1.2 单层球面网壳结构概述

1.2.1 网壳结构的发展与应用

在众多空间结构中，发展速度最快、运用范围最广的结构就是网壳结构。网 壳结构是一种由杆件沿曲面按一定规律地组成的一种空间杆系结构。这种空间结 构具有非常优秀的发展潜力。

网壳结构按其发展顺序大致可以分为 : （1）肋环型球面网壳和施威德勒型 球面网壳;（2）联方型球面网壳；（3）凯威特型球面网壳；（4）短程线型球面 网壳等 4 个历程。

从二十世纪六十年代开始，美国、英国、澳大利亚、英国和加拿大等国家 利用网壳陆续建造了很多建筑。其中比较具有代表性的构造类型有[1]:

1973 年在美国建成的新奥尔良体育馆（图 1-1），其穹顶直径约为 207 米， 是那时全球范围内跨度最大的网壳结构，可容纳 70000 多名观众;

图 1-1 美国新奥尔良体育馆

图 1-2 日本福冈县巨蛋

1993 年在日本建成的福冈雅虎日本巨蛋体育馆（图 1-2），中心高度达 50 米， 是由悬吊在 12 根 100 米高的钢桅杆上的 70 千米以上的钢索组合而成的能容纳

48000 名观众的大型棒球场，造型新奇，气势宏大，是全球十年十大建筑之一;

我国对于网壳结构的应用起步虽然较晚，但是却发展迅速。例如其中采用了 单层联方型球面网壳结构的山西樱山洗煤厂储煤仓顶盖，，其直径为 52.8 米，矢 高为14.598米，这是我国应用了单层球面网壳结构建筑；1994 年建成的天津新 体育馆（图 1-3），跨度108 米，矢高13.5 米，是我国当时跨度最大的球面网壳 结构；国家大剧院采取的是半椭球形双层钢网壳结构（图 1-4）。相信随着我国 综合实力增强，网壳结构理论与施工技术逐渐融合，网壳结构将有更好的发展。

图 1-3 天津新体育馆 图 1-4 国家大剧院

网壳结构的采用逐年增加，且形式多种多样，跨度变大，厚度变薄。但同时， 结构的稳定性也得到了更多的关注。网壳结构的静力分析研究已获得巨大进步， 然而网壳结构在风振作用下的动力响应问题的研究比较稀缺，因而深入研讨在风 振作用下的动力稳定性能则具有深远意义。

1.2.2 网壳结构的优缺点

网壳结构的优点如下:

（1）极具美感的建筑结构和形态。有别于过去的钢筋混凝土结构自重大、 造型厚重的特点，网壳结构给人以轻盈美观、自重轻、建造形式灵活的视觉享受， 实现了多种多样的建筑造型，更符合现代审美。

（2）网壳结构受力合理，可以轻易实现较大的建筑跨度需求，节省用钢量。 建造师也能通过运用相应的软件分析计算从而使网壳结构的受力更均匀、结构更 合理。

（3）结构总重量轻，在力的作用下，网壳结构杆件主要承担轴向力，所以 杆件的高强度性能能够加以更大程度的利用，用钢量比较小。网壳相较同跨度的 平面钢结构更省材料，且跨度越大越省钢材。在建筑时，使用质量轻、刚度高的 新型建筑材料，结构质量会更轻。

（4）可以以较小的部件组成更大的空间结构。同时结构杆件相对简单，便 于工业化批量生产，便于安装，对大型设备需求不大，因而综合经济指示标准较 好。

（5）施工周期短，杆件和节点易于定向，在工场中可以大批量制造，提高

施工效率。在中国很多企业已经陆续投入了空心焊接球节点和螺栓球节点网架结 构的研发制造，产物多样化，符合建筑需求。

（6）我国大多工程设计师已掌握 ANSYS、ABAQUS、NASTRAN 等有限 元分析软件，能高速有效地实现对网壳进行计算分析。