[科普中国]-网格结构

类型特点

外形呈平板状的叫平板网架，简称网架；外形呈曲面状的叫曲面网架，简称网壳。

网格结构空间刚度大，整体性和稳定性好，有良好的抗震性能和较好的建筑造型效果，适用于各种支承条件和各种平面形状、大小跨度的工业和民用建筑。由于网格结构具有多向受力性能和内力重分布的特点，可用于地基条件较差而可能出现不均匀沉降的建筑。网格结构杆件和节点比较单一，便于制作，安装也较方便。此种结构主要采用钢材，结构自重轻，具有用钢量节省的优点。

结构化网格从严格意义上讲，结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。结构化网格生成技术有大量的文献资料。结构化网格有很多优点: 1.它可以很容易地实现区域的边界拟合，适于流体和表面应力集中等方面的计算。 2.网格生成的速度快。 3.网格生成的质量好。 4.数据结构简单。 5.对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到，区域光滑，与实际的模型更容易接近。 它的最典型的缺点是适用的范围比较窄。尤其随着近几年的计算机和数值方法的快速发展，人们对求解区域的复杂性的要求越来越高，在这种情况下，结构化网格生成技术就显得力不从心了。 结构化网格的生成技术主要有： 代数网格生成方法：主要应用参数化和插值的方法，对处理简单的求解区域十分有效。 PDE网格生成方法：主要用于空间曲面网格的生成。

应用及优缺点在各类的空间结构中，刚性体系中的网架与网壳结构是当前应用最为广泛的结构形式。它是将杆件按一定规律布置，通过节点连接而成的一种空间杆系结构，其外形可以呈平板状即网架结构，也可以是曲面状即网壳结构。网架与网壳结构目前已广泛应用于体育建筑、机场建筑、餐厅、会堂、展览馆、工业厂房及各类城市雕塑和小品建筑中。1

网架结构网架结构的主要优点有以下几个。

（1）应用范围广。平板网架不仅可用于中小跨度的工业、民用建筑，如工业厂房、俱乐部、食堂、会议室等，更宜于覆盖大跨度的中间无支柱的公共建筑，如体育馆、影剧院、展览馆等。

（2）建筑高度小，能更有效地利用建筑空间，获得良好的经济效果。

（3）整体刚度大，稳定性好，安全储备高，对于承受集中荷载、非对称荷载、局部超载、不同步提升、地基沉陷等均很有利，特别是抗震效果更为突出。

（4）网格尺寸(节点距离)小，可采用小规格的杆件截面，并为采用轻型屋面提供了方便条件。

（5）便于制造定型化，网格可做成少数几种标准尺寸的预制单元、预制节点和零件，能在工厂大量生产，产品质量高，非熟练工人也可进行现场拼装。预制单元、节点零件尺寸小，重量轻，便于存放、装卸、运输和安装，现场安装有时可不要大型起重设备。

（6）网架节点多，布置均匀，对设置各种管道、吊顶、检修通道等较为灵活而不必多设杆件。

（7）对于大跨度大柱距的工业厂房，在屋盖纵横两个方向都便于设置悬挂吊车。

（8）平板网架组合单元若采用螺栓连接，网架就可装可拆，也可任意加长或缩短，使用灵活性更大。

（9）计算简便，近似法有现成表格可查，精确法也有现成的空间网架的通用程序，利用电子计算机计算速度快，并可进行多种方案的比较。

（10）建筑造型美观、轻巧、大方，便于建筑处理。

网架结构还存在下列问题：节点用钢量较大，加工制作费用仍较平面桁架高。1

网壳结构网壳结构的主要优点有以下几个。

（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、扇形以及各种不规则的平面。在建筑外形上可以形成多种曲面，如球面、椭圆面、旋转抛物面、旋转双曲面、圆锥面、多种截面形状的柱状面、椭圆抛物面、双曲抛物面、扭曲面等，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）可以用较小的构件组成很大的空间，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。

网壳结构也存在不足之处，主要有以下两点。

（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和整体稳定性的影响较大，这就给结构没计带来了困难。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。这些缺点在大跨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，增加了建筑材料和能源的消耗。1

安装方法网架或网壳的安装是指将工厂加工好的零部件运至施工现场并利用各种施工方法将网架或网壳搁置在设计位置上的过程。

网架安装前应做到以下几点：①查验各节点、杆件、连接件和焊接材料的出厂合格证和复验报表；②对施工单位预埋件、预埋锚栓的位置和标高及网架的定位轴线进行复检；③对网架施工图与实际网架进行复检，检查有无差错。

网架的安装方法随拼装方法和安装机具的选用不同，主要有高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体吊装法、整体提升法和整体顶升法等。1