建筑結(jié)構(gòu)選型7-網(wǎng)架

第七章平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是將桿件按一定規(guī)律布置，通過節(jié)點連接而成的一種空間桿系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種受力性能很好的空間高次超靜定結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)點：1、經(jīng)濟

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種空間桿系結(jié)構(gòu)，桿件主要承受軸力作用，截面尺寸相對較??；這些空間交匯的桿件又互為支撐，將受力桿件與支撐系統(tǒng)有機結(jié)合起來，因而用料經(jīng)濟。由于結(jié)構(gòu)組成的規(guī)律性，大量桿件和節(jié)點的形狀、尺寸相同，這就給工廠成批生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件，制作費用可降低。2、安全網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般是高次超靜定結(jié)構(gòu)，具有多向受力性能，其剛度和整體性較好，能有效地承受集中荷載、非對稱荷載以及懸掛吊車、地震力等動力荷載。3、適應(yīng)性強4、制作、安裝方便5、設(shè)計、計算簡便缺點：出新較難（造型功能不強）造價較高節(jié)點用鋼量大，鋼管桿件的取材較普通型鋼困難，網(wǎng)架屋面材料的選用受到限制第一節(jié)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式交叉桁架體系、角錐體系一、交叉桁架體系是由豎向平面桁架相互交叉聯(lián)成一體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架的節(jié)點構(gòu)造與平面桁架類似。1、兩向正交正放網(wǎng)架（井字形網(wǎng)架）兩個方向的豎向平面桁架垂直交叉，且分別與邊界方向平行。上下弦的網(wǎng)格尺寸相同，而且同一方向的平面桁架長度一致，制作、安裝較為簡便?；締卧獮橐徊蝗扇切谓M成的六面體，屬幾何可變，應(yīng)適當(dāng)設(shè)置支撐。受力狀況與其平面尺度及支承情況關(guān)系較大。對于周邊支承，受力類似于雙向板；點支承，支承附近桿件及主桁架跨中弦桿內(nèi)力最大，其它部位桿件內(nèi)力較小。2、兩向正交斜放網(wǎng)架兩個方向的豎向平面桁架垂直交叉，且與邊界成45度夾角。兩向正交斜放網(wǎng)架中平面桁架與邊界斜交，各片桁架長短不一，而其高度又基本相同，因此靠近角部的短桁架剛度相對較大，對與其垂直的長桁架將起一定的彈性支承作用，從而減少了長桁架中部的正彎矩。所以在周邊支承的情況下，它較兩向正交正放網(wǎng)架剛度大、用料省。當(dāng)長桁架直通角柱時，四個角支座會形成較大拉力。3、兩向斜交斜放網(wǎng)架構(gòu)造處理麻煩，拼裝變形較大，受力性能欠佳。4、三向網(wǎng)架三個方向的豎向平面桁架按60度夾角相互交叉。上下弦平面網(wǎng)格均為正三角形，因此這種網(wǎng)架是以許多穩(wěn)定的三棱體為基本單元所組成的幾何不變體系。三向網(wǎng)架的受力性能好，空間剛度大，并能均勻地把力傳至支承系統(tǒng)。但匯交于一個節(jié)點的桿件可多達13根，節(jié)點構(gòu)造比較復(fù)雜。二、四角錐體系以四角錐為其組成單元。網(wǎng)架的上、下弦平面均為正方形網(wǎng)格，使下弦平面正方形的四個頂點對應(yīng)于上弦平面正方形的形心，并以腹桿連接上下弦節(jié)點，即形成若干個四角錐體。若改變上下弦錯開的平行移動量，或相對地旋轉(zhuǎn)上、下弦（一般45度）并適當(dāng)?shù)爻槿ヒ恍┫覘U和腹桿，即可獲各種形式的四角錐網(wǎng)架。1、正放四角錐體系以倒四角錐體為組成單元，上、下弦桿均與相應(yīng)邊界平行。上下弦節(jié)點均分別連接8根桿件。桿件受力較均勻，空間剛度比其它類型的四角錐網(wǎng)架及兩向網(wǎng)架好。屋面板規(guī)格比較統(tǒng)一，便于起拱，上下弦桿等長，無豎桿，構(gòu)造較簡單。但因桿件較多，用鋼量可能略高。2、正放抽空四角錐網(wǎng)架在正放四角錐網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，除周邊網(wǎng)格不動外，適當(dāng)抽掉一些四角錐單元的腹桿和下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺寸比上弦網(wǎng)格尺寸大一倍，其受力與正交正放交叉梁系相似。正放抽空四角錐網(wǎng)架的桿件數(shù)目較少，構(gòu)造簡單，起拱也較方便，但是抽空以后，下弦桿內(nèi)力的均勻性較差，剛度比未抽空的四角錐網(wǎng)架小些，但能滿足工程要求。3、斜放四角錐網(wǎng)架以倒四角錐為組成單元。由錐底構(gòu)成的上弦桿與邊界成45度夾角，而連接各錐頂?shù)南孪覘U則與相應(yīng)邊界平行。因此，它的上弦網(wǎng)格呈正交斜放，下弦網(wǎng)格呈正交正放。斜放四角錐網(wǎng)架上弦長度比下弦小，周邊支承時，桿件受力合理。節(jié)點匯交的桿件相對較少（上弦節(jié)點6根，下弦節(jié)點8根），用鋼量較省。但屋面板種類較多，屋面排水坡的形成也較困難。安裝時，宜采用整體吊裝。4、星形四角錐網(wǎng)架它的組成單元形似一星體，星體單元是由兩個倒置的三角形小桁架交叉而成。兩個小桁架的底邊構(gòu)成網(wǎng)架上弦，它們與邊界成45度夾角。在兩個小桁架交匯處設(shè)有豎桿，各單元頂點相連即為下弦桿。它的上弦呈正交斜放，下弦呈正交正放，斜腹桿與上弦桿在同一豎向平面內(nèi)。星形網(wǎng)架的上弦桿比下弦桿短，受力合理。網(wǎng)架受力接近于交叉梁系，剛度稍差于正放四角錐網(wǎng)架。5、棋盤形四角錐網(wǎng)架在正放四角錐網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，除周邊四角錐不變外，中間四角錐間隔抽空，下弦改為正交斜放，其外形與國際象棋棋盤相似。也具有上弦短，下弦長的特點，由于周邊滿錐，因此它的空間作用得以保證，受力均勻，同時桿件少，屋面板規(guī)格單一，用鋼指標(biāo)良好。三、三角錐體系以倒置的三角錐為網(wǎng)架的組成單元。錐底正三角形的三邊即為網(wǎng)架的上弦桿，其棱為網(wǎng)架的腹桿。1、三角錐網(wǎng)架由一系列四面體（三角錐）和八面體組合而成，它的上、下弦平面均為正三角形網(wǎng)格，下弦三角形網(wǎng)格的頂點對著上弦三角形網(wǎng)格的形心。三角錐網(wǎng)架的桿件受力均勻，整體抗扭、抗彎剛度好，上、下弦節(jié)點匯交桿件數(shù)均為9根，節(jié)點構(gòu)造類型統(tǒng)一。如網(wǎng)架高度，可以使所有桿件等長。2、抽空三角錐網(wǎng)架在三角錐網(wǎng)架的基礎(chǔ)上，適當(dāng)抽去三角錐單元中的腹桿和下弦桿，使上弦平面為三角形網(wǎng)格，下弦平面為三角形及六邊形網(wǎng)格的組合或均為六邊形網(wǎng)格。前者稱為抽空三角錐網(wǎng)架I型，后者稱為抽空三角錐網(wǎng)架II型。抽空三角錐網(wǎng)架的節(jié)點和桿件數(shù)量均比三角錐網(wǎng)架少，用料較省，上、下弦節(jié)點的交匯桿件分別為8根和6根。上弦網(wǎng)格較密，便于鋪設(shè)屋面板，下弦網(wǎng)格稀疏，有利于節(jié)省用料。剛度較三角錐網(wǎng)架為差，相鄰下弦桿內(nèi)力的差別也較大。3、蜂窩形三角錐網(wǎng)架由一系列四面體（三角錐）和十四面體組合而成。它的上弦平面為正三角形和正六邊形網(wǎng)格，下弦平面為正六邊形網(wǎng)格，下弦桿與腹桿位于同一豎向平面內(nèi)。上弦桿短，下弦桿長，受力合理，而且每個節(jié)點都只匯交6根桿件，簡化了節(jié)點構(gòu)造。在常見的幾種網(wǎng)架中，桿件數(shù)和節(jié)點數(shù)最少的一種。但上弦平面的六邊形網(wǎng)格增加了屋面板布置與屋面起拱的困難。四、其它體系六角錐網(wǎng)架、六邊棱柱體網(wǎng)架、蛛網(wǎng)式網(wǎng)架等第二節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型影響網(wǎng)架選型的因素是多方面的，如工程的平面形狀和尺寸、網(wǎng)架的支承方式、荷載大小、屋面構(gòu)造和材料、建筑構(gòu)造和要求、制作安裝方法以及材料供應(yīng)等。對于周邊支承的網(wǎng)架，當(dāng)平面形狀為正方形或接近正方形，斜放四角錐、星形四角錐、棋盤形四角錐三種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上弦桿比下弦桿短，桿件受力合理，節(jié)點匯交桿件較少，且在同樣跨度條件下節(jié)點和桿件總數(shù)也較少，用鋼量指標(biāo)較低，因此，在中小跨度時應(yīng)優(yōu)先考慮選用。正放抽空四角錐網(wǎng)架、蜂窩形三角錐網(wǎng)架也具有類似的優(yōu)點，因此在中小跨度，荷載較輕時也可選用。當(dāng)跨度較大時，容許撓度將起主要控制作用，故宜選用剛度較大的交叉桁架體系或滿錐形式的網(wǎng)架。在矩形平面、周邊支承的情況下，兩向正交斜放網(wǎng)架的剛度及用鋼梁指標(biāo)均較兩向正交正放為好，跨度增大時，優(yōu)越性更明顯。但是當(dāng)為狹長矩形平面時，斜放類型網(wǎng)架的傳力路線要比正放類型長，從而導(dǎo)致其空間作用的削弱，因而此時宜盡量選用正放四角錐、兩向正交正放和正放抽空四角錐等正交正放類型的網(wǎng)架。對于矩形平面四點支承或多點支承的網(wǎng)架，選用正交正放類型的網(wǎng)架傳力簡捷，可以取得較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。對于周邊支承與點支承相結(jié)合的網(wǎng)架，因其兼有這兩種支承情況的受力特點，因此除選用正放類的網(wǎng)架外，也可選用兩向正交斜放或斜放四角錐網(wǎng)架。對于周邊支承的圓形、多邊形平面，選用三向網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架及蜂窩形三角錐網(wǎng)架比較恰當(dāng)。在網(wǎng)架選型時，從屋面構(gòu)造情況來看，正放類網(wǎng)架的屋面板規(guī)格整齊單一，而斜放類型的網(wǎng)架屋面板規(guī)格有兩、三種。從網(wǎng)架制作來說，交叉平面桁架體系較角錐體系簡便，正交比斜交方便，兩向比三向簡單。從節(jié)點構(gòu)造要求來說，焊接空心球節(jié)點可以適用于各類網(wǎng)架；而焊接鋼板節(jié)點則以兩向正交類的網(wǎng)架為宜；至于螺栓球節(jié)點，則要求網(wǎng)架相鄰桿件的內(nèi)力不要相差太大。第三節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸1、網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格尺寸（上弦網(wǎng)格尺寸）一般為跨度的1/6-1/20，即在跨度方向有6-20個網(wǎng)格，它在很大程度上取決于屋面板的選用。若屋面采用無檁體系（鋼絲網(wǎng)水泥板、RC屋面板），網(wǎng)格尺寸一般為2-4m，采用再分式腹桿時，可取至9m。網(wǎng)格尺寸還與網(wǎng)架高度有密切關(guān)系，通常應(yīng)使斜腹桿與弦桿平面的夾角為40-55度。以使節(jié)點構(gòu)造容易處理。網(wǎng)格尺寸也與網(wǎng)架跨度大小有關(guān)，跨度大的網(wǎng)架其網(wǎng)格尺寸應(yīng)取得大一些，最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)基本上隨跨度的增大而增加。2、網(wǎng)架高度為保證網(wǎng)架中央的撓度不致過大，網(wǎng)架高度一般取為跨度的1/10-1/20，跨度較大時，取較小值。確定網(wǎng)架高度的因素：1）建筑要求和容許撓度要求2）支承條件和平面形狀3）節(jié)點構(gòu)造要求網(wǎng)架最優(yōu)高跨比與跨度無關(guān)，而與屋面材料有關(guān)。采用鋼筋混凝土屋面時，高跨比為(1/11-1/13)L2；采用鋼檁條體系時，為(1/12-1/14)L2

。3、腹桿布置應(yīng)盡可能做到拉桿多壓桿少，而且長桿受拉短桿受壓，使桿件受力合理。4、懸挑長度自點支承處向外懸挑適當(dāng)長度，可減少網(wǎng)架跨中內(nèi)力和撓度，節(jié)省鋼材。懸挑長度一般取支承點跨度的1/3-1/4。第四節(jié)網(wǎng)架的桿件與節(jié)點一、網(wǎng)架的桿件網(wǎng)架桿件常用的為鋼管和角鋼兩種，鋼管比角鋼受力更為合理，材料較省。國內(nèi)鋼材主要采用16Mn或3號鋼，采用16Mn比3號鋼省15％－20％。二、網(wǎng)架的節(jié)點在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，節(jié)點起著連接匯交桿件、傳遞桿件內(nèi)力的作用，同時也是網(wǎng)架與屋面結(jié)構(gòu)、天棚吊頂、管道設(shè)備、懸掛吊車等連接之處，起著傳遞荷載的作用。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于空間桿系，在它的每一個節(jié)點上往往匯交著許多桿件，一般至少有6根（蜂窩形三角錐），多的可達13根以上（三向網(wǎng)架）。它的節(jié)點構(gòu)造比平面桁架復(fù)雜得多。節(jié)點的用鋼量在整個網(wǎng)架中所占比重較大，一般相當(dāng)于網(wǎng)架總用鋼量的1/5-1/4。一個合理的節(jié)點，必須是受力合理、傳力明確、安全可靠、構(gòu)造簡單、制作簡便、易于拼裝，并且耗鋼少。應(yīng)使節(jié)點構(gòu)造與所采用的計算假定相符。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點均假定為鉸接，桿件均按軸心受力設(shè)計，因而各桿件軸線在節(jié)點上應(yīng)準(zhǔn)確交匯于一點，以免偏心產(chǎn)生附加力矩；支承節(jié)點尚應(yīng)滿足計算時所取邊界條件的要求。在某些情況下，節(jié)點構(gòu)造上的缺陷會危及結(jié)構(gòu)的安全。1、板節(jié)點桿件為角鋼?？梢允呛附踊蚵菟ㄟB接。剛度大、整體性好，制造加工簡單，質(zhì)量易保證，成本低廉，適用于兩向正交網(wǎng)架。2、焊接空心球節(jié)點當(dāng)桿件采用鋼管時，節(jié)點宜采用球節(jié)點。焊接空心球是將兩塊圓鋼板經(jīng)熱壓或冷壓成兩個半球后再對焊而成。當(dāng)球徑等于或大于300mm，且桿件內(nèi)力較大時，可在球體內(nèi)加襯環(huán)肋，并與兩個半球焊成一體，以提高節(jié)點承載能力。加環(huán)肋后，承載力可提高15－30％。這種節(jié)點傳力明確，構(gòu)造簡單，造型美觀，而且連接方便。對于圓鋼管，只要切割面垂直桿件軸線，桿件就能在空心球體上自然對中而不產(chǎn)生偏心。由于球體沒有方向性，可與任意方向的桿件相連。因此適應(yīng)性強，可用于各種形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。制作網(wǎng)架時，桿件與球體的連接多屬現(xiàn)場焊接，且仰焊和立焊占有相當(dāng)比重，焊接工作量大，質(zhì)量要求較高。特別在現(xiàn)場施焊時，會因焊接變形而引起網(wǎng)格尺寸發(fā)生偏差，難于處理。3、螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點是在實心鋼球上鉆出螺絲孔，用螺栓連接桿件。這種節(jié)點不要焊接，避免了焊接變形，同時加快了安裝速度，也有利于構(gòu)件的的標(biāo)準(zhǔn)化。但構(gòu)造復(fù)雜，機械加工量大。一般由鋼球、螺栓、銷釘、套筒和錐頭