空间网架结构

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网架结构 网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。常应用在屋盖结构。通常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面型的空间网格结构简称为网壳。网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网壳有单层和双层两种。平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式。10空间网架结构 10.1网架特点及适用范围1网架结构是高次超静定空间结构。空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。2网架结构的自重轻，用钢量省；3应用范围广既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋；4同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。一、网架特点 5适用于大柱网的建筑，使结构具有足够大的使用空间，便于按照不同的功能要求分配空间6通风采光好，但是不适用对声音要求特别高的建筑7上下弦之间由规律的杆件组成，在不增加层高的基础上，满足管道铺设要求。8结构表现形式直接体现造型美的需求，更好体现理性设计的思想 二、适用范围网架结构既可用于体育馆、俱乐部、展览馆、影剧院、车站候车大厅等公共建筑，近年来也越来越多地用于仓库、飞机库、厂房等工业建筑中。9网架结构取材方便，一般采用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式有钢管和角钢两类，以钢管采用较多，并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）。10另外，网架结构其杆件规格统一，适宜工厂化生产，为提高工程进度提供了有利的条件和保证。 一、分类按结构组成，通常分为双层网架和三层网架；按支承情况分，有周边支承、点支承、周边支承和点支承混合等形式；按照网架组成情况，可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥体组成的空间角锥体系等等。10.2网架结构形式 网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构，是最常用的网架形式。 三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。 二、双层网架的常见形式平面桁架网架四面锥体系网架三角锥体体系网架两向正交正放网架两向正交斜放网架三向网架正放四角锥网架正放抽空四角锥网架斜放四角锥网架星形四角锥网架棋盘四角锥网架三角锥网架抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架交叉桁架体系角锥体系 正交：两个方向桁架互相垂直正放：两个方向桁架都与建筑平面的边线平行一、两向正交正放网架特点：1、两个方向桁架跨度相等或接近时，两个方向桁架受力才比较均匀，且能发生整体空间作用2、如建筑平面为长方形，空间作用不明显网格平面为几何可变体型，刚度差，需设斜撑3、适用范围：建筑平面为正方形或接近正方形中等跨度：30~60米 两向正交正放网架水平斜撑杆选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。 周边支承网架水平斜撑布置方式之一水平斜撑杆水平斜撑杆 正交：两个方向桁架互相垂直斜放：两个方向桁架都与建筑平面的边线成45度角二、两向正交斜放网架1、长度不统一，最长的桁架长度不因平面长边的增加而改变2、短桁架对长桁架起支承作用，可降低长桁架的内力3、网格平面图形可维持几何不变形，空间刚度好4、网架四角的锚拉，使长桁架在角部产生负弯矩对四角支座产生较大的拉力，使四角有可能翘起特点： 故采用图示结构，由角部两个柱子共同承担，避免拉力集中 适用范围：任意尺寸的矩形建筑平面中等跨度：30~60米大跨度：60米以上 两向正交斜放网架两向正交斜放短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利，角部产生拔力，常取无角部形式。两向斜交斜放适用于两个方向网格尺寸不同的情形，受力性能欠佳，节点构造较复杂 三个方向的桁架相互交叉60度而成三、三向交叉网架特点：1、上下弦网格均为三角形2、空间刚度比两向网架好3、杆件内力更均匀4、结点汇交杆件多，构造复杂适用范围：大跨度，建筑平面为三角形、六边形、圆形 比两向网架刚度大，适合大跨度三向网架 由三角锥、四角锥或六角锥单元组成棱角斜杆作竖向腹杆四、锥体网架 正放四角锥网架正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。 正放四角锥体网架特点：（1）杆件内力均匀，点支承时除支座处杆件内力较大，其他杆件内力均匀（2）屋面板规格比较统一，上下弦杆等长，构造简单适用范围：（1）平面接近于正方形的中小跨度周边支承的建筑（2）大柱距的点支承、有悬挂吊车的工业厂房四角锥体网架 2008奥运会场馆（正放四角锥） 特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。正放抽空四角锥网架 特点：保持正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点。棋盘形四角锥网架 斜放四角锥网架特点：上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。星形四角锥网架 三角锥体网架型式：1、上下弦均为三角形网格---空间刚度好2、跳格三角锥体网格：上弦为三角形网格，下弦为三角形和六角形网格---用料省适用范围：建筑平面为矩形、三边形、梯形、六边形、圆形的大跨度结构 三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。当上、下弦杆和腹杆等长时，三角锥网架受力最均匀：整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。三角锥网架 抽空三角锥网架保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆。抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中小跨度建筑。 上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适用于周边支承，中小跨度屋盖。蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借助于支座水平约束来保证其几何不变。蜂窝三角锥网架 角锥体网架 原则：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、支承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》JGJ7－91的划分：大跨度为60m以上；中跨度为30～60m；小跨度为30m以下。三、网架的选型 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。 平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。 网架结构选型的基本原则对于大跨度结构：优选三向交叉网架和三角锥网架对于平面交叉桁架体系而言，平面形状为方形或接近方形宜采用正交正放形式；平面形状为矩形时，宜采用正交斜放形式；不推荐采用斜交斜放形式。对四角锥体系网架而言，正放受力均匀，刚度最好；正放抽空节约钢材，便于采光、通风；斜放和星形有利于充分发挥材料的强度。当平面形状为三边形、六边形或圆形时，三角锥体系网架是首选。其中，三角锥网架刚度最大；抽空三角锥次之，但用料节省、构造简单；蜂窝形刚度最差，选用时应与周边支承相结合。支承方式选择：周边支承适用于大、中跨网架；点支承布置灵活，适用于大柱距的厂房、仓库；混合支承适用于飞机库或装配车间。 10.3网架高度确定原则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。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。一、网架高度确定原则 网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在40°～55°之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按下表选用。二、网格尺寸确定原则 注：1．L2为网架短向跨度，单位为米；2．当跨度在18m以下时网格数可适当减少。 三、网架的挠度要求及屋面排水坡度网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖－L2/250；用作楼面－L2／300。L2为网架的短向跨度。网架屋面排水坡度一般为1％～4％，可采用下列办法找坡：(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性； (b)对整个网架起拱(图b)；(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1／300。 网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起拱 施工中的网架 一、网架的支承方式：周边支承点支承周边支承与点支承相结合两边和三边支承10.4、网架结构的支承方式与节点 周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图(c)周边支承 点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3(如图)。点支撑 周边支撑与点支承结合特点：平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度 二、网架节点构造（1）焊接空心球节点上弦节点下弦节点 焊接空心球节点 （2）螺栓球节点 螺栓球节点 （3）支座节点平板压力支座 平板压力支座 平板压力支座 平板压力支座 （4）屋顶节点 （5）悬挂吊车节点