【结构学院】网架结构的优缺点(网架与网壳的对话）

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在形式众多的空间结构中,网格结构是当前发展最快的结构形式:它是将杆件按一定规律布置,通过节点连接而成的系结构。网格结构的外形可平板状,即网架,也可以呈曲面状,即网壳。其中尤以网架在国内外应用量为广泛,这主要是由于它具有下列一系列的优点：

一、网架结构的优缺点

(1)结构组成灵活多样但又有高度的规律性,便于采用,并可适应各种建筑方面的要求。网架结构的成虽有一二十种之多,但每一种都十分规则,其布置极易掌握,这就大大方便了设计工作者。网架高度内的空间可以用以设置管道等设施。网架结构外露或部分外露,因其几何图形的规则,可以丰富建筑效果。网架结构亦可适应各种支承条件和各种建筑平面形状,能够满足公共建筑和工业厂房的要求,因此乐于为设计工作者所采用

(2)节点连接简便可靠。近年来网架节点及其部件已逐步做到定型化、工厂化和商品化不仅简化了节点连接的制作与安装,而且保证了节点的受力性能,质量可靠。这对进步推动网架结构的应用起了积极作用。

(3)分析计算成熟已采用计算机辅助设计。网架结构的杆件一般均为钢杆件,主要受轴心力作用,对于这种杆件的设计在理论十分成熟;对于这种结构体系的分析计算,由于计算结构力学的发展,也已十分可靠因此我国目前已有多种计算网架通用程序和计算机辅助设计软件,并大大缩短了设计周期。

(4)加工制作机械化程度高,并已全部工厂化。网架结构的杆件和节点比较单一而且定型化,因此都可在工厂中成批生产,并采用机械加工。这样既保证了加工质量又编短了制作时间,明显优越于其他类型空间结构的加工制作。

(5)用料经济,能用较少的材料跨越较大的跨度。网架结构是一种三向受力的结构体空间交汇的杆件互为支撑,将受力杆件与支撑系统有机地结合起来,杆件又主要承受轴力作用,因而用料经济,刚度较大,适宜于跨度较大的情况。

（6）适应建筑工业化商品化的要求,目前我国已编制有适用范围较广的焊接空心球节点和嫘栓球节点网架结构的定型设计,并有专业工厂生产。因此,可根据需要直接选购。

网架结构目前还存在下列问题:节点用钢量较大加工制作费用仍较平面桁架为高等.

二、网壳结构的优缺点

1、网壳结构也是近半个世纪以来发展最快、应用最广的一种空间结构,这是由于它有如下的优点：

(1)具有优美的建筑造型,无论是建筑平面、外形和形体都能给设计师以充分的创作自由。在建筑平面上可以适应多种形状,如圆形、矩形、多边形、三角形、扇形以及各种不规测的平面。在建筑外形上可以形成多种曲面,如球面(图1a),椭面(图1b),旋转抛物面(图1c),旋转双曲面(图1-d),圆锥面(图1e),多种截面形状的杜状面〔图1f),椭圆抛物面(图1-18g),双曲抛物面(图1-8h),扭曲面(图1-18i)等等,建筑的各种形体则可通过曲面的切割和组合得到。

（2）受力合理,可以跨越较大的跨度,节约钢材。由于网壳曲面的多样化,结构设计者可以通过精心的曲面设计使网壳受力均匀,从整体上来看主要承受压力,增大刚度,减小变形,达到节约钢材的目的。

（3）可以用构件组成较大的空间，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产,安装简便快速,不需要大型设备,因此综合经济指标较好。

其他如连接和计算方法方面的优点与网架结构的相同,不再重复。

2、网壳结构也存在不足之处,主要有：

1)杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响较大,这就给结构设计带来了困难。另外,为减小初始缺陷,对于杆件和节点的加工精度应提出较高的要求这就给制作加工增加了困难。这些缺点在大路度网壳中显得更加突出。

(2)网壳结构可以构成大空间,但当矢高很大时,增加了屋面面积和不必要的建筑空间,增加建筑材料和能源的消耗。

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