網(wǎng)架設(shè)計(jì)課件

2

網(wǎng)

架

結(jié)

構(gòu)2.1

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)定義a網(wǎng)架b單層網(wǎng)殼c雙層網(wǎng)殼

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是由多根桿件按照某種有規(guī)律的幾何圖形通過節(jié)點(diǎn)連接起來的空間結(jié)構(gòu)。

至2001年底，全國建成13500幢，面積2000萬平方，其中12％為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，約1600幢；2001年增長幅度約1500幢，280萬平方米。用于體育場館、俱樂部、食堂、影劇院、候車廳、飛機(jī)庫、工業(yè)車間和倉庫。代表性工程：

1966年，首都體育館，99mX112.2m2000年，沈陽博覽中心，144mX204m1975年，上海體育館比賽館，直徑110m，挑檐7.5m1996年，首都四機(jī)位機(jī)庫，90mX(153+153)m1980年，伊斯蘭堡體育館，93.6m2008年，國家體育場，340mX290m國內(nèi)應(yīng)用情況國外網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)體系

英：諾達(dá)斯(NODAS)體系、空間板(SPACEDECK)體系法：平屋頂(UNIBAT)體系、斯費(fèi)羅巴特(SPHEROBAT)

體系德：米羅體(MERO)系、克魯普蒙泰(KRUPPMONTAL)體系加：三極型(TRIODETIC)體系日：DAIMOND、NS體系澳：Harley體系俄：嵌契式(ИφИ)體系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式與分類

平面桁架系組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)a兩向正交正放網(wǎng)架b兩向正交斜放網(wǎng)架c兩向斜交斜放網(wǎng)架d三向網(wǎng)架e網(wǎng)片a正放四角錐網(wǎng)架b正放抽空四角錐網(wǎng)架c斜放四角錐網(wǎng)架d棋盤型四角錐網(wǎng)架e星形四角錐網(wǎng)架f單向折線形網(wǎng)架g四角錐體h星形單元體四角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)a六角錐網(wǎng)架b六角錐體六角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)2.2

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的荷載、作用

與一般設(shè)計(jì)原則荷載（續(xù)）

2.可變荷載

(1)屋面或樓面活荷載

(2)雪荷載

－－雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/㎡）；－－屋面積雪分布系數(shù)，＝1.0；－－基本雪壓（kN/㎡）雪荷載與屋面活荷載取兩者的最大值。

(3)風(fēng)荷載－－基本風(fēng)壓（kN/㎡），按50年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于

0.3kN/㎡。－－風(fēng)荷載體形系數(shù)－－風(fēng)壓高度變化系數(shù)

(4)積灰荷載僅應(yīng)用于屋面坡度α≤250；當(dāng)α≥450

時(shí)，可不考慮積灰荷載；當(dāng)250<α<450時(shí)，可按插值法取值。

(5)吊車荷載

溫度作用

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如符合下列條件之一者，可不考慮由于溫度變化而引起的內(nèi)力：

1.支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造允許網(wǎng)架側(cè)移時(shí)

2.當(dāng)周邊支承的網(wǎng)架、驗(yàn)算方向跨度小于40m時(shí)，支承為獨(dú)立柱或磚壁柱

3.在單位力作用下、柱頂位移大于或等于下式的計(jì)算值

地震作用網(wǎng)架的地震反應(yīng)大小與干擾作用（地震波）的大小和網(wǎng)架本身的動(dòng)力特性有關(guān)，常做以下簡化假定：

1.結(jié)構(gòu)可離散為多個(gè)集中質(zhì)量的彈性體系

2.結(jié)構(gòu)振動(dòng)屬于微幅振動(dòng)，小變形范疇

3.振動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)的地基各部分作同一運(yùn)動(dòng)，不考慮相位差

4.結(jié)構(gòu)的阻尼很小，可以忽略結(jié)構(gòu)各振型之間的耦聯(lián)影響?？刹捎谜裥头纸夥磻?yīng)譜法和時(shí)程法進(jìn)行計(jì)算。

豎向抗震驗(yàn)算6度，7度區(qū)可不進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算8度，9度區(qū)豎向地震作用系數(shù)取下表水平抗震驗(yàn)算根據(jù)我國《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》JGJ-91規(guī)定，7度區(qū)可不進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)水平抗震驗(yàn)算。8度的地區(qū)，對(duì)于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架可不進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算。9度的地區(qū)，對(duì)各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算。設(shè)防烈度場地土類IIIIII~IV8----0.080.1090.150.150.20荷載組合效應(yīng)

－－作用在網(wǎng)架上的組合荷載設(shè)計(jì)值；－－結(jié)構(gòu)重要性分項(xiàng)系數(shù)，分別取1.1，1.0，0.9；－－永久荷載的設(shè)計(jì)值，；－－永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；－－永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，計(jì)算內(nèi)力時(shí)取＝1.2，計(jì)算撓度時(shí)?。?.0；

,－－第一個(gè)可變荷載和第i個(gè)可變荷載的設(shè)計(jì)值；

,,－－第一個(gè)可變荷載和第i個(gè)可變荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；－－可變荷載的組合分項(xiàng)系數(shù)，當(dāng)有風(fēng)荷載參與組合時(shí)，取0.6，當(dāng)沒有風(fēng)荷載參與組合，取1.0；－－可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，計(jì)算內(nèi)力時(shí)?。?.4，計(jì)算撓度時(shí)?。?.0。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要計(jì)算方法（網(wǎng)架規(guī)程中推薦方法）（1）空間桁架位移法。適用于各種類型、各種支承條件的 網(wǎng)架計(jì)算；（2）交叉梁系差分法?？缍仍?0m以下的由平面桁架系組 成的網(wǎng)架或正放四角錐網(wǎng)架的計(jì)算。（3）擬夾層板法。用于跨度在40m以下的由平面桁架系或 角錐體組成的網(wǎng)架的計(jì)算。（4）假想彎矩法。用于斜放四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng) 架的估算?？拐鹪O(shè)計(jì)的一般原則（1）兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震作用，各方向的水 平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。（2）有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，交角大于150時(shí)，應(yīng)分別 計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。（3）8、9度抗震設(shè)防時(shí)的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)算 豎向地震作用。其它設(shè)計(jì)原則支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造情況，分別假定為二向可側(cè)移、一向可側(cè)移、無側(cè)移的鉸接支座或彈性支承。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的容許撓度：屋蓋≤l2/250，樓層≤l2/300。

基本假定1.節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件只承受軸向力；

2.按小撓度理論計(jì)算；

3.按彈性方法分析。

模型A-鉸接桿系計(jì)算模型模型B1-平面桁架系計(jì)算模型模型B2-空間桁架系計(jì)算模型模型C-梁系計(jì)算模型模型D1-普通平板計(jì)算模型模型D2-夾層平板計(jì)算模型網(wǎng)架的計(jì)算模型之間是可互相溝通的。描述網(wǎng)架離散型計(jì)算模型是離散的代數(shù)方程描述連續(xù)化計(jì)算模型是微分方程計(jì)算模型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各種計(jì)算方法的比較2.4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的有限元法

——空間桁架位移法2.4.1概述

基本假定：

1.節(jié)點(diǎn)為鉸接；

2.按小撓度理論進(jìn)行計(jì)算；

3.按彈性方法分析；

4.網(wǎng)架只作用有節(jié)點(diǎn)荷載。

圖2.4.1網(wǎng)架計(jì)算粗框圖2.4.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的單元分析(2.4.2-5)將式(2.4.2-4)代入式(2.4.2-2)可得前乘后為簡化為或(2.4.2-6)式中(2.4.2-7)(2.4.2-8)2.4.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本方程的建立

圖2.4.3節(jié)點(diǎn)平衡分析示意圖(2.4.3-1)(2.4.3-2)2.4.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本方程的建立上式簡寫為(2.4.3-3)式中的一些特性：1.主元；2.對(duì)稱性；3.稀疏性，每個(gè)方程只有項(xiàng)。2.4.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本方程的建立2.4.4邊界條件處理1.剛性支承。（1），不動(dòng)球鉸支座；（2）或，不動(dòng)圓柱鉸支座；（3），（水平方向）可動(dòng)球鉸支座。修正總剛度矩陣的方法有兩種：一、劃去相應(yīng)的行和列二、主元素改為一個(gè)大數(shù)，如10e162.彈性支承按整體結(jié)構(gòu)分析或按等效彈簧支承分析。2.4.4邊界條件處理

(2.4.4-1)

(2.4.4-2)

圖2.4.4斜邊界坐標(biāo)系斜邊界的邊界條件3.斜邊界支承2.4.4邊界條件處理

為變換矩陣1.當(dāng)ij桿正好位在斜邊界上(2.4.4-3a)2.i端坐落在斜邊界上(2.4.4-3b)3.j端坐落在斜邊界上(2.4.4-3c)(2.4.4-4)2.4.5對(duì)稱條件利用

對(duì)稱荷載下，對(duì)稱面oyz內(nèi)的反對(duì)稱位移為零。反對(duì)稱荷載作用下，對(duì)稱面oyz內(nèi)的對(duì)稱位移為零，即

圖2.4.5-1對(duì)稱荷載時(shí)對(duì)稱面內(nèi)的條件圖2.4.5-2反對(duì)稱荷載時(shí)對(duì)稱面內(nèi)的條件圖2.4.6溫度作用時(shí)的固端力2.4.6溫度作用影響計(jì)算2.4.6溫度作用影響計(jì)算桿固端力表達(dá)式（2.4.6-1）式中（2.4.6-2）（2.4.6-3）（2.4.6-4）（2.4.6-5）其中2.4.7桿件內(nèi)力計(jì)算(2.4.7-1)

斜邊界時(shí)先求

(2.4.7-2)

當(dāng)有溫度作用時(shí)(2.4.7-3)1.基本方程為KU=P，結(jié)構(gòu)力學(xué)中位移法的準(zhǔn)則方程式2.總剛度矩陣K由單元?jiǎng)偠韧ㄟ^坐標(biāo)變換，然后對(duì)號(hào)入座疊加而成。3.根據(jù)邊界條件對(duì)總剛度矩陣K修正為K’,K’的行列式不等于零時(shí)才能求解。4.空間桁架位移法是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的精確解法?？臻g桁架位移法小結(jié)2.5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的擬夾層板分析法

2.5.1概述對(duì)于平板形網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可用一塊平板來模擬，并采用平板理論分析方法進(jìn)行計(jì)算，故有擬板法之稱。擬板法可分為兩種，一種是普通的擬板法。它不考慮板的、即網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的橫向剪切變形，其基本微分方程式是四階的。另一種是擬夾層板法。它求解具有夾心層的平板，要考慮夾心層的橫向變形。它是彎曲問題與平面問題是耦合的，基本微分方程式是十階的。當(dāng)它不存在平面內(nèi)力時(shí)，或彎曲問題與平面問題可以分離求解時(shí)，則基本微分方程式可從十階退化至六階。2.5.2基本假定和計(jì)算模型圖2.5.2-1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的擬夾層板計(jì)算模型a網(wǎng)架剖面b擬夾層板剖面網(wǎng)格設(shè)置相當(dāng)稠密。上、下弦桿等效為夾層板的上、下表層。斜腹桿與豎腹桿等效為夾層板的夾心層。垂直板面的直線段在變形后仍為直線段，并在xz,yz平面內(nèi)分別轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，亦即：剪切角5.選取上表層為計(jì)算參考面。圖2.5.2-2擬夾層板的剪切角示意圖2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式夾層板彎曲理論的撓度w和轉(zhuǎn)角ψx、ψy共三個(gè)廣義位移來建立基本方程式，其幾何關(guān)系為：

下表面應(yīng)變：

式中上、下表層的物理方程為： 式中另有(2.5.3-1)(2.5.3-2)(2.5.3-3)(2.5.3-4)(2.5.3-5)(2.5.3-6)(2.5.3-7)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式表2.5.3擬板的剛度表達(dá)式夾心層的物理方程為：(2.5.3-8)(2.5.3-9)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式

由得：

對(duì)于正放四角錐網(wǎng)架，其剪切強(qiáng)度只需令,即，并以斜桿的間距代替s、斜桿的截面積代替,再通過轉(zhuǎn)軸后求得。圖2.5.3剪切剛度計(jì)算示意圖(2.5.3-12)(2.5.3-11)(2.5.3-10)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式整塊板的平面內(nèi)力N和彎矩M:將前式代入可得：或者以N和來表示和M:五個(gè)平衡方程:

式中：X、Y、、、q為相應(yīng)的廣義荷載。(2.5.3-13a)(2.5.3-14)(2.5.3-15a)(2.5.3-16)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式網(wǎng)架在豎向荷載作用下的彎曲問題，可令，即N=0，則：

式中

此時(shí) 一般情況下，。當(dāng)對(duì)角距陣中的系數(shù)相等時(shí)，即 才有可能使。(2.5.3-15b)(2.5.3-3b)(2.5.3-13b)(2.5.3-17)(2.5.3-18)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式

將前式代入平衡方程式(2.5.16)的后三式，經(jīng)整理后可得：

令

引進(jìn)新的位移函數(shù)，它與之間存在下列關(guān)系式：(2.5.3-19)(2.5.3-20)2.5.3正交正放類網(wǎng)架結(jié)構(gòu)擬夾層板基本

方程式的建立和剛度表達(dá)式

則有 當(dāng)不計(jì)剪切變性時(shí)，即時(shí)：(2.5.3-21)(2.5.3-22)(2.5.3-23)(2.5.3-24)2.5.4矩形平面周邊簡支網(wǎng)架基本方程式

的求解邊界條件：

即 亦即 因此，周邊簡支網(wǎng)架可采用重三角級(jí)數(shù)求解。

其中圖2.5.4簡支網(wǎng)架平面圖(2.5.4-1)(2.5.4-2)(2.5.4-3)(2.5.4-4)(2.5.4-5)(2.5.4-6)(2.5.4-7)2.5.4矩形平面周邊簡支網(wǎng)架基本方程式

的求解三個(gè)廣義位移和四個(gè)內(nèi)力的表達(dá)式：(2.5.4-8)2.5.5網(wǎng)架剪切變形與兩向不等剛度的影響（2.5.4-8）中包括了四個(gè)參數(shù)：,即使,也還有三個(gè)參數(shù)。對(duì)=1.0～1.4,=1.0～

1.6,p=0.0～

0.5,間隔均取0.1,共電算了5×5×6=150種不同的參數(shù)的網(wǎng)架。計(jì)算說明：(1)對(duì)內(nèi)力和位移影響最大的是參數(shù),其次是和p；(2)在同一參數(shù),不同參數(shù)、p時(shí)，內(nèi)力和位移的分布圖基本是相似的。修正系數(shù)可取當(dāng)時(shí)跨中的內(nèi)力、撓度最大值與當(dāng)時(shí)相應(yīng)的內(nèi)力、撓度最大值之比。圖2.5.5兩向正交正放類網(wǎng)架擬夾層板的無量綱撓度和彎矩2.5.6擬夾層板內(nèi)力、撓度計(jì)算用表的編制在表中給出當(dāng)=1.0、1.