《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(上)

《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(上)Plate-likeSpaceTruss1/51內(nèi)容1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析

4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工2/51§1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述

網(wǎng)架是由多根桿件按一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連結(jié)而成的平板型或微曲面型空間桿系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架桿件節(jié)點3/51屬高次超靜定結(jié)構(gòu)，空間受力，剛度大,整體工作性能好,抗倒塌性能好自重輕、節(jié)約鋼材制作安裝方便、工業(yè)化程度高形狀適應(yīng)性強、支承布置靈活結(jié)構(gòu)高度低，便于管道穿越網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點4/51管道穿越網(wǎng)架5/51桿件密集，視覺上略顯“繁雜”表面積大，防火、防腐問題突出彎矩抵抗型體系，工作效率不高。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的缺點6/51網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展

20世紀初，Bell率先提出并實踐了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；

其后的發(fā)展主要圍繞兩條主線：

1）節(jié)點連接形式；

2）桿件網(wǎng)格劃分方式7/51

以MERO體系為代表的節(jié)點連接體系創(chuàng)新：球形節(jié)點碗形節(jié)點柱形節(jié)點碟形節(jié)點剛性節(jié)點叉形節(jié)點8/51以Fuller為代表的網(wǎng)格劃分方式創(chuàng)新：9/51以Full為代表的網(wǎng)格劃分方式創(chuàng)新：Octec體系OctecTrussOctahedronOctahedron10/511970年大阪世博會喜慶廣場空間網(wǎng)架108X292m，6柱支承11/511.第一個網(wǎng)架，1964年，上海師范大學球類館屋蓋（31.5m×40.5m、角鋼桿件，鋼板節(jié)點）2.第一批有影響的網(wǎng)架1967年，首都體育館；

1973年，上海萬人體育館4.80年代初，專業(yè)網(wǎng)架廠家出現(xiàn)；90年代后期，年建設(shè)網(wǎng)架100萬平方米以上，成為“網(wǎng)架王國”3.1981年，《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定》頒布

2010年，《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》頒布我國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展12/51工程實例——首都體育館

正交斜放網(wǎng)架，高6m，角鋼桿件，板式螺栓節(jié)點，65kg/m217X6.6=112.215X6.6=99.013/51工程實例——上海萬人體育館三向網(wǎng)架，直徑110m，外挑7.3m，高6m鋼管桿件，焊接空心球節(jié)點，47kg/m214/51首都機場四機位機庫

1996(2X153X90m)工程實例——飛機機庫廣州白云機場機庫(78X70m)198815/51工程實例——深圳市民中心

三層網(wǎng)架，486×154m，網(wǎng)格6×6m，厚9m，焊接球節(jié)點，最大球直徑900mm；屋頂面積6.3萬平米，重約9000噸。（曲面網(wǎng)架，2004）16/511887年Kelvin提出：如果將三維空間用等體積單元填充且接觸面積要最小，這些單元應(yīng)是什么形狀？

1993年Weaire和Phelan提出由14面體和12面體組合模型，被認為是Kelvin問題的最佳解決方案。工程實例——水立方（異形網(wǎng)格網(wǎng)架，2008）17/51水立方網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意

1、由多面體單元構(gòu)成的完整空間2、由空心多面體單元構(gòu)成的空間網(wǎng)格3、切割形成平板狀空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)18/51§2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本類型2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承設(shè)置2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型原則19/51§2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本類型按結(jié)構(gòu)組成：

雙層網(wǎng)架、三層網(wǎng)架按節(jié)點類型：

螺栓球網(wǎng)架、焊接球網(wǎng)架按網(wǎng)格組成：

交叉桁架體系（兩向、三向）角錐體系（三角錐、四角錐）20/511.平面桁架系網(wǎng)架

由若干平面桁架相互交叉組成，各桁架在交點處共用一根豎桿。

特點：上下弦桿等長

根據(jù)桁架布置方式及交角的不同，主要分為3種形式注意：斜腹桿應(yīng)沿受拉方向布置。21/51（1）兩向正交正放網(wǎng)架注意：應(yīng)通過設(shè)置水平支撐保證結(jié)構(gòu)的幾何不變性，增加空間剛度。22/51

兩向正交正放網(wǎng)架適用于正方形或接近正方形的建筑平面，此時其受力類似于雙向板。當邊長比>2

后，單向傳力作用明顯，兩方向桿件內(nèi)力差別較大，受力類似于單向板。L1L223/51適用于正方形和長方形建筑平面角部短桁架對與其垂直的長桁架起到彈性支承作用當長桁架直通角柱時，角柱會受到較大上拔力，設(shè)計中應(yīng)予注意。在周邊支承情況下，較兩向正交正放網(wǎng)架剛度大、用料省。（2）兩向正交斜放網(wǎng)架24/51網(wǎng)格呈正三角形，屬幾何不變體系適用于三角形、六邊形、多邊形和圓形平面空間剛度大、受力性能好節(jié)點匯交桿件多，構(gòu)造復(fù)雜（3）三向網(wǎng)架思考：最多的節(jié)點匯交桿件是多少？(Nmax=13)25/51下弦桿腹桿上弦桿2.四角錐體系網(wǎng)架

網(wǎng)架的上、下弦平面均為正方形網(wǎng)格，上、下弦網(wǎng)格相互錯開半格。26/51受力均勻，空間剛度大，應(yīng)用最廣上、下弦節(jié)點均分別連接8根桿件。（1）正放四角錐網(wǎng)架思考：在何條件下網(wǎng)架所有桿件等長？27/51下弦網(wǎng)格尺寸比上弦網(wǎng)格尺寸大一倍。桿件數(shù)目少、構(gòu)造簡單、經(jīng)濟效果好受力與正交正放交叉梁系相似下弦桿件受力不均勻，剛度略小，適用于中小跨度（2）正放抽空四角錐網(wǎng)架28/51上弦桿短、下弦桿長節(jié)點構(gòu)造簡單，用鋼量較?。ㄉ?下8）網(wǎng)架周邊應(yīng)布置剛性邊梁（3）斜放四角錐網(wǎng)架29/51斜放四角錐網(wǎng)架水平轉(zhuǎn)動45度（上正下斜）上弦桿短、下弦桿長，受力合理，屋面構(gòu)造簡單周邊滿錐時，剛度較好（4）棋盤形四角錐網(wǎng)架30/513.三角錐體系網(wǎng)架

以等腰三角錐體為組成單元，由于三角形的穩(wěn)定性，因而整體抗彎、抗扭剛度好。31/51受力均勻，空間剛度大適用于三角形、六邊形或圓形平面適用于大中跨度及重屋面的建筑物（1）三角錐網(wǎng)架思考：在何條件下網(wǎng)架所有桿件等長？32/51除周邊網(wǎng)格不動外，按一定規(guī)律抽掉一些三角錐單元。整體剛度較差適用于中小跨度的輕屋面的建筑物（2）抽空三角錐網(wǎng)架33/51節(jié)點匯交6根，構(gòu)造簡單上弦平面六邊形，增加屋面板布置和找坡的困難適用于中小跨度的周邊支承網(wǎng)架，用于六邊形、圓形和矩形平面（3）蜂窩形三角錐網(wǎng)架試找出其構(gòu)成規(guī)律。34/511.

周邊支承；2.

點支承；3.

周邊支承與點支承結(jié)合；4.

三邊或兩邊支承；5.

單邊支承§2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承設(shè)置

網(wǎng)架支承位置(A)上弦支承(B)下弦支承

網(wǎng)架支承布置35/51傳力直接、受力均勻，較為常用當支承于柱頂時，網(wǎng)格寬度要與柱距一致。當支承于圈梁時，網(wǎng)格的劃分可不受柱距的約束。

1.

周邊支承36/51受力與無梁樓蓋相似，應(yīng)盡可能設(shè)計成懸挑形式懸挑網(wǎng)格可使跨中彎矩和撓度減少，網(wǎng)架內(nèi)力趨于均勻2.

點支承單跨多點支承網(wǎng)架，懸挑長度宜取中間跨度的1/3；多點支承連續(xù)跨網(wǎng)架，懸挑長度宜取中間跨度的1/437/51柱帽有下面幾種常用形式：（1）設(shè)置在網(wǎng)架下，形成倒錐形支座。特點：傳力直接，但占據(jù)室內(nèi)空間。

為使支承點附近的桿件內(nèi)力不致過大，宜在支承點處設(shè)置柱帽以擴散反力。38/51（2）設(shè)置在網(wǎng)架內(nèi)，柱直接支承在上弦節(jié)點上。特點：不占室內(nèi)空間；但承載力較低，適用輕屋蓋或中小跨度網(wǎng)架。（3）設(shè)置在網(wǎng)架上，形成局部加高網(wǎng)格區(qū)域。特點：不占室內(nèi)空間，柱帽上凸部分可兼作采光天窗。39/51可有效減少網(wǎng)架桿件的內(nèi)力峰值和撓度適用于大柱網(wǎng)工業(yè)廠房、倉庫、展覽館等3.

周邊支承與點支承結(jié)合40/51在飛機庫、影劇院、工業(yè)廠房、干煤棚等中應(yīng)用自由邊的存在對網(wǎng)架內(nèi)力分布和撓度都不利，應(yīng)對其做特殊處理。4.

三邊或兩邊支承41/511)在自由邊附近增加網(wǎng)架層數(shù)，或加設(shè)托梁、托架2)增加網(wǎng)架高度或局部桿件截面加大(中、小型網(wǎng)架)42/51受力與懸挑板相似多用于挑篷結(jié)構(gòu)5.

單邊支承43/51

網(wǎng)架選型應(yīng)根據(jù)建筑平面形狀和尺寸、支承條件、荷載大小、屋面構(gòu)造、制作方法等方面綜合確定§2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型原則耗鋼量桿件與節(jié)點的造價差異圍護結(jié)構(gòu)費用安裝費用結(jié)構(gòu)整體剛度外觀效果網(wǎng)格形式尺寸確定構(gòu)造要求44/511.網(wǎng)格形式的選擇1）矩形平面、長寬比≤1.5、周邊支承兩向正交斜放四角錐系和兩向正交桁架系均適用。斜放體系優(yōu)于正放體系。棋盤形四角錐斜放四角錐45/512）矩形平面、長寬比>1.5、周邊支承四角錐系和兩向正交桁架系均適用。正放體系優(yōu)于斜放體系。正放抽空四角錐正放四角錐兩向正交正放46/513）矩形平面、點支承4）圓形、多邊形平面不應(yīng)采用斜放體系。宜采用三向桁架系或三角錐系。抽空三角錐網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架三向網(wǎng)架

盡管正放四角錐網(wǎng)架用鋼量略高，但其標準化程度好，適用性廣，目前采用較多47/51（1）荷載和設(shè)備尺寸（撓度和設(shè)備穿行空間）（2）平面形狀（空間作用是否顯著）（3）支承條件（周邊支承優(yōu)于點支承）（4）建筑尺寸要求（建筑高度）2.網(wǎng)架高度確定一般宜取跨度的1/10—1/18，跨度大取小值。48/51屋面材料無檁體系，不宜超過4m

有檁體系，不宜超過6m網(wǎng)架在短向跨度的網(wǎng)格數(shù)不宜小于53.網(wǎng)格尺寸確定相鄰桿件間夾角宜大于45度，不宜小于30度49/51設(shè)短柱支托構(gòu)造簡單，是采用較多的找坡方法當中間屋脊處小立柱較高時，應(yīng)驗算其自身穩(wěn)定性對于大跨度網(wǎng)架可采取變高度與小立柱相結(jié)合的方法4.網(wǎng)架屋面排水方案(A)網(wǎng)架整體起拱(B)網(wǎng)架變高度(C)設(shè)短柱支托50/51變高度網(wǎng)架51/515.網(wǎng)架起拱與容許撓度起拱的目的是避免視覺和心理上的下垂感，有時也用于降低網(wǎng)架在永久荷載下的撓度起拱度≤L/300對起拱網(wǎng)架設(shè)計時可按不起拱計算容許撓度:屋蓋L/250,樓蓋L/300《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(下)Plate-likeSpaceTruss53/86§3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析3.1荷載作用3.2有限元分析方法3.3幾何不變性分析54/861．永久荷載（1）自重（2）屋面（3）吊頂(4)設(shè)備管道2．可變荷載（1）屋面活載（2）屋面雪荷載（3）風荷載（4）積灰荷載（5）吊車荷載3.溫度應(yīng)力4.地震作用（水平，豎向）§3.1荷載作用55/86★補充說明1）雙層網(wǎng)架自重估算qw—除網(wǎng)架自重外的荷載標準值（kN/m2）L—網(wǎng)架的短向跨度（m）

網(wǎng)架節(jié)點自重一般占網(wǎng)架總重的20%-25%。網(wǎng)架桿件自重隨跨度變化

網(wǎng)架自重（kg/m2）56/862）網(wǎng)架屋面自重估算輕（金屬）屋面：0.3kN/m2保溫玻璃屋面：1.0kN/m2重屋面：約1.5kN/m23）雪荷載雪荷載與屋面活荷載不同時考慮，取大值；應(yīng)考慮雪荷載的不均勻分布57/864）溫度應(yīng)力對于兩端固定的桿件，每變化1℃引起的溫度應(yīng)力約為2.5N/mm2對于可自由變形的桿件，每變化1℃引起的溫度變形為1.2×10-5L鋼結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力為：

—鋼材的線膨脹系數(shù)，1.2×10-5/℃E—鋼材的彈性模量，2.06×105N/mm2溫度應(yīng)力與支座約束密切相關(guān)。58/86溫度變化范圍是指施工安裝完畢時的氣溫與當?shù)爻Ｄ曜罡呋蜃畹蜌鉁刂睢＞W(wǎng)架支承平面弦件的溫度應(yīng)力大于非支承平面桿件，邊緣區(qū)域的桿件大于中間區(qū)域。59/86符合下列條件之一者，可不考慮溫度應(yīng)力：1.支座節(jié)點的構(gòu)造允許網(wǎng)架側(cè)移，且允許側(cè)移值大于或等于網(wǎng)架溫度變形值；2.網(wǎng)架周邊支承、網(wǎng)架驗算方向跨度小于40m，且支承結(jié)構(gòu)為獨立柱；3.在單位力作用下，柱頂位移值大于或等于下式計算值：Am——支承平面弦桿截面積算數(shù)平均值（mm2）

——系數(shù)，正交正放=1.0，正交斜放=1.414，三向=2.060/86既允許溫度變形又能有效抵抗側(cè)向力的支座設(shè)置61/86單向滑動支座板式橡膠支座62/865）地震作用頻譜相當密集（需考慮多振型組合）可分為水平振型與豎向振型兩類，一般豎向分量大各種不同類型網(wǎng)架的豎向振型曲面基本上相似不同類型但具有相同跨度的網(wǎng)架基本周期比較接近網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型具有如下特點：63/86網(wǎng)架地震分析可采用振型分解反應(yīng)譜法或時程分析法采用振型分解反應(yīng)譜法時，宜至少取前10~15個振型；采用時程分析法時，應(yīng)選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬加速度時程曲線；應(yīng)考慮支承結(jié)構(gòu)對網(wǎng)架受力的影響，1）進行整體建模分析；2）把支承結(jié)構(gòu)簡化為彈性支座分析；在抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，對于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架，應(yīng)進行豎向抗震驗算；對于9度地區(qū)或其他類型網(wǎng)架，均應(yīng)進行豎向和水平抗震驗算。64/86§3.2有限元分析方法一、基本假定1.節(jié)點為鉸接，桿件只承受軸力2.按小撓度理論計算3.按彈性方法分析

網(wǎng)架是一種空間桿系結(jié)構(gòu)，節(jié)點連接可假定為鉸接，忽略節(jié)點剛度的影響。應(yīng)注意在實際構(gòu)造中符合這些假定。65/861.平板模型2.梁系模型3.鉸接桿系模型計算模型分析方法a.微分方程解法b.差分法d.有限元法二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計算模型和分析方法空間桁架位移法66/86空間桁架位移法計算流程圖67/86三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析流程結(jié)構(gòu)幾何建模賦材料屬性賦桿件截面初值結(jié)構(gòu)受力分析添加邊界條件施加荷載結(jié)構(gòu)性能評價N桿件、節(jié)點設(shè)計Y（內(nèi)力、位移）（靜力、動力、穩(wěn)定）68/86網(wǎng)架為多次超靜定結(jié)構(gòu)，截面調(diào)整將引起內(nèi)力重分布★補充說明

豎桿內(nèi)力：0.58F

斜桿內(nèi)力：0.29F

豎桿內(nèi)力：0.72F

斜桿內(nèi)力：0.18F

豎桿內(nèi)力：0.93F

斜桿內(nèi)力：0.05F

因此并非循環(huán)次數(shù)越多越好，原則上兩次截面相差不超過5%即可（通常3-4次）。69/86§3.3幾何不變性分析

用程序計算時，如出現(xiàn)撓度特別大等不合理情況，則該網(wǎng)架有可能為幾何可變。此時，應(yīng)對網(wǎng)架進行幾何不變性分析。

試判斷以下網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的幾何不變性70/86

網(wǎng)架幾何不變的必要條件對于具有J個節(jié)點m根桿件的網(wǎng)架，支承于有r根連桿的支座上時，其幾何不變的必要條件為：

m+r-3J

0

當

=

0時為靜定結(jié)構(gòu)當

>0

時為超靜定結(jié)構(gòu)當

<0

時為幾何可變體系71/86

網(wǎng)架幾何不變的充分條件

1）以三根不共面的桿件匯交所構(gòu)成的網(wǎng)架單元為幾何不變體系。

2）當網(wǎng)架桿系組成的多面體表面全部由三角形包圍時，是幾何不變的。72/86

幾何可變單元可通過加設(shè)桿件或支承鏈桿使其成為幾何不變體系。73/86§4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1桿件設(shè)計4.2節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造4.3防腐與防火設(shè)計74/86網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計中最主要的兩個問題是：

1）避免受壓桿件屈曲

2）使節(jié)點有效傳遞荷載75/86一、桿件材料和截面形式鋼材品種主要為Q235鋼和Q345鋼網(wǎng)架桿件的截面形式a)圓管b)等肢角鋼c)不等肢角鋼d)單角鋼e)H型鋼f)方管§4.1桿件設(shè)計應(yīng)盡量采用薄壁管形截面76/86圓鋼管具有回轉(zhuǎn)半徑大、各向同性、防腐性能好等特點，是目前最常用截面形式。圓鋼管有高頻電焊鋼管及無縫鋼管兩種。應(yīng)盡量采用高頻電焊鋼管，以節(jié)約造價

。

無縫鋼管熱軋冷拔

焊接鋼管直縫螺旋77/8678/86二、桿件的計算長度和容許長細比回顧：壓桿穩(wěn)定PcrPcrPcrl/2l/4l/4lPcrl2lPcrl0.7lPcr79/86回顧：鋼屋架的計算長度系數(shù)彈性嵌固作用80/86網(wǎng)架桿件計算長度系數(shù)

桿件節(jié)點螺栓球焊接球板節(jié)點弦桿1.00.91.0腹桿1.00.80.8支座腹桿1.00.91.081/86網(wǎng)架桿件的容許長細比:1)受壓桿件[λ]≤1802)受拉桿件

a)一般桿件[λ]≤400b)支座附近桿件[λ]≤300c)直接承受動力荷載[λ]≤250支座附近桿件有時會產(chǎn)生變號，故要求嚴格一些直接承受動力荷載桿件要求具有更大剛度低應(yīng)力、小規(guī)格受拉桿件，長細比宜按壓桿控制82/862)鋼管不宜小于Ф48x31)普通角鋼不宜小于L50x33)跨度較大的網(wǎng)架，不宜小于Ф60x3.5三、桿件的容許最小截面尺寸1)軸心受拉2)軸心壓桿四、桿件的截面計算][minlmljs￡=￡=rlfAN][minlmls￡=￡=rlfAN83/863)選用市場能供應(yīng)的規(guī)格五、桿件的截面選擇原則每個網(wǎng)架所選截面規(guī)格不宜太多；盡可能不選用同徑不同厚桿件。2)宜選用薄壁截面，使桿件獲得較大回轉(zhuǎn)半徑，對桿件受壓有利4)鋼管出廠一般均有負公差，故選擇截面時應(yīng)適當留富余量，應(yīng)力比控制在0.9以下5)相鄰弦桿的截面積之比不宜超過1.8倍，以保證剛度連續(xù)性84/86§4.2節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造

節(jié)點是影響網(wǎng)架安全性、工藝性和經(jīng)濟性的重要因素。節(jié)點破壞往往會導致嚴重工程事故節(jié)點連接方式?jīng)Q定了網(wǎng)架的施工工藝節(jié)點的重量一般為網(wǎng)架總重量的20～25%連接節(jié)點支座節(jié)點85/86一、桿件連接節(jié)點類型

①焊接空心球節(jié)點分為不加肋和加肋兩種，適用于連接鋼管桿件優(yōu)點是制造簡單，具有自動對中和‘萬向’性質(zhì)缺點是球體存在應(yīng)力集中，焊接難度大86/8687/86

②螺栓球節(jié)點由鋼球、高強螺栓、套筒、銷子（或止緊螺釘）和錐頭（或封板）組成，適用于連接鋼管桿件。拉力

→鋼管→錐頭或封板→螺栓→鋼球壓力→鋼管→錐頭或封板→套筒→鋼球優(yōu)點：工廠化程度高，安裝快捷，便于拆卸；缺點：精度要求較高，安裝質(zhì)量不易控制。88/862005年7月8日內(nèi)蒙古新豐熱電廠網(wǎng)架垮塌，導致6人死亡，8人受傷。經(jīng)調(diào)查，部分高強螺栓緊固不到位是事故主要原因之一。1996年10月30日，遼寧營口一座50m高通訊塔在7～8級風作用下倒塌。經(jīng)調(diào)查，風荷載引起的塔架扭轉(zhuǎn)振動及螺栓球松動是事故主要原因。89/86③焊接鋼板節(jié)點由十字節(jié)點板1和蓋板2組成，主要用于角鋼桿件。桿件與節(jié)點板的連接可以用焊接，也可以采用螺栓連接。受力與角鋼桁架的節(jié)點板類似。90/86④相貫連接節(jié)點

將網(wǎng)架腹桿(支管)的端部經(jīng)機械加工成相貫面后，直接焊在弦桿(主管)上，也可以將一個方向的弦桿焊在另一個方向的弦桿上。優(yōu)點是節(jié)點用鋼量少，但是加工精度要求很高。

設(shè)計時要注意主管的局部屈曲問題。91/86⑤鑄鋼節(jié)點

具有承載力高、抵抗變形能力強、設(shè)計自由度大、外形美觀等特點，由于避免或降低了構(gòu)件相接處的應(yīng)力集中程度，特別適用于受力大、連接復(fù)雜的節(jié)點。92/861、球體尺寸二、焊接空心球節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造a—管間間距，>10mm

—管間夾角，radtb

=D/(25～45)tb=(1.5～2.0)tpmax

tb≥4mm直徑：壁厚：93/86

當空心球直徑為120～900mm時，其受壓和受拉承載力設(shè)計值NR可按下式計算：D——空心球外徑（mm）d——主鋼管桿件的外徑（mm）f——鋼材的抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）當空心球直徑大于500mm時，乘0.9折減；設(shè)加勁肋時，受壓提高1.4倍，受拉提高1.1倍。2、空心球節(jié)點承載力計算tdfDdNRp)54.029.0(+=94/86思考：如何提高焊接空心球的抗壓承載力?球內(nèi)灌漿

鋼管穿通

加平行雙肋

十字肋

95/862）加勁肋的設(shè)置1）鋼管與球的連接3、空心球節(jié)點連接構(gòu)造要求焊縫與鋼管等強開坡口，留縫隙；管壁大于4mm時，加襯管球徑大于300mm宜設(shè)肋，大于500mm應(yīng)設(shè)肋肋板應(yīng)設(shè)在主桿平面內(nèi)肋板厚度不小于球壁厚96/864、空心球節(jié)點設(shè)計步驟1）估算空心球直徑；2）按構(gòu)造要求確定空心球壁厚；3）按公式核算空心球的承載能力；4）進行桿件與空心球焊縫連接設(shè)計。注意：為簡化施工，需將外徑相近的空心球進行規(guī)格歸并。97/86例題：某四角錐網(wǎng)架焊接空心球下弦中間節(jié)點的設(shè)計。己知：鋼球及桿件所用材料均為Q235,鋼焊條為E43型焊條,手工焊接。59°170.95kN球體φ80×3.5

φ80×3.5φ60×2φ60×2137.76kN

19.18kN15.01kN98/86①空心球外徑的確定己知腹桿與下弦桿軸線間的夾角為

=59°：本題取空心球外徑=180mm。D≤300mm，不需加肋。1）空心球的設(shè)計與計算②空心球壁厚的確定

根據(jù)構(gòu)造要求,空心球壁厚應(yīng)滿足如下條件：

t=(1/25～1/45)D=4～7.2mm；

t=(1.5～2.0)tpmax=4.2～7.0mm；且

t≥4mm；參照上述結(jié)果取t=6mm。99/86③空心球承載力驗算④鋼管與空心球連接焊縫的計算下弦桿\腹桿與空心球的連接，均采用完全焊透的坡口對接焊縫，此時視焊縫與母材等強度，不必進行焊縫強度計算。100/86三、螺栓球節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造1、球體尺寸

大小取決于螺栓的直徑、相鄰桿件的夾角和螺栓伸入球體的長度等因素。條件1:相鄰套筒接觸面不相碰

——兩相鄰螺栓的較大直徑（mm）；

——兩相鄰螺栓的較小直徑（mm）；λ——套筒直徑與螺栓直徑之比，取1.8dlbdsb101/86ξ——螺栓擰入球體長度與螺栓直徑的比值，取1.1條件2:相鄰螺栓不相碰102/86條件3:θ<30o，相鄰兩根桿件（管端為封板）不相碰D1，D2--相鄰兩根桿件的外徑θ--相鄰兩根桿件的夾角d1--相應(yīng)于D1桿件的螺栓直徑

S--套筒長度103/862、高強螺栓設(shè)計

螺栓直徑一般由網(wǎng)架中最大受拉桿件的內(nèi)力控制，一個螺栓受拉承載力設(shè)計值按下式計算：

Ntb≤AeftbAe─高強度螺栓的有效截面面積（mm2），當螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時，應(yīng)取螺紋處或銷孔鍵槽處二者中的較小值。

ftb─高強度螺栓的抗拉強度設(shè)計值。對10.9s取為430N/mm2；對9.8s取為385N/mm2104/862）對于受壓桿件，可按其設(shè)計內(nèi)力絕對值求得螺栓直徑計算值后，減少1～3個級差。1）對于M12~M36高強螺栓，其強度等級按10.9級選用；對于M39~M64高強螺栓，其強度等級按9.8級選用。★補充說明105/863、套筒、錐頭或封板、緊固螺釘設(shè)計套筒的作用是擰緊高強螺栓和承受桿件傳來的壓力。套筒端部要求平整，內(nèi)孔徑可比螺栓直徑大1mm。對套筒應(yīng)進行承壓驗算106/86錐頭或封板的作用是連接鋼管和螺栓，承受桿件傳來的拉力或壓力。當桿件管徑≥76mm時，宜采用錐頭，否則采用封板。其連接焊縫以及錐頭的任何截面應(yīng)與連接鋼管等強。107/86緊固螺釘?shù)淖饔檬菐勇菟S套筒轉(zhuǎn)動，并控制螺栓擰緊程度。在旋轉(zhuǎn)套簡時，緊固螺釘承受剪力，該剪力的大小與螺栓伸入鋼球的摩阻力有關(guān)。緊固螺釘?shù)闹睆酵ǔＨ?～8mm。108/86四、支座節(jié)點設(shè)計與構(gòu)造

支座節(jié)點的可靠性是決定結(jié)構(gòu)整體安全的重要因素；許多空間結(jié)構(gòu)事故都是由于支座計算模型和支座節(jié)點實際情況不符造成的；在計算空間結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當檢查空間結(jié)構(gòu)的支座做法及下部結(jié)構(gòu)的剛度是否和計算書中的約束假定一致。109/861）平板壓力（拉力）支座

構(gòu)造簡單，加工方便，但支座不能轉(zhuǎn)動和滑動，與計算假定相差較大。適用于小跨度網(wǎng)架。110/86

平板支座的計算與平面桁架支座類似，包括底板平面尺寸、厚度、十字肋板尺寸和焊縫等。

實際工程中為便于網(wǎng)架安裝，常用過渡板替代定位錨栓。111/862）單面弧形壓力（拉力）支座

彌補了平板壓力支座節(jié)點不能轉(zhuǎn)動的缺點?；⌒沃ё逡话阌描T鋼制成，也可以用厚板加工而成。適用于中小跨度的網(wǎng)架。112/863）雙面弧形壓力支座

具有一定的轉(zhuǎn)動和滑動能力，較符合鉸支座假定，但構(gòu)造較復(fù)雜、造價較高，且只能沿一個方向轉(zhuǎn)動。適用于跨度大、且下部支承結(jié)構(gòu)剛度較大的網(wǎng)架。113/864）球鉸壓力支座

支座可沿兩個水平方向自由轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生線位移，既能較好地承受水平力，又能自由轉(zhuǎn)動，比較符合不動鉸支座假定，但構(gòu)造較為復(fù)雜。114/865）板式橡膠支座

既可以適應(yīng)支座節(jié)點的轉(zhuǎn)動要求，又能適應(yīng)由于溫度變化、地震作用所產(chǎn)生的水平變位。適用于大、中跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。存在橡膠老化問題。115/86§4.3防腐與防火設(shè)計一、網(wǎng)架防腐設(shè)計

易銹蝕是鋼材的最大缺點。銹蝕使桿件截面減小、大大降低結(jié)構(gòu)的安全度和使用年限，因此必須采取防腐措施。116/86主要防腐方法有：1）改變金屬結(jié)構(gòu)的組織，提高鋼材的抗銹能力，如采用不銹鋼網(wǎng)架。2）在鋼材表面用金屬鍍層保護，如電鍍或熱浸鍍鋅等方法。3）在鋼材表面涂非金屬保護層，即用涂料將鋼材保護起來使之不受大氣中有害介質(zhì)的侵蝕。非金屬涂料的防腐需表面除銹和涂料施工兩道工序。117/86表面除銹的目的是增強涂層附著力，常用方法有：(1)人工除銹

操作簡單質(zhì)量分級：St2、St3(2)拋砂除銹

除銹徹底質(zhì)量分級：Sa1、Sa2、Sa3、Sa4(3)酸洗和酸洗磷化除銹

質(zhì)量最好，但不適用于大型構(gòu)件。118/86涂料中間漆面漆底漆附著力強，成膜粗糙提高底漆光滑度，封閉底漆缺陷成膜光澤，抵抗風化作用底漆和面漆配套組成底漆面漆一般鐵紅環(huán)氧鐵紅油性漆、醇酸、酚醛、脂膠醇酸、酚醛、氧化橡膠環(huán)氧富鋅醇酸、酚醛、氧化橡膠、環(huán)氧、聚氨脂水溶性無機鋅酸溶性環(huán)氧、聚氨脂119/86(1)結(jié)構(gòu)所處的使用條件及選用涂料適用范圍的一致性。(2)施工條件的可能性，一般選用干燥快、便于刷、噴涂的常溫固化型涂料。(3)底漆和面漆應(yīng)有良好的配套性能。(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的重要性，分別選用不同涂料或不同涂層厚度。涂料選擇的原則：120/86網(wǎng)架結(jié)構(gòu)防腐構(gòu)造措施：1.構(gòu)造上應(yīng)盡量避免出現(xiàn)難以油漆的死角或凹槽，閉口截面應(yīng)將桿件兩端部焊接封閉。

2.對于螺栓球節(jié)點連接，應(yīng)將多余的螺孔封口，并用油膩子將所有接縫處嵌密，補刷防銹漆兩道。

3.現(xiàn)場焊縫施焊完畢后，必須進行表面清理和補漆

4.在結(jié)構(gòu)全部安裝完成后，對漏漆或損傷部分，應(yīng)進行補涂和修復(fù)，防止存在防腐上的弱點。121/86工程實例——上?？萍拣^除銹等級:Sa2?粗糙度:Rz40--70μm底漆：水性無機富鋅涂料100μm中間漆：環(huán)氧云鐵60μm面漆：丙烯酸聚氨脂50μm122/86二、網(wǎng)架防火設(shè)計

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的耐火等級確定耐火極限。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的耐火極限主要取決于鋼材的耐火極限。無保護鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為0.5h。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防火措施主要是噴涂防火涂料和采用水噴淋系統(tǒng)。123/86防火涂料有厚型、薄型和超薄型等。1.50~2.001.00~1.502.00~3.001）要求耐火極限≤1.5h，或構(gòu)件截面小、振動撓曲變化大的鋼結(jié)構(gòu)，宜選用薄涂型；2）要求耐火極限>1.5h，或室內(nèi)隱蔽鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用厚涂型結(jié)構(gòu)防火涂料；3）露天鋼結(jié)構(gòu)，必須選用適合室外使用的防火涂料。124/86工程實例——國家體育館除銹等級:Sa2?粗糙度:Rz40--70μm底漆：水性無機富鋅涂料75μm中間漆：環(huán)氧云鐵100μm薄型或超薄型防火涂料面漆：丙烯酸改性聚硅氧烷50μm注意：防火涂料應(yīng)與構(gòu)件的防銹涂裝有良好的相容性。125/86§5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工5.1網(wǎng)架制作與拼裝5.2網(wǎng)架安裝方法5.3安裝質(zhì)量控制126/86§5.1網(wǎng)架制作與拼裝(1)鋼管與鋼管的對接焊縫應(yīng)為一級，球管對接焊縫、鋼管與封板（錐頭）的對接焊縫應(yīng)為二級；127/86(2)桿件接長不得超過一次，接