钢网架结构设计探讨

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1、钢网架结构设计探讨：结合笔者从事某训练馆及健身馆X架屋盖设计实践，对X架结构屋盖的杆件设计、节点设计以及X架支座设计进行深入探讨，提出其在X架工程项目上较优的设计方案，为同类工程所参考。　　关键词：屋盖设计；X架结构；训练馆；健身馆；节点设计　　1．工程简介　　本工程为四川双流国家羽毛球训练基地。工程项目中专业训练馆为1栋4层局部2层的框架结构（由抗震缝分为四个单体4个单体），屋盖采用钢X架结构；全民健身馆为1栋3层框架结构，屋盖采用钢X架结构；运动员公寓为1栋5层斜屋面框架结构。本工程项目建筑物抗震设防烈度为7度、

2、设计基本地震加速度值为0.10g、设计地震为第三组，建筑场地类别为Ⅱ类。建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。框架抗震等级专业训练馆、全民健身馆为二级，运动员公寓为三级。　　专业训练馆屋盖分为A、B两个区，且均为42米跨度屋盖，屋盖斜向对角线为脊线，沿脊线坡向上下两侧，X架按照建筑的屋面造型布置杆件，均采用经济指标优秀、构造简单的螺栓球四角锥X架结构。（图一，图二）。全民健身馆二层楼盖为跨度为34.8米的单跨单向预应力梁楼盖结构，沿斜向对角线为脊线的双坡屋盖右侧最大悬挑14米，为保证较好的整体刚度，采用经济

3、指标优秀、构造简单的焊接球四角锥X架结构，按照建筑的屋面造型布置X架杆件。（图二）　　　　　　图1专业训练馆B区X架屋盖平面图　　　　　　图2全民管X架屋盖平面图　　2．X架结构杆件的设计与构造　　杆件是X架结构主要的受力构件，X架结构涉及到的杆件设计通常较多，因此合理地设计杆件对于结构合理受力相当有帮助。结合笔者工程实践经验，提出设计X架结构杆件设计的要点。　　X架结构的杆件一般采用Q235钢和Q345钢，设计时所采用的钢杆件截面型式分为圆钢管、角钢、薄壁型钢三种。对于杆件选取何种截面是有讲究的，杆件截面型式的选择

4、在设计时通常是与X架的节点形式有关。而对于X架杆件通常都是有强度以及稳定性来决定，因此杆件截面应根据承载力和稳定性的计算确定。杆件的计算长度与汇集于节点的杆件受力状况及节点构造有关。X架杆件的最小截面尺寸应根据X架跨度及X格大小确定，角钢不宜小于∟50×3，而对于采用圆钢管则截面不宜小于Φ48×2；薄壁型钢的壁厚则不应小于2mm。　　3．X架结构节点设计　　X架结构的节点型式及选择决定着X架结构的受力，通常X架结构节点所采用的连接方式有焊接连接节点、高强度连接节点、焊接和高强度螺栓混合连接节点。设计X架节点必须要使得

5、X架结构的杆件受力合理、传力明确，而且所设计的节点应当便于制造、安装，最终还要需考虑到节省钢材。　　3.1螺栓球节点　　螺栓球一般由钢球、高强度螺栓、紧固螺钉（或销子）、套筒和锥头或封板等零件组成，适合与连接圆钢管杆件。螺栓球节点的套筒、锥头和封板采用Q235系列、Q345系列钢材；钢球采用45号钢；螺栓、销子或紧固螺钉采用高强度钢材如45号钢、40B钢、40Cr钢、20MnTiB钢等。　　设计的螺栓球节点，其螺栓钢球体直径的大小主要取决于高强度螺栓的直径，高强度螺栓拧入球体的长度及相邻两杆件轴线之间的夹角。当X架中

6、各杆件所需高强度螺栓直径确定以后，螺栓钢球直径的大小应同时保证相邻两螺栓在球体内不相碰，还需确保套筒与钢球之间有足够的接触面　　设计螺栓球节点，必然要考虑到锥头和封板的设计，结合笔者设计实践，笔者认为对于圆钢管杆件直径≥76mm时，适宜采用锥头；同时锥头的任何截面均应与杆件截面等强度，锥头底板的厚度不宜小于被连接杆件外径的1/6。锥头底板外侧平直部分的外接圆直径一般取高强度螺栓直径的1.8倍加3～5mm；锥头斜向筒壁的坡度应≤1/4。当圆钢管杆件直径＜76mm时，可采用封板，其厚度不宜小于杆件外径的1/5。锥头和封板

7、的表面要保持平整，以确保紧固高强度螺栓的装配质量。高强度螺栓孔中心线应尽量与杆件轴线重合，螺栓孔径比螺栓直径大0.5～1.0mm。　　3.2焊接空心球节点　　当X架杆件内力很大（一般≥750kN）时，若仍采用螺栓球节点，会造成钢球过大而使用钢量增多，此时应考虑采用焊接空心球节点。焊接空心球节点的优点是传力明确，构造简单，造型美观，连接方便，适应性强。这种球节点适用于连接圆钢管，由于球体没有方向性，可与任意方向的杆件相连，因此它的适应性强，可用于各种形式的X架结构。设计的焊接空心球节点采用两块圆钢板（钢号Q235钢或Q

8、345钢）经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。钢球外径一般采用160mm～500mm。　　但值得注意的是，结合笔者实践，设计表明有下列情况之一时，宜在空心球内加设环形加劲肋板：空心球的外径D≥300mm，且连接于空心球的圆钢管杆件的内力较大时；空心球的壁厚t小于与球相连的圆钢管腹杆壁厚ts的2倍即：t3ds时；在同一X架中，往往需要调整和统一空