大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)講義

空間結(jié)構(gòu)體系空間結(jié)構(gòu)能適應(yīng)不同跨度、不同支承條件的各種建筑要求。形狀上也能適應(yīng)正方形、矩形、多邊形、圓形、扇形、三角形以及由此組合而成的各種形狀的建筑平面，同時，又有建筑造型輕巧、美觀、便于建筑處理和裝飾等特點。大跨度空間結(jié)構(gòu)體系主要包括網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)。

1網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

空間網(wǎng)架及網(wǎng)殼是一種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，它以大致相同的格子或尺寸較小的單元重復(fù)組成，實質(zhì)為一種空間受力的桁架結(jié)構(gòu)，與平面結(jié)構(gòu)比較，由于在荷載作用下三向受力，避免了在平面結(jié)構(gòu)中的層層傳力現(xiàn)象，且結(jié)構(gòu)的剛度也較平面結(jié)構(gòu)高。

空間結(jié)構(gòu)中以網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣，分為：

平板網(wǎng)架——平板型的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；網(wǎng)殼——曲面型的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。

1.1網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點（1）三維受力、能承受來至各個方向的荷載；（2）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)系高次超靜定結(jié)構(gòu)，整體性及穩(wěn)定性好、空間剛度大；（3）體系穩(wěn)定、抗震性能好，在7度及7度以下地區(qū)可不進行抗震驗算；（4）結(jié)構(gòu)高度小（約是平面桁架高度的2/3、自重輕、節(jié)約鋼材；（5）桿件及配套零件規(guī)格化、便于工業(yè)化生產(chǎn)，但制造精度要求高；（6）適應(yīng)性強、平面布置靈活。

1.2平板式空間網(wǎng)架的形式平板網(wǎng)架無論在設(shè)計、計算、構(gòu)造還是施工制作等方面均較為簡便，可適用于大、中、小各種跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式較多。按結(jié)構(gòu)組成，通常分為雙層或三層網(wǎng)架；按支承情況分，有周邊支承、點支承、周邊支承與點支承混合、三邊支承一邊開口等形式；按網(wǎng)架組成情況，可分為由兩向或三向平面桁架組成的交叉桁架體系、由三角錐體或四角錐體組成的空間桁架角錐體系等等。

按結(jié)構(gòu)組成分類

（1）雙層網(wǎng)架由上、下兩個平放的平面桁架作弦桿層，上、下兩弦桿層間設(shè)有腹桿層相互聯(lián)系。上、下層的桿件稱為網(wǎng)架的上弦桿、下弦桿，位于兩層之間的桿件稱為腹桿。網(wǎng)架通常采用雙層。（2）三層網(wǎng)架由三個弦桿層以及層間的兩層腹桿桿件組成。一般用于跨度及荷載較大時，也可用于局部加強。按支承情況分類（1）周邊支承網(wǎng)架

網(wǎng)架的所有節(jié)點均擱置在柱或梁上，因傳力直接、受力均勻，是采用較多的一種形式。當(dāng)網(wǎng)架周邊支承于柱頂時，網(wǎng)格寬度可與柱距一致。網(wǎng)架周邊支承于圈梁時，網(wǎng)格的劃分比較靈活，可不受柱距的約束。

（2）點支承網(wǎng)架點支承網(wǎng)架可置于四個或多個支承上。a圖稱為四點支承網(wǎng)架，b圖稱為多點支承網(wǎng)架。（a）（b）

點支承網(wǎng)架主要用于大柱距工業(yè)廠房、倉庫以及展覽廳等大型公共建筑。由于支承點較少，支點反力較大。為了使通過支點的主桁架及支點附近的桿件內(nèi)力不致過大，宜在支承點處設(shè)置柱帽以擴散反力。點支承網(wǎng)架周邊應(yīng)有適當(dāng)懸挑以減少網(wǎng)架跨中撓度與桿件的內(nèi)力。(3)周邊邊支支承承與與點點支支承承混混合合網(wǎng)網(wǎng)架架在點點支支承承網(wǎng)網(wǎng)架架中中，，當(dāng)周周邊邊設(shè)設(shè)有有維維護護結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和抗抗風(fēng)風(fēng)柱柱時時，，可可采采用用周邊邊支支承承與與點點支支承承混混合的的形形式式。。這這種種支支承承方式式適適用用于于工工業(yè)業(yè)廠廠房房和展展覽覽廳廳等等公公共共建建筑筑。。(4)三邊邊支支承承或或兩兩邊邊支支承承網(wǎng)網(wǎng)架架由于于建建筑筑功功能能的的要要求求，，需需要要在在一一邊邊或或兩兩對對邊邊上上開開口口，，因因而而使使網(wǎng)網(wǎng)架架僅僅在在三三邊邊或或兩兩對對邊邊上上支支承承，，另另一一邊邊或或兩兩對對邊邊處處理理成成自自由由邊邊。。自自由由邊邊的的存存在在對對網(wǎng)網(wǎng)架架的的受受力力是是不不利利的的,為此此一一般般應(yīng)應(yīng)對對自自由由邊邊作作出出特特殊殊處處理理。。普遍遍的的做做法法是是，，在在自自由由邊邊附附近近增增加加網(wǎng)網(wǎng)架架的的層層數(shù)數(shù)（（見見a圖）），，或或者者在在自自由由邊邊加加設(shè)設(shè)托托梁梁、、托托架架（（見見圖圖b）。。對中中、、小小型型網(wǎng)網(wǎng)架架亦亦可可選選擇擇增增加加網(wǎng)網(wǎng)架架高高度度或或局局部部加加大大桿桿件件截截面面等等方方法法。。按網(wǎng)格組組成分類類1交叉桁架架體系這類網(wǎng)架架由若干干平面桁架相相互交叉叉組成。。豎向平面面桁架的的形式與與一般平面面桁架相相似，根根據(jù)平面桁桁架布置置方式及及交角的不不同，可可分為幾幾種形式。。（1）兩向正正交正放放網(wǎng)架兩向正交交正放網(wǎng)網(wǎng)架的構(gòu)構(gòu)成特點點是：兩兩個方向向的平面面桁架垂垂直交叉叉，且分分別與邊邊界方向向平行。。這種網(wǎng)網(wǎng)架的上上、下弦弦平面呈呈正方形形，基本本單元為為六面體體，屬幾幾何可變變。為保保證結(jié)構(gòu)構(gòu)的幾何何不變性性以及增增加空間間剛度，，應(yīng)適當(dāng)當(dāng)設(shè)置水水平支撐撐，以有有效傳遞水平平力。對對周邊支支承網(wǎng)架架，水平支撐撐宜在上上弦或下下弦網(wǎng)格格內(nèi)沿周邊邊設(shè)置；；對點支支承網(wǎng)架架，水平支撐撐則應(yīng)在在通過支支承點的的主桁架附附近設(shè)置置。兩向正交交正放網(wǎng)網(wǎng)架的受受力狀況況取決于于平面尺尺寸及支支承情況況。對于于周邊支支承、正正方形平平面的網(wǎng)網(wǎng)架，其其受力類類似于雙雙向板。。兩向正交交正放網(wǎng)網(wǎng)架沿兩兩個方向向的桿件件內(nèi)力差差別不大大，受力力比較均均勻。但但隨著邊邊長比的的變化，，單向傳傳力作用用漸趨明明顯，兩兩方向桿桿件內(nèi)力力差別也也隨之加加大。對對于點支支承網(wǎng)架架，支承承附近的的桿件及及主桁架架跨中弦弦桿的內(nèi)內(nèi)力最大大，其它它部位桿桿件的內(nèi)內(nèi)力很小小。兩向正交交正放網(wǎng)網(wǎng)架適用用于正方方形或接接近正方方形以及及狹長矩矩形的建建筑平面面。（2）兩向正正交斜放放網(wǎng)架兩向正交交斜放網(wǎng)網(wǎng)架的構(gòu)構(gòu)成特點點是：兩兩個方向向的豎向向平面桁桁架垂直直交叉，，且與邊邊界成45°夾角。兩向正交交斜放網(wǎng)網(wǎng)架中平平面桁架架與邊界界斜交，，各片桁桁架長短短不一，，靠近角角部的短短桁架相相對剛度度較大，，對與其其垂直的的長桁架架有一定定的彈性性支承作作用，從從而減小小了長桁桁架中部部的正彎彎矩。在在周邊支支承情況況下，它它較兩向向正交正正放網(wǎng)架架剛度大大、用料料省。對對矩形平平面其受受力也較較均勻。。當(dāng)長桁桁架直通通角柱時時，四個角支支座會產(chǎn)產(chǎn)生較大大向上拉拉力，設(shè)設(shè)計中應(yīng)應(yīng)予注意意。如采采用圖b所示布置置方式，，拉力可可由兩榀榀桁架承承受。適用于正正方形和和長方形形的建筑筑平面。。（3）三向網(wǎng)架架三向網(wǎng)架架的構(gòu)成成特點是是：三個個方向的的豎向平平面桁架互成成60°角斜向交交叉。在三三向網(wǎng)架架中，上上、下弦平面面的網(wǎng)格格均為正正三角形，，因此這這種網(wǎng)架架是以若干干穩(wěn)定的的三棱體體作為基本本單元所所組成的的幾何不變變體系。。2四角錐體體系這類網(wǎng)架架以四角角錐為其其組成單單元。網(wǎng)網(wǎng)架的上上、下弦平面均均為正方方形網(wǎng)格格，上、下弦弦網(wǎng)格相相互錯開半格使使下弦平平面正方形的四四個頂點點對應(yīng)于上弦平平面正方方形的形心，并并以腹桿桿連接，，即形成若若干四角角錐體。。正放四角角錐網(wǎng)架架正放四角角錐網(wǎng)架架的構(gòu)成特特點是：：以倒四角錐體體為組成成單元，，上、下弦弦桿均與與相應(yīng)邊界平行行。正放放四角錐網(wǎng)架的的上、下下弦節(jié)點均分別別連接八八根桿件。正放四角角錐網(wǎng)架架的桿件件受力比比較均勻勻，空間間剛度較較其它類類型四角角錐網(wǎng)架架及兩向向網(wǎng)架為為好。當(dāng)當(dāng)采用鋼鋼筋混凝凝土板作作屋面板板時，板板的規(guī)格格單一，，便于起起拱，屋屋面排水水相對容容易處理理。但因因桿件數(shù)數(shù)目較多多其用鋼鋼量可能能略高些些。正放四角角錐網(wǎng)架架一般適適用于建建筑平面面呈正方方形或接接近于正正方形的的周邊支支承、點點支承（（有柱帽帽或無柱柱帽）大大柱距、、以及設(shè)設(shè)有懸掛掛吊車的的工業(yè)廠廠房與有有較大屋屋面荷載載的情況況。正放抽空空四角錐錐網(wǎng)架構(gòu)成特點點：在正正放四角錐網(wǎng)架架的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，除除周邊網(wǎng)格不不動外，，適當(dāng)抽抽掉一些四角角錐單元元中的腹腹桿和下弦桿桿，使下下弦網(wǎng)格格尺寸比上弦弦網(wǎng)格尺尺寸大一一倍。其受力與與正交正正放交叉叉梁系相似。。正放抽空空四角錐錐網(wǎng)架的的桿件數(shù)數(shù)目較少少，構(gòu)造造簡單，，經(jīng)濟效效果好，，起拱比比較方便便。不過過抽空以以后，下下弦桿內(nèi)內(nèi)力的均均勻性較較差，剛剛度比未未抽空的的正放四四角錐網(wǎng)網(wǎng)架小些些，但能能夠滿足足工程要要求。正放抽空空四角錐錐網(wǎng)架適適用于中中、小跨跨度或屋屋面荷載載較輕的的周邊支支承、點點支承以以及周邊邊支承與與點支承承混合等等情況。。斜放四角角錐網(wǎng)架架斜放四角角錐網(wǎng)架架的構(gòu)成特特點：以以倒四角錐體為為組成單單元，由錐底構(gòu)構(gòu)成的上上弦桿與邊界成成45°夾角，而連接各各錐頂?shù)牡南孪覘U則與相相應(yīng)邊界界平行。。斜放四角角錐網(wǎng)架架上弦桿桿長度比比下弦桿桿長度小小，在周周邊支承承的情況況下，通通常是上上弦桿受受壓，下下弦桿受受拉，因因而桿件件受力合合理。此此外，節(jié)節(jié)點處匯匯交的桿桿件（上上弦節(jié)點點六根，，下弦節(jié)節(jié)點八根根）相對對較少，，用鋼量量較省。。周邊支承承的斜放放四角錐錐網(wǎng)架，，在支承承沿周邊邊切向無無約束時時，四角角錐體可可能繞Z軸旋轉(zhuǎn)而而造成網(wǎng)網(wǎng)架的幾幾何可變變，因此此必須在在網(wǎng)架周周邊布置置剛性邊邊梁；點點支承的的斜放四四角錐網(wǎng)網(wǎng)架，可可在周邊邊設(shè)置封封閉的邊邊桁架。。3三角錐網(wǎng)網(wǎng)架三角錐網(wǎng)網(wǎng)架的構(gòu)成特點點是：以以等腰三角錐錐體為組組成單元，由由于三角角形的穩(wěn)定性性，因而而整體抗彎、、抗扭剛剛度好。抽空三角角錐網(wǎng)架架構(gòu)成特點點是：在在三角錐網(wǎng)網(wǎng)架的基基礎(chǔ)上，除周周邊網(wǎng)格格不動外，適適當(dāng)抽掉掉一些三角錐錐單元中中的腹桿和下下弦桿。。1.3網(wǎng)架幾何何不變性性分析網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)在外力力作用下下必須是是幾何不不變體系系，但是是許多形形式的網(wǎng)網(wǎng)架就其其結(jié)構(gòu)本本身而言言是結(jié)構(gòu)構(gòu)幾何可可變的，，只有加加上適當(dāng)當(dāng)?shù)闹ёs束后后才成為為幾何不不變體系系。因此此，對網(wǎng)網(wǎng)架的機機動分析析非常重重要。網(wǎng)架幾何何不變的的必要條條件網(wǎng)架的力力學(xué)模型型是一個個鉸接的的空間桿桿系結(jié)構(gòu)構(gòu)，因為為一個剛剛體在空空間的自自由度為為6，一個空空間簡單單鉸的自自由度為為3，故網(wǎng)架架任一節(jié)節(jié)點有3個自由度度。對于于具有J個節(jié)點m根桿件的的網(wǎng)架，，支承于于有r根連桿的的支座上上時，其其幾何不不變的必必要條件件可由下下式計算算：m+r-3J0或m3J-r當(dāng)m=3J-r時為靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)，當(dāng)m>3J-r時為超靜定結(jié)構(gòu)構(gòu)，m<3J-r時為幾何可變變體系。。若將網(wǎng)架作為為一個剛剛體考慮慮，則最最少的支支座約束束鏈桿數(shù)數(shù)為6，即上式式中的r6。如網(wǎng)架不不與支座座連接，，僅考慮慮網(wǎng)架內(nèi)內(nèi)部是否否幾何可可變，則則由下式式計算：：K=3J-m-6當(dāng)K=0時，網(wǎng)架架桿件數(shù)數(shù)恰好滿滿足其內(nèi)內(nèi)部幾何何不變的的必要條條件；當(dāng)當(dāng)K<0時，內(nèi)部部有多余余桿件；；當(dāng)K>0時，內(nèi)部部幾何可可變。網(wǎng)架幾何何不變的的充分條條件三角形是是幾何不不變的，，因此，，以三根根不共面面的桿件件交出一一個新節(jié)節(jié)點所構(gòu)構(gòu)成的網(wǎng)網(wǎng)架單元元也為幾幾何不變變體系。。當(dāng)網(wǎng)架架桿系組組成的形形體是由由三角形形界面組組成的多多面體時時，亦是是幾何不不變的。。故對網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)幾何不不變問題題的分析析可變成成平面問問題進行行。網(wǎng)架幾何何可變單單元可通通過加設(shè)設(shè)桿件或或適當(dāng)加加設(shè)支承承鏈桿使使其成為為幾何不不變體系系。*用程序計計算時，，如出現(xiàn)現(xiàn)撓度特特別大等等不合理理情況，，則該網(wǎng)網(wǎng)架有可可能為幾幾何可變變。1.4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計計特點（1）網(wǎng)架結(jié)結(jié)構(gòu)的選選型根據(jù)建筑筑的造型型、平面面形狀和和尺寸、、支承情情況、荷荷載大小小、屋面面材料等等綜合考考慮。從材料用用量考慮慮宜采用用：斜放四角角錐正正放放四角錐錐兩兩向正正交正放放三向交叉叉梁系以上型式式當(dāng)跨度度及荷載載都大時時較合理理，剛度度也比較較大。當(dāng)當(dāng)平面為為矩形時時兩向正正交斜放放與斜放放四角錐錐網(wǎng)架最最經(jīng)濟。。從平面形形狀和大大小考慮慮，當(dāng)為為周邊簡簡支時建建議：①平面面為方形形或接近近方形、、中小跨跨度（60m)：兩向正交交斜放、、正放四四角錐、、斜放四四角錐②平面面為矩形形：兩向正交交斜放或或斜放四四角錐③平面面為圓形形、正多多邊形、、扇形：：三向交叉叉梁系或或三角錐錐當(dāng)為四點點支承的的連續(xù)網(wǎng)網(wǎng)架：兩向正交交正放或或正放四四角錐。。（2）網(wǎng)架結(jié)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)網(wǎng)格尺寸寸和高度度網(wǎng)格大小小直接影影響網(wǎng)架架的經(jīng)濟濟性，應(yīng)應(yīng)綜合考考慮。網(wǎng)網(wǎng)架高度度應(yīng)使腹腹桿與弦弦桿的夾夾角在45左右。（3）網(wǎng)架結(jié)結(jié)構(gòu)的桿桿件設(shè)計計桿件截面面：圓鋼鋼管、角角鋼、方方鋼管、、H型鋼等。。計算長度度：螺栓栓球：1.0l弦桿0.9l焊接球：：腹桿0.8l長細比：：壓桿180拉桿300（支座及及附近））、400（一般））（4）網(wǎng)架節(jié)節(jié)點設(shè)計計與構(gòu)造造要點網(wǎng)架桿件件通過節(jié)節(jié)點（焊焊接鋼板板節(jié)點、、焊接空空心球節(jié)節(jié)點、螺螺栓球節(jié)節(jié)點、焊焊接短鋼鋼管節(jié)點點等）把把桿件聯(lián)聯(lián)系在一一起組成成空間形形體。節(jié)節(jié)點上匯匯交的桿桿件數(shù)量量隨網(wǎng)格格形式而而不同，，一般812根，至少少有6根。且節(jié)節(jié)點的重重量一般般為網(wǎng)架架總重量量的20～25%，所占用用鋼量的的比重較較大，因因節(jié)點破破壞而造造成工程程事故的的例子也也不少，，所以節(jié)節(jié)點設(shè)計計是關(guān)鍵鍵。①焊接空心心球節(jié)點點空心球可可分為不不加肋和和加肋兩兩種，用用圓板經(jīng)經(jīng)壓制成成型作成成半球，，再由兩兩個半球球?qū)付?。這這種節(jié)點點適用于于連接鋼鋼管桿件件。節(jié)點點構(gòu)造是是將鋼管管桿件直直接焊接接連接于于空心球球體上，，具有自自動對中中和‘萬萬向’性性質(zhì)。直徑D為120～500mm的焊接空空心球其其抗壓承承載力設(shè)設(shè)計值Nc可按下式式計算：：D─空心球外外徑（mm）；t─空心球壁壁厚（mm）；d─鋼管外徑徑（mm）；ηc─受壓空心心球加肋肋承載力力提高系系數(shù)，加加肋ηc=1.4，不加肋ηc=1.0。直徑D為120～500mm的焊接空空心球其其抗拉承承載力設(shè)設(shè)計值Nt可按下式式計算：：Nt─受拉空心球軸軸向拉力設(shè)計計值（N）；f─鋼管材料強度度設(shè)計值（N/mm2）；ηt─受拉空心球加加肋承載力提提高系數(shù)，加加肋ηt=1.1，不加肋ηt=1.0。一般空心球外外徑D=（25～45）t；空心球壁厚t與鋼管最大壁壁厚的比值宜宜為1.2～2.0；另外，空心心球壁厚t不宜小于4mm。在確定空心球球外徑時，球球面上網(wǎng)架相相連接桿件與與桿件之間的的縫隙a不宜小于10mm?？招那蛑睆揭惨部沙醪桨聪孪率焦浪悖篋=（d1+d2+a）/θθ─匯集于空心球球節(jié)點任意兩鋼管桿件間間的夾角；d1、d2─組成θ角的鋼管外徑徑；②螺栓球節(jié)點由螺栓、鋼球球、銷子（或或止緊螺釘））、套筒和錐錐頭或封板組組成，適用于于連接鋼管桿桿件。螺栓球節(jié)點的的套筒、錐頭頭和封板采用用Q235系列、Q345系列鋼材；鋼鋼球采用45號鋼；螺栓、銷子或或止緊螺釘采用高高強度鋼材如45號鋼、40B鋼、40Cr鋼、20MnTiB鋼等。螺栓直徑一般般由網(wǎng)架中最最大受拉桿件件的內(nèi)力控制制，一個螺栓栓受拉承載力力設(shè)計值按下下式計算：Ntb≤ψAeftbNtb─高強度螺栓的的拉力設(shè)計值值（N）；ψ─螺栓直徑對承承載力影響系系數(shù)；當(dāng)螺栓栓直徑小于30mm時，ψ=1.0；當(dāng)螺栓直徑大大于等于30mm時，ψ=0.93；Ae─高強度螺栓的的有效截面面面積（mm2）；即螺栓螺紋處的的截面積；ftb─高強度螺栓經(jīng)經(jīng)熱處理后的的抗拉強度設(shè)設(shè)計值。鋼球的加工成成型分為鍛壓壓球和鑄鋼球球兩種。鋼球球的直徑大小小要滿足按要要求擰入球體體的任意相鄰鄰兩個螺栓不不相碰條件。。螺栓直徑根根據(jù)計算確定定后，鋼球直直徑D取下面兩式中中的較大值：：③焊接鋼板板節(jié)點焊接鋼板節(jié)點點一般由十字字節(jié)點板1和蓋板2組成，主要用用于桿件采用用角鋼的網(wǎng)架架，桿件與節(jié)節(jié)點板的連接接可以用焊接接，也可以采采用螺栓連接接。其受力情情況與角鋼桁桁架的節(jié)點板板類似。④支座節(jié)點網(wǎng)架的支座節(jié)節(jié)點分為壓力力支座節(jié)點和和拉力支座節(jié)節(jié)點兩大類。。壓力支座中中，平板壓力支座座常用于較小跨度的情況況；球鉸壓力支座可用于于大跨度且?guī)疑斓乃闹еc或多支點網(wǎng)架。單面弧形壓力力支座適用于于中等跨度；；雙面弧形壓壓力支座適用用于大跨度。。拉力支座中中，較常用的的有平板拉力力支座和單面面弧形拉力支支座。支座出出現(xiàn)拉力情況況不多，但在在越來越多地地采用輕質(zhì)屋屋面維護材料料以后，反號號荷載效應(yīng)情情況應(yīng)予充分分重視。板式橡膠支座座不僅可以沿沿切向及法向向位移，還可可繞兩向轉(zhuǎn)動動，較常用于于大跨及中等等跨度的網(wǎng)架架。當(dāng)支座水水平推力較大大時，也可采采用橡膠支座座。1.5空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)的形式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受受力是一個受受彎的平板，，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)就整體而言言則是一個主主要承受膜內(nèi)內(nèi)力的殼體。。在大多數(shù)情情況下，網(wǎng)殼殼被設(shè)計為四四邊簡支，其其邊界效應(yīng)就就更小，因此此，同等條件件下，一般網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)較網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可節(jié)節(jié)約鋼材約20%。此外，網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)外型美觀觀，能適應(yīng)各各種復(fù)雜的建建筑造型需要要。殼體的型體主主要采用典型型曲面，即幾幾何學(xué)曲面，，亦即不論其其曲面形式如如何，總可以以用幾何學(xué)方方程表達。曲面可由位于于其主曲率方方向的正交曲曲線坐標(biāo)系來來定義，與其其相應(yīng)的曲率率半徑表示為為R1和R2。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中常常用的形式有有：（1）柱面網(wǎng)殼柱面網(wǎng)殼按其其支承情況和和長度分為短短殼（L/R0.5）、中長殼（0.5<L/R2.5）、長殼（L/R>2.5）和筒殼。短殼常用單波波多跨的形式式，一般沿長長邊多點支承承，荷載沿兩兩個方向傳遞遞；長殼多為為端部支承，，荷載沿長度度方向傳遞，，結(jié)構(gòu)主要起起梁的作用，，常用多波單單跨的形式；；筒殼是在周邊邊節(jié)點上均設(shè)設(shè)支座，受力力性能與單位位寬度的平行行拱類似，由由于其受力較較均勻，空間間剛度大，應(yīng)應(yīng)用較廣。柱面網(wǎng)殼可以以采用單層，，也可以采用用雙層。單層柱面網(wǎng)殼殼：（a）聯(lián)方型；（b）單斜桿型；（c）弗普爾型悉尼國際水上上運動中心雙層柱面網(wǎng)殼殼正放四角錐抽空四角錐清華大學(xué)游泳泳館柱面網(wǎng)殼的組組合應(yīng)用——成渝高速路二二郎收費站大英博物館（2）球面網(wǎng)殼當(dāng)跨度較小時時可以采用單單層，也可采采用雙層。球面網(wǎng)殼的網(wǎng)網(wǎng)格分割方法法很多，主要要有：聯(lián)方型球面網(wǎng)網(wǎng)殼——無緯向桿肋環(huán)型球面網(wǎng)網(wǎng)殼聯(lián)方型球面網(wǎng)網(wǎng)殼——有緯向桿凱威特型球球面網(wǎng)殼斯威德勒型型球面網(wǎng)殼殼蒙特利爾世博會球面網(wǎng)殼通通過一定形形式的切割割，還可以以切割出各各種不同的的平面形狀狀及造型。。重慶商學(xué)院院藝術(shù)學(xué)院院報告廳（（橢球殼））（3）雙曲拋物物面網(wǎng)殼（（扭殼）雙曲拋物面面網(wǎng)殼在幾幾何學(xué)上的的特點是其其曲面的形形成方式屬屬移動式，，具有直紋紋性，即其其曲面是由由無數(shù)根斜斜交的直線組成。。通過一定的的組合，雙曲曲拋物面網(wǎng)殼殼還可以發(fā)展展出不同的造造型。1.6網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的的內(nèi)力分析析和設(shè)計網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的的分析不僅僅僅是強度度的分析，，通常還必必須包括剛剛度和穩(wěn)定定性。在某某些條件下下，結(jié)構(gòu)的的剛度和穩(wěn)穩(wěn)定性甚至至比強度更更為重要。。此外，在在既定荷載載下結(jié)構(gòu)力力流的分析析、導(dǎo)向和和控制也與與結(jié)構(gòu)外形形設(shè)計及剛剛度的分配配密切相關(guān)關(guān)。分析的基礎(chǔ)礎(chǔ)仍然是基基于經(jīng)典彈彈性理論。。即：方法①連續(xù)化假定定——比擬為連續(xù)續(xù)光面實體體薄殼的的擬殼法；擬殼法將格構(gòu)式的的球面、柱柱面或雙曲曲拋物面網(wǎng)網(wǎng)殼比擬為為連續(xù)的光光面實體球球殼、柱殼殼或雙曲拋拋物面薄殼殼。擬殼法按彈性薄殼殼理論分析析求得殼體體的內(nèi)力和和位移，再再根據(jù)應(yīng)力力值折算為為球面或柱柱面網(wǎng)殼的的桿件內(nèi)力力，此法須須經(jīng)過連續(xù)續(xù)化再離散散化的過程程。方法②離散化假定定——桿系結(jié)構(gòu)的的矩陣位移法法或有限單單元法。矩陣位移法法或有限單單元法是將網(wǎng)格結(jié)結(jié)構(gòu)離散為為各個單元元，分別求求得各單元元剛度矩陣陣及結(jié)構(gòu)的的總剛度矩矩陣，根據(jù)據(jù)邊界條件件修正總剛剛度矩陣后后求解基本本方程，以以得到各單單元節(jié)點的的位移進而而得到桿件件的內(nèi)力。。（1）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)的靜力特特性影響網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)靜力特特性的因素素很多，主主要有：結(jié)結(jié)構(gòu)的幾何何外形、荷荷載類型及及邊界條件件等。網(wǎng)殼的類型型和形式很很多，型式式不同的網(wǎng)網(wǎng)殼，結(jié)構(gòu)構(gòu)的變形規(guī)規(guī)律及內(nèi)力力分布規(guī)律律相差甚遠遠。即使是是同一種型型式的網(wǎng)殼殼，當(dāng)幾何何外型尤其其是矢跨比比不同時，，都將有不不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)反映。此此外，網(wǎng)殼殼結(jié)構(gòu)是一一類邊界條條件敏感型型的結(jié)構(gòu)，，邊界約束束條件的細細微變化將將有可能使使結(jié)構(gòu)的靜靜力性能產(chǎn)產(chǎn)生相當(dāng)?shù)牡淖兓?。?）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛度特特性傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一一般僅對結(jié)結(jié)構(gòu)的剛度度提出控制制性要求，，但對于網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)（（包括大跨跨度結(jié)構(gòu)）），還應(yīng)進進行剛度設(shè)設(shè)計，因為為剛度將影影響網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定性能，同同時直接影影響結(jié)構(gòu)的的靜力特性性。剛度設(shè)計需需兼顧兩方方面：①從釋放放溫度應(yīng)力力及次應(yīng)力力考慮：支支承及約束束應(yīng)減弱或或設(shè)計得柔柔一些；②從結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)定性性考慮：結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計計得剛一些些。為兼顧此兩兩方面，設(shè)設(shè)計時需要要對結(jié)構(gòu)進進行剛度調(diào)調(diào)整。（3）幾何參數(shù)數(shù)對網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)靜力性性能的影響響影響網(wǎng)殼結(jié)結(jié)構(gòu)靜力特特性的幾何何參數(shù)主要要有結(jié)構(gòu)的的跨度S、矢跨比F/S及波跨比有有關(guān)（F為柱面網(wǎng)殼殼的矢高））。筒拱中內(nèi)力力分布很不不均勻，當(dāng)當(dāng)矢跨比F/S很小時，結(jié)構(gòu)構(gòu)主要呈梁梁的作用，，跨中彎矩矩及軸力均均很大且軸軸力分布不不均；當(dāng)矢矢跨比F/S很大時（如如接近半圓圓），各桿桿軸力較小小，拱軸方方向的弦桿桿在跨中區(qū)域域受壓，在在邊緣區(qū)域受受拉。矢跨比F/S與耗鋼量W的關(guān)系跨跨度S與耗鋼量W的關(guān)系（4）柱面網(wǎng)殼殼的水平推推力圓柱面網(wǎng)殼殼由于環(huán)向力的作作用而產(chǎn)生生較大的水平平推力。水水平推力N的大小也與與矢跨比有關(guān)關(guān)。水平推力的的處理可采采用：①加水平平拉桿；②結(jié)構(gòu)落落地；③增增加加下下部部柱柱的的柔柔度度；；④利利用用下下部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)吸吸收收推推力力。。（5）網(wǎng)網(wǎng)殼殼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的穩(wěn)穩(wěn)定定分分析析整體體失失穩(wěn)穩(wěn)網(wǎng)殼殼失失穩(wěn)穩(wěn)局部部失失穩(wěn)穩(wěn)波狀狀失失穩(wěn)穩(wěn)條狀狀失失穩(wěn)穩(wěn)大波波狀狀失失穩(wěn)穩(wěn)小波波狀狀失失穩(wěn)穩(wěn)點失失穩(wěn)穩(wěn)桿件件失失穩(wěn)穩(wěn)網(wǎng)殼殼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的典典型型失失穩(wěn)穩(wěn)形形式式網(wǎng)殼殼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的穩(wěn)穩(wěn)定定分分析析，，基基礎(chǔ)礎(chǔ)仍仍然然是是結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)穩(wěn)定定理理論論，，但但由由于于影影響響因因素素較較多多，，如如初初始始缺缺陷陷的的影影響響、、多多參參數(shù)數(shù)體體系系的的多多重重臨臨界界點點問問題題、、多多種種工工況況下下的的多多重重臨臨界界點點問問題題等等，，對對此此的的研研究究尚尚不不足足。。目目前前，，基基本本上上只只能能進進行行定定性性分分析析。。2索膜膜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)承重重結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的基基本本承承重重構(gòu)構(gòu)件件采采用用受受拉拉工工作作的的懸懸索索或或張張拉拉的的薄薄膜膜，，稱稱為為懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或膜膜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。由由于于受受拉拉構(gòu)構(gòu)件件的的承承載載能能力力決決定定于于強強度度而而不不是是穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，因因而而能能充充分分發(fā)發(fā)揮揮鋼鋼索索和和膜膜材材受受拉拉工工作作時時強強度度高高、、自自重重輕輕的的特特點點。。同同時時，，由由于于覆覆蓋蓋材材料料自自重重輕輕，，使使承承重重結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的重重量量較較小小，，因因而而懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和張張拉拉薄薄膜膜結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)更更適適合合于于在在大大跨跨度度結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中使使用用。。2.1懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)通通過過索索的的軸軸向向拉拉力力抵抵抗抗外外荷荷，，最最早早用用于于橋橋梁梁，，50年代代開開始始用用于于房房屋屋建建筑筑，，用用鋼鋼量量一一般般在在10kg/m2以下下，，但但支支承承結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)耗耗材材較較多多。。（1）單單層層懸懸索索體體系系特點點：由由許許多多平平行行的的單單根根拉拉索索組組成成，，拉拉索索兩兩端端懸懸掛掛在在穩(wěn)穩(wěn)定定的的支支承承結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上。。單層層懸懸索索的的工工作作與與單單根根懸懸索索相相似似，，是是一一種種可可變變體體系系，，在在恒恒載載作作用用下下呈呈懸懸鏈鏈線線形形式式，，在在不不對對稱稱荷荷載載或或局局部部荷荷載載作作用用下下產(chǎn)產(chǎn)生生大大的的位位移移（（機機構(gòu)構(gòu)性性位位移移））。。索索的的張張緊緊程程度度與與索索的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性（（抵抵抗抗機機構(gòu)構(gòu)位位移移的的能能力力））成成正正比比。。單層懸索結(jié)構(gòu)單層層懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的抗抗風(fēng)風(fēng)能能力力差差，，在在風(fēng)風(fēng)吸吸力力作作用用下下懸懸索索內(nèi)內(nèi)的的拉拉力力下下降降，，穩(wěn)穩(wěn)定定性性進進一一步步降降低低。。單層層懸懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)宜宜采采用用重重屋屋面面，，如如裝裝配配式式鋼鋼筋筋混混凝凝土土板板。。另另一一種種方方法法是是設(shè)設(shè)置置橫橫向向加加勁勁梁梁。。加加勁勁梁梁的的作作用用是是分分配配局局部部荷荷載載及及將將索索連連成成整整體體。。（2）雙雙層層懸懸索索體體系系由一一系系列列承承重重索索和和相相反反曲曲率率的的穩(wěn)穩(wěn)定定索索組組成成。。每每對對索索之之間間通通過過受受拉拉鋼鋼索索或或受受壓壓撐撐桿桿連連系系，，構(gòu)構(gòu)成成如如桁桁架架形形式式的的平平面面體體系系，，稱稱索索桁桁架架。。穩(wěn)定定索索可可以以抵抵抗抗風(fēng)風(fēng)吸吸力力的的作用用，，同同時時，，相相反反曲曲率率的的穩(wěn)穩(wěn)定索索和和相相應(yīng)應(yīng)的的索索桿桿能能對對體體系系施加加預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力，，使使每每對對索索均均保保持足足夠夠大大的的張張緊緊力力，，提提高高了了整個個結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性。。懸索索結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的計計算算一一般般按按彈彈性性理理論論，，假假定定索索是是理理想想柔柔性性的的，，既既不不能能受受壓壓，，也也不不能能抗抗彎彎，，但但承承重重索索和和穩(wěn)穩(wěn)定定索索之之間間的的連連桿桿絕絕對對剛剛性性。。在在基基本本假假定定的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上可可建建立立索索曲曲線線的的平平衡衡微微分分方方程程，，再再根根據(jù)據(jù)荷荷載載及及邊邊界界條條件件求求出出索索的的張張力力。。車幅幅式式雙雙層層索索（3）混混合合懸懸掛掛體體系系采用用柔柔性性的的懸懸索索體體系系與與剛剛性性的的受受彎彎構(gòu)構(gòu)件件（（梁梁、、網(wǎng)網(wǎng)架架、、網(wǎng)網(wǎng)殼殼、、桁桁架架等等））相相結(jié)結(jié)合合，，可可組組成成共共同同抵抵抗抗外外荷荷載載的的各各種種混混合合體體系系。。此類結(jié)構(gòu)構(gòu)或用鋼鋼索懸掛掛其他構(gòu)構(gòu)件，或或由鋼索索對其他他構(gòu)件提提供附加加支點，，或用剛剛性的構(gòu)構(gòu)件來加加強懸索索的穩(wěn)定定性，以以減小不不均勻荷荷載作用用下的機機構(gòu)性位位移。橋橋梁中的的斜拉橋橋和懸索索橋也屬屬于這類類混合體體系。5.4萬座，挑挑蓬外挑挑50m，外環(huán)梁跨跨度244m。浙江黃龍龍體育中中心體育育場吊塔及斜斜拉索2.2膜結(jié)構(gòu)一般鋼結(jié)結(jié)構(gòu)屋頂頂?shù)奈菝婷娌牧辖越圆怀惺苁芙Y(jié)構(gòu)力力。但膜膜結(jié)構(gòu)中中的膜本本身就承承受活荷荷載包括括風(fēng)壓、、溫度應(yīng)應(yīng)力等，，膜既是是覆蓋物物，亦是是結(jié)構(gòu)的的一部分分。索膜建筑筑之所以以能滿足足大跨度度自由空空間的技技術(shù)要求求，最關(guān)關(guān)鍵的一一點就是是其有效效的空間間預(yù)張力力系統(tǒng)。。有人把把索膜建建筑稱為為“預(yù)應(yīng)應(yīng)力軟殼殼”，預(yù)預(yù)張力使使“軟殼殼”各個個部分（（索、膜膜）在各各種最不不利荷載載下的內(nèi)內(nèi)力始終終大于零零（永遠遠處于拉拉伸狀態(tài)態(tài)）。以材質(zhì)分分類，結(jié)結(jié)構(gòu)膜有有以下兩兩種:（1）平面不不織膜：：由各種種塑料在在加熱液液化狀態(tài)態(tài)下擠出出的膜，，它有不不同厚度度、透明明度及顏顏色，最最通用的的是聚乙乙烯膜，