網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討

實(shí)用文檔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)探討摘要：在我國(guó)現(xiàn)代建筑行業(yè)快速持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的歷史背景之下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為一種建筑造型美觀，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良的結(jié)構(gòu)形式，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑領(lǐng)域，并在我國(guó)現(xiàn)代建筑工程項(xiàng)目展示出了持續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中了掌握網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)非常必要。關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；桿件；節(jié)點(diǎn)前言：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)中廣為應(yīng)用的一種重要形式。現(xiàn)代社會(huì)中，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)生活的豐富，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的跨度也提出了新的要求。如在體育建筑中，為容納更多觀眾和適應(yīng)大型比賽的需求，要求大跨度的體育館；在工業(yè)廠房中，為滿足工藝改革的需要，也要求建造大柱網(wǎng)的聯(lián)合車間等等。為適應(yīng)這些需求，空間結(jié)構(gòu)在各類大跨度建筑中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸包括網(wǎng)格尺寸(指上弦網(wǎng)格尺寸)和網(wǎng)架高度?？筛鶕?jù)跨度大小柱網(wǎng)尺寸、屋面材料以及構(gòu)造要求和建筑功能等因素確定。1.網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格尺寸(指上弦網(wǎng)格尺寸)一般為跨度的1/6~1/20，即在跨度方向有6~20個(gè)網(wǎng)格。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°。這樣節(jié)點(diǎn)構(gòu)造容易處理。網(wǎng)格尺寸也與網(wǎng)架跨度大小有關(guān)?？缍却蟮木W(wǎng)架其網(wǎng)格尺寸應(yīng)取得大一些。根鋸對(duì)矩形平面、周邊支承的網(wǎng)架進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)表明:最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)基本上隨跨度的增大而增加，小跨度(<30m)為8~10格，中跨度(30~60m)為10~16格，大跨度(>60m)為12~20格。荷載大小及矩形平面的長(zhǎng)寬比對(duì)最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)沒(méi)有影響。此外，網(wǎng)格尺寸也應(yīng)考慮通風(fēng)管道等設(shè)備的設(shè)置問(wèn)題。網(wǎng)架尺寸可參考表1選用。2.網(wǎng)架高度為保證網(wǎng)架中央的撓度不致過(guò)大，網(wǎng)架高度-般取為跨度的1/10~1/18，跨度鉸大時(shí)，取較小值。網(wǎng)架高度可參考表1選用，網(wǎng)架高度的確定主要取決于下列幾個(gè)因素:一、建筑要求和容許撓度要求網(wǎng)架的高度應(yīng)根據(jù)建筑要求、相對(duì)撓度要求和經(jīng)濟(jì)要求來(lái)確定。一般情況下，網(wǎng)架跨度較小時(shí)，其高度由網(wǎng)架的建筑要求和管道設(shè)備要求來(lái)決定:網(wǎng)架跨度較大時(shí)，其高度往往根據(jù)相對(duì)撓度來(lái)決定。二、支承條件和平面形狀平面形狀為圓形的網(wǎng)架，其高路比可取得比其他平面形狀小一些。矩形平面形狀的網(wǎng)架，當(dāng)平面越狹長(zhǎng)時(shí)，單向作用越明顯，其撓度也越大于正方形平面的網(wǎng)架。三、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式很多，國(guó)內(nèi)常用的有焊接空心球節(jié)點(diǎn)和螺栓球節(jié)點(diǎn)。二者相比，前者安裝變形小于后者。故采用螺栓球節(jié)點(diǎn)時(shí)，網(wǎng)架的高跨比應(yīng)取大一些。表1網(wǎng)架短向跨度L2（m）上弦網(wǎng)格尺寸網(wǎng)架高度<30(1/6~1/12)L2(1/10~1/14)L230~60(1/10~1/16)L2(1/12~1/16)L2>60(1/12~1/20)L2(1/14~1/18)L2二、網(wǎng)架的桿件1.桿件材料和截面型式網(wǎng)架桿件的截面型式主要有角鋼和圓鋼管兩種。圓鋼管截面具有管壁薄、回轉(zhuǎn)半徑大和截面無(wú)方向性等特點(diǎn),對(duì)受壓和受扭均有利。根據(jù)資料分析，對(duì)于圓鋼管、角鋼，當(dāng)截面面積相同時(shí)，圓鋼管的軸壓極限承載力最大，在長(zhǎng)細(xì)比大的情況下,為角鋼的3.5倍。一般情況下，采用圓鋼管越面比采用型鋼截面可節(jié)約20%的用鋼量。2.桿件的計(jì)算長(zhǎng)度及容許長(zhǎng)細(xì)比與平面桁架相比，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)處匯集桿件較多，節(jié)點(diǎn)嵌固作用較大。網(wǎng)架桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)與網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)連按型式有關(guān)。對(duì)螺栓球節(jié)點(diǎn),計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ都取為1。對(duì)于空心球節(jié)點(diǎn)，因空心球的外徑約為桿件長(zhǎng)度的10%,故對(duì)弦桿取μ=0.9,對(duì)腹桿μ=0.8×0.9=0.72,近似取0.8。網(wǎng)架桿件算長(zhǎng)度l0=μl，式中l(wèi)—桿件幾何長(zhǎng)度(節(jié)點(diǎn)中心間距離)，μ—計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。由于網(wǎng)架是空間結(jié)構(gòu)，桿件的容許長(zhǎng)細(xì)比可比平面桁架放寬一些。受壓桿件[λ]=180；關(guān)鍵受拉桿件[λ]=250；一般受拉桿件[λ]=300；3.網(wǎng)架桿件截面尺寸桿件截面的最小尺寸應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的跨度與網(wǎng)格大小按計(jì)算確定，普通角鋼不宜小于L50X3，鋼管不宜小于Φ48X3。對(duì)大、中跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼管不宜小于Φ60X3.5。結(jié)構(gòu)桿件分布應(yīng)保證剛度的連續(xù)性，受力方向相鄰的弦桿其桿件截面面積之比不宜超過(guò)1.8倍。三、網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)起著連接匯交桿件、傳遞桿件內(nèi)力的作用，同時(shí)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。因此，節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)均假定為餃接，桿件均按軸心受力設(shè)計(jì)，因而各桿件軸線在節(jié)點(diǎn)上應(yīng)準(zhǔn)確交匯于一點(diǎn)，以免偏心而產(chǎn)生附加力矩。網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)型式很多，按造型式方式主要分為焊接空心球節(jié)點(diǎn)和螺栓球節(jié)點(diǎn)兩類。1.焊接空心球焊接空心球節(jié)點(diǎn)是目前應(yīng)用最為普遍的一種節(jié)點(diǎn)型式。這種節(jié)點(diǎn)是一種空心球體，它是將兩塊圓鋼板經(jīng)熱壓或冷壓成兩個(gè)半球后再對(duì)焊而成。當(dāng)球徑等于或大于300mm,且桿件內(nèi)力較大時(shí)，可在球體內(nèi)加襯環(huán)肋，并與兩個(gè)半球焊成一體以提高節(jié)點(diǎn)承載能力。加環(huán)肋后，承載能力一般可提高15~30%。這種節(jié)點(diǎn)傳力明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，造型美觀，而且連接方便。由于球體沒(méi)有方向性，可與任意方向的桿件相連;當(dāng)匯交桿件較多時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)更為突出。因此它的適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。球體直徑D主要根據(jù)構(gòu)造要求確定，為便于施焊，在構(gòu)造上要求:連接于同球節(jié)點(diǎn)的各桿件之間的空隙不小于20mm?？招那虻耐鈴脚c壁厚之比宜取25~45；空心球壁厚與主鋼管的壁厚之比宜取1.5~2.O;空心球壁厚不宜小于4mm。當(dāng)選用加環(huán)助的空心球時(shí)，其環(huán)肋厚度不應(yīng)小于球壁厚度。并應(yīng)使內(nèi)力較大的桿件置于環(huán)肋平面內(nèi)。螺栓球節(jié)點(diǎn)螺栓球節(jié)點(diǎn)是通過(guò)螺栓將圓鋼管桿件和鋼球連接起來(lái)的一種節(jié)點(diǎn)形式。它一般由鋼球、螺栓、銷子、套筒和維頭或封板等零件組成。螺栓球節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造原理是，先將置有縩栓的錐頭或封板焊在鋼管桿件的兩端，在伸出錐頭或封板的縩桿上套有兩側(cè)開有長(zhǎng)槽的無(wú)紋螺母(套簡(jiǎn))，并以銷釘將螺栓與套簡(jiǎn)連在一起。拼裝時(shí)直接擰動(dòng)六角形套筒，通過(guò)銷釘帶動(dòng)螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺栓旋入球體，直至桿件與螺栓球緊貼為止。鋼球直徑應(yīng)保證相鄰螺栓在球體內(nèi)不相碰并應(yīng)滿足套筒接觸面的要求。螺栓在整個(gè)節(jié)點(diǎn)中是最關(guān)鍵的傳力部件,合理的設(shè)計(jì),對(duì)保證節(jié)點(diǎn)的安全和減輕節(jié)點(diǎn)重量都有密切關(guān)系。螺栓常采用高強(qiáng)度鋼材制作，并要求熱處。高強(qiáng)度螺栓的性能等級(jí)應(yīng)按規(guī)格分別選用。對(duì)于M12~M36的高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按10.9級(jí)選用;對(duì)于M39~M64的高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)按9.8級(jí)選用。套筒是六角形的無(wú)紋螺母，主要用以擰緊螺栓和傳遞桿件軸向壓力。套筒內(nèi)孔徑一般比螺栓直徑大1mm。套簡(jiǎn)壁厚按網(wǎng)架最大壓桿內(nèi)力計(jì)算確定，并驗(yàn)算其開槽處和端部有效截面積的承壓力。套簡(jiǎn)端部到滑槽端部距離，應(yīng)按該處有效戴面抗拉能力不低于銷釘抗剪能力進(jìn)行計(jì)算，但不應(yīng)小于1.5倍滑槽寬度(滑槽寬度一般比銷釘直徑大2mm)。銷子是套筒和螺栓聯(lián)系的媒介，使能通過(guò)旋轉(zhuǎn)套簡(jiǎn)面擰緊螺栓。在擰緊螺栓時(shí)，銷子承受剪力。為臧少銷孔對(duì)螺栓有效截面的削弱,銷子直徑應(yīng)盡可能小些,并宜采用高強(qiáng)鋼制作。其直徑一般取螺栓直徑的0.16~0.18倍，且不小于3mm。錐頭或封板連接其連接焊縫的承載力應(yīng)不低于連接鋼管，焊縫底部寬度可根據(jù)連接鋼管壁厚取2mm~5mm。錐頭任何截面的承載力應(yīng)不低于連接鋼管，封板厚度應(yīng)按實(shí)際受力大小計(jì)算確定，封錐頭底板外徑宜較套筒外接圓直徑大1mm~2mm，錐頭底板內(nèi)平臺(tái)直徑宜比螺栓頭直徑大2mm。錐頭傾角應(yīng)小于40°。結(jié)束語(yǔ)隨著近三十年來(lái)高強(qiáng)度鋼材的使用，電子計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步，為