網(wǎng)架與網(wǎng)殼的異同點全面歸納

1、 大跨空間結(jié)構(gòu)小論文網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的異同點分析 姓 名：學 號： 專 業(yè)：土木工程 網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)異同點分析摘要：空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作了一些簡單的比較，羅列了一些異同點，加深對網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的認識，希望對網(wǎng)架與網(wǎng)殼的研究、分析與設計有所幫助。 關鍵字：網(wǎng)架 網(wǎng)殼 異同點為了滿足社會生活和居住環(huán)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(wǎng)架和網(wǎng)殼這種空間結(jié)構(gòu)就應運而生。所謂空間結(jié)構(gòu)是指建筑結(jié)構(gòu)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(tài)的結(jié)構(gòu)。本文旨在探討網(wǎng)架

2、和網(wǎng)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(wǎng)架和網(wǎng)殼隸屬體系相同。它們同屬于剛性空間結(jié)構(gòu)體系，一般是由鋼桿件按一定規(guī)律組成的網(wǎng)格狀高次超靜定空間桿系結(jié)構(gòu)，具有很好剛度的結(jié)構(gòu)體系。2、 具有一些相似的優(yōu)缺點。（1）結(jié)構(gòu)組成靈活多樣但又有高度的規(guī)律性，便于采用，并適用各種建筑方面的要求。（2）節(jié)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(jīng)濟，受力合理，能用較少的材料跨越較大的跨度，節(jié)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(yè)化、商品化的要求。（7）節(jié)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(jié)點上的桿件數(shù)量較多，制作安裝較平面結(jié)構(gòu)復雜. 3、結(jié)構(gòu)形式均多種多樣。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)組成分，有雙層和三層網(wǎng)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(jié)合的混合支撐等；按網(wǎng)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(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架及三向網(wǎng)架四種形式；第二類由四角錐體單元 組成，有正放四角錐網(wǎng)架、正放抽空四角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架及星形四角錐網(wǎng)架五種形式；第三類由三角錐體單元組成，有三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架及蜂窩形三角錐網(wǎng)架三種形式。按層數(shù)可分為單

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

5、力，一般情況下，節(jié)點的耗鋼量占整個鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)用鋼量的1520% 。5、 永久荷載組成相同。（1）網(wǎng)架、網(wǎng)殼自重和節(jié)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(jié)構(gòu)重要度系數(shù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)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(shù)，一般取1.2，當其效應對結(jié)構(gòu)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(shù)，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(shù)，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(shù)的取值一般為1.35，當對結(jié)構(gòu)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(shù)，一般取1.2.，當其效應對結(jié)構(gòu)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(shù) 、-分別為水平、豎向地震作用標準值效應。7、 相同的內(nèi)力性質(zhì)。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均為一種空間桿系結(jié)構(gòu)，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(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件及鉸接二層網(wǎng)殼的桿件均為二力桿。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受溫度作用產(chǎn)生的應力對

7、支座約束類型比較敏感，約束數(shù)越多、越強，溫度應力就越大。在豎向荷載作用下，網(wǎng)架的上下弦桿在跨中內(nèi)力較大，支座處的弦桿內(nèi)力相對小些，支座處的腹桿內(nèi)力較大，跨中腹桿內(nèi)力較小，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以采用簡化計算公式估算內(nèi)力，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于曲面形式多樣，內(nèi)力分布與 曲面形狀相關，沒有統(tǒng)一的近似計算公式。8、 計算假定基本相同。包括（1）節(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上，求其結(jié)構(gòu)

8、內(nèi)力，最后將各振型的內(nèi)力進行組合，得到地震作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形。時程分析法是由結(jié)構(gòu)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(nèi)結(jié)構(gòu)地震作用效應的一種結(jié)構(gòu)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(zhì)。1、 定義不同。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由很多桿件通過節(jié)點，按照規(guī)律的幾何圖形組成的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，雙層或多層平板形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而曲面形網(wǎng)格稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。2、 網(wǎng)殼較網(wǎng)架有突出的美感。網(wǎng)殼

9、具有優(yōu)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(chuàng)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(xiàn)靜態(tài)美，又能通過平面和立面的切割以及網(wǎng)格、支撐與桿件的變化表現(xiàn)動態(tài)美。 3、 可變荷載的取值有所不同。網(wǎng)架的屋面，一般不上人，屋面活荷載標準值為0.5kN/m2，而網(wǎng)殼按荷載規(guī)范一般取0.3kN/m2.。由于網(wǎng)架和網(wǎng)殼的外形不同，自然導致風荷載體型系數(shù)不同，使風荷載產(chǎn)生差異。4、 屋面排水方式不同。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)呈曲面形狀，形成了自然排水功能，而網(wǎng)架排水主要采用以下幾種方式。（1）整個網(wǎng)架起拱，這種做法抗震性能好。（2）網(wǎng)架變高度，這種做法導致上弦桿

10、和腹桿種類增多，給網(wǎng)架制作帶來一定困難，但提高了網(wǎng)架的抗震性能。（3）上弦節(jié)點上加小立柱，但需對小立柱進行抗震和穩(wěn)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(guī)范。對于壓桿限制長細比的目的是防止過于細長易產(chǎn)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(shù)值可查規(guī)范。 6、 不同的內(nèi)力性質(zhì)。單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件需做成剛接，能夠傳遞彎矩，而網(wǎng)架基本為鉸接。平板網(wǎng)架對支座無水平推力或是拉力，而網(wǎng)殼一般不同，網(wǎng)殼需要較大的邊緣構(gòu)件來約

11、束它。7、 抗震分析有所不同。網(wǎng)架：在設防烈度為8 度的地區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(qū)必須進行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)水平與豎向抗震計算。網(wǎng)殼：在設防烈度為7 度的地區(qū)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(qū)必須進行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)水平與豎向抗震計算。8、 網(wǎng)殼的穩(wěn)定性問題較為突出。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題不是特別明顯，有相當一部分網(wǎng)架的破壞由支座的破壞導致，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定需要特別關注，工程中的網(wǎng)殼破壞，特別是單層網(wǎng)殼，主要是由殼體的局部失穩(wěn)開始。對于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在荷載作用下容易出現(xiàn)局部穩(wěn)定問題，而且其穩(wěn)定受到初始缺陷、非

12、線性、曲面形狀、網(wǎng)殼密度與厚度、結(jié)構(gòu)與節(jié)點剛度、荷載分布邊界條件等因素的影響，較為復雜。網(wǎng)殼的穩(wěn)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(wǎng)殼穩(wěn)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(wǎng)殼宜采用空間梁系有限元法進行計算。球面網(wǎng)殼的全過程分析可按滿跨均布荷載進行，圓柱面網(wǎng)殼和橢圓拋物面網(wǎng)殼宜補充考慮半跨活荷載分布。進行網(wǎng)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(jié)構(gòu)的最低屈曲模態(tài)作為初始缺陷分布模態(tài)，其最大計算值可按網(wǎng)殼跨度的1 /300 取值。進行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(wǎng)殼的極限承載力。將極限承載力除以系數(shù)K 后，即為按網(wǎng)殼穩(wěn)定性確定的容許承載力（標準值）。9、 影響結(jié)構(gòu)非線性的因素不同。雙層平板網(wǎng)架主要是材料非線性影響偏大；單層網(wǎng)殼主要是幾何非線性影響偏大；雙層網(wǎng)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(wǎng)架，網(wǎng)殼是一種缺陷敏感性結(jié)構(gòu)，初始缺陷的存在將會明顯地降低網(wǎng)殼的穩(wěn)定性，所以網(wǎng)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(wǎng)殼的節(jié)點和桿件都能較好地就位，使之可不考慮。 11、內(nèi)力分析方法有所區(qū)別。網(wǎng)架

14、結(jié)構(gòu)和雙層鉸接網(wǎng)殼計算一般采用空間桁架位移法，假定節(jié)點為鉸接、桿件只承受軸力，服從小變形及線彈性理論，且網(wǎng)架只承受節(jié)點荷載；而對于剛接的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，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(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的單剛矩陣的建立有所區(qū)別。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換到整體坐標系下的單剛矩陣。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般考慮網(wǎng)殼變形對網(wǎng)殼內(nèi)力的影響，網(wǎng)殼的平衡方程建立在變形后的位置上。所以，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jù)外荷載、邊界條件求解方程組，得到位移，再計算桿件內(nèi)力。 12、地震動特性有所不同。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的頻譜非常密集。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的第一周期隨短向跨度的增大而增大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛度受網(wǎng)架高度影響較大，相應地，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的剛度受網(wǎng)殼的厚度影響較大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在進行抗震計算時，若不帶入下部結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)計算后，若柱子抗側(cè)剛度較小，一般首先出現(xiàn)水平振型。而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振型與矢跨比有關，矢跨比越小，第一振型越容易出現(xiàn)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(wǎng)架結(jié)構(gòu)，第一振型對應的圓頻率近似公式采用瑞雷法： ， 網(wǎng)架基頻； 第一振型j節(jié)點對應重力荷載代表值；第一振型 i 節(jié)點對應位移。對于常用的雙層圓柱面網(wǎng)殼，基頻可按下式估算： 圓柱面網(wǎng)殼基頻，Hz 圓柱面網(wǎng)殼矢高，m B 圓柱面網(wǎng)殼波寬，m h 圓柱面網(wǎng)殼厚度，m L 圓柱面網(wǎng)殼長度，m 從公式反映出，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基頻直接受自重、荷載，間接受網(wǎng)架剛度的影響；而雙層柱面殼基頻計算 公式只與網(wǎng)殼的幾何參數(shù)相關。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在一定意思上并沒有嚴格的界