格型第二節(jié)網(wǎng)殼結構(2)雙層球面網(wǎng)殼第二節(jié)網(wǎng)殼結構(2)雙層球面網(wǎng)殼第二節(jié)網(wǎng)殼結構凱威特型(2)雙層球面網(wǎng)殼為了使網(wǎng)殼既不受單層網(wǎng)殼穩(wěn)定性控制，又能充分發(fā)揮桿件的承載力，節(jié)省材料，可采用變厚度或局部雙層網(wǎng)殼。其主要形式有：從支承周邊到頂部，網(wǎng)殼的厚度均勻地減少（圖a）。網(wǎng)殼的下部為雙層，頂部為單層；網(wǎng)殼的大部分為單層，僅在支承區(qū)域為雙層。第二節(jié)網(wǎng)殼結構(3)球面網(wǎng)殼的受力特點球網(wǎng)殼是格構化的球殼，其受力狀態(tài)與圓頂?shù)氖芰ο嗨?，網(wǎng)殼的桿件為拉桿或壓桿。球網(wǎng)殼可設置環(huán)梁，也可不設環(huán)梁。但一般情況下，設置環(huán)梁有利于增強結構的剛度。隨網(wǎng)殼支座約束的增加，球網(wǎng)殼