網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PPT幻燈片

1、3. 2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)內(nèi)容提示：n概述n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算與分析n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造3.1 概 述n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通常指的是平板網(wǎng)架，它是由按一定規(guī)律布置的桿件，通過節(jié)點(diǎn)連接而形成平板狀的空間桁架（space truss）結(jié)構(gòu)。上弦桿下弦桿斜腹桿中間節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn)n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：n（1）可實(shí)現(xiàn)的跨度大;（2）經(jīng)濟(jì);（3）安全可靠;（4）抗震性能好;（5）適應(yīng)性強(qiáng);（6）制作、安裝方便。n網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)耗鋼量大，網(wǎng)架屋面材料的選用還受到某些條件的限制，制造、施工費(fèi)用較高等。返回第二章3.2.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型3.2.2.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分類n按網(wǎng)架本身的構(gòu)造分類n按建造材料分類n按支承

2、情況分類 n按組成方式不同分類：交叉桁架體系網(wǎng)架、三角錐體系網(wǎng)架、四角錐體系網(wǎng)架和六角錐體系網(wǎng)架。 n3.2.2 .2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式n1交叉桁架系網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架 兩向正交斜放網(wǎng)架 三向網(wǎng)架 n2三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架角錐網(wǎng)架蜂窩形三網(wǎng)架型抽空三角錐網(wǎng)架型抽空三角錐n3四角錐體系網(wǎng)架 正放四角錐網(wǎng)架邊邊相連斜放四角錐網(wǎng)架頂頂相連正放抽空四角錐網(wǎng)架 棋盤形四角錐網(wǎng)架 星形四角錐網(wǎng)架 n4六角錐體系網(wǎng)架六角錐網(wǎng)架 n2.2.3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型n1周邊支承網(wǎng)架的 結(jié)構(gòu)選型與工程實(shí)例上海體育館n2三邊支承網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)選型與工程實(shí)例廣州白云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)屋蓋 n3點(diǎn)支承網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)選型與工程實(shí)例美國(guó)芝加哥

3、國(guó)會(huì)大廳網(wǎng)架結(jié)構(gòu) n4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要幾何尺寸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要幾何尺寸n（1）網(wǎng)架高度（h）n跨高比 (1014) (混凝土) (1317)-0.03ln（2）上弦平面網(wǎng)格尺寸（s）n 重屋面: (24)+0.2l (68)+0.08ln 輕屋面: (68)+0.07ln (3) 撓度要求和屋面排水n l/250l/300n (屋面排水35%)3.2.3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算要點(diǎn)n3.2.3.1 荷載與作用n1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(fēng)荷載 (4) 積灰荷載 (5) 吊車荷載3.地震作用 水平,豎向4. 溫度應(yīng)力3.2.4網(wǎng)架

4、內(nèi)力計(jì)算方法 n計(jì)算模型-結(jié)點(diǎn)為鉸接 1. 空間桁架位移法 2. 交叉梁系差分法 3. 擬夾層板法 4. 假想彎矩法邊界條件及對(duì)稱性的利用3.2.5 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造n3.2.5.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件設(shè)計(jì) 1桿件材料和截面形式 鋼材品種: q235鋼和q345鋼。 截面形式: 圓鋼管、單角鋼、雙角鋼、h型鋼和方鋼管等。 2桿件截面尺寸 截面的最小尺寸: 角鋼: l503 鋼管: 482。n常用鋼管規(guī)格: 483.5、603.5、75.53.75、894、1086、1144、1338、15910、16812、18014選桿規(guī)格統(tǒng)一的問題 小跨度網(wǎng)架:23種 大中跨度網(wǎng)架: 67種,一般不超過8

5、種。n3桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和長(zhǎng)細(xì)比限值（1）網(wǎng)架桿件的計(jì)算長(zhǎng)度l0桿件桿件節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)螺栓球螺栓球焊接空心球焊接空心球板節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)弦桿及支座弦桿及支座腹桿腹桿l0.9 ll腹桿腹桿l0.8 l0.8 ln（2）網(wǎng)架桿件的長(zhǎng)細(xì)比限值 1）受壓桿件 180 2）受拉桿件 一般桿件 400 支座附近桿件 300 直接承受動(dòng)力荷載桿件 2503.2.5.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及構(gòu)造n1焊接鋼板節(jié)點(diǎn) 焊接鋼板節(jié)點(diǎn)是在平面桁架鋼板節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)形式。其主要優(yōu)點(diǎn)是剛度較大，造價(jià)較低，制作時(shí)不需要大量機(jī)械加工，是一種便于就地制作的節(jié)點(diǎn)型式。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)焊接量大，且仰焊、立焊占一定的比例，需要采取措施

6、控制焊接變形和節(jié)點(diǎn)偏心。它主要用于網(wǎng)架桿件為兩個(gè)角鋼組成的t形截面或十字形截面的兩向交叉網(wǎng)架或四角錐體網(wǎng)架。2焊接空心球節(jié)點(diǎn) （1）特點(diǎn)和適用范圍 焊接空心球節(jié)點(diǎn)（hollow spherical nodes）是目前在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的一種節(jié)點(diǎn)形式，約占已建成網(wǎng)架工程50%左右。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（常用前者）成兩個(gè)半球殼后再對(duì)焊而成?？招那虻匿摬钠贩N宜采用q235鋼和q345鋼制作。 由于球體為各向同性，鋼管桿件與空心球的配合不會(huì)產(chǎn)生偏心，因此,焊接空心球節(jié)點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，尤其對(duì)三向網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架和六角錐網(wǎng)架更加適宜。（2）焊接空心球的構(gòu)造 焊接空心球按構(gòu)造可分

7、為兩類： 不加肋空心球和加肋空心球。 當(dāng)球直徑300mm，且桿件內(nèi)力較大需要提高空心球承載能力要求時(shí)，可采用加肋空心球。加肋空心球的承載力比不加肋空心球高約15%30%。 加肋空心球的肋板厚度不應(yīng)小于球壁厚度，通?？扇榕c空心球壁厚相同。 肋板可用平臺(tái)或凸臺(tái)，采用凸臺(tái)時(shí)，其高度不得大于1mm，而且應(yīng)使內(nèi)力較大的桿件位于肋板平面內(nèi)。環(huán)形加勁肋板球體環(huán)形加勁肋板球體球體環(huán)形加勁肋板球體球體-空心球構(gòu)造剖示圖空心球構(gòu)造剖示圖 （2）空心球尺寸的估算方法 空心球尺寸主要包括空心球外徑和壁厚。 1）外徑（d） 空心球體外徑主要是由構(gòu)造要求確定，通常取鋼管外徑最大值的2倍以上，且應(yīng)使連接于同一球節(jié)點(diǎn)上的各

8、相鄰桿件之間球面焊縫空隙一般不小于10mm。為保證這一焊縫空隙，空心球直徑可初步按下式估算：圖2.46 空心球直徑估算式中：匯集于球節(jié)點(diǎn)任意兩相鄰鋼管之間的 夾角（弧度），一般不小于35； a不小于10mm，一般取a=15mm或 20mm； d1、d2組成角的鋼管的外徑，mm； d空心球的外徑，mm。 212dadd 2）壁厚（t） 空心球的壁厚應(yīng)同時(shí)滿足以下三個(gè)條件： d/t=2545； t/max=1.22.0（這里max為節(jié)點(diǎn)所連接鋼 管桿件中的最大壁厚）； tmin4mm（其中tmin為空心球最小壁厚尺 寸）。（3）焊接空心球的承載力驗(yàn)算 當(dāng)空心球直徑為120500mm時(shí),其承載力驗(yàn)可

9、按下式計(jì)算：1）受壓空心球 式中：d空心球外徑（mm）； t 空心球壁厚（mm） c加肋空心球承載力提高系數(shù)， 不加肋時(shí)c =1.0,加肋時(shí)c =1.4； nc受壓空心球的承載力設(shè)計(jì)值, 單位為n。)3 .13400(22ddttdncc 2）受拉空心球式中： t 空心球壁厚（mm）； d鋼管外徑（mm）； f 鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（n/mm2）； t加肋空心球承載力提高系數(shù)； 不加肋時(shí)t =1.0,加肋時(shí)t =1.1； nt空心球的抗拉承載力設(shè)計(jì)值, 單位為n。 ftdntt 55.0 按下式進(jìn)行驗(yàn)算： nttmaxcmaxcnnn n一般抗壓承載力起控制作用。n如何提高焊接空心球的抗壓承載力

10、?球內(nèi)灌漿球內(nèi)灌漿 鋼管穿通鋼管穿通 加平行雙肋加平行雙肋 十字肋十字肋 （4）空心球與桿件連接的構(gòu)造與計(jì)算 1）對(duì)接焊縫的連接構(gòu)造 中大跨度網(wǎng)架，應(yīng)采用符合構(gòu)造要求的完全焊透的坡口對(duì)接焊縫。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（gb50205-2001）規(guī)定的二級(jí)焊縫的要求。 探傷：射線（ 8mm ）與超聲波 一級(jí)焊縫100；二級(jí)焊縫20 對(duì)符合構(gòu)造要求的完全焊透的坡口對(duì)接焊縫，可視焊縫與母材等強(qiáng)度，而不必進(jìn)行驗(yàn)算。圖2.48 增設(shè)短襯管連接圖示 對(duì)小跨網(wǎng)架,桿件與空心球的連接,可用全周角焊縫連接。構(gòu)造要求： 此時(shí)焊腳尺寸hf應(yīng)符合以下要求： 當(dāng)4mm 時(shí),hf1.5且hf4mm； 當(dāng)

11、4mm 時(shí),hf1.2且hf6mm。 （與空心球相連圓鋼管的壁厚）計(jì)算： 按等強(qiáng)度條件確定焊腳尺寸hf2）角焊縫連接的構(gòu)造與計(jì)算wffdafh7 . 0f式中： a被連接圓鋼管桿件的截面面積（mm2） f 桿件所用鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（n/mm2） d 被連接圓鋼管桿件的直徑（mm） 角焊縫的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（n/mm2）wff（5）焊接空心球節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(jìn)行桿件與空心球連接的設(shè)計(jì)。 為簡(jiǎn)化施工，需將外徑相近的空心球進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)格。（6）例題n某四角錐網(wǎng)架焊接空心球下弦中間節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。己知：鋼球及桿件所用

12、材料均為q235,鋼焊條為e43型焊條,手工焊接。59174.95kn d =180球體 803.5 803.5 602 602t6 137.76kn 19.18kn 15.01kn 1）空心球的設(shè)計(jì)與計(jì)算空心球外徑的確定己知腹桿與下弦桿軸線間的夾角為 ：本題可取空心球外徑=180mm。d300mm，不需加肋?？招那虮诤竦拇_定 根據(jù)構(gòu)造要求,空心球壁厚應(yīng)滿足如下條件： t=(1/251/45)d=47.2mm； t =(1.22.0) =4.27.0mm；且 t 4mm；參照上述結(jié)果,可取t =6mm。(mm) 155180591028060dmin o59 max 212dadd 空心球承載

13、力驗(yàn)算： 空心球的抗壓承載力設(shè)計(jì)值： 空心球的抗拉承載力設(shè)計(jì)值：kn)01.15(n(kn)42.134)180606313606400(0 . 1nmax22c. (174.95kn)n(kn)32. 1782158060 . 155. 0maxt n)3 .13400(22ddttdncc ftdntt 55. 0 空心球的連接焊縫： 空心球采用焊接成型,其連接焊縫采用完全焊 透的坡口對(duì)接焊縫。 鋼管桿件空心球連接焊縫的計(jì)算 下弦桿腹桿與空心球的連接，均采用完全焊透的坡口對(duì)接焊縫連接，此時(shí)視焊縫與母材等強(qiáng)度，不必進(jìn)行焊縫強(qiáng)度計(jì)算。 注意：圖紙的標(biāo)注問題。3螺栓球節(jié)點(diǎn)（1）特點(diǎn)和適用范圍 螺

14、栓球節(jié)點(diǎn)是一種設(shè)有螺紋孔的實(shí)體球節(jié)點(diǎn)特點(diǎn): 與焊接空心球節(jié)點(diǎn)相比， 螺栓球節(jié)點(diǎn)可避免現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)，具有運(yùn)輸和安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。適用: 連接鋼管桿件，還可連接其他形式的桿件。 但與焊接空心球節(jié)點(diǎn)相比, 抗拉承載力低(750kn),不適用大跨度.（2）螺栓球節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成（3）螺栓球節(jié)點(diǎn)的材料選用 鋼球宜采用45號(hào)鋼； 高強(qiáng)度螺栓應(yīng)為10.9s級(jí)（m12m36） 或9.8s級(jí)（m39m60）； 銷子一般采用高強(qiáng)冷拔鋼絲制成； 封板、錐頭和套筒宜采用q235鋼或q345鋼；（4）螺栓球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 1）螺栓球的直徑 主要取決于高強(qiáng)度螺栓直徑的大小、 高強(qiáng)度螺栓擰入球體的長(zhǎng)度及兩相 鄰圓鋼管桿件軸線夾角的大小

15、。條件1: 相鄰套筒接觸面不相碰 212212)cotsin(dddd n式中： d螺栓球直徑（mm）； 兩個(gè)螺栓之間的最小夾角（rad）； d1、d2螺栓直徑（mm），d1d2； 套筒外接圓直徑與螺栓直徑的比值, =1.8。 條件2: 相鄰螺栓不相碰的最小直徑相鄰螺栓不相碰的最小直徑d d為為2122112)2cotsin(ddddd 螺栓伸進(jìn)螺栓球長(zhǎng)度與螺栓直徑的比值； =1.1 條件3:30，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-相鄰兩根桿件的夾角d1-相應(yīng)于d1桿件 所配螺栓直徑 s-套筒長(zhǎng)度螺栓球直徑可取計(jì)算結(jié)果中的較大者。2）高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì) 對(duì)于受拉桿件

16、，高強(qiáng)度螺栓單獨(dú)承受拉力，其直徑大小應(yīng)根據(jù)桿件的拉力按下式來確定式中： 高強(qiáng)度螺栓的拉力設(shè)計(jì)值（n）； 螺栓直徑對(duì)承載力影響系數(shù)。 當(dāng)螺栓直徑小于30mm時(shí)， 1.0； 當(dāng)螺栓直徑大于等于30mm時(shí)， 0.93； 高強(qiáng)度螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， 對(duì)10.9s取為 430n/mm2；對(duì)9.8s取為385n/mm2； 高強(qiáng)度螺栓的有效截面面積（mm2），可按表2.11選取。當(dāng) 螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時(shí)，應(yīng)取螺紋處或銷孔鍵槽處二者中 的較小值。bteffbtfan btn btfeffa 對(duì)于受壓桿件，高強(qiáng)度螺栓不受力，可以不予驗(yàn)算，但由于構(gòu)造上的原因，螺栓直徑也不宜太小?？砂雌湓O(shè)計(jì)內(nèi)力絕對(duì)值

17、求得螺栓直徑計(jì)算值后，減少13個(gè)級(jí)差。螺栓桿長(zhǎng)度lb由構(gòu)造確定，其值為： s-套筒長(zhǎng)度 錐頭或封板厚度3）套筒的設(shè)計(jì) 套筒作用: 擰緊高強(qiáng)度螺栓和承受桿件傳來的壓力。 套筒分側(cè)面設(shè)滑槽和開螺釘孔兩種形式。銷子或螺釘: 直徑可取螺栓直徑的0.160.18倍，不宜小于3mm。螺釘直徑可采用610mm。套筒長(zhǎng)度的計(jì)算設(shè)滑槽的套筒，套筒長(zhǎng)度（mm）可按下式計(jì)算：n式中：ds銷子直徑（mm）； a1套筒端部到滑槽端部距離（mm）； d0螺栓伸入鋼球的長(zhǎng)度（mm）； a2螺栓露出套筒長(zhǎng)度，可預(yù)留45mm， 但不應(yīng)少于2個(gè)絲扣。12aal 420 sdada 套筒應(yīng)進(jìn)行承壓驗(yàn)算，公式為套筒應(yīng)進(jìn)行承壓驗(yàn)算，公

18、式為式中：nc-所連桿件軸力設(shè)計(jì)值 f-套管鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 an-套管在開槽處或螺栓孔處的凈截面面積4）錐頭或封板的設(shè)計(jì) 錐頭或封板作用: 連接鋼管桿件和高強(qiáng)度螺栓，并承受桿件傳來的拉力和壓力。 管徑較大（76mm）時(shí)應(yīng)采用錐頭，以避免相鄰桿件碰撞，而管徑較?。?6mm）時(shí)可采用封板。 錐頭或封板與桿件間的連接焊縫應(yīng)與連接的鋼管等強(qiáng) 封板厚度應(yīng)按實(shí)際受力大小按下式計(jì)算決定式中：n被連接圓鋼管桿件的軸心拉力； r近似取被連接圓鋼管桿件的外圓半徑； r高強(qiáng)度螺栓圓頭與封板接觸部分的中心至封板中 心（即螺栓孔中心）的距離，通常取r=0.64d； f封板所用鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。 規(guī)定，其封板厚度不宜小

19、于鋼管外徑的1/5。rfrrnt )(2 n錐頭底板的厚度亦可近似地按上式計(jì)算確定；此時(shí)式中的半徑r宜近似地取錐頭底板的外圓半徑。通常錐頭底板的厚度不宜小于鋼管外徑的1/6。 3.2.6 網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)n一、設(shè)計(jì)原則 支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)受力明確、傳力簡(jiǎn)捷、安全可靠，并應(yīng)符合計(jì)算中所采用的邊界條件。n二、分類 受力：壓力支座節(jié)點(diǎn)和拉力支座節(jié)點(diǎn) 構(gòu)造: 平板支座節(jié)點(diǎn) 單面弧形支座節(jié)點(diǎn) 板式橡膠支座節(jié)點(diǎn) 球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)n三、構(gòu)造與設(shè)計(jì)1、平板支座節(jié)點(diǎn)(壓力)：適用于較小跨度網(wǎng)架ba支座斜桿上弦桿錨栓支座底板空心球體上弦桿支座斜桿錨栓ba支座底板網(wǎng)架桿件承受拉力錨栓錨栓支承托座支座底板平板支座節(jié)點(diǎn)(拉

20、力) ：適用于較大跨度網(wǎng)架1）壓力支座: 與平面桁架的支座類似 底板的平面尺寸、厚度， 十字肋板的尺寸和焊縫等2）拉力支座 錨栓直徑需要通過計(jì)算確定 一個(gè)拉力螺栓的有效截面面積應(yīng)按下式計(jì)算 eaatatfnr3 . 1平板支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)概要2、單面弧形支座節(jié)點(diǎn)(壓力)：適用于中小跨度網(wǎng)架r底部支承弧形板底部支承弧形板1-1 網(wǎng)架支座上部支承板空心球體網(wǎng)架桿件網(wǎng)架支座上部支承板11錨栓rhchbelb錨栓 2 2 網(wǎng)架支座上部支承板 網(wǎng)架桿件 空心球體 網(wǎng)架支座上部支承板 2-2 底部支承 弧形板 底部支承弧形板 b hchberrl單面弧形拉力支座節(jié)點(diǎn)(拉力)：適用于中小跨度網(wǎng)架錨栓支承托座承受拉力錨栓網(wǎng)架桿件網(wǎng)架支座上部的支承板1-11 1 b網(wǎng)架支座上部的支承板底部支承弧形板1）弧形支座的平面尺寸弧形支座的平面尺寸 a1b1r/fa1b1r/f r r-支座反力支座反力f-f-鋼材（或鑄鋼）抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼材（或鑄鋼）抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值2）弧形支座的厚度弧形支座的厚度弧形