网壳结构

　 　 网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。
　 　 网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。
　 　 我国网壳结构发展概况:
　 　 网壳结构在解放初曾有所应用。当时主要是一类联方型的网状筒壳，材料为型钢或木材，跨度在30m左右，如扬州苏北农学院体育馆、南京展览中心(551厂)、上海长宁电影院屋盖结构等。作为有影响的我国第一幢大跨度网壳结构是天津体育馆屋盖，采用带拉杆的联方型圆柱面网壳，平面尺寸为52m X68m，矢高为8.7m，用钢指标为45kg每平米。该网壳1956年建成，1973年因失火而重建。此后，截至1992年上半年，据不完全统计，我国已建成各类网壳近80幢，覆盖建筑面积约70000平米，其中80%是近10年兴建的。如1989年建成的北京奥林匹克体育中心综合体育馆，平面尺寸为70m X 83m，采用人字形截面双层圆柱面斜拉网壳，为目前国内跨度最大的网壳结构。同年建成的濮阳中原化肥尿素散装库，平面尺寸为58mX135m，采用双层正放四角锥圆柱面网壳，为国内覆盖建筑面积最大的网壳结构，也是第一个采用螺栓球节点的网状筒壳。1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，平面直径64m，矢高9.14m，为国内跨度最大的单层球面网完。又如1988年建成的北京体院体育馆，采用带斜撑的四块组合型双层扭网壳，平面尺寸为59.2m见方，矢高3.5m,挑檐3.5m，为我国跨度最大的四块组合型扭网壳。
　 　 特点
　 　 网壳结构的发展和大量的工程实践应用，网壳结构为建筑结果提供了一种新颖合理的结构形式，这主要是网壳结构具有以下优点：
　 　 (1)网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以跨越较大的跨度。网壳结构是典型的空间结构，合理的曲面可以使结构力流均匀，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高，节省材料。
　 　 (2)具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形状都能给设计师以充分的创作自由。薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网格结构几乎都可以实现。既能表现静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美。
　 　 (3)应用范围广，既可以用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，也别是超大跨度的建筑。在建筑平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、扇形以及各种不规则的平面。在建筑外形上可以形成多种曲面。
　 　 (4)可以用小的构件组成很大的空间，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设备，因此综合经济指标较好。
　 　 (5)计算方便。目前我国已有许多适用于多种计算机类型的各种语言的计算软件，为网壳结构的计算、设计和应用创造买有利条件。
　 　 (6)由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功能，不需像网架结构那样采用小立柱找坡。
　 　 一般计算原则
　 　 网壳结构主要应对使用阶段的外荷载(包括竖向和水平向)进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。
　 　 强度、刚度分析
　 　 网壳结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。网壳结构根据网壳类型、节点构造，设计阶段可分别选用不同的方法进行内力、位移计算：
　 　 l)双层网壳宜采用空间杆系有限元法进行计算；
　 　 2)单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算；
　 　 3)对单、双层网壳在进行方案选择和初步设计时可采用拟壳分析法进行估算。
　 　 网壳结构的外荷载可按静力等效的原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。分析双层网壳时可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力；分析单层网壳时假定节点为刚接，杆件除承受轴向力外，还承受弯矩、剪力等。当杆件上作用有局部荷载时，必须另行考虑局部弯曲内力的影响。对于单个球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳的风载体型系数，可按《建筑结构荷载规范》(GB 50009 一2001 ) 取值；对于多个连接的球面网壳、圆柱面网壳和双曲抛物面网壳，以及各种复杂体形的网壳结构，应根据模型风洞试验确定风载体型系数。
　 　 稳定性分析
　 　 网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法(荷载认一位移全过程分析)进行计算，分析中可假定材料保持为线弹性。用非线性理论分析网壳稳定性时，一般采用空间杆系非线性有限元法，关键是临界荷载的确定。单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算。
　 　 球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差影响；可采用结构的最低屈曲模态作为初始缺陷分布模态，其最大计算值可按网壳跨度的1 /300 取值。
　 　 进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数K 后，即为按网壳稳定性确定的容许承载力(标准值)。
　 　 抗震分析
　 　 在设防烈度为7 度的地区，网壳结构可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。在设防烈度为8 度、9 度地区必须进行网壳结构水平与竖向抗震计算。