空間網殼鋼結構的發展與應用主講人：石起振1目錄：1.穹頂結構、網殼結構鋼結構的發展2.空間網殼鋼結構的發展3.空間網殼鋼結構的優點4.網殼計算方法的發展5.網殼結構發展趨勢與建議6.網殼結構的施工安裝方法

21.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展

穹頂結構（網殼結構的雛形）是歐洲古代建筑的重要標識之一，是一種最具代表性也最被欣賞的歐洲古代的建筑形式（以最小的材料表面封閉出最大的空間，耗用的材料最經濟）。31.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展古代，穹頂用石料建造，后來用磚石結構取代。例如：古羅馬萬神殿（典型代表）41.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展

中世紀，木材成為穹頂的主要覆蓋材料。到19世紀,鐵的應用為穹頂的發展開創了一個新紀元,使覆蓋大跨度建筑物成為可能。近代,鋼筋混凝土結構理論的出現及應用使穹頂的厚度大大降低,薄殼穹頂受到人們的極大關注,從而開辟了結構工程新領域。例如：1922年在德國耶拿建造了土木工程史上第一座鋼筋混凝土薄殼結構———耶拿天文館51.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展早期穹頂如圖：61.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展

第二次世界大戰以后，特別是近40多年來，網殼結構得到空前的重視和發展。原因是：（1）網殼結構在施工時，采用的是在工廠中預制的構件，重量輕，安裝簡易；（2）建筑構件的工業化為網殼結構的發展注入了強大的生命力，特別是發明了多種節點體系和自動化程度較高的生產方法，既提高了生產效率，降低了成本，又保障了安裝精度；（3）隨著電子計算機技術的不斷發展，廣泛應用于桿系結構的有限單元法和網殼結構的成型技術等，更促進了網殼結構的應用和發展。71.穹頂結構、網殼結構與鋼結構的發展隨著科技的發展，材料強度的不斷增強。原有穹頂結構的壁厚越來越薄，跨度越來越大形成了網殼結構。這時由于鋼材大量應用于建筑材料中，鋼結構誕生了。82.空間網殼鋼結構的發展

建筑結構通常按維度可分為二維的平面結構和三維的空間結構兩大類。其中由眾多鋼制桿件按照一定規律拼接而成的殼體，并具有三維受力特征的結構形式稱為空間網殼鋼結構。

空間網殼結構的形式早已擺脫早期單一的結構形式，向著多元化形式方向發展。一般可分為兩類：92.空間網殼鋼結構的發展(1)按高斯曲率劃分：零高斯曲率的網殼、正高斯曲率的網殼、負高斯曲率的網殼。(2)按曲面外形分類：（肋環型和施威德勒型、聯方型、凱威特型、短程線型、二向格子、三向格子型、應力表皮）球面網殼、單塊扭網殼、雙曲扁網殼、柱面網殼、雙曲拋物面網殼、圓錐面網殼、扭曲面網殼和切割或組合形成面網殼。102.空間網殼鋼結構的發展

空間網殼鋼結構在我國起步較晚,較早的有建成于1931年的廣州中山紀念堂鋼穹頂;建成于1973年的天津市體育館。但我國網殼鋼結構近30年來發展迅速，并后來者居上成為世界網殼鋼結構施工技術的領頭羊和探索者。已建成的有代表性的建筑有：國家大劇院、沈陽奧林匹克體育中心、昆明長水國際機場、深圳大運中心體育場、江陰市民水上活動中心、中國民航博物館等。這些大面積網殼鋼結構的建成，集中體現了我國空間網殼鋼結構高超的施工技術。112.空間網殼鋼結構的發展123.空間網殼鋼結構的優點

（1）具有優美獨特的建筑造型

：無論是平面布局，還是外觀形體都能給設計師無限想象的空間。在平面布局上可以選用多種形態。三角形、圓形、矩形、多邊形、扇形以及各種不規則的平面布局。球體、橢圓體、圓錐體、規則圖形組成的不規則形體等。

133.空間網殼鋼結構的優點(2)可以標準化構件拼裝

：

這些標準化構件（如：桿件和節點）可以在工廠預制，從而實現工業化、數字化生產，提高了空間網殼鋼結構的經濟性。

(3)應用范圍廣：

由于空間網殼結構是由眾多構件拼接而成跨度不受施工手段的限制，所以它適合各種規格的建筑物。

143.空間網殼鋼結構的優點(4)重量輕，施工簡便、快捷

：

由于鋼材強度大，空間鋼結構的結構形式合理使單位面積上的結構自重較輕，再加上結構拼裝特性使得現場安裝靈活性大，極大的方便了現場拼裝工程，甚至不需要大型的機具設備就可以完成拼裝工程。153.空間網殼鋼結構的優點(5)分析計算成熟：

隨著計算機與有限元在空間網殼鋼結構中的不斷推廣。通常可采用網殼鋼結構計算軟件，便能完成空間網殼結構的設計。極大簡化了空間網殼鋼結構的設計難度，降低了空間網殼鋼結構在施工施工過程中的不確定性。我國目前已有眾多空間網殼鋼結構有限元及輔助設計軟件，極大縮短了設計與施工時間。164.網殼計算方法的發展網殼結構的計算方法大致有兩類:（1）基于連續化擬殼理論的擬殼法：

擬殼法的基本假設是，用一等效的勻質連續體來代替由鉸接或剛接桿件組成的實際構架體系。該法是一種近似方法，可近似算出桿件的內力、節點的位移和結構的穩定性，適合于中小跨度的網殼計算。適合人工計算的間接方法，在計算機不發達的早期和現在進行初步設計時，擬殼法都是一個理性方法。174.網殼計算方法的發展（2）基于桿系有限元分析理論的離散結構法。

用該法可以精確的計算出網殼結構的內力和撓度。而且還編制了通用或專用的計算機程序,進行內力計算,并繪出彎矩、剪力和變形圖,甚至進行自動設計,選出桿件截面和節點規格。185.網殼結構發展趨勢與建議（1）堅持對網殼結構的非線性理論的創新，

通過理論和試驗研究，提出一些新的穩定計算公式。（各類網殼穩定性的計算理論和方法、破壞機理和極限承載力，給出實用的臨界荷載計算公式，合理選取穩定性安全系數。）（2）開發網殼結構的專門計算程序和簡化計算方法，

達到計算、設計和生產的計算機化與自動化。

195.網殼結構發展趨勢與建議（3）改進和發展網殼結構的施工方法，進一步有效的利用小型的提升和吊裝設備來安裝大型網殼結構。（4）在推廣應用一般的單、雙層網殼結構的同時，應進一步開發和采用組合網殼、斜拉網殼、預應力網殼和局部雙層網殼等多種新結構、新技術，以發揮和改善網殼的受力特性，增加剛度和穩定性，減少材料耗量，降低工程造價。205.網殼結構發展趨勢與建議（5）研制受力合理、構造簡單、制作安裝方便，且能定型化、標準化生產的各類單層網殼的剛性節點和可調節點。

（6）改進和發展網殼結構的施工方法，

進一步有效的利用小型的提升和吊裝設備來安裝大型網殼結構。216.網殼結構的施工安裝方法(1)高空散裝法：小型拼裝單元或散件（單一桿件或節點）直接在設計指定位置進行總拼的方法。高空散裝法又分為全支架法(滿堂腳手架)和懸挑法兩種。全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法則多用于在高空下的小拼單元拼裝，或者球面網殼三角形網格的拼裝。226.網殼結構的施工安裝方法(2)單元安裝法：將網架分成若干條狀或塊狀單元，分別用吊裝設備吊裝至設計指點位置安裝就位，然后再拼裝連接桿件形成整體的安裝方法。這里條狀單元是指：網架沿長跨方向分割為若干區段，每個區段的寬度可以現場情況而定，其長度則為短跨的跨度。而塊狀單元是指：網架按照一定幾何規律分割為若干規則圖形的單元，如長方形單元和正方形單元。每個單元的重量不超過現有吊裝設備的起重能力。236.網殼結構的施工安裝方法(3)高空滑移法：將網架單元依次安裝在事先設置滑軌的支撐上，并利用滑軌滑移到設計指定位置拼接成整體的安裝方法。這些單元可以在地面拼裝成型后利用吊裝設備吊至支撐上，也可用高空散裝法在高空拼裝平臺上拼接成滑移單元。246.網殼結構的施工安裝方法(4)網殼整體吊裝法：網架在地面總拼后，采用拔桿或吊裝設備進行整體一次性吊裝就位的施工方法。(5)整體提升法:在結構柱上安裝提升設備對網架實施提升，或伴隨柱子滑模施工進行提升的施工方法。256.網殼結構的施工安裝方法(6)搬起法：首先，建立逐級增高的臨時支撐體系，使其形成一個巨大的斜面，用以減少初始時刻的起搬應力值。第二，在結構底步設置旋轉起扳柱腳，并架設柱腳與基礎完全鉸接的提升結構，如a形支承架。第三，在臨時支撐體系上拼裝預搬起結構，并在關鍵節點上進行加固以滿足搬起過程中的結構剛度需要。