一、结构形式

大跨结构按照几何形状、组合方式、结构材料及受力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。

平面结构体系：梁式结构（平面桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构。

空间结构体系：平板网架结构，网壳结构，大部分悬索结构，斜拉结构，张拉结构等。

二、网架的形式

网架按照弦杆的层数可分为双层网架和三层网架。三层钢架增加网架高度，减少弦杆内力、减小网架尺寸和腹杆长度，当网架跨度较大时三层网架用钢量减少，但杆件和节点的增加，比较复杂。

1、网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结合可变性。得满足以下条件：w=3j-m-r≦0

2、双层网架的常用形式：

2.1、平面桁架系网架：上下弦杆完全对应并与腹杆位于同一竖向平面内，竖向受压，斜杆受拉。（两向正交正放网架、两向正交斜放网架、三向网架）

2.2、四角锥体系网架：由若干倒置的四角锥按照一定规律组成。（正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘型四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架）

2.3、三角锥体系网架：基本单元是锥底为正三角形的倒置三角锥。（三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝型三角锥网架）

3、网架的选型：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支撑情况和造价等因素综合分析确定。按照《网架结构设计与施工规程》（JGJ 7-91）的划分：大跨度为60m以上；中跨度为30-60m；小跨度30m以下。

3.1网架结构的支承：网架的支承方式有周边支承、点支承、周边支承与点支承结合，两边和三边支承等

3.2网架高度及网格尺寸：网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。

3.3网架的扰度要求及屋面排水坡度：允许扰度不得超过下列数值，用作屋盖-L2/250；用作楼面-L2/300.L2为网架的短向跨度。屋面排水一般为3%-5%。

三、网架的计算特点

网架的结构设计满足行业标准《网架结构设计与施工规程》（JGJ 7-91）的要求。

1、直接作用和间接作用：网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算。

2、网架内力分析方法：网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。分析结构内力是忽略节点刚度的影响，假定其为铰接，杆件只承受轴力。当有节间荷载时，应当同时考虑弯矩的影响。网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架类型、跨度大小按规定选用（空间桁架位移法、交叉梁系差分法、拟夹层板法、假象弯矩法）

四、空间杆系有限元法

空间杆系有限元法也称空间桁架位移法，分析时以网架的杆件为基本单元，以节点位移为基本未知量。有杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵，然后根据各节点平衡及变化协调条件建立结构的节点荷载和节点位移间关系，形成结构刚度矩阵和总刚度方程。

基本假定：1、网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力。2、结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论。

空间杆系有限元法计算步骤：

1、根据网架结构、荷载对称性选取计算简图，并对其节点和杆件进行编号为减小总刚度矩阵带宽，节点编号应遵循相邻节点好差最小原则

2、计算杆件单元长度及杆件与整体坐标轴夹角余弦

3、初选各杆截面积

4、建立局部和整体坐标系下的单元刚度矩阵

5、集合总刚度矩阵，减小矩阵的容量

6、建立荷载列阵

7、引入边界条件对总刚度进行处理

8、求解总刚度方程，得出各节点位移值

9、根据节点位移计算杆件内力

10、按杆件内力调整杆件的截面，并重新计算，不超过4-5次

五、网架杆件设计

网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢

六、节点设计

常见的节点形式：1、焊接空心球节点  2、螺栓球节点  3、焊接钢板节点  4、焊接钢管节点  5、杆件直接汇接节点

网架的节点构造满足以下要求;1、受力合理、传力明确2、保证杆件交汇于一点，不产生附加弯矩3、构造简单，制作安装方便，耗钢量小4、避免难于检查、清刷，涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角，管型界面应在两端封闭。

网架的特殊应用：

网壳按照层数分为单层网壳和双层网壳。按照曲面外形分类则有球面网壳、柱面网壳、双曲扁网壳、扭曲面网壳、单块扭网壳、双曲抛物面网壳及切割或组合形成曲面网壳等结构形式。

网壳结构的支承必须保证在任意竖向和水平荷载作用下结构的几何不变和各种网壳计算模型对支承条件的要求。

网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。

特点：

网壳结构为建筑结果提供了一种新颖合理的结构形式，这主要是网壳结构具有以下优点：

（1）网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以跨越较大的跨度。网壳结构是典型的空间结构，合理的曲面可以使结构力流均匀，结构具有较大的刚度，结构变形小，稳定性高，节省材料。

（2）具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形状都能给设计师以充分的创作自由。薄壳结构与网格结构不能实现的形态，网壳结构几乎都可以实现。既能表现静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美。

（3）应用范围广，既可以用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。在建筑平面上可以适应多种形状，如圆形、矩形、多边形、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。

（4）可以用小的构件组成很大的空间，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设备，因此综合经济指标较好。

（5 ）计算方便。我国已有许多适用于多种计算机类型的各种语言的计算软件，为网壳结构的计算、设计和应用创造买有利条件。

（6 ）由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功能，不需像网架结构那样采用小立柱找坡。

稳定性分析

网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法（荷载认一位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为线弹性。用非线性理论分析网壳稳定性时，一般采用空间杆系非线性有限元法，关键是临界荷载的确定。单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算。

球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差影响；可采用结构的最低屈曲模态作为初始缺陷分布模态，其最大计算值可按网壳跨度的1 /300 取值。

进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数K 后，即为按网壳稳定性确定的容许承载力（标准值）。

抗震性分析

在设防烈度为7 度的地区，网壳结构可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。在设防烈度为8 度、9 度地区必须进行网壳结构水平与竖向抗震计算。

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