大跨结构网壳结构课件.pptx

大跨结构网壳结构课件

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目录

网壳结构概述

网壳结构的分析和设计

网壳结构的施工和技术

工程实例和案例分析

网壳结构的前沿技术和展望

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网壳结构概述

网壳结构是一种空间杆系结构，它由杆件和节点组成，通过节点连接杆件，形成具有空间形态的网格状壳体结构。

定义

根据网壳的形态和受力特点，可将其分为单曲网壳、双曲网壳、扭曲网壳等多种类型。

分类

特点

空间受力：网壳结构能够充分利用三维空间形态，实现空间受力，具有较高的受力效率。

轻量化：网壳结构杆件纤细，节点轻盈，整体结构重量轻，有利于减轻建筑物自重。

造型自由：网壳结构具有较强的形态塑造能力，能够实现丰富多样的建筑造型。

应用范围

大跨度建筑：如体育场馆、会展中心、剧院等，需要大空间无柱支撑的建筑。

景观建筑：如博物馆、科技馆、观光塔等，追求独特造型和标志性的建筑。

工业设施：如电厂、钢厂、石油化工厂等，需要大跨度、轻质高强、耐腐蚀的厂房和设施。

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发展历程：从早期的平面网格结构，到单曲、双曲网壳，再到现在的复杂形态网壳，网壳结构在形态、材料、分析方法和施工技术等方面不断发展和创新。

现状分析

材料多样化：随着新材料的发展，如高强度钢、碳纤维等，网壳结构的材料选择更加多样化，有利于实现结构轻量化和高性能。

计算机辅助设计：借助计算机技术和有限元分析方法，网壳结构的设计和分析更加精确、高效，为复杂形态网壳的实现提供了有力支持。

施工技术成熟：网壳结构的施工技术不断成熟，如整体吊装、分块组装等方法，提高了施工效率和质量，降低了工程成本。同时，随着3D打印技术的发展，网壳结构的施工技术也将迎来新的突破。

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网壳结构的分析和设计

网壳结构可采用多种形态，如球形、柱形、双曲面等，以适应不同的建筑需求和环境条件。

形态多样性

网壳结构的几何形态通常呈现出非线性特征，这使得在分析和设计过程中需要采用相应的非线性理论和方法。

几何非线性

网壳结构的节点连接复杂，节点刚度和连接方式对整体结构性能影响较大，需要在设计和分析中予以关注。

节点复杂性

弹性稳定性分析

网壳结构在荷载作用下易发生弹性失稳，需采用弹性稳定性分析方法，如特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。

空间受力特性

网壳结构在空间三个方向均承受荷载作用，因此需考虑空间受力效应，如弯矩、扭矩和剪切力等。

非线性有限元法

针对网壳结构的几何非线性和材料非线性，可采用非线性有限元法进行结构分析和设计。

根据网壳结构的使用需求和性能目标，设定合理的性能指标，通过分析和优化实现设计目标。

基于性能的设计

综合考虑网壳结构的多个性能目标（如刚度、稳定性、经济性等），采用多目标优化算法进行设计方案优选。

多目标优化设计

引入概率论和数理统计方法，对网壳结构的可靠性进行评估，提高结构在不确定因素作用下的安全性能。

可靠性设计

利用敏度分析方法，找出影响网壳结构性能的关键因素，并运用优化算法对设计参数进行调整，实现结构性能的最优设计。

敏度分析和优化算法

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网壳结构的施工和技术

首先进行基础施工，确保基础的承载能力和稳定性，为后续网壳结构的安装提供可靠的基础支撑。

基础施工

根据设计要求，准备充足的钢材、连接件和配件，确保材料的质量符合标准。

材料准备

在基础上按照设计图纸进行组装和拼接，确保构件的精确度和连接的牢固性。

组装和拼接

安装必要的支撑和固定装置，确保网壳结构的稳定性和安全性。

安装支撑和固定

焊接技术

网壳结构中大量使用钢材，需要采用合适的焊接技术进行连接，确保焊接质量达到标准要求。

钢材质量：钢材应符合国家相关标准，具有合格的力学性能和化学成分。

焊接质量：焊接接头应无裂纹、气孔等缺陷，达到设计要求的焊接强度。

尺寸精度：网壳结构的尺寸应符合设计要求，允许误差在合理范围内。

防腐处理：钢材表面应进行防腐处理，以提高结构的耐候性和使用寿命。

通过以上施工方法和步骤、施工技术与要点以及质量控制与验收标准的严格执行，可以确保大跨结构网壳结构的安全、稳定和耐久性，满足建筑物的使用需求。

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工程实例和案例分析

大型体育场馆网壳结构通常采用钢结构或钢混结构，具有大跨度、轻质、高强等特点。其形态多为穹顶或双曲面，以实现良好的空间效果和视线通透性。

结构特点

如北京奥运会主体育场“鸟巢”，采用复杂的钢网壳结构，通过多个三角形和四边形网格组合而成，呈现出独特的建筑造型。

工程实例

这类结构在受力上主要承受竖向荷载、水平风荷载以及地震作用。通过合理的结构分析和设计，确保在各种荷载作用下均具有良好的稳定性和安全性。

受力性能

结构需求

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机场航站楼网壳结构需要满足大跨度、高净空、自然采光等需求，为旅客提供舒适的候机环境。

设计策略

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常采用钢结构或钢混组合结构，利用钢桁架、