网壳与悬索结构.ppt

网壳与悬索结构 山东科技大学钢结构所 王 来 特点： ⑴ 采用相同的格子和尺寸较小的单元，可以跨越较大的跨度。 ⑵ 各杆件没有鲜明的主次关系，受力均匀；网壳结构的轻型化是它的重要特征。 ⑶ 构件标准化、规格化，制造工厂化。 ⑷ 建筑造型美观。 ⑸ 受力合理，综合效益好。 跨度650m的网壳蓝图 200m、500m、1000m网壳蓝图 1.2 网壳结构的起源和发展 1.3 网壳曲面的形式 1 壳体的概念 被两个几何曲面所限的物体称为壳体； 这两个曲面之间的距离称为壳体的厚度； 等分壳体各点厚度的几何曲面称为壳体的中曲面； 过曲面上m点法线可作无数个法截面，得到无数个法截线，这组法截线分别对应一组曲率，这些曲率有两个极值，称为m点两个主曲率k1、K2，对应的主曲率半径为R1 R2，这一对主曲率方向(主方向)是相互正交的。 高斯曲率:T=K1×K2=1/R1×1/R2； 零高斯曲率网壳，即k1=0，k2不等于0，——单曲网壳；若k2=0成为平板网架； 正高斯曲率，即Kl×k20； 负高斯曲率网壳，是指两个主曲率k1×k20； 等厚度壳和变厚度壳； 薄壳、中厚壳和厚壳：当壳体的厚度远小于它的最小曲率半径时，成为薄壳；反之称为厚壳或中厚度壳。在网壳结构工程中一般为等厚度的薄壳。 典型曲面与非典型曲面。曲面分为两大类，一是可由几何学方程表达的几何曲面，亦称为典型曲面，如球面、圆柱面、抛物曲面等；另一类是不易用几何学方程来表达的非几何学曲面亦称非典型曲面。 2 基本曲面的形成方法 （1）旋转法形成曲面 一条平面曲线C绕该平面内某一给定的直线L旋转一周，由此形成的曲面称为旋转面，以旋转面为中曲面的壳体称为旋转壳。动曲线C称为母线，而定直线L称为旋转轴，如图所示。 （2）平移法形成曲面 1.4 网壳结构的形式 1.网壳形式 网壳按组成层数分为单层网壳和双层网壳 按曲面外形分类则有 球面网架 柱面网壳 切割或组合形成曲面网壳 其它曲面网壳 2 单层柱面网壳的网格形式 3 单层球面网壳的网格形式 （1 ）肋环形单层球面网壳 （2） 施威德勒型(肋环斜杆) （4） 联方形 单层壳的特点(跨度不宜超过40米) 刚度差 节点必须刚接，以传递剪力弯矩 动力性能分析（地震和风振） 稳定问题非常重要 4 双层网壳的网格形式 1.网壳的一般计算原则 网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及整体稳定计算除工作荷载之外，还应根据具体情况包括地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等效应。 网壳的永久荷载有：（1）网壳自重；（2）屋面材料的重力；（3）吊顶材料的重力;（4)设备管道的重力。 网壳结构的可变荷载有：（1）屋面活荷载；（2）雪荷载 ；（3）风荷载。 网壳结构具有很强的非线性性能，抗震分析宜采用时程分析法。 双层网壳符合下列条件之一者可不考虑温度应力的影响：（1）支座节点的构造允许网壳侧移且其侧移值等于或大于公式的计算值；（2）周边支承于独立柱，且网壳在验算方向跨度小于40m；（3）支承网壳的柱在单位水平力作用于柱顶时，柱顶位移大于或等于式公式的计算值。 不符合上述条件时，网壳应考虑温度应力的影响。设计中考虑的温度应力情况一般有两种：（1）整个网壳有温度变化；（2）双层网壳上下层有温度差△t。 网壳应按最不利的荷载效应组合进行设计。对于非抗震设计荷载效应组合应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009 —2001）进行计算。 对抗震设计，荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计规范》( GB 50011— 2001）进行计算。 2. 网壳的内力分析 网壳是一个准柔性的高次超静定结构 目前单层网壳计算主要是考虑几何非线性的有限单元法 考虑与不考虑几何非线性的有限单元法的区别在于前者考虑网壳变形对内力的影响 1.网壳的稳定性 网壳的稳定性计算可采用非线性有限单元法，取结构刚 度矩阵的行列式之值等于零 作为确定临界荷载的准 则，即： det[K]=0 刚度矩阵[K]应包含所有的非线性因素，使 det[K]=0的 荷载即为临界荷载{P}cr 。 注意： 在设计工作中需要引进临界荷载的折减系数 不同的网壳不能用相同的折减系数 网壳杆件的计算长度和容许长细比可按下表采用。 单层网壳杆件计算长度 1.5 悬索结构 中国航海博物馆中央帆体 双向交叉桁架构成空间网格壳体，两瓣壳体旋转对称，在高度约 41 米铰点相倚靠，总高度 57.8m 、跨度 66.0m 单向斜杆 交叉斜杆 联方形 三向网格 （3） 三向网格 正放四角锥柱面网壳 正放抽空四角锥柱面网壳 斜