工程類課件：單層網(wǎng)殼

單層網(wǎng)殼主要內(nèi)容網(wǎng)殼單層殼的分類網(wǎng)殼選型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析單層網(wǎng)殼節(jié)點分類上期作業(yè)信息一、網(wǎng)殼一、網(wǎng)殼概述

網(wǎng)殼是一種曲面型空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼具網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的特點。空間桿系面內(nèi)受力+一、網(wǎng)殼受力性能好，適用于中、大跨度屋蓋用材省，較網(wǎng)架可節(jié)約鋼材約20%外形美觀，富于變化工業(yè)化程度高自然排水，無需找坡網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在大多數(shù)情況下，網(wǎng)殼被設(shè)計為四邊簡支，其邊界效應(yīng)就更小，因此，同等條件下，一般網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)較網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可節(jié)約鋼材約20%。一、網(wǎng)殼曲面外形增加了屋蓋表面積和建筑能耗

構(gòu)造處理、支承結(jié)構(gòu)和施工安裝均較復(fù)雜

單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定問題不容忽視網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的缺點1963年，布加勒斯特一93m直徑單層網(wǎng)殼失穩(wěn)倒塌一、網(wǎng)殼曲面外形增加了屋蓋表面積和建筑能耗

構(gòu)造處理、支承結(jié)構(gòu)和施工安裝均較復(fù)雜

單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定問題不容忽視網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的缺點1963年，布加勒斯特一93m直徑單層網(wǎng)殼失穩(wěn)倒塌一、網(wǎng)殼8/74網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展1866年，德國工程師Schwedler

在混凝土薄殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出肋環(huán)形穹頂?shù)臉?gòu)造形式，被譽為“穹頂結(jié)構(gòu)之父”。一、網(wǎng)殼9/7419世紀(jì)末，德國學(xué)者Foppl建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的分析理論。20世紀(jì)50年代后，以Fuller為代表的一批設(shè)計師在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式、計算方法和構(gòu)造技術(shù)上做出巨大貢獻(xiàn)，建成一系列具有典型意義的工程。一、網(wǎng)殼10/74美國塔科馬市體育館TacomaDome,USA,1983膠合木網(wǎng)殼，短程線D=160m，h=46m世界最大一、網(wǎng)殼名古屋體育館NagoyaDome,Japan，1997單層球面網(wǎng)殼短程線D=187m一、網(wǎng)殼12/74福岡穹頂

FukuokaDome,Japan，1993可開啟網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，D=222m一、網(wǎng)殼1.1956年，天津體育館，帶拉桿的聯(lián)方型圓柱面網(wǎng)殼，平面尺寸52m×68m，矢高8.7m2.1967年，鄭州體育館，肋環(huán)形單層球面網(wǎng)殼，平面直徑64m，矢高9.14m，當(dāng)時國內(nèi)跨度最大我國網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展一、網(wǎng)殼3.1988年，北京體院體育館，帶斜撐的組合型雙層扭殼，平面尺寸59.2m×59.2m，矢高3.5m4.1989年，濮陽中原化肥尿素倉庫，雙層正放四角錐圓柱面網(wǎng)殼，平面尺寸58m×135m，國內(nèi)覆蓋面積最大

一、網(wǎng)殼5.1989年，石景山體育館，組合雙曲拋物面網(wǎng)殼，正三角形平面，邊長99.7m，矢高13.3m6.1995年，黑龍江速滑館，柱面與球面組合網(wǎng)殼，輪廓尺寸86m×195m，覆蓋面積15000，亞洲面積最大一、網(wǎng)殼7.1994年，哈工大體育館，單雙層組合鞍型網(wǎng)殼,八邊形平面，64.2m×58m8.2000年，哈工大體育場，懸挑跨度35.8米，當(dāng)時國內(nèi)懸挑跨度最大一、網(wǎng)殼哈爾濱工業(yè)大學(xué)體育館HITGymnasium,Harbin一、網(wǎng)殼哈爾濱工業(yè)大學(xué)體育館HITGymnasium,Harbin二、單層殼的分類二、單層殼的分類20/74按結(jié)構(gòu)組成分：

單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼單層網(wǎng)殼雙層網(wǎng)殼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分類二、單層殼的分類網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式與分類殼體的型體主要采用典型曲面，即幾何學(xué)曲面，亦即不論其曲面形式如何，總可以用幾何學(xué)方程表達(dá)。曲面可由位于其主曲率方向的正交曲線坐標(biāo)系來定義，與其相應(yīng)的曲率半徑表示為R1和R2。正高斯曲率負(fù)高斯曲率零高斯曲率曲面某點的高斯曲率=k1*k2，k1，k2為該點的2個主法曲率。

從某種意義上講，曲面某點的高斯曲率反映曲面在該點的彎曲程度。如：高斯曲率≡0《==》曲面可展成平面。二、單層殼的分類

單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中常用的形式：

1、球面網(wǎng)殼2、柱面網(wǎng)殼3、雙曲拋物面型網(wǎng)殼4、折板型網(wǎng)殼5、自由曲面網(wǎng)殼

網(wǎng)格劃分原則：桿件種類少，網(wǎng)格面積均勻，節(jié)點連接的桿件數(shù)不宜太多，相鄰桿件的夾角不宜太小。按曲面形狀分圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼圓柱面網(wǎng)殼、橢圓柱面網(wǎng)殼和拋物線柱面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼組合網(wǎng)殼凱威特+葵花形圓球面網(wǎng)殼、橢圓球面網(wǎng)殼和拋物線球面網(wǎng)殼二、單層殼的分類1.球面網(wǎng)殼----網(wǎng)格布置選擇二、單層殼的分類2.柱面網(wǎng)殼圓柱面網(wǎng)殼、橢圓柱面網(wǎng)殼和拋物線柱面網(wǎng)殼柱殼的力量建筑平面為正方形或者矩形，較為常用。二、單層殼的分類2.柱面網(wǎng)殼單斜桿型柱面網(wǎng)殼人字形柱面網(wǎng)殼

剛度較差，適用于中、小型網(wǎng)殼二、單層殼的分類2.柱面網(wǎng)殼雙斜桿型三向網(wǎng)格型

聯(lián)方型網(wǎng)格剛度差聯(lián)方型

三向型網(wǎng)格剛度最好

雙斜桿型連接復(fù)雜二、單層殼的分類2.柱面網(wǎng)殼為提高剛度和穩(wěn)定性，對于長柱殼應(yīng)設(shè)橫向肋漢堡博物館庭院二、單層殼的分類叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

叉筒網(wǎng)殼是由柱面網(wǎng)殼按一定形式相貫組合而成，柱面之間不同的相貫角度可以組合成多種新穎的建筑造型。叉筒網(wǎng)殼有單層、單層加肋、雙層及局部雙層叉筒網(wǎng)殼之分。2.柱面網(wǎng)殼二、單層殼的分類3.雙曲拋物面網(wǎng)殼幾何構(gòu)成●一種直紋曲面●

雙向彎曲，穩(wěn)定性好二、單層殼的分類3.雙曲拋物面網(wǎng)殼該網(wǎng)殼是用直線擬合曲面,桿件可以保持直線形狀,因此其制作安裝非常簡單,但是曲面形式比較優(yōu)美。雙曲拋物面型網(wǎng)殼以其美觀的造型,合理的受力,得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。正交正放型正交斜放型二、單層殼的分類3.雙曲拋物面網(wǎng)殼德陽體育館石景山體育館廣州亞運會摔跤館哈工大體育館二、單層殼的分類4.折板型網(wǎng)殼這類網(wǎng)殼是綜合了鋼筋混凝土折板、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和殼體的優(yōu)點而發(fā)展起來的一種新型網(wǎng)殼。其結(jié)構(gòu)形式多種多樣,近年來在很多大型工程中得到應(yīng)用。深圳大運中心主體育場就是采用單層折板型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。二、單層殼的分類5.自由曲面網(wǎng)殼不能用解析解表達(dá)、不符合中面平衡條件的曲面

自由曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是最近比較流行的。自由曲面形式的網(wǎng)殼造型自由多變,富于動感,網(wǎng)格劃分美觀流暢,是今后網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個方向三、網(wǎng)殼選型三、網(wǎng)殼選型----支撐設(shè)置

網(wǎng)殼屬邊界條件敏感型結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼的支承構(gòu)造應(yīng)滿足不同結(jié)構(gòu)形式所必需的邊緣約束條件球面網(wǎng)殼的支承應(yīng)能夠抵抗水平位移柱面網(wǎng)殼沿兩縱邊支承時，應(yīng)能夠抵抗側(cè)向水平位移橢圓拋物面和雙曲拋物面網(wǎng)殼應(yīng)通過邊緣構(gòu)件將荷載傳遞給下部結(jié)構(gòu)支撐設(shè)置雙層網(wǎng)殼應(yīng)按實際構(gòu)造采用有側(cè)移或無側(cè)移的鉸支座單層網(wǎng)殼可采用不動鉸支座、剛性支座或彈性支座網(wǎng)殼邊緣宜設(shè)置具有足夠剛度的邊緣構(gòu)件，以避免應(yīng)力集中三、網(wǎng)殼選型----支撐設(shè)置支撐設(shè)置

支座水平推力的處理可采用：①加水平拉桿②結(jié)構(gòu)落地

③增加下部結(jié)構(gòu)剛度（加扶壁、斜撐）三、網(wǎng)殼選型----支撐設(shè)置支撐設(shè)置

邊緣約束構(gòu)件應(yīng)滿足剛度要求，并與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行整體計算；剛度設(shè)計問題：①從釋放溫度應(yīng)力及次應(yīng)力考慮：支承及約束應(yīng)減弱或設(shè)計得柔一些；②從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考慮：支承結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計得剛一些。設(shè)計時需兼顧以上兩方面，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度調(diào)整。三、網(wǎng)殼選型----支撐設(shè)置支撐設(shè)置三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則1）與建筑平面及造型相協(xié)調(diào)圓形平面——球殼、組合柱殼和組合雙曲拋物面殼矩形平面——柱面、雙曲拋物面和橢圓拋物面網(wǎng)殼狹長平面——柱面網(wǎng)殼菱形平面——雙曲拋物面網(wǎng)殼三角形、多邊形平面

——各種網(wǎng)殼的切割組合三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則美國麻省理工學(xué)院（MIT）禮堂（球殼平面為正三角形）三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則2）尺寸選用合理矢跨比是影響網(wǎng)殼受力的重要因素厚度對網(wǎng)殼受力和用鋼量均有影響示意圖平面尺寸B/L矢跨比f/B雙層殼厚度h/B單層殼跨度L<1兩端支承時1/3~1/6縱邊支承時1/2~1/51/20~1/50兩端支承時L≤35m縱邊支承時B≤30m柱面網(wǎng)殼幾何尺寸選用三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則2）尺寸選用合理示意圖平面尺寸矢跨比f/D雙層殼厚度h/D單層殼跨度D≥1/71/30~1/60≤80m球面網(wǎng)殼幾何尺寸選用三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則2）尺寸選用合理示意圖平面尺寸L1/L2矢跨比f/L雙層殼厚度h/L2單層殼跨度L2≤21/2~1/41/20~1/50≤60m雙曲拋物面網(wǎng)殼幾何尺寸選用三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則3）雙層網(wǎng)殼可采用鉸接節(jié)點，單層網(wǎng)殼宜采用剛接節(jié)點球形節(jié)點碗形節(jié)點柱形節(jié)點剛性節(jié)點1剛性節(jié)點2焊接球節(jié)點三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則4）球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格布置選擇大跨度宜采用具有三角形網(wǎng)格的形式；宜避免構(gòu)件密集小跨度：肋環(huán)型、Schwedler型、聯(lián)方型大跨度：三向網(wǎng)格型、Kiewitt型、短程線型三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則5）柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格布置選擇大跨度宜采用具有三角形網(wǎng)格的形式；小跨度：單斜桿型、人字形、聯(lián)方型大跨：三向網(wǎng)格型、交叉斜桿型三、網(wǎng)殼選型----選型原則選型原則6）網(wǎng)殼容許撓度單層網(wǎng)殼：L/400雙層網(wǎng)殼：L/250四、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類1焊接球節(jié)點五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類1焊接球節(jié)點焊接球節(jié)點是一種將桿件直接焊接到閉合的空心球上的節(jié)點，主要用于由鋼管組成的殼體，焊接球直徑一般從Φ120~Φ1200，壁厚4mm~40mm，單層殼體空心球的外徑與壁厚的比值宜取20~35，空心球外徑與主桿件外徑（邊長）之比宜取2.4~3，空心球壁厚與主鋼管低壁厚之比宜取1.5~2.0，當(dāng)焊接球直徑大于350mm時，為了提高焊接球承載力時，可以在焊接球內(nèi)增設(shè)環(huán)形加勁肋板，當(dāng)焊接球直徑大于800時，可以增加2道環(huán)形加勁肋，值得注意的是，為了控制焊接球的直徑，在受力較小的情況下，允許球面上相鄰桿件出現(xiàn)相貫的情況。這時候，可以采用加勁板的形式補強桿件與球體的連接五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類1焊接球節(jié)點規(guī)程主要推薦的單層網(wǎng)殼連接節(jié)點適合于桿件為圓管的單層殼體，也適用于桿件為方管的不規(guī)則殼體優(yōu)點是焊接球生產(chǎn)、采購容易，焊接質(zhì)量容易控制，現(xiàn)場安裝定位相對容易，圓管桿件端頭多為平口容易下料。缺點是焊接球直徑比桿件直徑大，影響建筑外形美觀；重量一般也較重，增加結(jié)構(gòu)整體重量，不利于殼體的整體穩(wěn)定。五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類2鼓節(jié)點1、標(biāo)準(zhǔn)鼓節(jié)點：焊接空心球削去一端或者兩端球冠，然后用圓形鋼板封平而成。2、簡易鼓節(jié)點：選取無縫鋼管的一截，上下用鋼板封閉而成。優(yōu)點：鼓節(jié)點的高度、大小可以根據(jù)與其相連桿件截面大小調(diào)整。相比焊接球節(jié)點，鼓節(jié)點更美觀，并且適用于桿件為圓管及方管、H型鋼等多種單層殼體，同時也比較容易保證各個桿件在節(jié)點處實現(xiàn)剛接。

缺點：標(biāo)準(zhǔn)鼓節(jié)點的唯一缺點是造價高，節(jié)點材料損耗大，加工周期長。

五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類3嵌入式轂節(jié)點可用于跨度不大于60米的單層球面網(wǎng)殼及跨度不大于30米的單層圓柱面網(wǎng)殼。

我國自行開發(fā)研制的一種裝配式節(jié)點體系。已用于100多個實際工程。單層網(wǎng)殼嵌入式轂節(jié)點JG／T136--2001五、單層網(wǎng)殼節(jié)點分類4鑄鋼節(jié)點鑄鋼