空间网格结构的回顾与发展_空间网格结构_若干重点内容介绍_约翰_奇尔顿
第34卷第7期建筑结构2004年7月空间网格结构的回顾与发展
)))5空间网格结构6若干重点内容介绍
约翰#奇尔顿著高立人译
[提要]回顾了空间网格结构的发展历程,总结了这种结构体系的分类,介绍了近30年来若干著名的空间网格工程实例,对可折叠空间网格、组合楼盖、张拉整体空间网格结构等新技术进行了阐述。
[关键词]空间网格结构可折叠结构组合楼盖张拉整体结构
T he development of space grid structure s is review e d.T he classification of this kind of structure is summarized.Some famous engineerings of space grid structure are introduced.New techniques,such as deploya ble structure,c omposite floor slabs,tensegrity grid structure etc.,are expounded.
K eyword s:space grid structure;deploya ble structure;composite floor slab;tensegrity structure
一、百年的发展
空间构架(space frame)、空间网格或网架、网壳的最早开拓者和实践者是著名的电话发明者亚历山大#格雷厄姆#贝尔(Alexander Graham Bell,1847~1922,生于爱丁堡的美国人)。在二十世纪头几年他曾试验用三角锥与四角锥的模数单元来装配空间网格,见图1。贝尔在1907年刊登的关于鸢式结构的论文中写道: /当然,这四面体(即三角锥)单元组件的应用不但对鸢式和飞艇式结构是不受限制的,而且还能适用于其它任何类型的结构,并能达到既轻型又符合强度要求的理想综合效益。,,这就是可装配的单元组件的特色。0贝尔还认为完全可以用三角锥或四角锥的单元组件来代替/砌块0建造大型的结构。同年贝尔用铸铁节点与钢管杆件在美国的贝不列建造了一座了望塔。
尽管早在二十世纪初贝尔就已开发了轻型高强的空间桁架或网格结构,但一直到1943年随德国的Mero体系问世才开始作为第一个商品化的空间网格体系在建筑市场上应用。随后英国的Space Deck、美国的Octet等系列产品相继上市,到六十年代,这些系列产品都已推广到世界各国。到二十世纪末,全世界已发展出数以百计的不同空间网格的系列产品。总的归纳起来,这些系列产品一般能分成三大类:
11/小部件0拼装体系(/piec e-small0syst e ms)
(1)球节点:实心球节点有M ero KK(德国)、Orona SEO(西班牙)等;空心球节点有NODUS(英国)等。
(2)圆柱形节点:T riodet ic(加拿大)等,见图2。
(3)板节点:M oduspan(美国)等。
(4)/无结0节点(/nodeless0joint):Octet T russ与Mult-i hinge(美国)等,见图3
。
图1二十世纪初贝尔提出的空间网格结构
21连续弦杆体系
Harley(澳大利亚)、M ai Sky(美国)与Cat rus(苏格兰)等,见图4。
31模数单元体系(Modules systems)
(1)空间桁架式模数单元:Space Deck(英国)、U n-i bat(法国)和ABBA系列(南非)等,见图5。
(2)空间构架式模数单元:CUBIC Space Frame(英国)等,见图6。
二、近30年来若干著名的空间网格工程
111970年日本大阪世博会喜庆广场空间网架
象征/进步与和谐的人类0的喜庆广场是由丹下健三设计,屋顶是一个29116m@108m的仅支承在六个高出地面30m的格构柱上的巨型空间网架(图7),由1018m@1018m的上下偏置方形网格组成,高71637m。该网架的横向柱中心间距7516m,两边各自悬挑1612m;纵向两跨均为108m,两端再各自悬挑3718m。在空间网架的一个主跨上开了一个直径约54m的圆洞,一个象征太阳的塔从广场升起,穿过圆洞高高地耸立在屋顶的上方。
这是一座巨大规模的空间桁架式网格结构,受压杆的长度需要用大直径的钢管来满足,弦杆直径达
500mm,斜腹杆直径350mm。所有弦杆或斜腹杆的外径都是统一的,只是根据受力大小将钢管壁厚分别取成719~30mm。在杆端焊有截顶圆锥体的铸钢接头,然后用直径70~188mm的高强螺栓连接在直径800~ 1000mm的铸钢大空心球节点上。支承柱也延续屋顶网格的风格,在一根直径118m的中心管柱的外围用相同的构件组装成大型的格构柱。整个结构共用管杆件2272根,球节点639个。
该结构在控制加工精度方面采用了与众不同的方法。对于空间网格来讲,节点的方位必须严格符合设计要求,工程中所采用的方法是对加工构件尺寸的精度不那么严格控制,在装配时允许在节点连接处对杆件的长度作小量的填隙调节,但必须精确地锁定球节点在空中的正确方位。当然,对于那些节点数量很多,或在空中进行装配的网格来讲,这种方法是不适用的,但对于本工程这种节点间距很大,并在地面整体装配的情况来讲,这种方法是可行而有效的。本工程杆件长度的可填隙调节的余地是0~50mm,用若干个钢填隙片嵌入在杆件锥头与球节点之间的缝隙中即能达到填隙调节的目的。
在地面上围绕着六根1803mm直径的中心管柱整体装配该巨型空间网格,装配完后用6台450t的滑升气压千斤顶以80mm一步的行程、平均每日2m的速度同步顶升。随着屋顶的升起即开始安装这些中心管柱的外围构架,并在外围构架的底部设置临时支撑以保证整个安装期间内的结构在地震与风荷载作用下的整体刚度与稳定。在顶升与柱子外围构架的安装都完毕后,荷载即通过新安装的分枝式柱帽节点支座传给了格构柱,同时拆走了格构柱底部的临时支撑。这样,整个结构的受力状态即变成柱底铰接,而屋盖与柱之间刚接的框架作用,与安装期间的柱底刚接,柱顶临时铰接的受力状态恰恰相反。为避免在安装完柱帽而尚未来得及拆除柱底临时支撑的这段时间内出现过大的温度应力,从装柱帽到拆去临时支撑的整个过程仅用了一个晚上的时间。
21
美国加利福尼亚水晶大教堂图2挤压成型的T ri odetic锁芯节点
图3美国第二生物圈工程Mul t-i hinge/无结0节点
图4标准的Harley80
型节点连接
图5Space Deck模数单元组件与拉杆
图6标准的CUBIC S pace Frame模数单元组件
图7喜庆广场的空中俯视
举世闻名的位于洛杉矶的加利福尼亚花园丛林社区教会的水晶大教堂是一个竖向墙体与屋顶都采用同一空间网格的难得实例,整幢建筑几乎都被封闭在镶满了玻璃的空间网格结构内(见图8)。
这座大教堂菱形建筑平面的长短轴分别为126m 和6311m,地面以上高39m 。实际上该结构不是真正的双层空间网格,它的内弦杆仅沿一个方向设置,组成在一个方向的一系列平行的由平面桁架连接而成的构架,将阻碍建筑物视觉的横向内弦杆取消,见图8。空间网格由直径分别为5018,6315,7612mm 的钢管杆件装配而成。斜腹杆主要通过和焊在平行短轴的弦杆上的缀板栓接在一起。在墙与屋盖的交接处采用了铸钢节点连接构件,以适应高应力和复杂的杆件连接构造形式。与刚度较大的墙网格结构相比,该屋顶网格结构显得比较/细长0,所以在设计中除水平地震作用外还按照/统一建筑规范0的要求考虑了竖向地震作用,该项目于1980
年建成。
图8 水晶大教堂的标准节点连接
31英国斯坦史特机场FFV 飞机维修库
1988年建成的FFV 飞机维修库是一座菱形平面的建筑物。其由两个边长均为98m 的等边三角形边贴边地组成,菱形平面的长轴为170m,短轴为98m 。在沿飞机库长轴方向的两道外墙上开了两个72m 宽、21m 高的大门洞,以接纳两架波音747-400系列的飞机。该空间构架式网格屋顶支承在四个分别设在菱形平面角部的主柱与两个门洞上方519m 高的格构大梁和沿周边设置、中心间距611m 的次柱上。风力主要通过四根主柱的竖向悬臂作用来抵抗,次柱主要承受垂直荷载。
飞机库采用的CU BIC Space Frame 模数单元网格屋顶却比采用相应的空间桁架式模数单元体系要明显地降低工程造价。这主要是该体系采用了简单、便宜的制造与装配技术,使它赢得了良好的经济效益。
菱形屋顶采用了正交的双层空间网格,网格的总高度为4m,上下弦杆分别平行于菱形平面的长短轴(即与飞机库的周边呈30b 或60b 的夹角)。这些正交弦
杆分别将长短轴等分成48段,则自然形成315m @210m 的空间网格模数单元,见图9。共用了1201
个模
图9 飞机库结构平面图
数单元组件,其中绝大多数是X 型的平面形状,而周边的模数单元组件则是L 型的平面形状。所有的单元组件都是在特制的拼装台上加工组装,共用了七种不同尺寸的/梁、柱0截面,所有弦杆的标称截面高度是200或400mm,而竖直腹杆都是采用方形的空心截面,尺寸从200@200到300@300。组装完的模数单元组件的质量在015t 与110t 之间。弦杆与竖杆之间的刚性连接用面承板来补强,在空心竖杆的两端设置了顶盖板并与弦杆满焊连接。模数单元组件之间的连接采用直径24mm 的高强螺栓将焊在两单元组件弦杆端部腹
板上的搭接板栓接在一起,见图6
。
图10 正在安装过程中的飞机库屋顶
在不同的施工阶段,采用不同的装配与安装方法。开始时在飞机库的中部搭起一个临时支撑塔架,先在地面上将总长等于98m 短轴的三个模数单元宽的空间构架式网格分成三段装配。用两台移动式吊车先吊装第一段空间网格,将其一端安装在角部的主柱上,另一端由起重机悬吊在空中。接着吊装第二段,搁置在临时支撑塔架上,一端在空中及时地与第一段的弦杆搭接板栓接就位。继续再吊装第三段,并分别连接在第二段与对角的主柱之间。这样就构成了一座跨越短
轴方向的空间网格桥,为后续的安装创造了可在两侧同时进行的条件。随后在桥的两边分别吊装单个模数单元组件或已在地上装配好的小组装段在空中安装就位,当屋顶的空间网格已安装到七个模数单元的宽度时即可拆去临时支撑塔架。图10显示正在施工中的
部分已安装就位的屋顶网格。
图11 多伦多穹苍合拢状态与敞开过程示意图
与原先设计的空间桁架屋顶相比,CUBIC Space Frame 屋顶将飞机库的总高度降低了近2m,为27m 多一点。该项目被授予1989年不列颠建筑工业奖项的最高奖,并在1990年获得钢结构设计奖。
41加拿大多伦多穹苍
穹苍(Skydome)屋顶除了是当今世界最大净跨的空间网格结构外,还是一个可开合的屋顶结构,全部敞开时可使90%的观众座席处于露天。穹苍靠近安大略湖,挨着市中心,与当今世界最高结构55313m 高的多伦多钢筋混凝土电视台毗邻。从1989年建成以来,该穹苍就被视为多伦多城市的象征。
这座能在20min 内就敞开的开合式屋顶共分成四个组合段,一段是固定不动的,而另外三段都是可以移动的,见图11之屋顶网格平面图。有两个跨度分别为208m 和202m 的可推拉的拱形段,其中的一段可以平移到另一段的下面。另一段可移动的是四分之一穹顶
的扇形面,其最大跨度174m,沿一个环形轨迹移动。而固定段即为另一个对称的四分之一穹顶扇形屋面。由于该屋顶结构的特殊构造形式,采用了双层空间网格,但没有用模数单元体系来建造。这两个可平移的拱形段由一系列平行的、间距710m 的平面拱形桁架与横向桁架及上下弦杆平面内的斜撑组成。同样,这两个四分之一穹顶扇形面也分别由四榀主拱形桁架与径向加劲肋及斜撑组成。在敞开的过程中首先是将较小的下置拱形段(图11中的B 段)沿55m 长的轨迹平移到固定的四分之一穹顶扇形段(D 段)的上方,然后将较大的上置拱形段(A 段)平移103m 搁置在B 段的上方。最后将可移动的四分之一穹顶扇形段(C 段)沿周边圆弧轨迹滑行309m 缩进B 段与D 段之间的空档(见图11)。这些可移动的A,B,C 段屋面的质量分别为2400,2200和1800t 。
从二十世纪八十年代末至今这段时间里,在全球尤其是在那些几乎一年四季都会出现反常气候状况的国家或大城市都越来越流行给大型体育场建造可开合的屋顶。尽管这种屋顶的造价贵,但市政当局都很清楚地意识到这是在给自己的城市树立名气与声望。
51西班牙巴塞罗纳圣特霍地体育馆
由日本建筑师
崎新和结构工程师川口卫设计的
1992年巴塞罗纳奥运会的主会场圣特霍地体育馆(图12)的网壳屋顶最大平面尺寸是128m @106m,其中带有不同曲率的中心区域壳面的尺寸为80m @60m 。其空间桁架为双层网格,高度只有215m,为短跨的1/42。从周边的支承柱顶到屋顶的最高点的矢高为21m,即离赛场的最大净空高度约45m 。
该网壳采用了西班牙Orona SEO 的/小部件0拼装体系,共用了9190根钢管杆件和2403
个铸钢球节点。
(a)全景图
(b)剖面图
图12 西班牙巴塞罗纳圣特霍地体育馆
整个网壳屋顶支承在周边的60根钢管柱上。该屋顶的形式很新颖,其中最富有创新精神的是采用了/庞大拱顶0(/Pant adome 0)的安装方法。
在拆除顶升塔架后,除在中心部位网壳下方悬挂着一个60m @22m 、重83t 的记分牌、电视屏幕的辅助平台外,整个馆内空无一柱。测得屋顶的最大竖向变形挠度为140mm,与计算机分析结果完全一致。
61悉尼澳大利亚体育场
2002年悉尼奥运会的主会场是一座直径约300m 的巨大体育场。在观众席的上方采用了一种斜置网格的钢空间网壳屋顶。其外周边支承在斜看台的支承梁上,而在场内这一边是支承在一个跨度为28516m 的拱形桁架上,见图13
。为了将体育场地总高度尽可能
图13 施工中的悉尼运动场全景与支承场内
网壳边缘的28516m 跨度的拱形桁架
的压低,用斜置网格组成了一种双曲抛物面的屋顶,沿赛场的长轴起拱,而沿短轴下垂。将拱形桁架设置在屋面的上方是为了充分利用它的结构功能,同时也为了保证坐在高位置的观众也能一览无遗地观看比赛。该双层网格的弦杆是斜置的,与体育场的轴线呈45b 夹角,目的是为了用直杆件来构成双曲的表面。采用了10m @10m 网格(图14),但网格的结构高度是变化的,从最大4m 到周边降为零,以跟壳面的三维弯矩包络图相吻合。为了解决周边斜网格节点的布局和斜看台支承梁之间的几何形状不协调,则在两者之间加了一道棱形截面的弧形桁架相连过渡。
在体育场最后建成的造型中,又在其两端的临时看台的上方填补了可拆卸的屋顶,也是用10m @10m
网格,但其结构高度从中心部位最大的6m 逐渐向边缘部位减小。在两端的后续填补屋顶尚未安装前,这两座壳面屋顶是不能发挥它们各自的薄膜作用的。但由于周边棱形截面桁架是连续贯通的,从而形成一道完整封闭的波浪式环梁,再加上两端后续填补的网格屋顶,就能产生一定程度的有效薄膜作用。预期将来的发展需要,在拱形桁架及其支座的承载力设计中考虑了万一将来在两屋顶之间全部填补封顶可能增加的荷重,即屋顶总质量可达6000t
。
图14 悉尼运动场10m @10m 斜置网格屋顶平面图
最初曾建议通过在空中进行单个四角锥组件的连接来安装该斜网格屋顶,但实施的安装方法是首先在地面上装配最大长度达90m 的斜网格组合部件,然后逐次吊装就位。就位后应首先将这些部件的两端分别连接在拱形桁架与周边的棱形桁架上,然后再从两端向内顺次连接在相邻的已安装完毕的网格部件上。
尽管澳大利亚体育场的屋顶钢结构跨度这么大,但其用钢量才88kg/m 2
,这足以证明空间网格结构的经济性与有效性。
三、可折叠展开的空间网格结构
11可折叠展开的结构设计思想开拓者是西班牙
的结构工程师Emilio P reg Pi n ero,他在上世纪六十年代初发明了一种由两根在中部相连的杆件所构成的剪刀型组件,将若干个单元组件的杆端彼此连接在一起则形成一种可伸缩的桁架式结构,然后再相互横向连接,则构成一种折叠展开式的空间网格,并获得了专利。1964年夏天他在马德里安装的一幢建筑面积8000m 2的活动展览馆就是由许多12m @9m 可折叠展开的空间网格模数单元组件所构成的,每个单元组件质量仅500kg,运输时折叠起来的平面尺寸只有018m @017m,见图15。后来整个展览馆又相继搬到圣塞巴斯汀和巴塞罗纳使用,而折卸折叠这座8000m 2的建筑仅用了7d 的时间。
211992
塞维尔世博会委内瑞拉馆可折叠结构
图15 马德里活动展览馆可折叠结构及其运输情形
由于当时西班牙的施工安装费用太高,再加上按规划要求该馆只是一座临时性建筑,所以该馆选择了可折叠的空间网格方案,屋盖在委内瑞拉加工制造组装,然后运到塞维尔现场安装,见图16
。
图16 委内瑞拉馆空间网格屋顶剖面图
为了采用可简便折叠的空间桁架式网格,将屋顶设计成三角形的横截面。其中长斜面用一个中间支架将其分成13m 和18m 两跨,而另一斜面(几乎接近垂直)也是18m 。该网格屋盖采用了铝合金6261以减少
运输和装卸的重量。
图17 /庞大拱顶0法的三铰线单折与五铰线
双折拱顶网壳的平、剖面图
空间网格先在委内瑞拉分两部分组装,第一部分由22榀13m 长的平面桁架组成,第二部分则是由两段
各自独立的、分别为22榀长18m 的平面桁架所组成,并将这两段桁架的一端用铰相互连接在一起。海运时将这两段折叠在一起作为一个包装件处理,包装件的总尺寸为1818m @310m @218m,包括包装材料在内的总重量只有8000kg 。像这样一个由6475个构件组成的1242m 2
的空间网格在运到塞维尔后仅用了13h 就全部展开安装完毕,其中还包括现场安装稳定该空间网格所需的附加杆件。
31/庞大拱顶0安装方法的基本原理
川口卫开发的用于大型双曲拱顶网壳安装的/庞大拱顶0法利用了铰接结构的机动可变性原理。可以将庞大的双曲拱顶网壳的复杂结构横截面分成几个部段,且彼此铰接相连。铰线位置的选择主要是考虑能
否合适地折叠这个横截面。这样,绝大部分的屋顶都可以它的折叠形状在接近地面的位置装配,然后再随着顶升按设计的外形展开并定位。同时,它不只限于一种做法,而与所设置的铰线数量有关。图17显示了这种大型拱顶网壳安装方法的基本原理,在网壳顶升到位后为稳固该拱顶网壳必须在图(a)中沿第2道铰线和在图(b)中沿第2与第4道铰线加设网格杆件。
这种安装方法的第一个工程实例是为1985年世界大学生运动会作准备的日本神户世界纪念馆,随后在巴塞罗纳圣特霍地体育馆、新加坡室内体育馆等工程中应用。
四、值得关注的若干新技术
除上面所述可折叠展开和可开合的网格结构的应用在今后会继续发展外,还有以下技术值得关注。
11组合楼盖
现代钢筋混凝土楼盖结构中往往会因为要从梁的
下面走通风管道而不得不加大楼盖的层间高度和建筑
图18混凝土楼面板的组合楼盖
物的总高度。而空间网格结构的空腹构造形式则可在其楼盖结构内铺设通风管道和水电服务设施,这样就可以降低所需的楼层结构高度。这就意味着在规划设计限定的建筑总高度内能够增加层数或降低建筑物的总高度,两者都有明显的综合效益。
经过多年的研究,CU BIC Space Frame 开发了一种组合楼盖结构的标准体系,见图18。现浇混凝土顶板与空间网格之间的抗剪连接件是带有连接螺栓与顶螺帽的上节点的延伸件,这样就可以排除现场焊接的需求。用来支托现浇混凝土楼面的平薄钢板置于两个正交方向的上弦杆之间,并用节点的连接螺栓将其夹紧。由于在混凝土板内已埋有一个方向的上弦杆及其连接螺栓,所以没有必要采用压型钢板,则更为经济。
21张拉整体的空间网格结构
自上世纪六十年代美国Buckminster Fuller 等人发明并取得专利以来,张拉整体(tensegrity)的空间网格结构尽管至今还几乎没有一个完全按这个概念建成的工程实例,但却一直吸引着众多建筑师与结构工程师。这种结构里的受压杆件仅是用来定位直接张拉的杆件。M otro 等人目前正在进行这方面的研究,并开发了双层张拉整体的网格体系。图19是他们做的用于屋顶结构的方案设计模型。张拉整体网格的最大优势就是它的轻型、透明度和容易被折叠展开,所以将来用
于空间网格结构有很大的潜力。
图19 双层张拉整体网格模型
图20 /挑战20040的/空中城市0
31向空中发展的巨型建筑结构
为了满足未来城市人口的增长需要,建筑师和结构工程师们正在探讨和建议向空中发展的各种巨型建筑方案,其中比较有代表性的是日本清水建设株式会社提出的一幢在上班时间能容纳约一百万人的金字塔/空中城市0设计方案,见图20。取名/挑战20040(/T RY 20040)的巨型建筑物是一个2800m @2800m 方形底面,顶尖升入空中高达2004m 的金字塔多层空
间桁架式网格结构。其主要模数单元是由两个350m @350m 方形底面,高25015m 的四角锥底部相连构成
的八面体组件。
采用金字塔外形的一个重要原因就是为了提高空间网格的日照采光率。根据统计四角锥形式每年能比立方体形式每单位表面积多采集25%的阳光,比典型的/摩天大楼0多采集45%的阳光。金字塔的外形与全三角形的空间网格的合二为一更提供了对风和地震作用的极理想的抵抗能力。
方案设计中网格的水平杆采用直径10m 的管子,管内设有感应电动机配套的交通运输系统。斜杆的直径为16m,管内也设置了交通运输的连续环城缆车系统及其相应的设施。空心球节点的直径达50m,以提供水平与斜杆管内交通系统的集散与转换。为减少结构的自重将采用通过玻璃纤维和碳纤维增强的轻质材料来建造,计划施工期限为七年。
该方案充分证明了多层空间桁架式网格的有效适应能力。虽然这还是一个梦,它的现实可行性将会受到环境影响与社会认同的责疑,但它确实反映了未来空间网格应用的一种前景。
可以确信空间网格结构的发展前景是无可置疑的。
5空间网格结构6一书列举了国际上众多的工程实例,其中还包括空间网格的几何形状、材料和体系、设计与施工等章节。为收集这些第一手资料,作者的足迹几乎踏遍了欧、亚、澳和南北美洲。目前,中国正处在大规模基础建设时期,其内容可供国内从事空间结构设计和研究的工程技术人员参考借鉴(该书中文版近期将由中国建筑工业出版社出版)。
钢骨高强混凝土框架节点抗震性能研究
近几年,随着高强混凝土应用日益增多,钢骨高强混凝土结构也得到了发展,但对其工作性能的研究相对较少,特别是对其抗震性能的研究。沈阳建工学院课题组经过3年的研究取得成果有:
通过5个HSRC 柱与钢筋高强混凝土(HRC)梁边节点试验研究,明确了HSRC 柱/HRC 梁边节点的受力机理和破坏模式,得到了HSR C 柱/HRC 梁节点的位移延性系数、等效粘滞阻尼系数及影响因素;建立了HSRC 柱/HRC 梁边节点的抗裂及抗剪承载力计算公式;明确了HSRC 柱/HRC 梁边节点各加载历程的损伤变化,分析了含钢率、轴压比和节点核心区配箍率对损伤性能的影响,给出了节点的损伤模型;研究了钢骨高强混凝土结构的恢复力特性,建立了钢骨高强混凝土框架柱的恢复力模型,确定计算力学模型,研制了钢骨高强混凝土框架结构地震反应分析程序,分析了其动力特性。在高层、超高层建筑和大跨桥梁中,采用钢骨高强
混凝土结构具有良好的经济和社会效益。
详解空间结构(网架结构)的发展规律
详解空间结构（网架结构）的发展规律 空间结构（网架结构）的发展是和人类生活、生产的需要，科学技术水平以及物质条件的发展紧密相连的，它经历了一个漫长的发展过程。回顾人类发展的历史，就可发现其中一个显著的特点就是其活动空间的不断改善与扩充。远古伊始，人类或挖洞穴居或构木为巢，仅是为争取一个生存的空间，随着科学技术的发展，人们懂得运用各种材料建造出更牢固、更舒适的空间。空间结构已成为21世纪建筑结构学科中最重要与最活跃的发展领域之一，回 顾空间结构的发展历程，可以总结出一些空间结构的发展规律。 空间结构的跨度越来越大。从古罗马的圣彼得大教堂到英国伦敦的“千年穹顶”，其直径由42m扩大到320m.在每一次空间结构形式的创新和发展的背后，都伴随着建筑物跨度的不断增大。近年来，已建或在建的超过百米跨度的建筑愈来愈多，各种形式的空间结构向超大跨度结构发展，如我国广州会展中心张弦立体桁架跨度达到126.6m、广州新白云机场立体管桁结构跨度180m、国家大剧院双层空腹网壳跨度212mx146m、国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架的跨度也达到177m等，国家“鸟巢”体育场微弯型网架的跨度达到了340mx290m. 空间结构向轻量方向发展。随着空间结构跨度的增加，结构自重对跨度的影响也越来越明显，通过空间结构诸如薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构的发展过程，结构的自重越来越轻，从砖石穹顶的6400kg/㎡减少到膜结构的10kg/㎡,体现了建筑结构的飞跃进步。 由单一结构向组合杂交结构发展。早期结构形式所用的材料、结构形式比较单一。随着空间结构的发展，将多种材料相互组合，将多种构件相互杂交，取长补短，发展为各种组合结构（如组合网格结构）、杂交结构（如斜拉网格结构、预应力网格结构等）。
网架结构设计与施工规程jgj7—91(1)
网架结构设计与施工规程JGJ7—91 主编单位：中国建筑科学研究院、浙江大学批准部门：中华人民共和国建设部施行日期：1992 年4 月1 日关于发布行业标准《网架结构设计与施工规程》的通知建标[ 1991] 648号 各省、自治区、直辖市建委（建设厅），计划单列市建委，国务院有关部门：根据原城乡建设环境保护部（86）城科字第263 号文的要求，由中国建筑科学研究院、浙江大学主编的《网架结构设计与施工规程》，业经审查，现批准为行业标准，编号JGJ7—91，自1992 年4 月1 日起施行。原国家建筑工程总局批准的标准《网架结构设计与施工规定》JGJ7—80 同时废止。 本规程由建设部建筑工程标准技术归口单位中国建筑科学研究院归口管理和解释。由建设部标准定额研究所组织出版。在实施过程中如有问题和意见，请函告中国建筑科学研究院。中华人民共和国建设部1991年9 月29日 主要符号 Ab ――网架下弦杆截面面积； At ——网架上弦杆截面面积； Am——支承（上承或下承）平面弦杆截面面积的算术平均值； Aeff ――高强度螺栓有效截面面积； D ――网架的折算抗弯刚度；钢球直径； d 钢管外径； di, d2――组成B角的钢管外径；螺栓直径； ds――销子直径； E――弹性模量； Ec――柱子材料弹性模量； FEK ――网架结构的总水平地震作用标准值； FEVKi ――作用在网架第i节点上竖向地震作用标准值； Ft ――总起动牵引力； Ft1, Ft2 ――起重滑轮组的拉力标准值； f——钢材的强度设计值；――高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值；Gi ――网架第i节点的重力荷载代表值；Gk ――网架的永久荷载标准值；Gok ――网架总自重标准值；gok 网架自重标准值； He ――柱子高度； h――网架高度； I ――简化为交叉梁系的折算惯性矩； Ke ――悬臂柱的水平刚度； L1 ――网架的长向跨度； L2——网架的短向跨度； I ――杆件几何长度； M ——拟夹层板的弯矩设计值； Nb ――网架下弦杆轴向力设计值； Nc ——网架斜杆轴向力设计值，受压空心球的轴向压力设计值； Nt ----- 网架上弦杆轴向力设计值，受拉空心球的轴向拉力设计值; ――高强度螺栓的拉力设计值；
空间信息网格的框架结构和关键技术
1空间信息网格的框架体系和关键技术 杜娟1，关泽群 1 （1 武汉大学遥感信息工程学院，武汉市珞瑜路129号，430079） (dusongjuan@https://www.360docs.net/doc/8616647296.html,) 摘要：本文首先分析了网格兴起的背景和国内外在网格领域的研究进展，并结合空间信息自身的特点提出空间信息网格的概念，接着建立了空间信息网格三层体系结构，最后阐述了空间信息网格的元数据目录、存储资源代理、互操作技术、智能体技术、空间信息网格服务以及安全机制等关键技术。 关键词：网格、空间信息网格、体系结构、元数据、互操作 1 引言 计算机网络技术的发展已经历了分别以Internet和WEB为代表的两次浪潮[1]。现在，新一代的网格技术已逐渐成为计算机网络技术发展的主流，被称之为网络技术的第三次浪潮。在Internet实现计算机硬件的连通，WEB实现网页的连通之后，网格技术试图实现互联网上所有资源的全面连通，即利用高速国际互联网或专用网络把地理上广泛分布的计算资源、存储资源、通信资源、网络资源、软件资源、数据资源、信息资源、知识资源等连成一个逻辑整体，最终实现在网格这个虚拟组织环境上进行资源共享和协同工作[2]。 由于空间信息具有关系复杂、非结构化、数据量大、随时间变化以及多源异构等特点，使得传统的空间信息系统和WebGIS都不能很好的解决空间资源的有效共享和充分利用问题。网格的出现为空间信息科学的发展带来了机遇。在网格环境下的空间信息技术不仅可使所有可共享的资源实现充分共享，而且强调资源共享的一体化管理，由此产生了空间信息网格（Spatial Information Grid，SIG）。 空间信息网格（Spatial Information Grid，SIG）是一种汇集和共享地理上分布的各种海量空间信息资源，对其进行一体化组织与管理，具有按需服务能力的空间信息基础设施。其最终目标是将Internet上的空间信息服务站点连接起来，实现服务点播（Service On Dem- and）和一步到位的服务（One Click Is Enough）[3]。 2 网格技术研究进展 网格的概念一经提出，很快就受到了世界各国的高度重视，并且成为研究与开发的竞争焦点。美国、英国和日本等发达国家都投入了数亿的研究资金进行网格技术的相关研究。美 1本课题得到教育部博士点基金（20030486045）资助。
铝合金空间网格结构支承面检验批质量验收记录
铝合金空间网格结构支承面检验批质量验收记录 注：本表内容的填写需依据《现场验收检验批检查原始记录》。本检验批质量验收的规范依据见本页背面。
填写说明 一、填写依据 1 《铝合金结构工程施工质量验收规范》GB50576-2010。 2 《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013。 二、检验批划分 铝合金空间网格结构安装工程应按变形缝、施工段或空间刚度单元划分成一个或若干个检验批。 三、GB50576-2010规范摘要 主控项目 11.2.1 铝合金空间网格结构支座定位轴线的位置、支柱锚栓的规格应符合设计要求。 检查数量：按支座数抽查10%，且不应少于4处。 检验方法：用经纬仪和钢尺实测。 11.2.2 支承面顶板的位置、标高、水平度以及支座锚栓位置的允许偏差应符合表11.2.2的规定。 检查数量：按支座数抽查10%，且不应少于4处。 检验方法：用全站仪或经纬仪、水准仪、钢尺实测。 注：L为顶面测量水平度时两个测点间的距离。 11.2.3 支承垫块的种类、规格、摆放位置和朝向，必须符合设计要求和国家现行有关标准的规定。橡胶垫块与刚性垫块之间或不同类型刚性垫块之间不得互换使用。 检查数量：按支座数抽查10%，且不应少于4处。 检验方法：观察和用钢尺实测。 11.2.4 铝合金空间网格结构支座锚栓的紧固应符合设计要求。 检查数量：按支座数抽查10%，且不应少于4处。 检验方法：观察检查。 一般项目 11.2.5 支座锚栓尺寸的允许偏差应符合本规范表10.2.4的规定。支座锚栓的螺纹应受到保护。 检查数量：按支座数抽查10%，且不应少于4处。 检验方法：用钢尺实测和观察。
空间网架发展历史及安装方法
空间网架安装技术中国网架发展历史 网架结构广泛用作大跨度的屋盖结构。特点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。 网架结构节点有焊接球、螺栓球和钢板节点三种形式。网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，可组合成平面形状的任何形体 网架结构是以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状高次超静定结构。 杆件可以用多种材料制成，而以钢制管材或型材为主。这种结构在第二次世界大战之前在欧洲出现，而真正大规模应用则是在战后。当时，网架结构以其工厂制作、现场安装、施工方便、节约劳力等优点在不少场合取代了钢筋混凝土结构。网架结构的蓬勃发展是由于其具有一系列优点。首先是网架能起空间作用，由于所有杆件都能参与工作而具有良好的受力性能，其刚度和整体性优于一般平面结构，能有效承受各种非对称荷载、集中荷载和动荷载。网架中所有杆件的整体受力在地震作用下也显示了它优异的抗震特性。其次，网架结构制作安装比较方便。杆件与节点都可以在工厂生产，使现场工作量降至最低，同时也不需要复杂的技术，这就便于网架进行定型化工业化的施工，加之，中国在网架施工中还创造了一些简便有效的安装方法，并有专业化施工队伍进行安装。 在中国，第一个网架结构是在1964年首次用于上海师范学院球类馆的屋盖上，这个31.5m×40.5m大小，以角钢焊成的网架，掀起
了中国空间结构发展史上新的一页。经过二十多年的发展，网架结构已遍布全国各地，成为屋盖结构的一种主要形式。 由于网架结构的施工比一般平面结构复杂，因为它在拼装成整体之前还不能起空间作用，所以网架在大跨度体育馆逐渐推广之后，在施工中曾采用了多样的安装方法，并创造了一系列具有中国特色的安装技术。如上海体育馆就地拼装、整体起吊、高空移位安装方法，20世纪70年代出现了分条制作，高空滑移拼装，就地拼装、整体提升等安装方法。这些方法的改进与创新，对进一步在大、中跨度屋盖上推广应用网架起到了有力的推动作用。20世纪80年代，唐山经受地震灾害重建时，考虑到网架有优于一般平面结构的抗震性能。在唐山齿轮厂联合厂房、唐山机车车辆厂、客车总装车间等工程中都采用了上万平方米的网架结构。进入20世纪90年代，工业厂房中大面积的网架结构更是屡见不鲜，其规模也迅速增大。 网架安装方法 中国在大跨度网架安装施工中采用了多种安装方法，并创造了一些具有世界先进水平的安装技术，网架安装技术大致可分为整体吊装法、整体提升法、高空滑移法、高空散装法，分块安装法等几种。 整体吊装法 网架地面总拼时可以采用就地与柱错位或在场外进行。当就地与柱错位总拼时，网架起升后在高空中需要移位或转动1～2m左右，再下降就位。由于柱是贯穿在网架的网格中的，因此凡与柱相连的梁应断开，即在网架吊装完成后再施工框架梁。而且建筑物在地面以上的
网架结构的种类及其性能特点
网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。 网架在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。网架结构的优点是用钢量小、整体性好、制作安装快捷，可用于复杂的平面形式。适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。 网架主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中以钢网架用得较多。 网架结构可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。 单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。网架结构是空间网格结构的一种。所谓“空间结构”是相对“平面结构”而言，它具有三维作用的特性。空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。空间结构也可以看作平面结构的扩展和深化。网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小。 网架结构根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力；单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。 按实际用途：钢结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱网架结构距车间
我国空间网架结构的发展现状pdf(DOC)
1997 年 12 月天津城市建设学院学报第3卷第4期D ec. 1997 JOU RNAL O F T IAN J IN IN ST ITU T E O F U RBAN CON STRU CT ION V o l. 3N o. 4 我国空间网架结构的发展现状 刘锡良X潘延东 (天津大学300072) 摘要论述网架结构(平板网架及网壳)在我国迅速发展的原因,并对其进行分析,然后按结构形式、网架连接、计算分析、施工检验以及质量等分别详述其发展情况,最后列举一些典型有代表性的实例,并浅谈曲面型网架(网壳)的展望。 关键词:网架结构,平板网架,网壳 THE PRESENT CO ND IT IO N O F THE D EVELO PM ENT O F SPACE FRAM EWO RK STRUCTURE IN CH INA L iu X ilang Pan Yandong (T ian jin U n iversity300072) Abstract In th is p ap er, the rea son s fo r rap id developm en t of sp ace fram ew o rk structu re (fla t sp ace fram ew o rk and reticu la ted shell) in ou r coun try a re discu ssed and ana lyzed. T he developm en t situa tion of sp ace fram ew o rk structu re is exp la ined in deta il acco rding to its structu ra l style, con nection typ e, ca lcu la ting ana lysis, con struction exam ina tion and qua lity resp ectively. F ina lly, som e typ ica l exam p les a re listed and an elem en ta ry in troduction to the p ro sp ect of the cu rved fram ew o rk ( reticu la ted shell) is m ade. Key words: fram ew o rk st ructu re, fla t sp ace fram ew o rk , ret icu la ted shell 2 空间结构主要是指薄壳、网架、网壳、折板和悬索结构。这五种结构在我国都有不同程度 的应用和发展,特别是网架应用范围最广,数量最多,近年来发展很快,从1990年在北京举行的第十一届亚运会的场馆建筑上就可看出网架结构的应用情况。亚运会新建的十三个场 馆中十一个采用了网架与网壳,其中焊接球节点占绝大多数,平板型网架占一半以上(表1)。如从全国各省、市、地区或县的体育馆来看, 几乎全部采用空间结构, 而且大部分采用网架结构。这主要是网架技术比较成熟,重量轻、工期短、造价低廉,当然还有抗震性能好、刚度 大等一些独特优点。另外由于重量轻,用于大跨度更是独占鳌头,非此莫属。目前我国已建 成的8000余座网架中,中小跨度占绝大多数,这又说明网架所适用的范围不仅限于大跨度X收稿日期: 19977年3月
网架发展历程
网架发展历程(一) 日期：2008-12-16 17:57:14 人气：360 网架的历程 二十世纪以来，在全世界范围内空间结构都得到了很大的发展。空间网架结构是空间网格结构的一种，所谓“空间结构”是相对“平面结构”而言，它具有三维作用的特性，空间结构也可以看作平面结构的扩展和深化。空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。 空间结构经过一个世纪的不断发展，在结构形式方面，除了网架、网壳之外，膜结构、张拉整体体系、开闭屋盖、可折叠结构等都是空间结构的新成员。二十世纪初期，钢铁材料为网架结构的发展提供了条件，其后的铝合金则使得网架的杆件更轻巧。近些年来的复合材料，特别是大量的新型建筑材料被开发出来，对空间结构的发展产生了强烈的影响。材料应用方面由于钢材品种与强度的不断提升，空间结构也越多地采用了型钢、钢管、钢棒、缆索乃至铸钢制品。在很大程度上，空间结构成了“空间钢结构”。随着现代计算机的出现，一些新的理论和分析方法，如有限单元法、非线形分析、动力分析等，在空间结构中得到了广泛应用，以至空间结构的计算和设计更加方便和准确，使得空间结构现在千变万化，种类多样。可以说空间结构已成为当代建筑结构最重要和最活跃的领域之一。 网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。常应用在屋盖结构。 通常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面型的空间网格结构简称为网壳。网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网壳有单层和双层两种。平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式。 网架的形式较多。按结构组成，通常分为双层或三层网架；按支承情况分，有周边支承、点支承、周边支承和点支承混合、三边支承一边开口等形式；按照网架组成情况，可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥体组成的空间桁架角锥体系等等。 我国网壳结构发展概况: 网壳结构是曲面型的网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性，受力合理，覆盖跨度大，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×68m，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×83.Zm，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58m×135m，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。 网架发展历程 - 1 -
空间网架结构设计
空间网架结构设计
高福聚
石油大学建筑工程系 二○○四年六月
第四章
网架结构设计
4.1 网架结构的形式及种类
4.1.1 网架结构的基本单元及几何不变性
1．基本单元 网架结构可以看作是平面桁架的横向拓展、也可以看作是平板的格构 化。网架结构的起源，据说是仿照金刚钻石原子晶格的空间点阵排布，因 而是一种仿生的空间结构，具有很高强度和很大的跨越能力。 网架结构是由许多规则的几何体组合而成，这些几何体就是网架结构 的基本单元。常用的有：三角锥、四角锥、三棱体、正方棱柱体，此外还 有：六角锥、八面体、十面体等（图 4－1） 。
图 4-1
网架结构的基本单元
1
网架在任何外力作用下都必须是几何不变体系。因此，应该对网架进 行机动分析。 2．网架几何不变的必要条件 网架是一个铰接的空间结构，其任意一个节点有三个自由度。对于一 个具有 J 个节点，m 个杆件的网架，支撑于具有 r 根约束链杆的支座上时， 其几何不变的必要条件是： （4－1） 如果将网架作为刚体考虑，则最少的支座约束链杆数为 6，故 r ≥6。 由此可知，当 m ≥ 3 J ? r 时，为超静定结构的必要条件；当 m ＝ 3 J ? r 时，为静定结构的必要条件；当 m ≤ 3 J ? r 时，为几何可变体系。 3．网架几何不变的充分条件 分析网架结构几何不变的充分条件时，应先对组成网架的基本单元进 行分析，进而对网架的整体作出评价。 三角形是几何不变的。如果网架基本单元的外表面是由三角形所组 成，则此基本单元也将是几何不变的。在对组成网架的基本单元进行分析 时，一般有以下两种类型和两种分析方法。 1）两种类型： 自约结构体系 自身就为几何不变体系； 它约结构体系 需要加设支承链杆，才能成为几何不变体系。 2）两种分析方法： ① 以一个几何不变的单元为基础， 通过三根不共面的杆件交出一个新 节点所构成的网架也为几何不变；如此延伸。 ② 列出考虑了边界约束条件的结构总刚度矩阵 0， [K ] 为非奇异矩阵，网架位移和杆力有唯一解，网架为几何不变体系； 如果 K ＝0， [K ] 为奇异矩阵，网架位移和杆力没有唯一解，网架为几何 可变体系。
m + r ? 3 J ≥0 或 m ≥ 3 J ? r
[K ] ,
如果 K ≠
4.1.2
网架结构的形式
在对网架结构分类时，采取不同的分类方法，可以划分出不同类型的 网架结构型式。一般地， 1．按结构组成分 1）双层网架 具有上下两层弦杆，是最常用的网架结构形式。 2） 三层网架 具有上中下三层弦杆， 强度和刚度都比双层网架提高很 大。在实际应用时，如果跨度 l＞50m，酌情考虑；当跨度 l＞80m 时，应
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空间网架结构
空间网架结构 1、网架的特点和形式 网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。常应用在屋盖结构。通常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面型的空间网格结构简称为网壳。 网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网壳有单层和双层两种。平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式。 （1）网架特点 ①网架结构是高次超静定空间结构。空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。
②网架结构的自重轻，用钢量省； ③既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋； ④同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。 ⑤网架结构取材方便，一般采用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式有钢管和角钢两类，以钢管采用较多，并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）。 ⑥网架结构其杆件规格统一，适宜工厂化生产，为提高工程进度提供了有利的条件和保证。 由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的平板空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、
影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。 （2）网架的形式 ①网架按弦杆层的形式：按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。 (a) (b) 图3—1 双层及三层网架 ②双层网架的形式 a.平面桁架系网架：包括两向正交正放网架、两向正交斜放、斜交斜放网架和三向网架。特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、
空间网格结构(网架与网壳结构)的三大优势分析
网格结构是在20世纪中叶以来特别是近30多年发展最快的空间结构形式，它是将多根杆件，按照某种有规律的几何图形，通过节点连接成的一种网格状的三维杆系结构。空间网格结构的外形可以成平板状，也可以呈曲面状。前者称为平板网架结构，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。网格结构是网架与网壳的总称。网架与网壳结构统称为空间网格结构。 网格结构在国内外应用广泛且发展速度很快，这主要是由于其具有以下优点： （1)网格结构为三向受力的空间结构，受力合理，可以跨越较大的跨度，节约钢材。网架结构比单向受力的平面结构（如平面桁架）自重轻、钢材用量少。网壳结构中虽然曲面多样化，但从整体上来看主要承受压力，通过增大刚度，减小变形，精心设计可使网壳受力合理均匀，同样达到节省钢材的目的。 （2)工业化程度高，施工工期短，综合经济指标较好。网格结构的组成特点是用小构件组成跨度很大的空间结构，其构件和节点比较单一而且定型化，网格可以做成标准尺寸的预制单元、预制节点和零件，加工制作机械化程度高，可全部工厂化生产，成品质量高、工期短；预制单元和节点零件尺寸小、重量轻，便于存放、装卸、运输、拼装；节点连接简便可靠，现场施工安装操作简单快捷、灵活，且质量可靠，尤其网架结构，现场仅需简单的拼装，技术简单，工作量小，安装不需要大型起重设备。 （3)网格结构应用范围广泛，适用于各种跨度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，满 足建筑功能或工艺灵活和复杂的各种要求，且网格结构可拆可装、便于建筑物的扩建、改建或移动搬迁。而且，网架结构中，可利用其上下弦之间的空间布置各种设备及管道等，能有效地利用空间，经济合理且使用方便。
铝合金空间网格结构及其应用
用心专注服务专业 铝合金空间网格结构及其应用 空间网格结构是由大致相同的格子或尺度较小的基本结构单元组合而成，可均匀三向传递力流的空间结构.本文所涉及的铝合金空间网格结构包含单、双层网壳和网架.若按节点刚度分类，铝合金网架和双层网壳属铰接体系，铝合金单层网壳属刚接体系.即在对网架和双层网壳进行结构分析时，可假定节点为铰接，杆件只承受轴力; 对单层网壳可假定节点为刚接，杆件除承受轴力外，还承受弯矩、扭矩和剪力等.若按单元组成分类，铝合金空间网格结构均属刚性单元结构，包括以梁单元作为基本构件的单层网壳和以杆单元作为基本构件的网架和双层网壳.上述两种分类方法中，杆单元对应于铰接体系，节点具有3个自由度，构件单元仅受轴力作用; 梁单元对应于刚接体系，每个节点具有6个自由度，构件单元在承受轴力的同时受到不可忽略的弯矩作用.事实上用于工程中的任何节点体系都是既非理想铰接又非理想刚接，节点都处于半刚性状态，而结构分析中所采用的模型只是一种分析简化方法，在结构分析中应尽可能采用符合结构实际受力行为的结构模型，充分考虑其合理性以保证结构的安全性. 从形态学角度来看，网架结构构件密度高于单层网壳，杆件的高密度布置导致网架构件的高冗余性，存在承载力过剩问题，而单层网壳冗余构件较少或不存在冗余构件，这对结构整体屈曲性能有着不可忽视的影响. 2. 1 铝合金空间网格结构在国外的应用 网壳结构最早可追溯到1863 年，有“穹顶之父”之称的德国人Schwedler 设计建造了第一个钢网壳结构.最早的网架结构于1940 年建成于德国，采用Mero 体系.近几十年来，以网壳和网架为代表的空间网格结构飞速发展.相比于钢网架和网壳结构，铝合金空间网格结构出现较晚，1951 年建成的英国“探索”穹顶是世界上建成最早的铝合金网壳结构.随着加工技术的不断发展，制造工艺的改进，节点体系的不断创新，计算分析以及设计水平的提高，铝合金空间网格结构不但在诸如体育场馆、会展中心、剧场等公共建筑中被采用，而且在大型石油化工产品的储罐、火力发电厂的干煤库及污水处理厂等工业领域也得到了广泛的推广和应用.表1 列举了国外部分具有代表性的铝合金空间网格结构. 2. 2 铝合金空间网格结构在我国的应用 空间结构在我国的应用始于上世纪五十年代，其中最具代表性的是1956 年建成的天津体育馆屋盖，我国的螺栓球节点体系也是70 年代引入Mero节点体系概念发展起来的.自20世纪90 年代以来，铝合金空间网格结构在我国的应用也逐渐增多.到目前为止，我国各地已建成了多座包括网壳、网架在内的铝合金空间网格结构.
大跨单层折面空间网格结构施工全过程分析
第３４卷第５期土木建筑与环境工程ｖ０１．３４Ｎｏ．５２０１２年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｃｔ．２０１２ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—４７６４．２０１２．０５．０１３ 大跨单层折面空间网格结构施工全过程分析 周臻，吴京，孟少平，（东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重于琦 最实验室，南京２１００９６） 摘要：以深圳大运会体育场大跨屋盖为工程背景，分析了新型“单层折面空间网格结构”的受力特点；基于大跨空间网格结构的矩阵力学模型，考虑结构在施工过程中几何时变、约束时变、荷载时变等特征的基础上，建立了考虑时变效应的施工状态非线性求解分析方法及其步骤，并利用ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言编制了单层折面空间网格结构的施工全过程分析程序。分析结果表明：结构在施工过程中的最大位移、最大应力均随之出现一定程度的波动；支撑内力在卸载过程中均有较大波动，其波动幅度最大接近于初始值的２倍；施工完成时结构中的应力与设计状态存在差异，位移分布也出现了不对称的现象。分析结果可为临时支撑的设计与施工过程的控制提供指导和依据。 关键词：空间网格结构；深圳大运会体育场；施工全过程；时变效应 中图分类号：Ｔｕ３９３．３文献标志码：Ａ文章编号：１６７４—４７６４（２０１２）０５—００８５一０７ ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＳｉｎｇｌｅ—Ｌａｙｅｒ ＦｏｌｄｅｄＳｐａｃｅＧｒｉｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅ ｚＨＯＵｚｈｅｎ，、『ＶＵＪｌｎｇ，（ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ ｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙ。ｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， ＭＥＮＧｓｈＱｏｐｉｎｇ，ＹＵＱｊ ＣｏｎｃｒｅｔｅａｎｄＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＮａｎｊｉｎｇ２ｌ００９６，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇＳｈｅｎｚｈｅｎｕｎｉｖｅｒｓｉａｄｅｓｔａｄｉｕｍａｓｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆａｎｅｗｓｔｙｌｅ‘ｓｉｎｇｌｅ一１ａｙｅｒｆｏｌｄｅｄｓｐａｃｅｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ’ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｒｉｘｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ，ａｎｄｌｏａｄｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｓｔａｔｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＡｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｇｒａｍｗａｓｆｏｒｍｅｄｂｙｔｈｅＡＰＤＬｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｉｎ９１ｅ一１ａｙｅｒｆｏｌｄｅｄｓｐａｃｅｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｂｏｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｂｒａｃｉｎｇｆｏｒｃｅｓｗａｖｅｓｔｒｏｎ９１ｙｉｎｔｈｅｕｎｌｏａｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｍｐｌｉｔｕｄｅａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｓ２ｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｄｉｆｆｅｒｓｆｒｏｍｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｔａｔｅｗｈｅｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｆｉｎｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｎｏｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ．Ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｒｙｓｕｐｐｏｒｔｓｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒ０１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅｇｒｉｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｓｈｅｎｚｈｅｎｕｎｉｖｅｒｓｉａｄｅｓｔａｄｉｕｍ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｔｉｍｅ—ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｅｆｆｅｃｔ 近年来随着中国社会不断进步与经济快速增长，公共建筑的规模亦日益扩大。大跨空间网格结构体系以其优美的建筑造型、强大的跨越能力和良好的受力性能等优点，在各地兴建的诸多大型体育场馆、会展中心、候车室（厅）等大型公共建筑中得到了广泛应用，其工程数量与建设规模在近１０年来得到了急剧发展‘１Ｉ。 深圳大运会体育场（如图ｌ（ａ）所示）采用了１种 收稿日期：２０１２一０３１０ 基金项目：江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１０４２８）；教育部博士点新教师基金（２００９００９２１２００１７） 作者简介：周臻（１９８１），男，副教授，博士，主要从事大跨空间结构研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｓｅｕｈｊ＠１６３．ｃｏｍ。万方数据
谈谈大跨度空间结构的发展
简介：近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。本文就此介绍了大跨度空间结构的发展。 关键字：大跨度空间，结构发展，大跨度空间结构 一、综述 近二十余年来，各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大，目前，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome），直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来，由于结构用织物材料的改进，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国曾建造许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构，技术尤为先进，其近似圆形平面的直径为202m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（Geogia Dome，1992年建成）采用新颖的索穹顶结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。 可以这样说，大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。 我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱，但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多，空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化，相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会（1990）、哈尔滨冬季亚运会（1996）、上海八运会（1997）、广州九运会（2001）的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。 种种迹象说明，我国虽然尚是一个发展中国家，但由于国大人多，随着国力的不断增强，要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛，而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。2008奥运场馆建设为我国大跨空间结构的发展提供了巨大的机遇，也是展示我国建筑科技水平的重要场所，有关工程界和设计、研究部门积极性空前高涨，正在进行充分的理论和技术准备。我相信，各种类型的大跨空间结构，将在奥运场馆建设中取得广泛应用。 大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，习惯上分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构；平板网架结构；网壳结构；悬索结构；膜结构和索－膜结构；近年来国外用的较多的“索穹顶”（Cable Dome)实际上也是一种特殊形式的索－膜结构；混合结构(Hybrid Structure)，通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。 平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。 二、空间网格结构 网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外，传统的肋环型穹顶已有一百多年历史，而
预应力网架结构优化分析
第27卷第5期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 V ol.27l .5 2006年10月 Journal of H arbin Eng ineering U niversity Oct.2006 预应力网架结构优化分析 张春玉1、2 ,王振清1,韩玉来1,朱大雷1 (1.哈尔滨工程大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 150001; 2.黑龙江科技学院建筑工程学院,黑龙江哈尔滨 158127) 摘 要:在空间网架结构中引入预应力,可以使其适用范围变得更加广泛、经济性变得更加合理.进行预应力网架结构优化研究,对于该种结构的推广和应用,具有积极的现实意义.文中以拉索张力和杆件截面为设计变量,提出了预应力网架结构的优化模型,并给出了具体的优化设计步骤.以一具体实例对网架结构进行了预应力优化分析,验证了模型的可行性,同时得出了一些有益的结论.关键词:预应力;网架结构;优化设计;拉索 中图分类号:T U 393.3 文献标识码:A 文章编号:1006-7043(2006)05-0718-04 Optimization design of pre -stress space truss structures ZHANG Chun -yu 1.2,WANG Zhen -qing 1,H AN Yu -lai 1,ZHU Da -lei 1 (1.Colleg e o f Civ il Engineer ing,H arbin Eng ineer ing U niver sity ,Har bin 150001,China; 2.Scho ol o f Civ il Engineering ,H e-i longjiang Institute of Science and T echno lo gy ,H arbin 158127,China) Abstract:Pre -stress space truss structures offer w ider applications and economy of use than conventional tr uss structures.With optim ization of pull cables and element sections as design variables,an optimization model and desig n appr oach fo r pre -stress space tress structures w ere obtained.T he pre -stress optimization analysis was car ried out by m eans of sam ple truss structures.The feasibility of this model w as proven and benefits are presented. Keywords:pre -stress;space truss str uctures;optim ization design;pull cables 收稿日期:2005-06-27. 作者简介:张春玉(1971-),男,副教授,E _mail:hljkjxyz cy@163. com ; 王振清(1962-),男,教授,博士生导师. 预应力网架结构属于预应力空间钢结构中的一 种传统结构型.传统结构型主要包括平板网架、双层网壳、双曲悬索、张弦结构等结构形式.由于平板网架结构适应性强、应用范围广,近20年来国内兴建了约3000座,建筑面积达400万m 2 ,其中有代表性的有首都体育馆(99m @112.2m )、上海体育馆(直径110m)、首都机场四机位机库(90m @(153+153m))等等.但在已建网架工程中采用预应力技术的却寥寥无几.有资料表明,单次预应力钢结构与同类非预应力结构相比可以节约钢材10%~25%,多次预应力钢结构与同类非预应力结构相比可以节约钢材达20%~40%[1] . 预应力网架结构的经济效果与很多因素有关, 因此其设计就存在优化问题,包括杆件截面优化、结构形状优化、拓扑优化以及拉索的最优布置和最优索力等内容.对于预应力桁架的优化设计,国内外已有较多的相关研究[2-5],网架结构的优化逐渐成为研究重点.在实际工程中,大多数情况下网架结构的形状、杆件的连接形式、布索方式选择性很小,因此,讨论在其他条件确定情况下的杆件截面、索力大小的优化问题. 1 优化模型及优化步骤 在已建的预应力网架结构中,引入预应力的大小多数采取试算的方法确定.因此,应用优化理论来确定预应力的大小尤为必要.根据工程实际,可以预应力值或杆件截面为变量进行单变量优化,也可以将其二者同时作为变量进行优化.文献[6]以预应力值和杆件截面尺寸为变量进行二级优化,求解效率高,但由于其分层处理,得到的是问题的局部最优