中國網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用

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一、我國網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)發(fā)展概況　　

　　網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是曲面型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的固有特性，受力合理，覆蓋跨度大，是一種國內(nèi)外頗受關(guān)注、有廣闊發(fā)展前景的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在解放初曾有所應(yīng)用。當時主要是一類聯(lián)方型的網(wǎng)狀筒殼，材料為型鋼或木材，跨度在30m左右，如揚州蘇北農(nóng)學院體育館、南京展覽中心（551廠）、上海長寧電影院屋蓋結(jié)構(gòu)等。作為有影響的我國第一幢大跨度網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是天津體育館屋蓋，采用帶拉桿的聯(lián)方型圓柱面網(wǎng)殼，平面尺寸為52m　　X68m，矢高為8.7m，用鋼指標為45kg每平米。該網(wǎng)殼1956年建成，1973年因失火而重建。此后，截至1992年上半年，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成各類網(wǎng)殼近80幢，覆蓋建筑面積約70000平米，其中80％是近10年興建的。如1989年建成的北京奧林匹克體育中心綜合體育館，平面尺寸為70m　　X　　83.Zm，采用人字形截面雙層圓柱面斜拉網(wǎng)殼，為目前國內(nèi)跨度最大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。同年建成的濮陽中原化肥尿素散裝庫，平面尺寸為58mX135m，采用雙層正放四角錐圓柱面網(wǎng)殼，為國內(nèi)覆蓋建筑面積最大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，也是第一個采用螺栓球節(jié)點的網(wǎng)狀筒殼。1967年建成的鄭州體育館，采用肋環(huán)形穹頂網(wǎng)殼，平面直徑64m，矢高9.14m，為國內(nèi)跨度最大的單層球面網(wǎng)完。又如1988年建成的北京體院體育館，采用帶斜撐的四塊組合型雙層扭網(wǎng)殼，平面尺寸為59.2m見方，矢高3.5m,挑檐3.5m，為我國跨度最大的四塊組合型扭網(wǎng)殼。再如1990年建成的石家莊新華集貿(mào)中心營業(yè)廳，采用兩向正交正放雙層雙曲扁網(wǎng)殼，平面尺寸為40m見方，矢高3.13m，挑檐1.5m，為目前國內(nèi)跨度最大的雙曲扁網(wǎng)殼。值得指出的是1984年建成的汾西礦務(wù)局工程處食堂，采用了一種鋼筋混凝土屋面板與鋼網(wǎng)殼共同工作的組合雙曲扁網(wǎng)殼，平面尺寸為18mX24m，矢高為3.5m?！　?/p>

二、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的形式與分類　　

　　我國已建成的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般可分為以下各種類型和形式。　　

　?。?）按曲面的曲率半徑分，有正高斯曲率網(wǎng)殼、零高斯曲率網(wǎng)殼和負高斯曲率網(wǎng)殼等三類。　　

　?。?）按曲面的外形分，主要有球面網(wǎng)殼、雙曲扁網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼（包括其它曲線的柱面網(wǎng)殼）、扭網(wǎng)殼（包括雙曲拋物面鞍型網(wǎng)殼、單塊扭網(wǎng)殼、四塊組合型扭網(wǎng)殼）等四類（圖6）?！?/p>

　?。?）按網(wǎng)殼網(wǎng)格的劃分來分，有以下兩類。

　　對于球面網(wǎng)殼主要有Schwedler型。聯(lián)方網(wǎng)格型、三向網(wǎng)格型、Kn（n=6,　　8,10……）型、肋環(huán)型和短程線型等。

　　對于圓柱面網(wǎng)殼主要有聯(lián)方網(wǎng)格型、單斜桿型（直角三角形網(wǎng)格）、三向型（等腰三角形或正三角形網(wǎng)格），如圖8所示。

　?。?）按網(wǎng)殼的層數(shù)來分，有單層網(wǎng)殼和雙層網(wǎng)殼，其中雙層網(wǎng)殼通過腹桿把內(nèi)外兩層網(wǎng)殼桿件連接起來，因而可把雙層網(wǎng)殼看作由共面與不共面的拱桁架系或大小相同與不同的角錐系（包括四角錐系、三角錐系和六角推系）組成。

　?。?）按網(wǎng)殼的用材分，主要有木網(wǎng)殼、鋼網(wǎng)殼、鋼筋混凝土網(wǎng)殼以及鋼網(wǎng)殼與鋼筋混凝土屋面板共同工作的組合網(wǎng)殼等四類?！　?/p>

三、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實例　　

　　現(xiàn)將我國已建（包括在建）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實例，按曲面外形分類敘述如下。

　?。╨）球面網(wǎng)殼工程實例，詳見表1。其中山西稷山選煤廠煤庫穹頂，平面直徑為47.2m，采用了我國自己研制成功的嵌入式轂式節(jié)點單層球面網(wǎng)殼，每平米用鋼指標僅為20.2kg，是我國目前按空間結(jié)構(gòu)計算方法設(shè)計建成的跨度最大的網(wǎng)狀球殼。中國科技館球幕影院穹頂，球徑為35m。是目前跨度最大近乎全球的（3/4球）螺栓球節(jié)點雙層網(wǎng)狀球殼，網(wǎng)殼內(nèi)層為短程線型網(wǎng)格，外層為外露呈六邊形、五邊形網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)形體新穎美觀。福州師專階梯教室屋蓋，平面直徑為24m，首次采用了局部雙層的螺栓球節(jié)點K6型網(wǎng)狀球殼，以提高單層螺栓球節(jié)點網(wǎng)殼的穩(wěn)定性。濟南動物園亞熱帶鳥館頂蓋，平面直徑為40m，采用傾斜1／8的三向網(wǎng)狀扁球殼。某　　3萬平米的油罐頂蓋，平面直徑為46m，采用工字鋼截面桿件、板式節(jié)點的短程線型球面網(wǎng)殼，是當前跨度最大的油罐頂蓋網(wǎng)殼。大連青少年宮球幕影院和天象館穹頂，平面直徑分別為16.166m和9.84m，分別采用了直徑22和20圓鋼桿件的單層K6-聯(lián)方形球面網(wǎng)殼。球面網(wǎng)殼工程實例和型體研究的部分資料可見文獻[9-12]。