1、 大跨空間結構小論文網架和網殼結構的異同點分析 姓 名：學 號： 專 業：土木工程 網架與網殼結構異同點分析摘要：空間結構以輕巧的外形及合理的受力受到了廣泛運用，本文對兩種主要的空間結構 網架結構與網殼結構作了一些簡單的比較，羅列了一些異同點，加深對網架與網殼結構的認識，希望對網架與網殼的研究、分析與設計有所幫助。 關鍵字：網架 網殼 異同點為了滿足社會生活和居住環境的需要，人們向建筑物提出更高要求，需要足夠的跨度來達到更大的覆蓋空間的目的，而像網架和網殼這種空間結構就應運而生。所謂空間結構是指建筑結構的形狀具有三維空間形狀，在荷載作用下具有三維受力特性、呈立體工作狀態的結構。本文旨在探討網架

2、和網殼的異同點，但是因為他們的有些特性的界線不是很明顯，故只能粗中有細地進行分析。首先討論它們的相同或類似的部分。1、 網架和網殼隸屬體系相同。它們同屬于剛性空間結構體系，一般是由鋼桿件按一定規律組成的網格狀高次超靜定空間桿系結構，具有很好剛度的結構體系。2、 具有一些相似的優缺點。（1）結構組成靈活多樣但又有高度的規律性，便于采用，并適用各種建筑方面的要求。（2）節點連接簡單可靠，加工制作機械化程度高，并已全部工廠化。（3）用料經濟，受力合理，能用較少的材料跨越較大的跨度，節約鋼材。（4）分析計算成熟，已采用計算機輔助設計，大大縮短了設計周期。（6）適應建筑工業化、商品化的要求。（7）節點用

3、鋼量較大，加工制作費用仍較平面桁架為高。（8）是匯交于節點上的桿件數量較多，制作安裝較平面結構復雜. 3、結構形式均多種多樣。網架結構按結構組成分，有雙層和三層網架；按支撐條件，可分為周邊支撐、點支撐、三邊支撐和兩邊支撐、周邊支撐與點支撐相結合的混合支撐等；按網格組成主要分三類：第一類是由平面桁架系組成，有兩向正交正放網架、兩向正交斜放網架、兩向斜交斜放網架及三向網架四種形式；第二類由四角錐體單元 組成，有正放四角錐網架、正放抽空四角錐網架、斜放四角錐網架、棋盤形四角錐網架及星形四角錐網架五種形式；第三類由三角錐體單元組成，有三角錐網架、抽空三角錐網架及蜂窩形三角錐網架三種形式。按層數可分為單

4、層、雙層或但雙層；按曲面形式可分為圓柱面網殼、球面網殼、橢圓拋物面網殼及雙曲拋物面網殼。對于單層球殼按網格形式有六種：肋環型網格、施威德勒型網格、三向網格、凱威特型網格、聯方型網格、短程線型網格；單層圓柱面網殼的網格可采用單向斜桿正交正放網格、交叉斜桿正交正放網格、聯方網格、三向網格。4、 桿件設計與節點構造相同。桿件截面都是根據強度和穩定性計算確定。用鋼材制作的網架和網殼的節點，主要有十字板節點、焊接空心球節點及螺栓球節點三種形式。十字板節點適用于型鋼桿件的網架結構，桿件與節點板的連接，采用焊接或高強螺栓連接。空心球節點及螺栓球節點適用于鋼管桿件的網架和網殼結構。單層網殼的節點應能承受彎曲內

5、力，一般情況下，節點的耗鋼量占整個鋼網架結構用鋼量的1520% 。5、 永久荷載組成相同。（1）網架、網殼自重和節點自重。（2）樓面或屋面覆蓋材料自重。（3）吊頂材料自重。（4）設備管道自重。6、 荷載組合相同。（1）非抗震設計組合：由可變荷載效應控制的組合。 式中，-結構重要度系數，根據結構安全等級和使用年限分別取1.1、1.0、0.9；S-荷載效應組合的設計值；-永久荷載分項系數，一般取1.2，當其效應對結構有利時取為1.0； 、-第一個可變荷載和第i個可變荷載的分項系數，一般取1.4；-永久荷載標準值的效應值；、-按第一個和第i個可變荷載標準值計算的荷載效應值。-第i個可變荷載的組合值系

6、數，其值不應大于1.由永久荷載效應控制的組合。 式中，-永久荷載分項系數的取值一般為1.35，當對結構有利時，取1.0.當無吊車荷載和風荷載、地震作用時，需考慮半跨可變荷載和施工荷載的影響。（2） 抗震設計組合 式中，-重力荷載代表值的分項系數，一般取1.2.，當其效應對結構有利時取為1.0； -重力荷載代表值效應； 、-分別代表水平、豎向地震作用分項系數 、-分別為水平、豎向地震作用標準值效應。7、 相同的內力性質。 網架結構與網殼結構均為一種空間桿系結構，具有三維受力特點，能承受各方向的作用，空間整體性比較好。網架結構桿件及鉸接二層網殼的桿件均為二力桿。網架與網殼結構受溫度作用產生的應力對

7、支座約束類型比較敏感，約束數越多、越強，溫度應力就越大。在豎向荷載作用下，網架的上下弦桿在跨中內力較大，支座處的弦桿內力相對小些，支座處的腹桿內力較大，跨中腹桿內力較小，網架結構可以采用簡化計算公式估算內力，而網殼結構由于曲面形式多樣，內力分布與 曲面形狀相關，沒有統一的近似計算公式。8、 計算假定基本相同。包括（1）節點為鉸接，桿件只承受軸力；（2）按小撓度理論；（3）按彈性方法分析；（4）荷載作用在節點上。9、 地震反應分析方法相同。主要有振型分解反應譜法和時程分析法。振型分解反應譜法先計算結構的自振振型，選取若干個振型分別計算各個振型的水平地震作用，將各振型水平地震作用于結構上，求其結構

8、內力，最后將各振型的內力進行組合，得到地震作用下的結構內力和變形。時程分析法是由結構基本運動方程輸入地震加速度記錄進行積分，求得整個時間歷程內結構地震作用效應的一種結構動力計算方法，也為國際通用的動力分析方法。10、 施工安裝方法基本相同。主要分兩類：一類是在地面拼裝的整體頂升法、整體提升法和整體吊裝法；另一類是高空就位的散裝、分條分塊就位組裝和高空滑移就位組裝等方法。其次主要是探討它們有所差異的一些性質。1、 定義不同。網格結構是由很多桿件通過節點，按照規律的幾何圖形組成的空間結構。網格結構中，雙層或多層平板形網格結構稱為網架結構，而曲面形網格稱為網殼結構。2、 網殼較網架有突出的美感。網殼

9、具有優美的建筑造型，無論是建筑平面、外形和形體都能給設計師以充分的創作自由。可以有各種平面形式和曲面形式，甚至可以通過曲面的切割和組合得到。既能表現靜態美，又能通過平面和立面的切割以及網格、支撐與桿件的變化表現動態美。 3、 可變荷載的取值有所不同。網架的屋面，一般不上人，屋面活荷載標準值為0.5kN/m2，而網殼按荷載規范一般取0.3kN/m2.。由于網架和網殼的外形不同，自然導致風荷載體型系數不同，使風荷載產生差異。4、 屋面排水方式不同。由于網殼結構呈曲面形狀，形成了自然排水功能，而網架排水主要采用以下幾種方式。（1）整個網架起拱，這種做法抗震性能好。（2）網架變高度，這種做法導致上弦桿

10、和腹桿種類增多，給網架制作帶來一定困難，但提高了網架的抗震性能。（3）上弦節點上加小立柱，但需對小立柱進行抗震和穩定的驗算。5、 桿件的計算長度和容許長細比有所不同，計算長度的差異主要在其他腹桿的計算長度上，可查閱相關規范。對于壓桿限制長細比的目的是防止過于細長易產生初彎曲，大大降低桿件承載力；對于拉桿限制長細比的母的是為了保證桿件在制作、運輸、安裝和使用過程中有一定剛度；對于直接承受動力荷載桿件則要求具有更大剛度，具體數值可查規范。 6、 不同的內力性質。單層網殼結構的桿件需做成剛接，能夠傳遞彎矩，而網架基本為鉸接。平板網架對支座無水平推力或是拉力，而網殼一般不同，網殼需要較大的邊緣構件來約

11、束它。7、 抗震分析有所不同。網架：在設防烈度為8 度的地區，網架結構可不進行水平抗震計算，但必須進行豎向抗震計算。在設防烈度為9 度地區必須進行網架結構水平與豎向抗震計算。網殼：在設防烈度為7 度的地區，網殼結構可不進行豎向抗震計算，但必須進行水平抗震計算。在設防烈度為8 度、9 度地區必須進行網殼結構水平與豎向抗震計算。8、 網殼的穩定性問題較為突出。 網架結構的穩定問題不是特別明顯，有相當一部分網架的破壞由支座的破壞導致，而網殼結構的穩定需要特別關注，工程中的網殼破壞，特別是單層網殼，主要是由殼體的局部失穩開始。對于單層網殼結構在荷載作用下容易出現局部穩定問題，而且其穩定受到初始缺陷、非

12、線性、曲面形狀、網殼密度與厚度、結構與節點剛度、荷載分布邊界條件等因素的影響，較為復雜。網殼的穩定性可按考慮幾何非線性的有限元分析方法（荷載認一位移全過程分析）進行計算，分析中可假定材料保持為線彈性。用非線性理論分析網殼穩定性時，一般采用空間桿系非線性有限元法，關鍵是臨界荷載的確定。單層網殼宜采用空間梁系有限元法進行計算。球面網殼的全過程分析可按滿跨均布荷載進行，圓柱面網殼和橢圓拋物面網殼宜補充考慮半跨活荷載分布。進行網殼全過程分析時應考慮初始曲面形狀的安裝偏差影響；可采用結構的最低屈曲模態作為初始缺陷分布模態，其最大計算值可按網殼跨度的1 /300 取值。進行網殼結構全過程分析求得的第一個臨

13、界點處的荷載值，可作為該網殼的極限承載力。將極限承載力除以系數K 后，即為按網殼穩定性確定的容許承載力（標準值）。9、 影響結構非線性的因素不同。雙層平板網架主要是材料非線性影響偏大；單層網殼主要是幾何非線性影響偏大；雙層網殼幾何、材料非線性影響都比較大。幾何非線性影響隨跨度增大而增大，材料非線性隨跨度減小而增大，材料非線性會增大幾何非線性的影響。10、 較網架，網殼是一種缺陷敏感性結構，初始缺陷的存在將會明顯地降低網殼的穩定性，所以網殼很重視裝配應力的影響，一般都通過提高制作精度、選擇合適安裝方法和控制安裝精度使網殼的節點和桿件都能較好地就位，使之可不考慮。 11、內力分析方法有所區別。網架

14、結構和雙層鉸接網殼計算一般采用空間桁架位移法，假定節點為鉸接、桿件只承受軸力，服從小變形及線彈性理論，且網架只承受節點荷載；而對于剛接的網殼結構，宜采用空間剛架位移法，假定梁單 元為等截面雙軸對稱直桿、變形后梁截面仍為平面，同時服從小變形及線彈性理論。 在空間桁架位移法計算過程中，網架結構與網殼結構的單剛矩陣的建立有所區別。網架結構中，單剛矩陣沒有考慮桿件伸的影響，桿長取為原長，局部坐標系下直接建立單剛矩陣： (2) 再轉換到整體坐標系下的單剛矩陣。網殼結構一般考慮網殼變形對網殼內力的影響，網殼的平衡方程建立在變形后的位置上。所以，網殼結構的單元切線剛度矩矩陣建立在整體坐標系下： 式中單元切線

15、剛度矩陣； 單元線彈性剛度矩陣； 單元幾何剛度矩陣； 單元的初位移矩陣。 然后，建立整體坐標下的總剛矩陣，根據外荷載、邊界條件求解方程組，得到位移，再計算桿件內力。 12、地震動特性有所不同。網架結構和網殼結構的頻譜非常密集。網架與網殼結構的第一周期隨短向跨度的增大而增大。網架結構的剛度受網架高度影響較大，相應地，網殼結構的剛度受網殼的厚度影響較大。網架結構在進行抗震計算時，若不帶入下部結構，得到的對應較長周期的振型一般都是豎向振型。帶入下部結構計算后，若柱子抗側剛度較小，一般首先出現水平振型。而網殼結構的振型與矢跨比有關，矢跨比越小，第一振型越容易出現豎向振型，在工程運用中，矢跨比一般都較大，以水平振型為主。對于一般網架結構，第一振型對應的圓頻率近似公式采用瑞雷法： ， 網架基頻； 第一振型j節點對應重力荷載代表值；第一振型 i 節點對應位移。對于常用的雙層圓柱面網殼，基頻可按下式估算： 圓柱面網殼基頻，Hz 圓柱面網殼矢高，m B 圓柱面網殼波寬，m h 圓柱面網殼厚度，m L 圓柱面網殼長度，m 從公式反映出，網架結構的基頻直接受自重、荷載，間接受網架剛度的影響；而雙層柱面殼基頻計算 公式只與網殼的幾何參數相關。 網架結構與網殼結構在一定意思上并沒有嚴格的界