网壳结构简介磨石建筑结构设计教程资料ppt

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  网 壳 网壳按组成层数分为单层网壳（图3-54）和双层网壳（图3-55） 图54 单层柱面网壳 优点：杆件少，重量轻，节点简单，施工方便。 缺点：曲面外刚度差，稳定性差。内力与变形敏感。 图55 双层柱面网壳（跨度大时采用） 优点：承受一定弯距，稳定性较好，承载力高，有效利用空间。 网壳按曲面形式分：单曲面和双曲面。 单曲面即为筒网壳（柱网壳）； 双曲面即为球网壳和扭网壳，扁网壳等。 第二节 筒网壳结构 单层柱面网壳的网格形式 a)单斜杆柱面网壳：杆件数量少，节点构造简单；刚度差 b)人字形柱面网壳：亦称弗普尔形柱面网壳 c)双斜杆柱面网：壳杆件数量多；刚度好，稳定性高。 d)联方网格柱面网壳：杆件组成菱形，夹角为30?? 50?，受力明确，稳定性差。所用杆件少，常用混凝土结构。 e)三向网格柱面网壳：联方网格柱面加纵向杆件，刚度稳定性高。 常用在跨度大和不对称荷载较大的屋盖中。 单曲面结构，横截面为圆弧形，椭圆形和抛物线形等。 一、 网壳类别(以曲面外形分类) 1、柱面网壳 a)正放四角锥柱面网壳 b)正放抽空四角锥柱面网壳 c)斜置正放四角锥柱面网壳 d)三角锥柱面网壳 e)抽空三角锥柱面网壳 双层柱面网壳的网格形式 1.交叉桁架体系(略) 2.四角锥体系 a)：刚度大，杆件少，最常用 b)：适用于小跨度，轻屋面 c)：系将a)斜置 3.三角锥体系 常用d) ， e) 两种 2、双层筒壳 按几何组成规律分： 二、筒网壳结构受力特点： 支承：两对边支承、四边支承和多点支承。 1、两对边支承 以跨度方向为支座，拱脚常支承于圈梁、柱顶联系梁或基础上。产生推力。 解决方案： 1）设拉杆 2）设斜柱、斜墩 3）设墙跺 4）拱脚落地 以波长方向为支座，筒网壳端支座若为墙，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。 2、四边支承或多点支承 筒网壳的受力同时有拱式受压和梁式受压两方面。两种作用的大小同网格的构成及网壳的跨度与波长之比有关。 工程中常用短壳。如因功能要求必须为长网壳时，可在纵向中部增设加强肋。 关键球面划分。基本要求：1）杆件规格尽可能少 2）形成结构为几何不变体。 一、单层球面网壳 a)肋环型球面网壳 b)Schwedler型球面网壳 c)Schwedler型球面网壳 d)联方型球面网壳 e)三向网格型球面网壳 a):刚度差，适用于中，小跨度 b):刚度好，适用于大，中跨度 c):交叉斜杆Schwedler型 d):菱形网格，造型美观。刚度好。网格不均匀；刚度好，大跨度。例中国科技馆。 e):杆件种类少，受力明确适用于中，小跨度。例济南动物园亚热带鸟馆。 第三节 球网壳结构 日本名古屋网壳穹顶 a)肋环型四角锥球面网壳 b)联方型四角锥球面网壳 c)联方型三角锥球面网壳 d)平板组成式球面网壳 双层球面网壳的网格形式 1.交叉桁架体系 只需将单层球面网壳中的杆件用平面网片代替(略) 2.角锥体系(常见四种) a):肋环型四角锥球面网壳， b):联方型四角锥球面网壳 c):联方型三角锥球面网壳， d):平板组成式球面网壳 二、双层球面网壳 双层球壳是由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成。各层网格形成与单层网壳同。 三、球网壳结构受力特点： 受力与圆顶相似。网壳的杆件为拉杆或压杆。节点构造也需承受拉力和压力。球网壳的底座可设置环梁，可增加结构的刚度。 网壳支座约束增强，内力逐渐均匀，且最大内力也减小，稳定性提高，因此周边支座以固定支座为宜。 为使薄膜理论适用，球网壳应沿其边缘设置连续的支承结构。 a) 正交正放类 b) 正交斜放类 c) 正交斜放设斜杆类 d) 正交斜放设斜杆类 e) 正交斜放设斜杆类 双曲面网壳的网格形式 1.正交正放类 a):单层时在方格内设斜杆 双层时组成四角锥体 2.正交斜放类 b):抗剪强度弱 c):第三方向局部设斜杆 d):全部方格内设双斜杆 e):第三方向全局设斜杆 双曲面网壳可采用直线杆件直接形成。施工便捷简单。造型轻巧活泼，适应能力强。 一、扭网壳 第四节 扭网壳结构 二、受力特点： 本身就具有较好的稳定性，但出平面刚度较小，控制挠度成关键。 在屋脊处设加强桁架，能明显减少屋脊附近的挠度，但随着与屋脊距离的增加，加强桁架的影响下降。 边缘构件的刚度对于扭网壳的变形控制具有决定意义。方法：周边布置水平斜杆。 双曲扁网壳（图57） 图57 双曲扁网壳 扭曲面网壳（图58） 图58 扭曲面网壳 单块扭网壳（图59） 图59 单块扭网壳 双曲抛物面网壳（图60） 图60 双曲抛物面网壳 第五节 其他形状的网壳结构 切割或组合形成曲面网壳（图61，图62） 图61 球面切割网壳 图62 平板组合球面网壳 第六节 网壳结构的选型 网壳选型应对建筑使用功能、美学、空间利用、平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工方法等作综合考虑。 应考虑以下几个方面： 1、体型应与建筑造型相协调 与周围环境相协调，整体比例适当。当要求建筑空间大，选用矢高较大的球面或柱面壳；空间要求小，矢高较小的双曲扁网壳或扭网壳。 2、与建筑平面相协调 圆形平面：球面网壳、组合柱面或组合双曲抛物面网壳。 方形或矩形平：柱面、双曲抛物面和扁网壳。 狭长平面：柱面网壳。 菱形：双曲抛物面壳。 3、网壳结构层数 4、网格尺寸 网格尺寸对网壳挠度影响较小，对用钢量影响大。尺寸越大，用钢量省。但太大，对稳定不利；太小，杆件和节点数增多。尺寸 最好与屋面板模数协调。 5、网壳矢高与厚度（主要影响因素是跨度） 矢跨比对建筑体型有直接影响，对内力也是。矢跨比越大，用钢量大，但是侧向推力有所减少，可降低下部结构造价。 柱面壳的矢跨比可取1/4-1/8,单层柱面网壳矢跨比宜大于1/5,球面壳一般取1/2-1/7. 双层网壳的厚度取决于跨度、荷载大小、边界条件及构造要求，影响用钢量。 网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及整体稳定计算除工作荷载之外，还应根据详细情况包括地震、气温变化、支座沉降及施工安装荷载等效应。 网壳的永久荷载有：1）网壳自重 ；2）屋面材料的重力；3）吊顶材料的重力;4)设备管道的重力。 网壳结构的可变荷载有：1）屋面活荷载2 ) 雪荷载 ; 3 )风荷载。 网壳的一般计算原则 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。 双层网壳符合以下条件之一者可不考虑温度应力的影响：1）支座节点的构造允许网壳侧移且其侧移值等于或大于公式的计算值；2）周边支承于独立柱，且网壳在验算方向跨度小于40m；3）支承网壳的柱在单位水平力作用于柱顶时，柱顶位移大于或等于式公式的计算值 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：1）整个网壳有气温变化；2）双层网壳上下层有温度差△t。 网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（3-9）~（3-11）采用。 单层网壳杆件计算长度 表3-9 壳体平面 内 壳体平面外 0.9L L 网壳杆件及节点设计 双层网壳杆件计算长度 表3-10 网壳杆件容许长细 比λ 表 3-11 连接形式 弦杆 腹杆 支座腹杆 其他腹杆 螺栓球点 l l l 焊接球结点 0.9l 0.9l 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 200 300 250 单层网壳 150 300 250

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