单层球面网格及网壳

2.5.2　单层球面网格及网壳

在本节所讨论的单层球面网格几何以及结构形式，在国外的有关专著中都大量研究过，尤其在国外对结构的形态是十分重视的。因为从几何及几何变换的规律出发可以产生很多工程的结构，正因为如此，国外很多著名的学者如美国的Fuller就单层球面网格几何出版过专著，可以从这些专著中了解几何构造原理。

尽管从几何学上可以对单层球面网格几何这类形式进行研究，但直观地看，这些几何却可视为图2.1.1中基本构造平面单元几何（a）、（b）、（c）沿着球面坐标的径向和纬向组合而成，如图2.5.10为肋环型SCHWEDLER单层球面网格，即是由四边形（梯形）沿着径向和纬向构成。类似的，图2.5.11至图2.5.18都可看成是基本图形图2.1.1（a）三角形或基本图形图2.1.1（d）菱形沿着径向和纬向构成。这些由基本单元组成的格构如果位于同一个平面内，则形成圆形平面网格；如果位于一个球面，则形成球形网格。只有对这些几何体赋予材料属性、力学属性、构件截面属性后，才能成为各种不同的格构结构，但仅当结构呈现壳体的力学性状时才可认为是球形网壳结构，不然就成为空间框架。同样从理论上可对其定义任意力学属性和节点构造，但是只有符合工程结构要求才可能被采纳。

图2.5.10　SCHWEDLER单层球面网格及网壳第1种型式

由图2.1.1中的基本构造平面单元几何（a）、（b）、（c）组成的格构结构在构造上有很强的特点，如肋环形网格就是由径向杆和纬向杆构成的，图2.5.10显示的是基本的肋环形网格，图2.5.11、图2.5.12、图2.5.13显示的则是在基本的肋环形网格的基础上增加斜杆，随着斜杆布置的不同，就形成各种不同的形式。

图2.5.11　SCHWEDLER型单层球面网格及网壳第2种型式

图2.5.12　SCHWEDLER单层球面网格及网壳第3种型式

图2.5.13　SCHWEDLER型单层球面网格及网壳第4种型式

图2.5.15显示的是LAMELLA联方型网格，就是由环向杆和径向杆所组成。若取消环向杆以后，就成为如图2.5.14显示的菱形网格的联方型格构。

图2.5.14　LAMELLA型单层球面网格及网壳第5种型式

图2.5.15　LAMELLA型单层球面网格及网壳第6种型式

图2.5.16显示的是PARALLEL LAMELLA平行联方型网格，它可以轴对称地将图形划分为4、6、8……个等分区，形成几个扇形几何，在每个扇形几何面上再布置斜杆，同时布置环向杆。这类结构在扇形的边缘形成了从中心到外环边缘的肋。

图2.5.16　PARALLEL LAMELLA型单层球面网格及网壳

从以上图中可以注意到，无论是肋环形网格还是联方型网格，由于从边缘到中心的构件布置得越来越密，在构造上很难处理。而图2.5.17所示的GEODESIC THREE－WAY型短程线及三向网格却并不存在这个问题。

图2.5.17　GEODESIC THREE－WAY型单层球面网格及网壳

由于联方型网格的划分均匀，所以在使用中得到较广泛的应用，但随着构件向中心的布置越来越密，虽然可以采用以上图中那样减少布置中心构件的办法，但有时会出现布置上的突变，于是在工程中又出现了如图2.5.18的LAMELLA和PARALLEL LAMELLA型组合的网格，它的外部网格为联方型，它的中部网格为平行联方型。这样结合了两种网格的特点，又避免了两种网格构造上的缺点。

图2.5.18　LAMELLA和PARALLEL LAMELLA型组合的单层球面网格及网壳

由于建筑上的需要往往会在结构的中央开孔，在以上的图中，各种网格都可通过调整布置中心构件而加以实现。