網(wǎng)殼和網(wǎng)架的區(qū)別:網(wǎng)殼與網(wǎng)架,結(jié)構(gòu)之辨,應(yīng)用之選
殼和網(wǎng)架在結(jié)構(gòu)、受力、造型和應(yīng)用等方面存在區(qū)別。,### 結(jié)構(gòu)與受力,- **網(wǎng)殼**:是格構(gòu)化的殼體,空間受力,單層網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)為剛接,也可有雙層、多層殼,桿件主要承受軸力,內(nèi)力分布均勻,能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度。,- **網(wǎng)架**:由多根桿件按網(wǎng)格形式通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接而成,一般為鉸結(jié)節(jié)點(diǎn)傳遞荷載,高次超靜定結(jié)構(gòu),能承受多種荷載,抗震性能好。,### 造型與應(yīng)用,- **網(wǎng)殼**:外形為曲面狀,有筒網(wǎng)殼、球網(wǎng)殼、扭網(wǎng)殼等多種形式,造型豐富,多用于大跨度建筑屋蓋,如體育館、展覽館等。,- **網(wǎng)架**:形似平板,有平行桁架系、四角錐體系等多種類型,平面適應(yīng)性強(qiáng),
在現(xiàn)代建筑與工程領(lǐng)域,空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛,其中網(wǎng)殼與網(wǎng)架作為兩種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式,常常被提及但又容易混淆,深入理解它們之間的區(qū)別,對(duì)于建筑設(shè)計(jì)、施工以及結(jié)構(gòu)選型等方面都有著至關(guān)重要的意義。

結(jié)構(gòu)形態(tài)與組成
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通常由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式相互連接而成,其平面投影多為矩形、方形或其他規(guī)則多邊形等,這些桿件主要承受軸向力,通過(guò)三角形或四邊形等基本單元的組合,形成穩(wěn)定的空間受力體系,常見(jiàn)的正放四角錐網(wǎng)架,由一系列正方形的網(wǎng)格單元組成,每個(gè)單元的四角通過(guò)斜桿連接成錐體,多個(gè)錐體相互銜接構(gòu)成整體網(wǎng)架,其桿件布置較為規(guī)整,上下弦桿平行且長(zhǎng)度相等,腹桿呈對(duì)稱分布,整體造型簡(jiǎn)潔明了,給人一種秩序井然的工業(yè)美感。
而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)則具有更為豐富的曲面形態(tài),它是將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的平面網(wǎng)格拓展到曲面上形成的空間結(jié)構(gòu),網(wǎng)殼的曲面可以是單曲面、雙曲面或其他復(fù)雜的空間曲面,如球面網(wǎng)殼、圓柱面網(wǎng)殼、橢圓拋物面網(wǎng)殼等,以球面網(wǎng)殼為例,其桿件沿著球面曲線排列,從中心向四周呈放射狀分布,各個(gè)桿件的長(zhǎng)度和角度隨著位置的不同而變化,這種獨(dú)特的布局使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)能夠更好地適應(yīng)各種建筑造型需求,創(chuàng)造出流暢、靈動(dòng)的建筑形態(tài),如一些大型體育場(chǎng)館的穹頂采用球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),展現(xiàn)出宏偉而富有動(dòng)感的視覺(jué)效果。
受力特性
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在荷載作用下,主要依靠各桿件的軸向拉力和壓力來(lái)傳遞內(nèi)力,由于其平面投影的規(guī)則性,荷載分布相對(duì)均勻時(shí),各桿件的受力較為明確且規(guī)律,內(nèi)力計(jì)算相對(duì)較為簡(jiǎn)單,當(dāng)受到豎向荷載時(shí),上弦桿主要承受壓力,下弦桿承受拉力,腹桿則起到傳遞和分擔(dān)荷載的作用,通過(guò)合理的節(jié)點(diǎn)連接和桿件布置,能夠?qū)⒑奢d有效地分散到各個(gè)桿件上,使整個(gè)結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,在工業(yè)廠房的屋頂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中,長(zhǎng)期承受著設(shè)備荷載、風(fēng)荷載和雪荷載等,網(wǎng)架能夠?qū)⑦@些荷載均勻地傳遞給周圍的支撐柱或墻體,保證廠房頂部的安全可靠。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的受力情況則要復(fù)雜得多,由于其曲面形態(tài),荷載作用不僅會(huì)產(chǎn)生軸向力,還會(huì)引發(fā)較大的彎矩和剪力,特別是在曲面的轉(zhuǎn)折處和邊界區(qū)域,應(yīng)力集中現(xiàn)象較為明顯,在圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中,當(dāng)受到垂直于圓柱軸線方向的風(fēng)荷載時(shí),網(wǎng)殼表面不僅會(huì)產(chǎn)生沿曲面法線方向的軸向力,還會(huì)由于風(fēng)荷載的不均勻分布產(chǎn)生繞圓柱軸線的彎矩,這使得網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算需要綜合考慮多種受力因素,采用更為復(fù)雜的力學(xué)模型和分析方法,以確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
穩(wěn)定性表現(xiàn)
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要依賴于其自身的幾何構(gòu)造和桿件的合理布置,在正常情況下,只要網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸、桿件截面和節(jié)點(diǎn)連接滿足設(shè)計(jì)要求,其具有較高的平面內(nèi)和平面外穩(wěn)定性,在一些大跨度的展覽館網(wǎng)架屋頂設(shè)計(jì)中,通過(guò)增加網(wǎng)架的高度、加大桿件截面尺寸以及設(shè)置必要的橫向支撐和縱向系桿等措施,可以有效提高網(wǎng)架的整體穩(wěn)定性,抵御風(fēng)荷載、雪荷載等水平力的作用,防止結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)移或失穩(wěn)破壞。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題則更為突出,其穩(wěn)定性與曲面的形狀、曲率半徑、邊界約束條件等因素密切相關(guān),由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在荷載作用下容易發(fā)生幾何非線性變形,一旦變形過(guò)大,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn),對(duì)于一些矢跨比較小的扁網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),在較大荷載作用下可能會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象,即結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N不穩(wěn)定的變形狀態(tài),造成結(jié)構(gòu)的破壞,在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,需要特別關(guān)注其穩(wěn)定性問(wèn)題,通過(guò)合理選擇曲面形狀、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)置有效的支撐和加強(qiáng)措施等方式來(lái)提高網(wǎng)殼的穩(wěn)定性,確保其在各種荷載工況下都能安全可靠地工作。
施工難度與工藝
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工相對(duì)較為簡(jiǎn)便,由于其桿件規(guī)格統(tǒng)一、連接方式簡(jiǎn)單,一般可以采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的施工方法,在工廠內(nèi),按照設(shè)計(jì)要求將桿件加工成型,然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接組裝,常用的拼裝方法有高空散裝法、分條分塊安裝法和整體吊裝法等,在小型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工中,可以采用高空散裝法,即在地面上將單根桿件逐一吊裝到設(shè)計(jì)位置并進(jìn)行連接,這種方法不需要大型的吊裝設(shè)備,但施工速度相對(duì)較慢;而對(duì)于大型的網(wǎng)架結(jié)構(gòu),則可以采用分條分塊安裝法或整體吊裝法,先將網(wǎng)架在地面拼裝成較大的單元或整體,然后利用起重機(jī)等設(shè)備將其吊裝到設(shè)計(jì)位置進(jìn)行固定,這樣可以大大提高施工效率,縮短工期。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工則要復(fù)雜得多,由于其曲面形態(tài)不規(guī)則,桿件的長(zhǎng)度和角度變化較大,給桿件的加工和拼裝帶來(lái)了很大的困難,在施工過(guò)程中,需要精確測(cè)量和定位每一根桿件的位置和角度,確保其符合設(shè)計(jì)要求,由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的自重較大,對(duì)支撐體系的要求也較高,需要搭建專門的腳手架或滿堂支架來(lái)保證施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在建造大型球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時(shí),可能需要先在地面上搭建一個(gè)臨時(shí)的組裝平臺(tái),將桿件按照設(shè)計(jì)要求在平臺(tái)上進(jìn)行預(yù)拼裝,然后通過(guò)吊裝設(shè)備將預(yù)拼裝好的網(wǎng)殼單元逐步吊裝到設(shè)計(jì)位置進(jìn)行空中拼接,整個(gè)過(guò)程需要高精度的測(cè)量?jī)x器、先進(jìn)的吊裝設(shè)備和熟練的技術(shù)工人配合,施工周期較長(zhǎng),成本也相對(duì)較高。
適用范圍與應(yīng)用場(chǎng)景
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、施工方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)中,如工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、體育館、展覽館等,在這些場(chǎng)所中,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能夠提供較大的無(wú)柱空間,滿足使用功能的要求,同時(shí)其良好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性也使其成為首選的結(jié)構(gòu)形式之一,在一些大型物流倉(cāng)庫(kù)中,采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的屋頂可以覆蓋大面積的存儲(chǔ)空間,方便貨物的堆放和搬運(yùn),而且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能夠承受較大的荷載,包括貨物重量、吊車荷載以及風(fēng)雪荷載等,保證了倉(cāng)庫(kù)的安全性和實(shí)用性。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)則更適用于對(duì)建筑造型和空間效果要求較高的場(chǎng)所,如大型劇院、音樂(lè)廳、機(jī)場(chǎng)航站樓等公共建筑,其獨(dú)特的曲面形態(tài)可以為建筑增添藝術(shù)魅力和標(biāo)志性,創(chuàng)造出寬敞、通透、富有動(dòng)感的內(nèi)部空間,北京的國(guó)家大劇院采用橢球形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),其外觀猶如一顆璀璨的明珠鑲嵌在人工湖畔,內(nèi)部觀眾廳的空間效果極具震撼力,為觀眾提供了良好的觀賞環(huán)境;又如一些國(guó)際機(jī)場(chǎng)的航站樓,采用大跨度的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)打造出開(kāi)闊、明亮的候機(jī)大廳,提升了機(jī)場(chǎng)的整體形象和旅客的出行體驗(yàn),在一些特殊地形或?qū)Y(jié)構(gòu)景觀協(xié)調(diào)性要求較高的項(xiàng)目中,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)也能夠憑借其靈活的造型能力與周邊環(huán)境相融合,實(shí)現(xiàn)建筑與自然的和諧共生。
網(wǎng)殼與網(wǎng)架雖然都是重要的空間結(jié)構(gòu)形式,但在結(jié)構(gòu)形態(tài)、受力特性、穩(wěn)定性表現(xiàn)、施工難度與工藝以及適用范圍等方面存在著顯著的區(qū)別,在實(shí)際工程中,應(yīng)根據(jù)具體的建筑功能需求、場(chǎng)地條件、造價(jià)預(yù)算等因素綜合考慮,精心選擇合適的結(jié)構(gòu)形式,

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