【正文】 桿布置腹桿布置應盡量使受壓桿件短，受拉桿件長，減少壓桿的長細比，充分發(fā)揮桿件截面的強度，使網架受力合理。對交叉桁架體系網架，腹桿傾角一般在400～500之間。對角錐網架，斜腹桿的傾角宜采用600，這樣可以使桿件標準化。對于大跨度網架，因網格尺寸較大，為了減小上弦長度，宜采用再分式腹桿。這樣可以避免上弦的局部彎曲，并減少其長細比，使受力更為合理。4．網架的起拱跨度較大者宜起拱≤l/40。雙向正放桁架宜雙坡起拱，雙向斜放桁架及三向桁架宜四坡起拱。起拱后屋面坡度不宜超過5％，需要較大排水坡度者，應在網架上弦節(jié)點上按坡度要求架設屋面支托(即短豎桿）。起拱后的網架，桿件長度復雜化了，只有保持上、下弦平行才能求得較好的效果。六、網架結構的工程實例1．上海體育館 （教材圖1．6３ Ｐ41）上海體育館比賽館是一個圓形的建筑，直徑為110m，能容納18000多人；，整個屋蓋的直徑為125m。屋蓋采用平板型三向網架結構，網格尺寸取直徑的1/18。上弦設置了再分式腹桿，以減少上弦壓桿的計算長度，節(jié)省上弦的用鋼量，并且由于上弦的桿斷面減小，使得節(jié)點鋼球的直徑也可以減少，因此也減少了節(jié)點的用鋼量。網架的桿件采用直徑為48～159mm、壁厚為4～12mm的鋼管，焊接空心球節(jié)點，鋼球直徑為400mm，壁厚為14mm。網架與柱子之間采用雙面弧形壓力支座,在滿足支座轉動的前提下，能使網架有適量的自由伸縮，以適應溫差引起的變形要求。2．廣州自云機場機庫 （教材圖1．64 Ｐ42）廣州白云機場機庫是為檢修波音747飛機而建造的。根據波音747飛機機身長、機翼寬的特點，機庫平面形狀設計成“凸”字形。根據飛機機尾高、機身矮的特點，機庫沿高度方向設計成高低跨，機尾高跨部分下弦標高為26m，因此，機庫屋蓋選用了高低整體式折線形網架。 第七節(jié) 薄壁空間結構（a）平板結構 　　　 （b）曲面結構（殼）圖1．65 面結構一、薄殼結構的概念殼體結構一般是由上下兩個幾何曲面構成的空間薄壁結構。這兩個曲面之間的距離稱為殼體的厚度t。當厚度t遠小于殼體的最小曲率半徑時，稱為薄殼。一般在建筑工程中所遇到的殼體，常屬于薄殼結構的范疇。在面結構中，平板結構主要受彎曲內力，包括雙向彎矩和扭矩，如圖1．65a。薄壁空間結構如圖1．65b所示的殼體，它的厚度t遠小于殼體的其它尺寸（如跨度），屬于空間受力狀態(tài)，主要承受曲面內的軸力（雙向法向力）和順剪力作用，彎矩和扭矩都很小?！?薄壁空間結構，由于它主要承受曲面內的軸力作用，所以材料強度得到充分利用；同時由于它的空間工作，所以具有很高的強度及很大的剛度。薄殼空間結構內力比較均勻，是一種強度高、剛度大、材料省、既經濟又合理的結構型式?！?薄壁空間結構常用于中、大跨度結構，如展覽大廳，飛機庫、工業(yè)廠房、倉庫等。在一般的民用建筑中也常采用薄殼結構?！?薄壁空間結構在應用中也存在一些問題，由于它體形復雜，一般采用現澆結構，所以費模板、費工時，往往因此而影響它的推廣。同時在設計方面，薄壁空間結構的計算過于復雜。二、薄殼空間結構的曲面形式薄殼結構中曲面的形式，按其形成的幾何特點可以分成以下三類：1．旋轉曲面 （教材圖1．66 Ｐ43）由一平面曲線（或直線）作母線繞其平面內的一根軸線旋轉而成的曲面，稱為旋轉曲面。在薄壁空間結構中，常用的旋轉曲面有球形曲面、旋轉拋物（橢圓）面、圓錐曲面、旋轉雙曲面等。2．直紋曲面 （教材圖1．67 Ｐ44）一根直母線，其兩端各沿兩固定曲導線（或為一固定曲導線，一固定直導線）平行移動而成的曲面，稱為直紋曲面。一般有：（1）、柱曲面（一根直母線沿兩根曲率方向和大小相同的豎向曲導線移動而成）或柱狀曲面（一根直母線沿兩根曲率方向相同但大小不同的豎向曲導線始終平行于導平面移動而成） 它們又都稱單曲柱面，分別見教材圖1．67。（2）、錐面（一根直母線一端沿一豎向曲導線，另端通過一定點移動而成）或錐狀面（同上，但另端為一直線，母線移動時始終平行于導平面）, 后者又稱劈錐曲面，分別見教材圖1．67。（3）、扭面（一根直母線在兩根相互傾斜又不相交的直導線上平行移動而成）, 見圖1．67。直紋曲面建造時模板易于制作，常被采用。3．平移曲面 （教材圖1．68 Ｐ44）由一根豎向曲母線沿另一豎向曲導線平移而成。其中，母線與導線均為拋物線且曲率方向相同者稱橢圓拋物面，因為這種曲面與水平面的截交曲線為一橢圓；母線與導線均為拋物線。4．切割或組合曲面 （教材圖1．6圖1．70 Ｐ45）由上述三類曲面切割組合形成的曲面建筑師能根據平面及空間的需要，通過對曲面的切割或組合，形成千姿百態(tài)的建筑造型。 曲面切割的形式有著名建筑師薩瑞南的設計的美國麻省理工學院大會堂的建筑造型（如教材圖1．69a），著名建筑結構大師托羅哈1933年建造的西班牙Algeciras市場的建筑造型（如教材圖1．69b）。又如，雙曲拋物面可近似看作用一系列直線相連的兩個圓盤以相反方向旋轉而成，扭面實際上是雙曲拋物面中沿直紋方向切割出的一部分（如教材圖1．69c）。曲面的組合多種多樣。教材圖1．70a是兩個柱形曲面正交的造型；教材圖1．70b是八個雙曲拋物面組合后的造型；教材圖1．70c是六個扭殼組合后的造型。三、薄殼結構的內力對于一般的殼體結構，中曲面單位長度上的內力一共有8對，它們是軸向力；順剪力；橫剪力；彎矩、以及扭矩，見圖1．71。a)殼體結構的內力 　 b）薄膜內力圖1．71 殼體結構的內力上述內力可以分為兩類，作用于中曲面內的薄膜內力和作用于中曲面外的彎曲內力。理想的薄膜在荷載作用下只能產生軸向力Nx、Ny和順剪力Sxy=Syx，見圖171b。因此，這三對內力通稱為薄膜內力。彎曲內力是由于中曲面的曲率和扭率的改變而產生的，它包括有橫剪力；彎矩、以及扭矩。理論分析表明：當曲面結構的壁厚t小于其最小主曲率半徑R的１／２０并能滿足下列條件時，薄膜內力是殼體結構中的主要內力：（１）殼體具有均勻連續(xù)變化的曲面；（２）殼體上的荷載是均勻連續(xù)分布的；（３）殼體的各邊界能夠沿著曲面的法線方向自由移動，支座只產生阻止曲面切線方向位移的反力。四、筒殼結構歷史上出現的第一種殼體是筒殼。其外形似圓筒，故名圓筒殼，又似圓柱體，故又名柱面殼。筒殼外形簡單，是單曲面殼體。其縱向為直線，有其橫向剛度小的缺點，但卻由于它的幾何形狀簡單，模板制作方便，易于施工，省工省料，這是其最大優(yōu)點。也是筒殼在歷史上最早出現，并在近代仍大量應用的根本原因。（一）筒殼的結構組成圖1．72筒殼結構的組成筒殼由殼身、側邊構件及橫隔三部分所組成（見圖1．72）。側邊構件可理解為殼體“邊框”， 兩個橫隔之間的距離稱為筒殼的跨度，以表示；兩個側邊構件之間的距離稱為筒殼的波長，以表示。沿跨度方向稱為筒殼的縱向，沿波長方向則稱為筒殼的橫向。筒殼殼身橫截面的邊線可為圓弧形、橢圓形，或其他形狀的曲線，一般采用圓弧形較多，它方便施工。殼身包括側邊構件在內的高度稱為筒殼的截面高度，以h表示。不包括側邊構件在內的高度稱為筒殼的矢高，以f表示。側邊構件（邊梁）與殼身共同工作，整體受力。它一方面作為殼體的受拉區(qū)集中布置縱向受拉鋼筋，另一方面可提供較大的剛度，減少殼身的豎向位移及水平位移，并對殼身的內力分布產生影響。常見的側邊構件截面型式如教材圖1．73（Ｐ46）所示，其中以教材圖1．73a的方案最為經濟。橫隔是筒殼的橫向支承，缺少它，殼身的形體就要破壞。橫隔的功能是承受殼身傳來的順剪力并將內力傳到下部結構上去。常見的筒殼橫隔型式如教材圖1．74（Ｐ4７）所示。（二）筒殼的分類及受力特點筒殼的空間工作是由殼板、側邊構件和橫隔三者共同完成的。筒殼在橫向的作用與拱相似，在殼身內產生環(huán)向的壓力，而在縱向則同時發(fā)揮著梁的作用，把上部豎向荷載通過縱向梁的作用傳給橫隔。因此，筒殼結構是橫向拱的作用與縱向梁的作用的綜合。在實際設計中，由于建筑布置的不同，使跨長與波長有著大小不同的比例，跨長與波長的比值不同時，筒殼的受力狀態(tài)也不一樣。當跨長與波長的比值增加到一定程度時，筒殼就會像弧形截面梁一樣受力；當跨長與波長的比值減小時，筒殼的空間工作性能（拱的作用）就愈來愈明顯，這主要反映了橫隔對空間工作的影響。因此，工程中按跨度與波長的比值將筒殼分為三類：1．長筒殼：當跨長與波長的比值時，稱為長筒殼。2．短筒殼：當跨長與波長的比值時，稱為短筒殼。3．中長筒殼：當跨長與波長的比值時，稱為中長筒殼。 （三）筒殼的結構布置1．結構構造a．短殼：短殼的殼板矢高一般不應小于波長的1/8。b．長殼：長殼的截面高度建議采用跨長的1/10～1/15，其殼板的矢高不應小于波長的1/8。c．天窗的布置：筒殼的天窗孔及其他孔洞建議沿縱向布置于殼體的上部。在橫向，洞口尺寸建議不大于。在縱向，洞口尺寸可不受限制，但在孔洞四周應設邊梁收口并沿孔洞縱向每隔2～3m設置橫撐加強。當殼體具有較大的不對稱荷載時，除設置橫撐外，尚需設置斜撐，形成平面桁架系統。2. 筒殼的結構布置方式a．折縫 （教材圖1．78 Ｐ49）單曲板的剛度雖比平板好。但不如雙曲板。如何加強單曲板（筒殼）的側向剛度是個重要問題。正如前述的橫隔和加勁肋都為解決該缺點而設。此外，還可形成折縫。平板的出平面剛度很小，若是折一下，在直線折縫處，卻能獲得很大的剛度，可以作為平板的剛勁支座。同樣，筒殼也可以通過組合（如并列、交貫等）形成曲線或直線折縫（見教材圖1．78a），稱為加勁折。這不但與加勁肋的作用完全一樣，并且加勁作用更強。因為加勁肋的肋高有限，而折縫兩側的曲面板寬度卻大得多。加勁效果大小與折縫的角度成比例。另外，筒殼折縫使結構更富于表現力。b．形變圓柱形筒殼的外形單調、缺乏活力。若在一個筒殼中，其波寬與矢高沿縱向變化，或兩端支座一高一低變化其形象，則筒殼的造型立時頓變，顯出無窮的活力。這一變化已經超出了筒殼，進入錐殼的范圍（見教材圖1．78b）,且能組成圓周形平面。c．縱向懸挑 （教材圖1．79 Ｐ49）縱向懸挑筒殼可用于建筑屋頂的挑檐、雨篷、也可用作車站站臺與大看臺的懸挑屋頂。d．橫向懸挑 （教材圖1．80 Ｐ49）橫向懸挑可用于雨蓬、站臺、大看臺、也可用于大廳和外墻采光多或開門特大（如飛機庫、車庫）的建筑物。 懸挑橫隔密排者為短筒殼，疏排者為長筒殼。ｅ．并列組合 （教材圖1．81 Ｐ50）等寬筒殼并列可組成矩形平面屋頂（教材圖1．81a、b）,也可組成水塔的圓柱形水箱（教材圖1．81c）。錐形變寬筒殼并列可組成扇形、環(huán)形平面屋頂，也可組成水塔的錐形水箱（教材圖1．81d、e）, 并列筒殼相接處形成剛勁有力的折縫。ｆ．交貫組合 （教材圖1．82 Ｐ50）兩個筒殼十字正交最典型的例子是美國圣路易市航空港（教材圖1．82）；另一個是環(huán)形筒殼與周圈放射向錐形筒殼交貫成一個環(huán)形平面的航空港設計方案（教材圖1．82）充分利用了由交貫筒殼形成的加勁折縫。五、圓頂薄殼結構圓頂結構是極其古老且近代仍然大量應用一種結構型式。不過僅其外形類同，而其本質（受力特性）都已改變。圓頂屬于旋轉曲面殼，由于它具有良好的空間工作性能，因此，很薄的園頂殼體可以覆蓋很大的跨度。第一個真正的球殼是1925年德國耶拿的Schoff玻璃工廠廠房，采用旋轉對稱的球殼頂，鋼筋混凝土殼厚60mm。此后應用漸多，但由于受其造型之限，多用于天文館、會堂、音東廳、劇院、展覽館等中心型建筑。改善其呆板造型與施工工藝是球殼發(fā)展的兩個重要方面。（一）圓頂結構型式與特點按殼面的構造不同，圓頂結構可以分為平滑圓頂、肋形圓頂和多面圓頂三種，參見教材圖1．83（Ｐ51）。在實際工程中，平滑圓頂應用較多。當建筑平面不完全是圓形，或由于采光要求需要將圓頂表面分成獨立區(qū)格時，可采用肋形圓頂。肋形圓頂是由徑向肋系、環(huán)向肋系與殼板組成，與殼板整體連接。多面圓頂結構是由數個拱形薄殼相交而成。有時為了建筑造型上的要求，也可將多面圓頂稍作修改（教材圖1．83d）。多面圓頂結構與圓形圓頂結構相比，其優(yōu)點主要是支座距離可以較大，同時建筑外形活潑。多面圓頂結構比肋形圓頂結構經濟，自重較輕。（二）圓頂的結構組成圓頂結構由殼身、支座環(huán)、下部支承構件三部分組成。如教材圖1．84（Ｐ51）所示。殼身結構當有通風采光要求時，一般可在圓頂頂部開設圓形孔洞。殼體根據頂部是否開孔，可分為閉口殼和開口殼。圓頂結構中的支座環(huán)對圓頂起箍的作用，可有效地阻止圓頂在豎向荷載作用下的裂縫開展及破壞，保證殼體基本上處于受壓的工作狀態(tài)，并實現結構的空間平衡。圓頂通過支座環(huán)擱置在支承構件上。圓頂可以通過支座環(huán)直接支承在房屋的豎向構件上（如磚墻、柱等），也可以支承在外拱或斜柱上。斜拱或斜柱可以按正多邊形布置，并形成相應建筑平面。在建筑處理上，通常將斜拱或斜柱外露，使圓頂與斜拱形式協調，風格統一（教材圖1．85 Ｐ51）。（三）圓頂的受力特點一股情況下殼面的徑向和環(huán)向彎矩較小可以忽略，殼面內可按無彎矩理論計算。在軸向（旋轉軸）對稱荷載作用下，圓頂徑向受壓，環(huán)向上部受壓，下部可能受壓也可能受拉，這是圓頂殼面中的主內力（教材圖1．86 Ｐ51）, 從此可以看出，圓頂結構可以充分利用材料的強度。支座對圓頂殼面起箍的作用，所以支座環(huán)承受殼面邊緣傳來的推力，其截面內力主要為拉力（教材圖1．87 Ｐ51）。由于支座對殼面邊緣變形的約束作用，殼面的邊緣附近產生徑向的局部彎矩。為此，殼面在支座環(huán)附近可以適當增厚，并且配置雙層鋼筋，以承受局部彎矩。對于大跨度結構，支座環(huán)宜采用預應力鋼筋混凝土。（四）圓頂殼板的主要尺寸及構造要求古代厚實的磚石圓頂，跨度可達30～40m?，F代球殼經濟跨度可達100m，是殼體結構中跨度最大者。目前世界上最大球殼跨度為207m。球殼矢高一般取f=（1/5～1/2）L。球殼因內力不大，殼厚一般由構造要求與穩(wěn)定確定。殼厚很薄，一般取曲率半徑的1/600,但最薄50mm，通常為50～150mm