网架结构地种类及性能特点.docx

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网架结构地种类及性能特点

网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。

我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。

　　网架在需要大跨度、大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽乃至工业厂房，无不见到空间结构的踪影。

网架结构的优点是用钢量小、整体性好、制作安装快捷，可用于复杂的平面形式。

适用于各种跨度的结构，尤其适用于复杂平面形状。

这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。

　　网架主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。

跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。

网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：

第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。

壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架及双曲抛物面壳型网架。

网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架，其中以钢网架用得较多。

网架结构可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。

板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力。

单层壳型网架的节点一般假定为刚接，应按刚接杆系有限元法进行计算；双层壳型网架可按铰接杆系有限元法进行计算。

单层和双层壳型网架也都可采用拟壳法简化计算。

　　单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。

目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。

网架结构是空间网格结构的一种。

所谓“空间结构”是相对“平面结构”而言，它具有三维作用的特性。

空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。

空间结构也可以看作平面结构的扩展和深化。

网架结构是空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小。

　　网架结构根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。

板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力；单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。

目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。

　　按实际用途：

钢结构由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。

具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱网架结构距车间等建筑的屋盖。

　　网架具有重量轻、强度高、整体刚性好、变形能力强等特点，目前对于网架的需求量也越来越大.结构屋顶全部采用冷弯薄壁钢构件体系组成，钢骨采用超级防腐高强冷轧镀锌板制造，有效避免钢板在施工和使用过程中的锈蚀的影响，增加了轻钢构件的使用寿命。

结构寿命可达100年。

　　钢结构的网架采用的保温隔热材料以玻纤棉为主，具有良好的保温隔热效果。

用以外墙的保温板，有效的避免墙体的“冷桥”现象，达到了更好的保温效果。

100mm左右厚的R15保温棉热阻值可相当于1m厚的砖墙。

网架结构的拼装一般在现场进行。

在出厂前对于螺栓球节点网架宜进行预拼装，以检查零部件尺寸和偏差情况。

网架的拼装应根据施工安装方法不同，采用分条拼装，分快拼装或整体拼装。

网架拼装应在平整的刚性平台上进行。

对于焊接空心球节点的网架在拼装时，应正确选择拼装次序，以减少焊接变形和焊接应力，根据国内多数工程经验，拼装焊接顺序应从中间向两边或四周发展，最好是由中间向两边发展，因为网架在向前拼装时，两端及前边可自由收缩。

钢结构产品在焊完一条节间后，可检查一次尺寸和几何形状，以便由焊工在下一条定位焊时给予调整。

网架拼装中应避免形成封闭圈，在封闭圈中施焊，焊接应力将很大。

一、曲面网架（网壳）

单曲、双曲、单层、双层

特点：

1利用一定的起拱度来实现外力的空间传递

2多余的上凸增加了建筑容积

3巨大的推力，造成施工困难，材料消耗大

二、平面网架（平板网架）

平行玄桁架交叉而成，双层平面网格

特点：

空间受力，无推力

第三节平板网架的结构形式

一、两向正交正放网架

二、两向正交斜放网架

三、三向交叉网架

四、锥体网架

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：

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

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

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

81×81米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。

桁架下弦标高为10.55米，桁架高度H=4.0米，钢桁架沿纵向间距为27米，沿横向间距为9米，均支承在钢筋砼柱柱顶，由于该区屋面为屋顶花园，屋面活荷载按8.0KN/m2设计,故屋盖承重结构选用钢桁架,并且正交桁架高度相等,弦杆为刚接,在纵向垂直支撑、系杆的保证作用下形成空间桁架结构体系。

厦门国际会展中心

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=

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：

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

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上下玄网格均为三角形

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

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

三角锥体网架

型式：

1上下玄均为三角形网格---空间刚度好

2跳格三角锥体网格：

上玄为三角形网格，下玄为三角形和六角形

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

上下玄均为方格，上下玄错开半格

适用范围：

中小跨度结构

型式：

1正放四角锥体网架

2斜放四角锥体网架

四角锥体网架

1正放四角锥体网架：

锥的底边与相应的建筑平面周边平行

A倒四角锥体（锥尖向下）：

锥的底边相连为上玄杆，锥尖的连杆为上玄杆，上下玄错开半格

四角锥体网架

1正放四角锥体网架

b正四角锥体（锥尖向下）

四角锥体网架

四角锥体网架

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，上下玄杆等长，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

2斜放四角锥体网架：

锥的底边与相应的建筑平面周边夹角45度

四角锥体网架

上玄杆短对受压有利，

下玄杆长为受拉杆，受力

合理

适用范围：

中小跨度、

矩形平面

锥尖向下：

上玄为正六角形网格，下玄为正三角形网格

六角锥体网架

锥尖向上：

下玄为正六角形网格，上玄为正三角形网格

六角锥体网架

杆件多，结点构造复杂，屋面板为六边形或三角形，施工困难，较少采用

第四节平板网架的主要尺寸

短向跨度l<30m时，取（1/8~1/12）l

短向跨度l=30~60m时，取（1/11~1/14）l

短向跨度l>60m时，取（1/13~1/18）l

钢筋混凝土屋面板时，不宜超过3m*3m

轻型屋面：

3~6米

一、网格尺寸

第四节平板网架的主要尺寸

和网格尺寸相匹配

短向跨度l<30m时，取（1/10~1/13）l

短向跨度l=30~60m时，取（1/12~1/15）l

短向跨度l>60m时，取（1/14~1/18）l

二、网格高度

交叉桁架体系：

腹杆倾角40~55度

角锥网架：

腹杆倾角60度

大跨度网架：

再分式腹杆

三、腹杆布置

第五节平板网架的受力特点

第六节平板网架的支承方式

每个结点都设置柱

周边不设置边桁架

用钢梁省

一、周边支承于柱

适用范围：

大跨度和中等跨度

柱子数量少

柱距布置灵活

周边可不设置边桁架

圈梁有利于抗震

二、周边支承于圈梁

适用范围：

中小跨度

柱子数量少，建筑物使用灵活

三、点支承

适用范围：

大柱距的厂房或仓库

自由边必须设边梁或桁架梁

4、三边支承

适用范围：

飞机库或飞机修理装配车间

网架自重计算

网架自重ok（KN/m2）可按下式估算：

　　　　　gok=ξ√qwL2/200　　　　（2.0.16）

式中 qw——除网架自重外的屋面荷载或楼面荷载的标准值（KN/m2）；

　　　L2——网架的短向跨度（m）；　　　

　　　ξ——系数，对于钢管网架取ξ＝1.0，

　　　对于型钢网架取ξ＝1.2。

网架屋面排水坡度的形式

网架屋面排水坡度的形式，可采用下列办法：

一、上弦节点上加小立柱找坡（当小立柱较高时，必须注意小立柱自身的稳定性）；

　　二、网架变高度：

　　三、整个网架起坡：

　　四、支承柱变高度。

　　　　有起拱要求的网架，其拱度可取不大于短向跨度的1/300。

网架结构的计算

一般计算原则

　　网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座承降及施工安装荷载等作用下的内力、位移进行计算。

　　对非抗震设计，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87进行计算，在截面及节点设计中，应按照荷载的基本情况计算

网架的选型

网架的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。

网架构件步子必须保证不出现结构几何可变情况。

　　大、中、小跨度划分系针对屋盖而言；大跨度为60m以上；中跨度为30m-60m；小跨度为30m以下。

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，宜选用斜放四角锥网架、棋盘型四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交斜放网架、两向正交正放网架、正放四角锥网架。

对中小跨度，也可选用星型四角锥网架和蜂窝型三角锥网架。

当建筑要求长宽两个方向不等时，可选用两向斜交斜放网架。

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。

当其边长比小于2时，也可采用斜放四角锥网架。

当平面狭长时，可采用单向折线型网架。

平面形状为矩形，三边支承一边开口的网架，其开口边可采取增加网架层数或适当增加整个网架高度等办法，网架开口边必须形成竖直的或倾斜的边桁架。

　　平面形状为矩形，多点支承网架，可根据具体情况选用：

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。

平面型状为圆形、正六边型及接近正六边心切为周边支承的网架，可根据具体情况选用：

三向网架、三角锥网架或抽空三角锥网架。

对中小跨度，也可选用蜂窝型三角锥网架。

　　对跨度不大于40m多层建筑的楼层及跨度不大于60m的屋盖，可采用钢筋混凝土板代替上弦的组合网架结构。

网架结构宜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、斜放四角锥网架、蜂窝型三角锥网架。

网架的支承形式

网架可采用上弦或下弦支承方式，如当采用下弦支承时，应在支座边形成竖直或倾斜的边桁架。

　　网架的网格尺寸和高度可根据网架形式、跨度大小、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。

多点支承的网架宜设柱帽。

柱帽宜设于下弦平面之下（图2.0.11a）；也可设置于上弦平面之上（图2.0.11b）；或上弦节点直接搁置于柱顶，柱帽呈倒伞形（图2.0.11c）。

多点支承网架的悬臂长度可取跨度的1/4-1/3。