新型空间网格结构的发展与应用

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会新型空间网格结构的发展与应用王永梅刘坚吴治国(广州大学土木工程学院广东广州510006)摘要：随着经济的发展，空间结构己成为现代生活的重要组成部分。网格结构足空间结构中发展最快、应用最广的体系。新垂两格体系建筑造型美观、受力合理、充分利用材料特性，拥有广阔的应用前景。本文主要阐述了空间网格体系的分类以及近年来空间网格结构的体型创新。并提出空间网格结构的进一步发展方向。关键词：空间结构，空间网格结构，新体型，发展与应用一、。引言近三十年来，随着经济及文化发展的需要，大跨空

2、间结构在美国、日本、西欧等发达国家得到很大的发展，且建筑物的跨度和规模越来越大，成为近年来最具生命力的结构形式之一。目前发展最快、应用最广的空问结构是空间刚格结构，它受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便，而且将无机的几何形态合成为具有生命、任人遐想的有机空间形态，予建筑以动态美，因此具有潜在的广阔应用前景，我国网格结构发展规模在全世界位居前列。空间网格结构是由许多形状和尺寸都标准化的杆件和节点组成，一般采用型钢或钢管，按一定规律连接形成网格状高次超静定空间杆系结构，它主要包括网架结构和网壳

3、结构。下面主要阐述空间网格体系的分类以及近年来空间网格结构的体型创新。二、空间网格体系⋯可以说自从1943年Mero体系的第一个商品化空间网格结构体系问世以来，至今已发展了数以百计的空间网格系列产品。这些空间网格结构产品一般可以分为三大类。：。小部件”拼装体系、连续弦杆体系、模数单元体系。．(一)。小部件”拼装体系“小部件”拼装体系是通过在节点之间连接非连续的单独杆件拼装而成的。节点类型的多样化把“小部件”拼装体系分为球节点、，圆柱形节点、板节点、“无结”节点等。绝大多数此系列产品都采用圆管或方管，因

4、为他们有较好的抗力性能，且管状杆件往往具有较好的外观，可以利用外露部分展示规则网格几何图形。(二)连续弦杆体系可以将连续弦杆体系看作是一种界于“小部件”拼装体系与模数单元之间的产品类型，虽然这种体系也是由相关的小部件组装而成，但往往没有专用的节点连接件，从而解决了节点造价问题。其中苏格兰丹地大学的AhmedEL—Sheikh博士开发的catrus体系被称作是“对传统昂贵体系问题的一个低成本答辩”，它采用空心矩形截面的上弦杆，带有弯形扁端头的管状斜腹杆和扁钢条的下弦杆．上下弦杆都是通过节点用单头螺栓连接

5、(除特殊节点外)。这样不但保持了杆件的连续性和稳定性，同时简化节点连接构造，大大降低了造价。而且实践证明．catrus体系还具有比其他空间桁架体系更高的强度和延性，而延性破坏能使杆件在超出其弹性极限强度后还能持续发挥塑性强度的作用，提供较明显的破坏前的预兆。(三)模数单元体系模数单元体系由较多的预制件组装。它凭借预制的优势，把模数单元构件在工厂拼台上焊接在一起，确保了尺寸的精度，而在施工现场简单的栓接组装大尺寸模数单元组件，这样就能减少工地装配工作量，工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨

6、会加快安装进程，从而节省安装时问和成本。三、新型空间网格结构的发展状况由于计算机技术、新型材料及空间结构分析理论的发展，以及人们对建筑使用、美观及结构安全要求的提高，近几十年来，国内外空间网格结构得到很大发展，并开创了一些新型网格结构。’(一)可展开折叠式的空间网格结构可展开折叠式结构(Deployable／F01dablestructure)是近年来发展起来的一种新型空间结构体系，它是把一些剪式铰及其他辅助性的构件(如钢索、直杆等)按一定方式连接起来形成的空间结构”1。由某工程研究所研制、开发的折叠

7、式网壳帐篷(图1a．b)，其主体帐篷采用折叠式双层柱面网壳结构，构件采用铝合金圆管和钢丝绳，用毂盘式节点连接，网壳内外层以防水、隔热、保温性能好的蓬布覆盖。’。此结构具有两种稳定状态：完全折叠状态和完全展开状态，折叠后可成捆状，便于储藏和运输；使用时，可展开成型，迅速成为整体结构，承受荷载。但在叠展过程中是一种高次超静定的瞬变体系，结构外形描述困难，节点运动轨迹十分复杂“3。它的这种可展开、可折叠特性可以重复使用，因此，此结构提高了使用率，节约了建造时间，同时在施工现场完全是干作业，完全符合可持续发展

8、的要求，在建筑工程中具有良好的使用前景。例如，西班牙赛维尔1992世博会的委内瑞拉馆，由6475个构件组成的1242m。空间网格，在组装折叠后仅用13个小时就展开安装完毕，其中包括安装稳定其网格结构的附加杆件“。。图1(a)门架封闭囤1(b)门架开启(二)开合结构．开合结构(Retractablestructure)是一种根据使用需要．利用机械自动化技术可使部分或全部屋盖结构开合移动的结构形式。51，它既不受自然界的不利影响，又能保持自然气息，让阳光洒满