目前，大跨空間結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，空間結(jié)構(gòu)以其優(yōu)美的建筑外形和良好的受力性能被廣泛運用于工程實踐中。網(wǎng)架與網(wǎng)殼是空間結(jié)構(gòu)的主要形式，他們有許多類似的地方，同時又有各自的特點。(前言)
1.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的定義
網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由很多桿件通過節(jié)點，按照規(guī)律的幾何圖形組成的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中，雙層或多層平板形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)稱為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，而曲面形網(wǎng)格稱為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都屬于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)范疇，結(jié)構(gòu)形式較為新穎，桿件的布置形式都具有很強的規(guī)律性。
2.網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的組成與連接
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形似一塊大板，一般分為平行桁架系網(wǎng)架、四角錐體系網(wǎng)架、三角錐體系網(wǎng)架、混合型三層網(wǎng)架等；網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為空間曲面形式，分為單層和雙層網(wǎng)殼兩種，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)依靠單層桿件找形，雙層網(wǎng)殼依靠上弦桿件找形，腹桿和下弦桿可按相應(yīng)的平面桁架體系、四角錐體系或三角錐體系。
根據(jù)其組成可以判斷，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的節(jié)點允許采用鉸接或剛接形式，而單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中，桿件之間的節(jié)點只允許采用剛接，否則將使單層網(wǎng)殼形成機構(gòu)。
空間鉸接桿系的一個節(jié)點有三個自由度，在網(wǎng)架為幾何不變的前提下，可用下式判斷整個結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)。
W=3J-B-S (1)
J——網(wǎng)架的節(jié)點數(shù)
B——網(wǎng)架的桿件數(shù)
S——支座約束數(shù)
假設(shè)某雙層正交正放網(wǎng)架上弦的網(wǎng)格數(shù)為N×N，下弦網(wǎng)格數(shù)為(N-1)×(N-1),則節(jié)點數(shù)為2N2+2N+1,網(wǎng)架桿件數(shù)為8N2，W=-2N2+6N+3-S。對于大跨結(jié)構(gòu)，一般情況下N較大，設(shè)N=10,且上弦點支承,約束數(shù)為S=4N，則W=-177.超靜定次數(shù)為177.可見，網(wǎng)架和雙層鉸節(jié)點網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的冗余度較大，具有較高的安全儲備。
3.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的內(nèi)力
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均為一種空間桿系結(jié)構(gòu)，具有三維受力特點，能承受各方向的作用，空間整體性比較好。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件及鉸接二層網(wǎng)殼的桿件均為二力桿；單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的桿件需做成剛接，能夠傳遞彎矩。平板網(wǎng)架對支座無水平推力或是拉力，而網(wǎng)殼一般不同，網(wǎng)殼需要較大的邊緣構(gòu)件來約束它。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受溫度作用產(chǎn)生的應(yīng)力對支座約束類型比較敏感，約束數(shù)越多、越強，溫度應(yīng)力就越大。在豎向荷載作用下，網(wǎng)架的上下弦桿在跨中內(nèi)力較大，支座處的弦桿內(nèi)力相對小些，支座處的腹桿內(nèi)力較大，跨中腹桿內(nèi)力較小，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以采用簡化計算公式估算內(nèi)力，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于曲面形式多樣，內(nèi)力分布與曲面形狀相關(guān)，沒有統(tǒng)一的近似計算公式。
4.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的內(nèi)力分析方法
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和雙層鉸接網(wǎng)殼計算一般采用空間桁架位移法，假定節(jié)點為鉸接、桿件只承受軸力，服從小變形及線彈性理論，且網(wǎng)架只承受節(jié)點荷載；而對于剛接的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，宜采用空間剛架位移法，假定梁單元為等截面雙軸對稱直桿、變形后梁截面仍為平面，同時服從小變形及線彈性理論。
在空間桁架位移法計算過程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的單剛矩陣的建立有所區(qū)別。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，單剛矩陣沒有考慮桿件伸的影響，桿長取為原長，局部坐標系下直接建立單剛矩陣：
(2)
再轉(zhuǎn)換到整體坐標系下的單剛矩陣。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般考慮網(wǎng)殼變形對網(wǎng)殼內(nèi)力的影響，網(wǎng)殼的平衡方程建立在變形后的位置上。所以，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的單元切線剛度矩矩陣建立在整體坐標系下：
(3)
——單元切線剛度矩陣
——單元線彈性剛度矩陣
——單元幾何剛度矩陣
——單元的初位移矩陣
然后，建立整體坐標下的總剛矩陣，根據(jù)外荷載、邊界條件求解方程組，得到位移，再計算桿件內(nèi)力?！ ?/div>
5.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的地震動特性
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的頻譜非常密集。網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的第一周期隨短向跨度的增大而增大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的剛度受網(wǎng)架高度影響較大，相應(yīng)地，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的剛度受網(wǎng)殼的厚度影響較大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在進行抗震計算時，若不帶入下部結(jié)構(gòu)，得到的對應(yīng)較長周期的振型一般都是豎向振型。帶入下部結(jié)構(gòu)計算后，若柱子抗側(cè)剛度較小，一般首先出現(xiàn)水平振型。而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的振型與矢跨比有關(guān)，矢跨比越小，第一振型越容易出現(xiàn)豎向振型，在工程運用中，矢跨比一般都較大，以水平振型為主。對于一般網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，第一振型對應(yīng)的圓頻率近似公式采用瑞雷法：
(4)
——網(wǎng)架基頻，Hz
——重力加速度
——第一振型i節(jié)點對應(yīng)重力荷載代表值，KN
——第一振型i節(jié)點對應(yīng)位移,m
對于常用的雙層圓柱面網(wǎng)殼，基頻可按下式估算：
(5)
——圓柱面網(wǎng)殼基頻，Hz
——圓柱面網(wǎng)殼矢高，m
——圓柱面網(wǎng)殼波寬，m
——圓柱面網(wǎng)殼厚度，m
——圓柱面網(wǎng)殼長度，m
從公式反映出，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基頻直接受自重、荷載，間接受網(wǎng)架剛度的影響；而雙層柱面殼基頻計算公式只與網(wǎng)殼的幾何參數(shù)相關(guān)。
6.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的穩(wěn)定性比較
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題不是特別明顯，有相當一部分網(wǎng)架的破壞由支座的破壞導(dǎo)致，而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定需要特別關(guān)注，工程中的網(wǎng)殼破壞，特別是單層網(wǎng)殼，主要是由殼體的局部失穩(wěn)開始。對于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在荷載作用下容易出現(xiàn)局部穩(wěn)定問題，而且其穩(wěn)定受到初始缺陷、非線性、曲面形狀、網(wǎng)殼密度與厚度、結(jié)構(gòu)與節(jié)點剛度、荷載分布邊界條件等因素的影響，較為復(fù)雜。
7.網(wǎng)架與網(wǎng)殼的構(gòu)造
網(wǎng)架與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計主要對桿件截面、長細比，一般節(jié)點的形式和支座節(jié)點的設(shè)計提出了要求。節(jié)點應(yīng)該形式簡單，傳力可靠。在網(wǎng)架與網(wǎng)殼的計算中，引入了許多假定，構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)該盡量滿足這些假定。例如對于鉸接節(jié)點，網(wǎng)架與網(wǎng)殼的桿件不能太短，桿件越短，對假定的偏離就越大；也不能太長，長細比過大，桿件就容易失穩(wěn)。對于剛接節(jié)點，
8.總結(jié)
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)都屬于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其理論水平已近成熟，近年來發(fā)展迅速。它們有很多相似的地方，但又由于形態(tài)與組成上的差別，使得其在受力特性、內(nèi)力分析方法、地震動特性等方面出現(xiàn)了一些差異。在進行分析時，應(yīng)根據(jù)具體情況進行分析，考慮主要因素的影響，忽略次要因素，在滿足精度的要求下使分析盡量簡化。