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說到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，首先我們看下定義。“網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是將桿件沿著某個曲面有規(guī)律地布置而形成的空間結(jié)構(gòu)體系，其受力特點與薄殼結(jié)構(gòu)（詞條“薄殼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）類似，是以“薄膜”作用為主要受力特征的，即大部分荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）由網(wǎng)殼桿件的軸向力承受”。
本期中國幕墻網(wǎng)ALwindoor.com小編就給大家介紹網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)：特點及失敗案例。
▲大英博物館中庭(倫敦, 2000)
▲MilanoTrade Fair(Milan，2002-2005)
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的特點
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的定義有三個關(guān)鍵詞：“曲面”、“桿件”、“薄膜作用”。我們從而可以找到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)體系中的位置。
網(wǎng)殼受力方式為薄膜作用，屬于拱結(jié)構(gòu)向三維的拓展;因此，與拱類似的問題會出現(xiàn)在網(wǎng)殼上。比如：整體穩(wěn)定問題;不對稱荷載敏感等。
▲網(wǎng)殼的各種網(wǎng)格形式
網(wǎng)殼由離散桿件組成，可以看作由連續(xù)殼體去除效率低下部分得到，其材料使用更少，但也因此冗余度比較低。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)還需要關(guān)注節(jié)點的剛度、施工的誤差等。
▲單層網(wǎng)殼的常用節(jié)點
基于以上特點，我們可以發(fā)現(xiàn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性比較差，冗余度比較低，且對荷載分布方式、節(jié)點剛度敏感。所以很多結(jié)構(gòu)工程師不愿意用網(wǎng)殼，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)也的確出過一些事故。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的兩個倒塌事故
查爾斯威廉郵政學(xué)院穹頂
查爾斯.威廉郵政學(xué)院(CharlesWilliam Post College)于1970年建造了一個劇院。屋面采用鋼結(jié)構(gòu)穹頂，穹頂直徑約52米，由環(huán)繞于四周的鋼柱支承，鋼柱間沿經(jīng)線均勻布置四十榀鋼管桁架。穹頂頂部設(shè)鋼壓力環(huán)，底部采用圓形的雨棚作為拉力環(huán)。緯向每隔一格布置連續(xù)十字交叉支撐。
▲穹頂結(jié)構(gòu)布置示意圖
1978年1月21日凌晨，劇院穹頂卻因積雪和結(jié)冰導(dǎo)致中心突然凹陷，隨即整體倒塌。
▲倒塌時的荷載分布情形
經(jīng)過專家組的調(diào)查，最主要的原因就是設(shè)計時不當(dāng)?shù)夭捎眠^于簡化的計算方法——只計算了均布自重及活荷載，而未考慮活荷載不利布置。
當(dāng)晚，大雪在風(fēng)力作用下在穹頂上產(chǎn)生了飄移，雪堆積在背風(fēng)面造成了不均勻荷載。雖然總體雪荷載（詞條“雪荷載”由行業(yè)大百科提供）只有設(shè)計總荷載的1/4，但卻集中在屋頂表面的1/3區(qū)段，不均勻荷載分布造成了倒塌。
▲結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的示意圖
倒塌的另一個原因是，結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計時錯誤的將薄膜理論應(yīng)用于網(wǎng)格穹頂。設(shè)計中并未建立桿系模型來驗算其整體穩(wěn)定性。
布加勒斯特穹頂(Bucharest Dome)
羅馬尼亞布加勒斯特穹頂1961年建成，跨度約93.6米，矢跨比約1:5。鋼管桿件構(gòu)成的單層網(wǎng)殼，網(wǎng)格呈等邊三角形式，支承在沿圓形周邊布置的混凝土（詞條“混凝土”由行業(yè)大百科提供）柱上。在網(wǎng)格的節(jié)點處有三個方向鋼管匯交，如何連接?
▲網(wǎng)殼的三角形網(wǎng)格
工程師設(shè)計了一種用金屬絲綁扎的方式。這種連接方式使構(gòu)件都能貫通，大大簡化節(jié)點構(gòu)造、節(jié)省了組裝成本。
▲鋼管匯交節(jié)點的節(jié)點做法
1963年1月，穹頂在僅僅1/3設(shè)計雪荷載的作用下，發(fā)生了整體失穩(wěn)。“穹頂沿著經(jīng)線方向出現(xiàn)多條波峰波谷，像一個倒轉(zhuǎn)的盤子一樣塌了下來，而鋼管桿件幾乎絲毫未損。”
▲失穩(wěn)形態(tài)示意圖
事故調(diào)查表明，穹頂整體失穩(wěn)有兩個主要原因：
1)鋼管匯交節(jié)點采用的綁扎方式。該方式不能限制桿件間的轉(zhuǎn)動，甚至也可能相對滑動，大大降低了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2)根據(jù)簡化的薄膜理論設(shè)計，鋼網(wǎng)殼的整體穩(wěn)定承載力過低。實際需要根據(jù)桿件網(wǎng)格進行計算。
▲失穩(wěn)前(左);失穩(wěn)后(右)
看到這里，大家可能會想，那網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以后是不是會被淘汰呢?下期我們就來回答這個問題。敬請期待~~~~
