大跨結(jié)構(gòu) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震分析六、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件設(shè)計七、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計八、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)制作與安裝九、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用1、結(jié)構(gòu)特點①

多桿件從兩個或幾個方向有規(guī)律地組成的高次超靜定結(jié)構(gòu)，屬空間結(jié)構(gòu)體系；②

二力桿結(jié)構(gòu)，空間剛度大，整體性好，具有良好的抗震性能；③

用小規(guī)格、短桿件構(gòu)成大跨度結(jié)構(gòu)，節(jié)點連接簡便（2～4種），建筑造型靈活多樣，分析計算成熟，制造和安裝定型化、標(biāo)準(zhǔn)化。④結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布不均勻，邊緣桿件“強度過剩”；節(jié)點用鋼量大。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用2、發(fā)展過程①

國外開始于20世紀初，40年代開發(fā)出MERO體系，標(biāo)志著網(wǎng)架結(jié)構(gòu)商品化的開始。②

我國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用開始于60年代，但發(fā)展很快，后來居上。標(biāo)志性事件有： 1964年上海師范學(xué)院球類房（31.5×40.5m，角鋼，板節(jié)點）；

1966年天津科學(xué)宮，第一座焊接球節(jié)點網(wǎng)架，14.8x23.3m;

1981年建工總局《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定》（JGJ7-80）； 1991年建設(shè)部《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（JGJ7-91），《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ78-91）；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用2、發(fā)展過程材料：碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)；節(jié)點：焊接球、螺栓球、板節(jié)點；桿件：角鋼、鋼管、工字鋼；結(jié)構(gòu)類型：十二種結(jié)構(gòu)體系；應(yīng)用領(lǐng)域：大型公共建筑，工業(yè)廠房，塔架廊棧、裝飾、改擴建。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用首都體育館（1967）：矩形平面，122×99×6m，平行弦桁架，用鋼量65kg/m2；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用上海體育館（1973）：圓形平面，110×6m，平行弦桁架，用鋼量47kg/m2；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用天津無縫鋼管廠（1992）：6萬m2（108×564m），柱網(wǎng)36×18m，用鋼量32kg/m2；一汽大眾轎車廠（1991）：8萬m2(189.4×421.6m)，柱網(wǎng)21×12m，用鋼量31kg/m2；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用首都機場四機位機庫(1996)：（153+153）×90m，四角錐網(wǎng)架廈門機場太古機庫(1999)：155×70m第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用首都機場四機位機庫（153+153）×90m第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用首都機場空客A380機庫（在建):（176+176）×110m第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點與應(yīng)用3、工程應(yīng)用第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)組成:

雙層網(wǎng)架(上弦桿、下弦桿、腹桿)

三層網(wǎng)架(上弦桿、中弦桿、下弦桿、腹桿)，減小桿件長度，降低內(nèi)力，增加高度，大跨(L>80)

組合網(wǎng)架(鋼筋混凝土板代替上弦桿)1、分類第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式1、分類②

支承方式

多跨，單跨

四點支承，多點支承

周邊支承，混合支承支承條件不同，會改變網(wǎng)架內(nèi)力分布狀態(tài)，總體看平板網(wǎng)架具有平板的受力狀態(tài)。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式1、分類③

網(wǎng)格形式

空間桁架體系：由角錐體系形成的空間桁架組成，桿件較小，用鋼經(jīng)濟，剛度也較大，可抽去部分桿件，桿件更少。平面桁架體系：由平行弦桁架組成，桿件較多，剛度較大，適用于各種跨度；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式2、交叉桁架體系平行弦桁架相互交叉組成；較長的斜腹桿受拉，較短的豎桿受壓，上下弦桿等長；斜腹桿與弦桿間的夾角宜取40-60°；桁架的節(jié)間長度即為網(wǎng)格尺寸。結(jié)構(gòu)組成第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式2、交叉桁架體系兩組平面桁架互相垂直，與邊界平行

，上下弦桿網(wǎng)格尺寸相同，桁架長度相同，幾何可變，應(yīng)設(shè)支撐，正方形平面內(nèi)力分布均勻。①

兩向正交正放網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式2、交叉桁架體系桁架垂直相交，弦桿與邊界成45°，各榀桁架長度不同，剛度大，對角桁架支座受拉

②

兩向正交斜放網(wǎng)架桁架斜向相交，構(gòu)造復(fù)雜，受力性能不好

③

兩向斜交斜放網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式2、交叉桁架體系三組桁架60°相交，受力均勻，節(jié)點交匯桿多（13根），構(gòu)造復(fù)雜，大跨度，圓形，三角形或多邊形平面

④

三向網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式2、交叉桁架體系⑤單向折線形網(wǎng)架由平面桁架互相傾斜交成V形面構(gòu)成，呈單向受力狀態(tài)，較單純的平面剛架剛度大，不需支撐體系第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系上下弦為正方形網(wǎng)格，相互錯開半格，下弦網(wǎng)格節(jié)點對準(zhǔn)上弦正方形中心，上下弦網(wǎng)格節(jié)點用腹桿相連結(jié)構(gòu)組成第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系上下弦桿等長，受力均勻，剛度大，用鋼量大，適合于周邊支承①

正放四角錐網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系正放四角錐網(wǎng)架局部抽空，形成交叉梁，用鋼量省，中小跨度②

正放抽空四角錐網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系上弦斜放，與邊界成45°，下弦正放，上弦短，下弦長，節(jié)點交匯桿件少，用鋼量省，加剛性邊框③

斜放四角錐網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系兩個倒三角桁架相互交叉，三角桁架頂點相連為下弦桿，上弦斜放，與邊界成45°，下弦正放，上弦短，下弦長，中小跨度，用鋼量省，周邊支承④

星形四角錐網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式3、四角錐體系上弦正放，下弦斜放，與邊界成45°，上弦短，下弦長，中小跨度，用鋼量?、?/p>

棋盤形四角錐網(wǎng)架第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式4、三角錐體系結(jié)構(gòu)組成上弦下弦為三角形網(wǎng)格，下弦節(jié)點對準(zhǔn)上弦三角形中心第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式4、三角錐體系①三角錐網(wǎng)架上下弦桿等長，三角形，每個節(jié)點9根桿，受力均勻，剛度大，適合于多邊形平面第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式4、三角錐體系②

抽空三角錐網(wǎng)架局部抽空，上弦三角形，下弦六邊形，剛度小，中小跨度，省鋼第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式4、三角錐體系③

蜂窩形三角錐網(wǎng)架上弦三角形和六邊形，下弦六邊形，節(jié)點桿件交匯少，剛度小，中小跨度第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇建筑物的平面形狀和尺寸，支承方式，荷載大小，屋面構(gòu)造，建筑要求，制造和安裝方法，材料供應(yīng)情況1、考慮因素第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇四角錐網(wǎng)架，兩向正交網(wǎng)架：

平面形狀為矩形，周邊支承邊長比≤1.5的網(wǎng)架;

平面形狀為矩形，周邊支承邊長比＞1.5的網(wǎng)架;平面形狀為矩形，三邊支承一邊開口網(wǎng)架;平面形狀為矩形，多點和點邊混合支承網(wǎng)架;2、選型原則：(參照《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范》)第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇2、選型原則：(參照《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范》)三角錐網(wǎng)架，三向網(wǎng)架：平面形狀為圓形，正六邊形及接近正六邊形，周邊支承網(wǎng)架;多層建筑的樓層或L≤50m的屋蓋，以及鋼筋砼板代替上弦的組合網(wǎng)架；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇（1）網(wǎng)格尺寸

①網(wǎng)格尺寸：直接影響網(wǎng)架的經(jīng)濟性，網(wǎng)格大，節(jié)點少，但砼面板重量大；網(wǎng)格上加檁條可采用大網(wǎng)格，但檁條長度宜≤6m;②確定因素：柱網(wǎng)尺寸，屋面材料，建筑和構(gòu)造要求，施工條件等；③網(wǎng)格數(shù)n的確定：

鋼砼板屋面體系：n=(2-4)+0.2L2（兩向正交正放，正放四角錐，正放抽空四角錐)；n=(6-8)+0.08L2（兩向正交斜放，棋盤形四角錐，斜放四角錐，星形四角錐)鋼檁條屋面體系：n=(6-8)+0.07L2，其中L2為網(wǎng)架短向跨度。3、網(wǎng)架的主要尺寸及構(gòu)造第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇3、網(wǎng)架的主要尺寸及構(gòu)造（2）網(wǎng)架高度

①網(wǎng)架高度：影響剛度，上、下弦桿的內(nèi)力和腹桿的經(jīng)濟性；

②確定原則：一般使腹桿與弦桿的夾角為40-60°；

③高跨比：鋼砼板屋面體系10-14,鋼檁條屋面體系(13-17)-0.03L2第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式選擇3、網(wǎng)架的主要尺寸及構(gòu)造（3）屋面起拱和排水

①一般情況下，網(wǎng)架剛度大，不需起拱；當(dāng)L2≥60m時，采用不大于1/300的起拱度；②屋面排水坡度的做法：(一般取1-4%)

上弦節(jié)點加小立柱找坡；網(wǎng)架變高度；整個網(wǎng)架起坡；支承柱變高度；第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析①

精確計算法：空間桿系有限元法，彈性分析，小變形理論，鉸接，可考慮支承結(jié)構(gòu)影響；單元平衡方程[k]d3tdb5d={F}

整體平衡方程[K]jnhhxv1={P}[K]稀疏矩陣，3n×3n對稱正定，矩陣存儲與方程組解法1、內(nèi)力分析方法第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析1、內(nèi)力分析方法②簡化計算法：交叉梁系分析法；擬板法(擬夾層板法)；假想彎矩法等。③專用軟件，設(shè)計參數(shù)輸入，網(wǎng)格自動生成，節(jié)點坐標(biāo)、節(jié)點荷載自動計算，優(yōu)化計算，減少截面種類。（天大、浙大、同濟、哈工大、建研院、海軍局、航空院等）④容許撓度1/250(屋蓋)或1/300（樓蓋）。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析2、荷載和特殊作用①

自重估算：30~60kg/m2，②

溫度應(yīng)力：高次超靜定，空間桁架位移法；③

豎向地震作用：簡化計算，振型分解，時程分析；④

安裝荷載：驗算內(nèi)力、撓度和動力效應(yīng)；⑤支座沉降和位移。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析3、溫度應(yīng)力計算①

不用計算溫度應(yīng)力

支座節(jié)點構(gòu)造允許側(cè)移；周邊柱支承，跨度小于40m；柱頂側(cè)移較限定值大。第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析3、溫度應(yīng)力計算②

溫度應(yīng)力計算方法A計算桿件溫度變化產(chǎn)生的固端力Noij=-EDtaAijB計算節(jié)點不平衡力Pix=-SEDtaAikcosaik,

Piy=-SEDtaAikcosbik,Piz=-SEDtaAikcosgikC不平衡力反向加在節(jié)點上，計算位移{Dt}=-[K]-1{P}D計算桿件內(nèi)力N1ijE疊加得溫度內(nèi)力Ntij

=

Noij+N1ij第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震分析1、計算假定：節(jié)點集中質(zhì)量(3n自由度)，考慮支承結(jié)構(gòu)剛度；2、自振周期：網(wǎng)架基本周期為豎向振型0.3~0.7s。3、8度和9度進行豎向抗震驗算，9度進行水平抗震驗算，周邊支承和中小跨度8度不不必水平抗震驗算。4、豎向地震作用簡化計算

i節(jié)點豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值Fvi=ψvGi第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震分析5、振型分解反應(yīng)譜法

3n個振型，第j振型{F}Tj={Xj1,Yj1,Zj1，…Xjn,Yjn,Zjn}

第j振型參與系數(shù)第三章網(wǎng)架結(jié)構(gòu)五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)抗震分析5、振型分解反應(yīng)譜法水平地震作用(i節(jié)點，j振型)

Fxji=a