第3章 网壳(完海鹰).pdf
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1、2011年3月26日 1/110 哈理工 建筑工程学院 第3章 网壳结构 网壳结构定义 将杆件沿着某个曲面有规律地布置而组成 将杆件沿着某个曲面有规律地布置而组成 的空间结构体系的空间结构体系。 网壳结构特点 网壳结构特点 ? 网架结构就整体而言是一个受弯的平板 网壳结构则是主要承受膜内力的壳体 ? 一般情况下,同等条件的网壳比网架要 节约钢材约20 3.1 3.1 网壳结构概述 网壳结构概述 3.1.1 3.1.1 网壳结构特点 网壳结构特点 2011年3月26日 2/110 哈理工 建筑工程学院 ? 网壳在制作和拼装方面技术要求比网架高 (1)制造精度要求更高 (2)节点和杆件在空间交汇角
2、度必须计算准确 (3)拼装时必须精确地测量和控制节点坐标 ? 网壳结构构件可以工厂预制、安装简便、综合 经济指标好 ? 网壳结构外形美观,富于变化 第3章 网壳结构 3.1.2 3.1.2 国内外应用情况 国内外应用情况 2011年3月26日 3/110 哈理工 建筑工程学院 第3章 网壳结构 国内应用情况: 1956年建成 天津体育馆(圆柱面网壳) 1966年建成 浙江横山钢铁厂材料(圆柱面网壳) 1993年建成 马里议会大厦(双层柱面网壳) 1988年建成 北京体育学院体育馆(四块组合型双 层扭网壳) 1994年建成 天津市(双层球面网壳) 1998年建成 长春五环体育馆(枣形网壳) 19
3、99年建成 昆明拓东体育场(变厚度双层正放 四角锥网壳) 2002年建成深圳市民中心大屋顶(变曲率网壳) 1996年建成黑龙江省速滑馆(柱面与球面网壳组合) 2011年3月26日 4/110 哈理工 建筑工程学院 国外应用情况: 1863年建成 德国 施威特勒形网壳 1973年建成 日本名古屋国际展览馆 1976年建成 美国新奥尔良超级穹顶体育馆(K12 型球面网壳) 1996年建成 名古屋体育馆(单层网壳) 1990年建成 新加坡综合体育馆 日本神户“世界纪念”体育馆 加拿大多伦多“天空穹顶”体育馆 福冈穹顶 大分穹顶 中国国家体育场 美国塔克马市体育馆 1997年建成 上海浦东游泳馆 第3
4、章 网壳结构 2011年3月26日 5/110 哈理工 建筑工程学院 3.2 3.2 网壳结构的类型和选型 网壳结构的类型和选型 3.2.1 3.2.1 网壳结构的类型 网壳结构的类型 单层网壳 (1)按层数分类(1)按层数分类 双层网壳 网壳结构可以按层数、高斯曲率和曲面外形分类。网壳结构可以按层数、高斯曲率和曲面外形分类。 第3章 网壳结构 2011年3月26日 6/110 哈理工 建筑工程学院 高斯曲率 (2)按高斯曲率分类(2)按高斯曲率分类 ) 1 ( 1 1 2 1 2 1 R R k k K = = 第3章 网壳结构 2011年3月26日 7/110 哈理工 建筑工程学院 (2)
5、按高斯曲率分类(2)按高斯曲率分类 零高斯曲率 正高斯曲率 负高斯曲率 第3章 网壳结构 2011年3月26日 8/110 哈理工 建筑工程学院 (3)按曲面外形分类(3)按曲面外形分类 球面网壳 双曲扁网壳 柱面网壳 第3章 网壳结构 2011年3月26日 9/110 哈理工 建筑工程学院 矩形平面 菱形平面 (3)按曲面外形分类(3)按曲面外形分类 双曲抛物面之组合 双曲抛物面网壳 第3章 网壳结构 2011年3月26日 10/110 哈理工 建筑工程学院 (3)按曲面外形分类(3)按曲面外形分类 球面切割网壳(三角形) 球面切割网壳(六边形) 第3章 网壳结构 2011年3月26日 11
6、/110 哈理工 建筑工程学院 组合扭网壳 (3)按曲面外形分类(3)按曲面外形分类 第3章 网壳结构 2011年3月26日 12/110 哈理工 建筑工程学院 (3)按曲面外形分类(3)按曲面外形分类 球面与柱面组合网壳 第3章 网壳结构 2011年3月26日 13/110 哈理工 建筑工程学院 3.2.2 网壳的网格形式 (1)球面网壳(1)球面网壳 肋环型球面网壳 ? 整体刚度差,适用于中、小型网壳 第3章 网壳结构 2011年3月26日 14/110 哈理工 建筑工程学院 施威德勒型球面网壳(Schwedler) ? 整体刚度好,适用于大、中型网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章
7、网壳结构 2011年3月26日 15/110 哈理工 建筑工程学院 联方型球面网壳 三向网格球面网壳 ? 适用于大、中型网壳 ? 受力性能好,外形美观 适用于大、中型网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 16/110 哈理工 建筑工程学院 凯威特型球面网壳(Kiewitt) ? 网格大小匀称,内力分布均匀,适用于大、中型网壳 K8型,2分频 K6型,3分频 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 17/110 哈理工 建筑工程学院 短程线型球面网壳 ?网格大小匀称,受力性能好,适用于矢高比较大 或超半球形网壳 3.2.2 网壳的网
8、格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 18/110 哈理工 建筑工程学院 短程线型球面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 19/110 哈理工 建筑工程学院 (2)柱面网壳(2)柱面网壳 单斜杆型柱面网壳 弗普尔型柱面网壳 ? 刚度较差,适用于中、小型网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 20/110 哈理工 建筑工程学院 双斜杆型 三向网格型 ? 联方型网格刚度差 联方型 ? 三向型网格刚度最好,是一种较经济合理的形式 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 21/110 哈理工
9、建筑工程学院 (3)双曲抛物面网壳(3)双曲抛物面网壳 正交正放型 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 22/110 哈理工 建筑工程学院 ? 抗剪刚度较弱 正交斜放型 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 23/110 哈理工 建筑工程学院 (4)双层球面网壳的形式 4)双层球面网壳的形式 ? 只要将单层网壳中 每个杆件,用平面网片 来代替,即可形成双层 球面网壳,网片竖杆是 各杆共用,方向通过球 心 交叉桁架体系 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 24/110 哈理工 建筑工程学院 肋环型四角锥
10、球面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 25/110 哈理工 建筑工程学院 联方型四角锥球面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 26/110 哈理工 建筑工程学院 联方型三角锥球面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 27/110 哈理工 建筑工程学院 平板组合式球面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 28/110 哈理工 建筑工程学院 ? 只要将单层网壳中每个杆件,用平面网 片来代替,即可形成双层柱面网壳 交叉桁架体系 (5)双层柱面网壳的形式
11、(5)双层柱面网壳的形式 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 29/110 哈理工 建筑工程学院 ? 杆件类型少,节点构造简单,刚度大,是目前最常用 形式之一 正放四角锥柱面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 30/110 哈理工 建筑工程学院 ? 适用于小跨度、轻屋面,网格数应为奇数 抽空正放四角锥柱面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 31/110 哈理工 建筑工程学院 斜置正放四角锥柱面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 32/110 哈理工
12、建筑工程学院 三角锥柱面网壳 3.2.2 网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 33/110 哈理工 建筑工程学院 抽空三角锥柱面网壳 3.2.2网壳的网格形式 第3章 网壳结构 2011年3月26日 34/110 哈理工 建筑工程学院 3.2.3 网壳结构的选型 第3章 网壳结构 ( ( (1 1)双层网壳可采用 )双层网壳可采用 )双层网壳可采用)双层网壳可采用铰接节点 铰接节点 铰接节点铰接节点,单层网壳应采用 ,单层网壳应采用 ,单层网壳应采用,单层网壳应采用刚接节 刚接节 刚接节 刚接节 点 点 点点,一般来说大跨度网壳宜采用双层网壳,中小跨度网壳可 ,一般来说大跨
13、度网壳宜采用双层网壳,中小跨度网壳可 ,一般来说大跨度网壳宜采用双层网壳,中小跨度网壳可 ,一般来说大跨度网壳宜采用双层网壳,中小跨度网壳可 采用单层网壳。 采用单层网壳。 采用单层网壳。 采用单层网壳。 网壳结构的选型要考虑 网壳结构的选型要考虑 网壳结构的选型要考虑网壳结构的选型要考虑跨度大小 跨度大小 跨度大小跨度大小、 、 、刚度要求 刚度要求 刚度要求刚度要求、 、 、平面形状 平面形状 平面形状平面形状、 、 、 、 支承条件 支承条件 支承条件支承条件、 、 、制作安装 制作安装 制作安装制作安装和 和 和和技术经济指标 技术经济指标 技术经济指标技术经济指标等因素才能综合决定。
14、 等因素才能综合决定。 等因素才能综合决定。 等因素才能综合决定。 ( ( (2 2)为使网壳结构刚度选取恰当,受力比较合理,网壳 )为使网壳结构刚度选取恰当,受力比较合理,网壳 )为使网壳结构刚度选取恰当,受力比较合理,网壳 )为使网壳结构刚度选取恰当,受力比较合理,网壳 的平面尺寸、矢高大小、双层网壳的厚度及单层网壳的跨 的平面尺寸、矢高大小、双层网壳的厚度及单层网壳的跨 的平面尺寸、矢高大小、双层网壳的厚度及单层网壳的跨 的平面尺寸、矢高大小、双层网壳的厚度及单层网壳的跨 度,根据国内外实践经验给出 度,根据国内外实践经验给出 度,根据国内外实践经验给出度,根据国内外实践经验给出网壳结构
15、几何尺寸选用范围 网壳结构几何尺寸选用范围 网壳结构几何尺寸选用范围网壳结构几何尺寸选用范围, , , , 以供工程设计中参照应用。 以供工程设计中参照应用。 以供工程设计中参照应用。 以供工程设计中参照应用。 ( ( (3 3)网壳结构除竖向反力外,通常有较大的水平反力, )网壳结构除竖向反力外,通常有较大的水平反力, )网壳结构除竖向反力外,通常有较大的水平反力, )网壳结构除竖向反力外,通常有较大的水平反力, 应在网壳 应在网壳 应在网壳应在网壳边界设置边缘构件 边界设置边缘构件 边界设置边缘构件边界设置边缘构件来承受这些反力。这些边缘构件 来承受这些反力。这些边缘构件 来承受这些反力。
16、这些边缘构件 来承受这些反力。这些边缘构件 应有足够的刚度并可作为网壳整体的组成部分进行协调分析 应有足够的刚度并可作为网壳整体的组成部分进行协调分析 应有足够的刚度并可作为网壳整体的组成部分进行协调分析 应有足够的刚度并可作为网壳整体的组成部分进行协调分析 计算。 计算。 计算。计算。 2011年3月26日 35/110 哈理工 建筑工程学院 第3章 网壳结构 ( ( (4 4)小跨度的 )小跨度的 )小跨度的)小跨度的球面网壳的网格布置 球面网壳的网格布置 球面网壳的网格布置球面网壳的网格布置可采用肋环型,大跨 可采用肋环型,大跨 可采用肋环型,大跨 可采用肋环型,大跨 度的球面网壳宜采用
17、能形成三角形网格的各种网格类型。为 度的球面网壳宜采用能形成三角形网格的各种网格类型。为 度的球面网壳宜采用能形成三角形网格的各种网格类型。为 度的球面网壳宜采用能形成三角形网格的各种网格类型。为 不使球面网壳的顶部构件太密集而造成应力集中和制作安装 不使球面网壳的顶部构件太密集而造成应力集中和制作安装 不使球面网壳的顶部构件太密集而造成应力集中和制作安装 不使球面网壳的顶部构件太密集而造成应力集中和制作安装 的困难,宜采用三向网格型、扇形三向网格型及短程线型网 的困难,宜采用三向网格型、扇形三向网格型及短程线型网 的困难,宜采用三向网格型、扇形三向网格型及短程线型网 的困难,宜采用三向网格型
18、、扇形三向网格型及短程线型网 壳;也可采用中部为扇形三向网格型、外围为葵花形三向网 壳;也可采用中部为扇形三向网格型、外围为葵花形三向网 壳;也可采用中部为扇形三向网格型、外围为葵花形三向网 壳;也可采用中部为扇形三向网格型、外围为葵花形三向网 格型组合形式的网壳。 格型组合形式的网壳。 格型组合形式的网壳。 格型组合形式的网壳。 ( ( (5 5)小跨度的 )小跨度的 )小跨度的)小跨度的圆柱面网壳的网格布置 圆柱面网壳的网格布置 圆柱面网壳的网格布置圆柱面网壳的网格布置可采用联方网格 可采用联方网格 可采用联方网格 可采用联方网格 型,大中跨度的圆柱面网壳采用能形成三角形网格的各种网 型,
19、大中跨度的圆柱面网壳采用能形成三角形网格的各种网 型,大中跨度的圆柱面网壳采用能形成三角形网格的各种网 型,大中跨度的圆柱面网壳采用能形成三角形网格的各种网 格类型。双曲扁网壳和扭壳的网格选型可参照圆柱面网壳的 格类型。双曲扁网壳和扭壳的网格选型可参照圆柱面网壳的 格类型。双曲扁网壳和扭壳的网格选型可参照圆柱面网壳的 格类型。双曲扁网壳和扭壳的网格选型可参照圆柱面网壳的 网格选型。 网格选型。 网格选型。 网格选型。 ( ( (6 6)网壳结构的 )网壳结构的 )网壳结构的)网壳结构的最大位移计算值 最大位移计算值 最大位移计算值最大位移计算值不应超过短向跨度的 不应超过短向跨度的 不应超过短
20、向跨度的不应超过短向跨度的 1/400 1/400;悬挑网壳的最大位移计算值不应超过悬挑长度的 ;悬挑网壳的最大位移计算值不应超过悬挑长度的 ;悬挑网壳的最大位移计算值不应超过悬挑长度的;悬挑网壳的最大位移计算值不应超过悬挑长度的 1/150 1/150。 。 。 2011年3月26日 36/110 哈理工 建筑工程学院 ( ( (7 7)网壳主要尺寸的确定: )网壳主要尺寸的确定: )网壳主要尺寸的确定: )网壳主要尺寸的确定: ? 网壳的矢高 网壳的矢高f f和厚度和厚度 圆柱面网壳 圆柱面网壳 圆柱面网壳 圆柱面网壳 两端支承的圆柱面网壳,其宽度 两端支承的圆柱面网壳,其宽度 两端支承的
21、圆柱面网壳,其宽度两端支承的圆柱面网壳,其宽度B B与跨度 与跨度 与跨度与跨度L L之比宜小于 之比宜小于 之比宜小于之比宜小于 1.0 1.0,壳体的 ,壳体的 ,壳体的,壳体的矢高矢高可取宽度的 可取宽度的 可取宽度的可取宽度的1/31/6, 1/31/6,沿纵向边缘落地支承 沿纵向边缘落地支承 沿纵向边缘落地支承 沿纵向边缘落地支承 的圆柱面网壳可取 的圆柱面网壳可取 的圆柱面网壳可取的圆柱面网壳可取1/21/5 1/21/5。 。 。 。 双层圆柱面网壳的厚度可取宽度的 双层圆柱面网壳的厚度可取宽度的 双层圆柱面网壳的厚度可取宽度的双层圆柱面网壳的厚度可取宽度的1/201/50 1/
22、201/50。 。 。 。 另外,两端支承单层圆柱面网壳的跨度不宜大于 另外,两端支承单层圆柱面网壳的跨度不宜大于 另外,两端支承单层圆柱面网壳的跨度不宜大于另外,两端支承单层圆柱面网壳的跨度不宜大于30m 30m, , , , 当沿纵向边支承时,其宽度不宜大于 当沿纵向边支承时,其宽度不宜大于 当沿纵向边支承时,其宽度不宜大于当沿纵向边支承时,其宽度不宜大于25m 25m。 。 。 第3章 网壳结构 2011年3月26日 37/110 哈理工 建筑工程学院 球面网壳 球面网壳 球面网壳的 球面网壳的 球面网壳的球面网壳的矢高矢高可取直径的 可取直径的 可取直径的可取直径的1/31/7, 1/
23、31/7,沿周边落地支承 沿周边落地支承 沿周边落地支承 沿周边落地支承 可放宽至 可放宽至 可放宽至可放宽至3/4 3/4。 。 。 。 双层球面网壳的厚度可取直径的 双层球面网壳的厚度可取直径的 双层球面网壳的厚度可取直径的双层球面网壳的厚度可取直径的1/301/60 1/301/60。 。 。 。 另外,单层球面网壳的直径不宜大于 另外,单层球面网壳的直径不宜大于 另外,单层球面网壳的直径不宜大于另外,单层球面网壳的直径不宜大于60m 60m。 。 。 。 椭圆抛物面网壳 椭圆抛物面网壳 椭圆抛物面网壳底边长比不宜大于 椭圆抛物面网壳底边长比不宜大于 椭圆抛物面网壳底边长比不宜大于椭圆抛
24、物面网壳底边长比不宜大于1.5 1.5,壳体的 ,壳体的 ,壳体的,壳体的矢高 矢高 可取短向跨度的 可取短向跨度的 可取短向跨度的可取短向跨度的1/41/8 1/41/8。 。 。 。 双层椭圆抛物面网壳的厚度可取跨度的 双层椭圆抛物面网壳的厚度可取跨度的 双层椭圆抛物面网壳的厚度可取跨度的双层椭圆抛物面网壳的厚度可取跨度的1/201/50 1/201/50。 。 。 。 另外,椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于 另外,椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于 另外,椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于另外,椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于40m 40m。 。 。 第3章 网壳结构 2011年3月26日 38/110 哈
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