空間鋼結(jié)構(gòu)的概念與應(yīng)用

第二章空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

2.1網(wǎng)架的形式由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連結(jié)而成的平板空間結(jié)構(gòu)。具有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廣泛用作體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等的屋蓋結(jié)構(gòu)。具有工業(yè)化程度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點。缺點是匯交于節(jié)點上的桿件數(shù)量較多，制作安裝較平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜。1.網(wǎng)架按弦桿層的形式按弦桿層數(shù)不同可分為雙層網(wǎng)架和三層網(wǎng)架2.雙層網(wǎng)架的常用形式

（1）平面桁架系網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交斜放、斜交斜放網(wǎng)架三向網(wǎng)架特點：由平面桁架相互交叉所組成，其上、下弦桿長度相等，桿件類型少，且上、下弦桿和腹桿在同一平面內(nèi)。一般應(yīng)使斜腹桿受拉，豎桿受壓。斜腹桿與弦桿間的夾角宜在40°～60°之間。

兩向正交正放網(wǎng)架

由兩組分別與邊界平行的平面桁架互成90°交叉組成。同一方向的各平面桁架長度一致。

網(wǎng)架本身屬幾何可變體系。適用于建筑平面為正方形或接近正方形且跨度較小的情況。兩個方向的桿件內(nèi)力差別不大，受力較均勻。

兩向正交斜放網(wǎng)架

短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利。角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式。比正交正放網(wǎng)架空間剛度大，受力均勻，用鋼省。適用于建筑平面為矩形的情況。三向網(wǎng)架

特點：幾何不變體系，網(wǎng)架空間剛度大，受力性能好，內(nèi)力分布也較均勻。桿件數(shù)量多，節(jié)點構(gòu)造比較復(fù)雜。三向網(wǎng)架適用于大跨度且建筑平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形的情況。

（2）四角錐體系網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架棋盤形四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架星形四角錐網(wǎng)架正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架

桿件受力較均勻，空間剛度比其它類型的四角錐網(wǎng)架及兩向網(wǎng)架好。適用于建筑平面接近正方形的周邊支承及點支承情況。

周邊網(wǎng)格錐體不動外，跳格地抽掉一些四角錐單元中的腹桿和下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺寸擴大一倍。適用于中、小跨度或屋面荷載較輕的周邊支承、點支承以及周邊支承與點支承結(jié)合的網(wǎng)架。

棋盤形四角錐網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放。上弦桿比下弦桿短，受力合理?？朔诵狈潘慕清F網(wǎng)架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

斜放四角錐網(wǎng)架上弦桿比下弦桿短，受力合理。桿件數(shù)量少，屋面板類型多，屋面組織排水較困難。適用于中、小跨度周邊支承，或周邊支承與點支承相結(jié)合的矩形平面情況。

星形四角錐網(wǎng)架

由兩個倒置的三角形小桁架相互正交單元組成。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

（3）三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架抽空三角錐網(wǎng)架蜂窩形三角錐網(wǎng)架

三角錐網(wǎng)架

上、下弦平面均為三角形網(wǎng)格。桿件受力均勻，本身為幾何不變體，整體抗扭、抗彎剛度好。適用于大中跨度及重屋蓋建筑物，當(dāng)建筑平面為三角形、六邊形和圓形時最為適宜。

抽空三角錐網(wǎng)架

抽去部分三角錐單元的腹桿和下弦桿。下弦桿內(nèi)力較大，用鋼量省，但空間剛度較三角錐網(wǎng)架小。適用于中、小跨度的三角形、六邊形和圓形等平面的建筑。

蜂窩形三角錐網(wǎng)架

上弦為正三角形和正六邊形網(wǎng)格，下弦為正六邊形網(wǎng)格。本身幾何可變。其上弦桿短，下弦桿長，受力合理。適用于中、小跨度周邊支承的情況，可用于六邊形、圓形或矩形平面。

2.2網(wǎng)架選型

根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小，支承方式、荷載大小、屋面構(gòu)造和材料、制作安裝方法等因素。

《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》JGJ7-91

大跨度為60m以上中跨度為30～60m小跨度為30m以下

1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承及其選型支承方式:周邊支承點支承周邊支承與點支承相結(jié)合兩邊和三邊支承等。周邊支承點支承點支承網(wǎng)架受力與鋼筋混凝土無梁樓蓋相似。

為減小跨中正彎矩及撓度，設(shè)計時應(yīng)盡量帶有懸挑，多點支承網(wǎng)架的懸挑長度可取跨度的1／4～1／3。

周邊支承與點支承結(jié)合

各種柱帽形式點支承網(wǎng)架與柱子相連宜設(shè)柱帽以減小沖剪作用。柱帽可設(shè)置于下弦平面之下(圖a)，也可設(shè)置于上弦平面之上(圖b)。當(dāng)柱子直接支承上弦節(jié)點時，也可在網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置傘形柱帽(圖c)，這種柱帽承載力較低，適用于中小跨度網(wǎng)架。

2網(wǎng)架高閘度及網(wǎng)蜜格尺寸網(wǎng)架奔的高示度與廚屋面嬸荷載呀、跨轟度、井平面請形狀料、支池承條硬件、設(shè)備管競道等因頸素有關(guān)紀。3網(wǎng)架雁的撓賺度要冷求及冶屋面硬排水膜坡度容許撓滔度：用作聚屋蓋—L2/2型50，用作松樓蓋—L2/3毯00排水陜坡度拌：3%～5%起拱要姓求：L2/3膝002.3網(wǎng)架的袍計算要筒點1.直接作透用（荷選載）和眨間接作滑用對使言用階摔段荷載作壯用下的內(nèi)力帽和位伐移進行計咽算，并六應(yīng)根據(jù)傾具體情演況對地震伙作用漫、溫拒度變標化、闖支座椅沉降等間接水作用及施工謝安裝舟荷載引起槐的內(nèi)暈力和塊位移春進行庭計算胞。（1）永久費荷載：①網(wǎng)架車自重貨；②屋面（過或樓面弄）材料蠟重力；③吊頂蓋材料在的重歷力；④設(shè)備指管道耍的重坊力。雙層網(wǎng)膝架自重gok（kN息/m2）式中，gok——網(wǎng)架自帝重（kN/蒼m2）；L2——網(wǎng)架器的短表向跨久度（m）；qw——除網(wǎng)圣架自噸重外發(fā)的屋料面荷頌載或根樓面縫荷載己的標桶準值黑（kN哥/m2）；ξ——系數(shù)渾。對混桿件悲采用齡鋼管助的網(wǎng)開架取ξ=1過.0；等采懷用型鋼姜的網(wǎng)架忍取ξ=1闊.2。（2）可徑變荷果載：活荷府載、毫雪荷寇載、叮積灰跳荷載盒、風(fēng)站荷載卵及吊樹車荷售載（3）抗震倆驗算：豎向抗腳震驗算設(shè)防峰烈度膏為8度或9度的扶地區(qū)岸，周邊具支承鼻及多彩點支治承和懶周邊且支承于相結(jié)紛合的掃網(wǎng)架v為豎向是地震作荷用系數(shù)。懸挑掉長度報較大的網(wǎng)架蜓屋蓋結(jié)岡構(gòu)以及偽用于樓層的網(wǎng)摟架結(jié)桐構(gòu)，當(dāng)設(shè)防失烈度為8度或9度時，及其豎向母地震作蛾用標準小值可分遮別取該藍結(jié)構(gòu)重力竿荷載寧代表分值的10面%或20%。設(shè)昏計基寺本地垮震加江速度挪為0.3販g時，可眨取該結(jié)錄構(gòu)重力譯荷載代徐表值的15%。計算塑重力荷膽載代表秧值時，永久紋荷載糞取100匠%，雪雜荷載叮和屋嬌面積備灰荷鑄載取50%，不計遙屋面活滿荷載。水平抗緊震驗算在抗震賺設(shè)防烈驅(qū)度為8度的蔥地區(qū)姓，對嶄于周搖邊支氏承的丈中小菜跨度董網(wǎng)架散可不握進行局水平仇抗震耍驗算市；在續(xù)抗震翅設(shè)防零烈度垮為9度的地早區(qū)，對鑰各種網(wǎng)象架結(jié)構(gòu)習(xí)均應(yīng)進愉行水平品抗震驗貍算。（4）溫度及內(nèi)力：不計蜂算的誓條件①支座浙節(jié)點笑的構(gòu)砌造允疲許網(wǎng)律架側(cè)貸移，顫且側(cè)呈移值某不小極于下企式的童計算粉值（卸例如鄙板式器橡膠做支座步）；②周邊達支承柿的網(wǎng)旅架，畢當(dāng)網(wǎng)枝架驗丈算方芝向跨配度小朗于40m，且支承床結(jié)構(gòu)為茶獨立柱購或磚壁旺柱；③在單梁位力治作用并下，紫柱頂叫位移鳳大于重或等騾于下跌式的孫計算蠶值需要柳計算曠時，采用空西間桁架無位移法向，或近艇似計算尺方法。（5）荷混載及蜂荷載硬效應(yīng)幣組合對非抗印震設(shè)計泡，《建筑結(jié)瀉構(gòu)荷載杰規(guī)范》GB窗50捉009；對抗震跌設(shè)計營，《建筑爪抗震胡設(shè)計潤規(guī)范》GB勢50斥0112.網(wǎng)架內(nèi)弟力分析眾方法按彈性份階段計橫算（1）空首間桁銜架位潑移法求（空星間桿律系有逝限元矛法）（2）交誤叉梁早系差餃分法蘇是一咸種簡股化計沫算方咸法（3）擬撐夾層瘦板法楚是又肯一種投簡化戀計算蘇方法（4）假想既彎矩法輝也屬簡鉤化計算杏方法2.4空間桿拘系有限運元法以網(wǎng)肯架的桿件為基拳本單薯元，眼以節(jié)點霉位移為基本震未知量納。先由隊桿件內(nèi)牛力與節(jié)世點位移乎之間的民關(guān)系建漫立單元柄剛度矩際陣，然誰后根據(jù)幻玉各節(jié)點獸平衡及莊變形協(xié)瞎調(diào)條件本建立結(jié)珠構(gòu)的節(jié)鉤點荷載孕和節(jié)點光位移間棗關(guān)系，書形成結(jié)澇構(gòu)總剛糠度矩陣呼和總剛晨度方程的?？倓偱D度方程省是以節(jié)貍點位移森為未知祝量的線再性方程杏組。引蘇入邊界癢條件后扶，求解亞出各節(jié)傭點位移揉值。最角后由桿速件單元瘡內(nèi)力與武節(jié)點位嘆移間關(guān)除系求出具桿件內(nèi)災(zāi)力。1.基本假泡定（1）網(wǎng)架墓的節(jié)點航為空間婆鉸接節(jié)群點，桿詞件只承液受軸力再；（2）結(jié)構(gòu)類材料為獄完全彈旗性，在緊荷載作滑用下網(wǎng)廊架變形伶很小，月符合小士變形理細論。2.空間壘桿系蓋有限峽元法殼要點（1）單元剛腳度矩陣空間注桿系有限晶單元畜：每個科桿件毒共有6個自律由度相：對應(yīng)6個桿端救力：它們之加間的關(guān)菌系是式中即單元蔽剛度矩紹陣。和園結(jié)構(gòu)力月學(xué)的矩寧陣位移蒸法一致險，只是相門應(yīng)于敘剪力只的各爪項均老為零仙。（2）坐標寇轉(zhuǎn)換桿單元捷在整體榨坐標系樓中的位嫌置坐標洽轉(zhuǎn)換講矩陣[T]為：（3）結(jié)構(gòu)總激剛度矩項陣及總攤剛度方略程（4）結(jié)構(gòu)異總剛扣矩陣債中邊蝦界條洋件的跌處理詳方法位移為掘零：劃惡行劃列取法和乘籌大數(shù)法爺。彈性雞約束疾：將磚彈簧媽剛度K0疊加到中總剛矩嬸陣中對貨應(yīng)的主恨對角元破上。指定脈位移趴：主過對角雅元和弓右端冊項乘疤以大昆數(shù)R（5）網(wǎng)架的賺邊界條楊件及對畝稱性利石用當(dāng)網(wǎng)保架結(jié)餅構(gòu)（截包括夫支座沙）和華外荷茫載有n個對雙稱面洋時，窗可利聽用對島稱條臣件只寄分析蹄網(wǎng)架疾的1/城(2n)。對稱面蘆內(nèi)各桿筋件的截源面積應(yīng)槐取原截跳面面積父的一半示，n個對臉稱面蝴交線獻上的廚中心蔽豎桿賣，其滋截面可面積潑應(yīng)取哭原截遣面面郊積的1/緩(2n)。在對附稱荷認載作些用下征，對廈稱面蟲內(nèi)網(wǎng)掘架節(jié)圖點的商反對優(yōu)稱位紙移為童零；樂在反戒對稱資荷載毒作用厘下，素對稱芳面內(nèi)充網(wǎng)架起節(jié)點茅的對解稱位換移應(yīng)狐取為械零。（6）斜邊界僚處理根據(jù)邊授界點的沫位移情稅況設(shè)置虜具有一共定截面煮積的附廳加桿對斜危邊界胞上的稍節(jié)點勉位移雞做坐決標變葡換（7）桿件內(nèi)抹力展開果為：3.空間蓄桿系總有限釀元法夫計算臂步驟（1）計略算簡倦圖，啟對節(jié)索點和腎桿件勉進行邀編號拌；（2）計算任桿件單嘉元長度編及桿件辜與整體僵坐標軸氏夾角余憤弦；（3）初選絮各桿的困截面積趣；（4）建立姥局部和飼整體坐千標系下盡的單元堪剛度矩惠陣；（5）集追合總躁剛矩珍陣；（6）建激立荷務(wù)載列爺陣；（7）引入襯邊界條拿件對總斯剛度方掙程進行鹽處理；（8）求解離總剛度灰方程，嶺得出各尤節(jié)點位賀移值；（9）根據(jù)幕節(jié)點位有移計算臺桿件內(nèi)賴力；（10）按構(gòu)桿件介內(nèi)力餅調(diào)整迅桿件歡截面新，并床重新亦計算玩，迭淋代次腿數(shù)宜爬不超卵過4～5次。2.示5網(wǎng)架爽桿件紐奉設(shè)計截面鋼管記、熱赤軋型拌鋼和暫冷彎明薄壁靜型鋼計算長看度（l為桿切件幾毀何長珠度）容許長沾細比（1）受而壓桿僵件：[]=1等80（2）受拉駱桿件：旅一般桿畏件[]=4賤00，支押座附度近處紀桿件[]=沙30塑0，直接轟承受動耽力荷載釋桿件[]=2南50。網(wǎng)架令節(jié)點存型式膽主要逆有：（1）按節(jié)意點在網(wǎng)集架中的擦位置可三分為：夜中間節(jié)遭點和支叢座節(jié)點配。（2）按碰節(jié)點分的連守接方般式可快分為懸：焊膽接連讀接節(jié)頁點、泉高強斷螺栓擔(dān)連接繪節(jié)點鄭、焊燈接和休高強續(xù)螺栓鎖混合托連接槳節(jié)點摘。（3）按節(jié)肢點的構(gòu)牙造形式抗可分為個：焊接空狡心球節(jié)兩點；螺戶栓球節(jié)紙點；焊花接鋼板香節(jié)點；但焊接鋼雹管節(jié)點銅；桿件予直接匯暑交節(jié)點。我國常失用的是辟鋼板節(jié)惠點、焊鏟接空心悄球節(jié)點刃、螺栓鍬球節(jié)點疤。2.羽6節(jié)點短設(shè)計焊接空短心球節(jié)惡點螺栓球敲節(jié)點焊接院鋼板裙節(jié)點焊接蘆鋼管連節(jié)點桿件直盡接匯交練節(jié)點網(wǎng)架診的節(jié)付點構(gòu)榨造應(yīng)經(jīng)滿足后下列刺要求受力合斤理，傳剛力明確羊；保證桿補件匯交管于一點戴，不產(chǎn)浩生附加朽彎矩；構(gòu)造簡扶單，制顯作安裝君方便，宅耗鋼量余?。槐苊怆y殼于檢查懸、清刷來、涂漆練和容易豈積留濕指氣或灰訓(xùn)塵的死以角或凹汗槽，管雪形截面潑應(yīng)在兩種端封閉屢。焊接空改心球節(jié)蒙點是用觸兩塊圓偏鋼板（植鋼號Q23將5鋼或Q3褲45鋼）陜經(jīng)熱今壓或浙冷壓沃成兩帥個半任球后擠對焊忌而成長的。亮鋼球破外徑尋一般押為16糾0㎜～500斬㎜。分加員肋與不騰加肋兩伍種（圖蜓），當(dāng)驗焊接空寫心球的樣直徑大憂于300，且桿凡件內(nèi)力評較大時流，采用洽加肋球咸。肋板川厚度不斧應(yīng)小于煌球壁等在厚。焊接空們心球的翅優(yōu)點是塞傳力明炊確，構(gòu)猴造簡單會，造型福美觀，攀連接方基便，適密應(yīng)性強垃。1.焊接橫空心擋球節(jié)逆點焊接儲空心呀球直哨徑：D＝（d1＋2a＋d2）/θ空心津球節(jié)震點桿聰件間遙縫隙焊接悼空心濤球節(jié)薦點構(gòu)彈造受壓空嘆心球承高載力設(shè)暢計值：受拉空跌心球承膏載力設(shè)森計值：焊縫液可按隆對接漏焊縫劃計算為，質(zhì)紅量應(yīng)旺達到Ⅱ級要匹求：騙否則鑒只能松作為窄斜角鎖角焊熔縫按版下式應(yīng)計算菌：螺栓球熱節(jié)點由披鋼球、農(nóng)高強螺詞栓、緊圾固螺栓蕉、套筒子、錐頭羊或封板撤等零件攔組成，喇適合于燙連接圓慌鋼管桿腦件。螺栓濁球節(jié)絞點的普優(yōu)點坐是節(jié)歌點小棄，重光量輕盤，節(jié)枯點用尤鋼量珍約占萬網(wǎng)架推用鋼室量的10％?？尚逃糜谌瘟涡问金^的網(wǎng)架粒，特別壓適合于鉆四角錐艱、三角靜錐體系惠的網(wǎng)架很。這種飲節(jié)點安籍裝極為頌方便，賽可拆卸卵，安裝傅質(zhì)量宜釀達到保隔證。可開以根據(jù)悅具體情發(fā)況采用老散裝、好分條拼淺裝和整歷體拼裝棒等安裝謊方法。灣螺栓球財節(jié)點的扣缺點是軟，球體萄加工復(fù)寺雜，零少部件多話，加工瞎精度高纖；價格同貴；所燥需鋼號再不一，雕工序復(fù)袍雜。2.螺栓零球節(jié)燈點螺栓賞球連演接節(jié)譜點圖冠示鋼球灶尺寸螺栓不鳴碰要求竿：套筒慌接觸莖面要破求：鋼球直己徑取式蠻以上兩樓式的較乒大值。當(dāng)相沾鄰兩遇桿夾挪角θ＜30°時，涉還要拘保證醬相鄰碧兩根虹桿件甚（管姨端為劫封板偏）不箱相碰躍要求：螺栓尺奏寸當(dāng)桿件狗管徑較鑼大時采拿用錐頭胸連接。欄管徑較否小時采漆用封板車連接。裂連接焊?？p以及梳錐頭的微任何截憐面應(yīng)與蛋連接鋼舅管等強暴。桿件俘端部趣連接需焊縫錐頭母和封諷板套筒門通常譜開有狀縱向鳥滑槽(圖)，滑槽部寬度一陽般比銷厚釘直徑漆大1.位5-處2m齊m。套為筒應(yīng)蹲進行陷承壓謎驗算毀：套筒橡端部高到開雜槽端蕉部(或釘孔振端)距離應(yīng)稼使該處窄有效截啦面抗剪堆力不低狹于銷釘(或螺釘)抗剪爐力，瓶且不熔小于1.5倍開槽鐮的寬度燃或6mm。套高筒端條部要譯保持叨平整祥，內(nèi)謝孔L徑可比賴螺栓直摸徑大1mm。套筒幾衰何尺寸3.焊接破鋼板嬸節(jié)點鋼板節(jié)以點的構(gòu)撥造及設(shè)吹計鋼板節(jié)關(guān)點的節(jié)悅點板及指蓋板所夠采用的蘆鋼材應(yīng)距與網(wǎng)架珍桿件一怎致。鋼棋板節(jié)點碰的構(gòu)造聲及設(shè)計和要點如英下：（1）桿件歸重心線散在節(jié)點掙處宜交班與一點芒，否則赤應(yīng)考慮缺其偏心軋影響（2）桿蹤蝶件與豆節(jié)點痕連接角焊縫滔的分淡布，疑應(yīng)使芹焊縫孤截面筐的重響心與幣桿件爬重心蕉重合討，否仍則應(yīng)偉考慮夜其偏雕心影妙響；（3）便于漁制作和腎拼裝。飄網(wǎng)架弦弊桿應(yīng)與冶蓋板和俯節(jié)點板尚共同連火接，當(dāng)精網(wǎng)架跨攤度較小乎時，弦樹桿也可駛只與節(jié)洪點板連蓮接；（4）節(jié)蘆點板爭厚度站的選妹擇與濟平面堤桁架青的方御法相侄同，科應(yīng)根膝據(jù)網(wǎng)擔(dān)架最飛大桿仇件內(nèi)稀力確判定。綁節(jié)點段板厚都度應(yīng)激比連幟接桿針件的羅厚度侄大2㎜，且光不得籃小于6㎜。節(jié)點輛板的平蝕面尺寸會應(yīng)適當(dāng)