网格结构设计要点 / 四六文摘

为加强自己对工程设计文件编制工作，保证设计文件的质量和完整性，提高设计制图水平和质量，给预算和施工提供准确依据。在设计工程施工图时一定要有据可依切不可闭门造车，必须在国家现行有关文件深度规范规定的基础上，结合工程的实际情况，才可作深度优化。做好学习笔记

网壳结构的优点

1 兼有杆系结构和薄壳结构的特点，杆件单一，受力合理；

2 结构刚度大，跨越能力大；

3 构件和连接节点工厂制造；

4 计算机程序计算分析；

5 结构造型丰富，尤其是曲面形状。

网壳结构的形式与分类

1. 按曲面曲率半径分类

2. 按曲面外形分类

通过切割与组合手段构成新的网壳外形

3.按网壳网格形式分类

球面网壳

圆柱面网壳

单层椭圆抛物面网壳

双层抛物面网壳

4.按网壳层数分类：单层网壳、双层网壳、局部双层网壳

双层网壳上弦按单层网壳布置，下弦和腹杆按相应平面桁架系、四角椎系或三角椎系布置

5.按网壳材料分类

钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳、组合网壳

网壳结构选型

网壳结构的选型应考虑跨度大小、刚度要求、平面形状、支承条件、制作安装和技术经济指标等因素综合决定。

1 、单层网壳刚接节点，双层网壳铰接节点；

2、应在网壳边界设置具有足够刚度的边缘构件来承受水平反力，如在圆柱面网壳的两端，双曲扁网壳和四块组合型扭网壳的四侧应设置横隔，球面网壳应设置外环梁；

3、球面网壳的网格布置：小跨度时可采用肋环型，大跨度的时宜采用能形成三角形网格的各种网格类型，如三向网格型、扇形三向网格型及短程线型网壳；

4 、圆柱面网壳的网格布置：小跨度时可采用联方网格型，大中跨度时可采用能形成三角形网格的各种网格类型。

球面网壳基本规定

1、球面网壳的矢跨比不宜小于1／7 ；

2 、双层球面网壳的厚度可取跨度(平面直径) 的1／3 0 ～1／6 0 ；

3 、单层球面网壳的跨度(平面直径) 不宜大于8 0 m 。

圆柱面网壳基本规定

1、两端边支承的圆柱面网壳，其宽度B 与跨度L 之比宜小于1 ．0 ，壳体的矢高可取宽度B 的1／3 ～ 1 ／6 ；

2 、沿两纵向边支承或四边支承的圆柱面网壳，壳体的矢高可取跨度L (宽度B ) 的1／2 ～ 1／5 ；

3、双层圆柱面网壳的厚度可取宽度B 的1／2 0 ～ 1／5 0 ；

4、两端边支承的单层圆柱面网壳，其跨度L不宜大于35m；沿两纵向边支承的单层圆柱面网壳，其跨度不宜大于30m。

双曲抛物面网壳基本规定

1、双曲抛物面网壳底面的两对角线长度之比不宜大于2 ；

2、单块双曲抛物面壳体的矢高可取跨度的1／2 ～ l／4 (跨度为两个对角支承点之间的距离) ，四块组合双曲抛物面壳体每个方向的矢高可取相应跨度的1／4 ～ 1 ／8 ；

3、双层双曲抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1／2 0 ～1 ／50 ：

4、单层双曲抛物面网壳的跨度不宜大于6 0 m 。

椭圆抛物面网壳基本规定

1、椭圆抛物面网壳的底边两跨度之比不宜大于1.5 ；

2、壳体每个方向的矢高可取短向跨度的1／6 ～ 1 ／9 ；

3 、双层椭圆抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1／2 0 ～ 1／5 0。

4 、单层椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于5 0 m 。

网壳支承构造

网壳的支承构造应可靠传递竖向反力，同时应满足不同网壳结构形式所必需的边缘约束条件；边缘约束构件应满足刚度要求，并应与网壳结构一起进行整体计算。各类网壳的相应支座约束条件应符合下列规定：

1、球面网壳的支承点应保证抵抗水平位移的约束条件；

2 、圆柱面网壳当沿两纵向边支承时，支承点应保证抵抗侧向水平位移的约束条件；

3 、双曲抛物面网壳应通过边缘构件将荷载传递给下部结构；

4、椭圆抛物面网壳及四块组合双曲抛物面网壳应通过边缘构件沿周边支承。

网壳分析方法

连续化假定分析法：

拟壳法——薄壳理论，不依赖计算机，不适用于曲面形状不规则，网格不均匀，荷载复杂等情况；

离散化假定分析法：

有限单元法——空间刚架位移法

单层网壳：

通常以焊接空心球为主的刚性连接方式——空间梁单元模型

双层网壳：

螺栓球/焊接球——空间桁架位移法（与网架类似）

《空间网格结构技术规程》对网壳结构，应符合

1. 在抗震设防烈度为7 度的地区，当网壳结构的矢跨比大于或等于1／5 时。应进行水平抗震验算；当矢跨比小于1 ／5 时，应进行竖向和水平抗震验算；

2. 在抗震设防烈度为8 度或9 度的地区，对各种网壳结构应进行竖向和水平抗震验算。

在单维地震作用下，对空间网格结构进行多遇地震作用下的效应计算时，可采用振型分解反应谱法；对于体型复杂或重要的大跨度结构，应采用时程分析法进行补充计算。

单层网壳自振规律

1. 自振频率密集；

2. 应考虑水平和竖向振型，判定主振型；

3. 周期随跨度增加而增大；

4. 支座刚度越大，基本周期越小。

双层圆柱面网壳自振规律

1. 频率密集，增加网壳刚度可以大大提高结构刚度；

2. 水平和竖向振型交叉出现；

3. 结构对支承刚度敏感，支承刚度越大，自振频率越高；

4. 柱面网壳，随矢跨比增大而减小。

失稳类型

1. 几何稳定：结构几何可变；

2. 约束稳定：结构刚体位移；

3. 变形稳定：结构出现大变位或位移跳跃。

屈曲类型

1. 极值点屈曲：位移随荷载增加而增加，直至平衡路径上的一个顶点；

2. 分枝点屈曲：位移随荷载增加而增加，直至平衡路径上的一个拐点；

初始缺陷

初始缺陷会显著降低结构的稳定承载力，会使分枝屈曲问题转化为极限屈曲问题。

网壳结构的失稳模态

杆件失稳；点失稳；条件失稳；整体失稳；耦合失稳。

网壳结构的失稳计算模型

1.拟壳法：网壳结构等待为连续薄壳，确定网壳稳定承载力。

2.离散化假定的有限元模型：计算机计算。几何非线性为主要因素，求解方法：人工弹簧法；位移增量法；弧长法。

影响网壳结构的失稳主要因素

1.非线性效应：几何变位，材料非线性；

2.初始缺陷：几何偏差，杆件初弯曲，残余应力；

3.曲面形状：越平坦越易失稳

4.网格密度：较疏网格，稳定承载性好；

5.结构刚度

6.节点刚度

7.荷载分布：非对称荷载；

8.边界条件：支承越多越稳定。

《网格规范》规定

单层网壳以及厚度小于跨度1／5 0 的双层网壳均应进行稳定性计算。

简化计算：

单层球面网壳：

单层椭圆抛物面网壳：

单层圆柱面网壳

几何非线性全过程分析

跟踪网壳结构的非线性荷载——位移全过程响应，了解整个过程中的强度、稳定性及刚度的变化历程，合理确定稳定承载力。迭代方程为：

初始缺陷：主要考虑结构缺陷；缺陷最大计算值可按网壳跨度的1／300取值。

非对称荷载：恒荷较小，风、雪荷载要考虑；

安全系数：稳定容许承载力(荷载取标准值) 应等于网壳稳定极限承载力除以安

全系数K 。当按弹塑性全过程分析时，安全系数K 可取为2.0；当按弹性全过程分析、且为单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳时，安全系数K 可取为4.2。

杆件设计计算——双层网壳（压/拉）

2. 轴心受压

杆件设计计算——单层网壳（压/拉/ 弯）

1. 拉弯和压弯

2. 压弯稳定性（闭口截面）

（完）

网格结构设计要点

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