網(wǎng)架結(jié)構(gòu)-1-2課件

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工》教學(xué)課件

學(xué)習(xí)單元4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程施工*建筑工程技術(shù)學(xué)院1回顧：1.網(wǎng)架的分類*建筑工程技術(shù)學(xué)院2項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀4.1.1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何不變性分析1、基本單元

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以看作是平面桁架的橫向拓展、也可以看作是平板的格構(gòu)化。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的起源，據(jù)說是仿照金剛鉆石原子晶格的空間點陣排布，因而是一種仿生的空間結(jié)構(gòu)，具有很高強度和很大的跨越能力。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由許多規(guī)則的幾何體組合而成，這些幾何體就是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本單元。常用的有：三角錐、四角錐、三棱體、正方棱柱體，此外還有：六角錐、八面體、十面體等(圖4.20)。*建筑工程技術(shù)學(xué)院3項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀網(wǎng)架在任何外力作用下都必須是幾何不變體系。因此，應(yīng)該對網(wǎng)架進行機動分析。2、網(wǎng)架幾何不變的必要條件

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一個空間鉸接桿系結(jié)構(gòu)，在任意外力作用下不允許幾何可變，故必須進行結(jié)構(gòu)幾何不變性分析，以保證結(jié)構(gòu)的幾何不變。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何不變性分析必須滿足兩個條件，一是具有必要的約束數(shù)量，如不具備必要的約束數(shù)量，這結(jié)構(gòu)肯定是可變體系；二是約束布置方式要合理，如約束布置不合理，雖然滿足必要條件，結(jié)構(gòu)仍有可能是可變體系。*建筑工程技術(shù)學(xué)院4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)，一個節(jié)點有三個自由度，它的必要條件是W=3J-B-S≤0式中B－網(wǎng)架的桿件數(shù)；S－支座約束鏈桿數(shù)，S≥6；J－網(wǎng)架的節(jié)點數(shù)。由此可見：當(dāng)W＞0該網(wǎng)架為幾何可變體系；W＝0該網(wǎng)架無多余桿件，如桿件布置合理，該網(wǎng)架為靜定結(jié)構(gòu)；W＜0該網(wǎng)架有多余桿件，如桿件布置合理，該網(wǎng)架為超靜定結(jié)構(gòu)。*建筑工程技術(shù)學(xué)院5項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀4.1.1.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的一般要求1、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力特點：1)由很多桿件按一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體系，桿件之間互相起支撐作用，形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)，整體性強，穩(wěn)定性好，空間剛度大。2)桿件內(nèi)力主要為軸向力，可充分利用材料強度，減少耗材。*建筑工程技術(shù)學(xué)院62、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型設(shè)計網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式很多，如何結(jié)合工程的具體條件選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)架型式，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、制作安裝質(zhì)量以及施工進度等均有直接影響。影響網(wǎng)架選型的因素也是多方面的，如工程的平面形狀和尺寸、網(wǎng)架的支承方式、荷載大小、屋面構(gòu)造和材料、建筑構(gòu)造與要求、制作安裝方法以及材料供應(yīng)等。因此，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型必須根據(jù)經(jīng)濟合理、安全實用的原則，結(jié)合實際情況進行綜合分析比較而確定。*建筑工程技術(shù)學(xué)院7項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀3、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的基本原則對于周邊支承的網(wǎng)架，當(dāng)平面形狀為正方形或接近正方形，由于斜放四角錐、星形四角錐、棋盤形四角錐三種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上弦桿較下弦桿為短，桿件受力合理，節(jié)點匯交桿件較少，且在同樣跨度的條件下節(jié)點和桿件總數(shù)也比較少，用鋼量指標(biāo)較低；因此，在中小跨度時應(yīng)優(yōu)先考慮選用。正放抽空四角錐網(wǎng)架，蜂窩形三角錐網(wǎng)架也具有類似的優(yōu)點，因此在中、小跨度，荷載較輕時亦可選用。當(dāng)跨度較大時，容許撓度將起主要控制作用，宜選用剛度較大的叉桁架體系或滿錐形式的網(wǎng)架。*建筑工程技術(shù)學(xué)院8在網(wǎng)架選型時，從屋面構(gòu)造情況來看，正放類型的網(wǎng)架屋面板規(guī)格整齊單一；而斜放類型的網(wǎng)架屋面板規(guī)格卻有兩、三種。斜放四角錐的上弦網(wǎng)格較小，屋面板的規(guī)格也?。欢潘慕清F的上弦網(wǎng)格相對較大，屋面板的規(guī)格也大。

從網(wǎng)架制作來說，交叉平面桁架體系較角錐體系簡便，正交比斜交方便，兩向比三向簡單。而對安裝來說，特別是采用分條或分塊吊裝方法施工時，選用正放類網(wǎng)架比斜放類的網(wǎng)架有利。因為斜放類網(wǎng)架在分條或分塊后，可能因剛度不足或幾何可變而要增設(shè)臨時桿件予以加強。從節(jié)點構(gòu)造要求來說，焊接空心球節(jié)點可以適用于各類網(wǎng)架；而焊接鋼板節(jié)點則以選用兩向正交類的網(wǎng)架為宜；至于螺栓球節(jié)點網(wǎng)架,則要求相鄰桿件的內(nèi)力不要相差太大。*建筑工程技術(shù)學(xué)院95、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)幾何尺寸選擇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要尺寸有網(wǎng)格尺寸(指上弦網(wǎng)格尺寸)和網(wǎng)架高度。網(wǎng)格尺寸應(yīng)與網(wǎng)架高度配合決定。確定這些尺寸時應(yīng)考慮跨度大小、柱網(wǎng)尺寸、屋面材料以及構(gòu)造要求和建筑功能等因素。

1)網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)格尺寸的大小直接影響網(wǎng)架的經(jīng)濟性。確定網(wǎng)格尺寸時，與以下條件有關(guān)：(1)屋面材料

當(dāng)屋面采用無檁體系(鋼筋混凝土屋面板、鋼絲網(wǎng)水泥板)時，網(wǎng)格尺寸一般為2～4m。若網(wǎng)格尺寸過大，屋面板重量大，不但增加了網(wǎng)架所受的荷載，還會使屋面板的吊裝發(fā)生困難。當(dāng)采用鋼檁條屋面體系時，檁條長度不宜超過6m。網(wǎng)格尺寸應(yīng)與上述屋面材料相適應(yīng)。當(dāng)網(wǎng)格尺寸大于6m時，斜腹桿應(yīng)再分，此時應(yīng)注意保證桿件的穩(wěn)定性。

*建筑工程技術(shù)學(xué)院10(2)網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架高度成合適的比例關(guān)系

通常應(yīng)使斜腹桿與弦桿的夾角為45°～60°，這樣節(jié)點構(gòu)造不致發(fā)生困難。

(3)鋼材規(guī)格

采用合理的鋼管做網(wǎng)架時，網(wǎng)格尺寸可以大些；采用角鋼桿件或只有較小規(guī)格鋼材時，網(wǎng)格尺寸應(yīng)小些。

(4)通風(fēng)管道的尺寸

網(wǎng)格尺寸應(yīng)考慮通風(fēng)管道等設(shè)備的設(shè)置。對于周邊支承的各類網(wǎng)架，可按表4.2確定網(wǎng)架沿短跨方向的網(wǎng)格數(shù)，進而確定網(wǎng)格尺寸。表中，L2為網(wǎng)架短向跨度，單位為m。當(dāng)跨度在18m以下時，網(wǎng)格數(shù)可適當(dāng)減少。*建筑工程技術(shù)學(xué)院11項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀2)網(wǎng)架高度網(wǎng)架的高度(即厚度)直接影響網(wǎng)架的剛度和桿件內(nèi)力。網(wǎng)架的高度主要取決于跨度。網(wǎng)架高度越大，弦桿所受力就越小，弦桿用鋼量減少；但此時腹桿長度加大，腹桿用鋼量就增加。反之，網(wǎng)架高度越小，腹桿用鋼量減少；弦桿用鋼量增加。因此網(wǎng)架需要選擇一個合理的高度，使得用鋼量達到最少；同時還應(yīng)當(dāng)考慮剛度要求等。合理的網(wǎng)架高度可根據(jù)表中的跨高比來確定。確定網(wǎng)架高度時主要應(yīng)考慮以下幾個因素：(1)建筑要求及剛度要求

當(dāng)屋面荷載較大時，網(wǎng)架高度應(yīng)選擇的較高，反之可矮些。當(dāng)網(wǎng)架中必須穿行通風(fēng)管道時，網(wǎng)架高度必須滿足此高度。但當(dāng)跨度較大時，網(wǎng)架高度主要由相對撓度的要求來決定。一般說來，跨度較大時，網(wǎng)架的跨高比可選用得大些。

*建筑工程技術(shù)學(xué)院12(2)網(wǎng)架的平面形狀

當(dāng)平面形狀為圓形、正方形或接近正方形的矩形時，網(wǎng)架高度可取得小些。當(dāng)矩形平面網(wǎng)架狹長時，單向作用就明顯，其剛度就越小些，故此時網(wǎng)架高度應(yīng)取得大些。

(3)網(wǎng)架的支承條件

周邊支承時，網(wǎng)架高度可取得小些；點支承時，網(wǎng)架高度應(yīng)取得大些。

(4)節(jié)點構(gòu)造形式

網(wǎng)架的節(jié)點構(gòu)造形式很多，國內(nèi)常用的有焊接空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點。二者相比，前者的安裝變形小于后者。故采用焊接空心球節(jié)點時，網(wǎng)架高度可取得小些；采用螺栓球節(jié)點時，網(wǎng)架高度應(yīng)取得大些。

此外，當(dāng)網(wǎng)架有起拱時，網(wǎng)架的高度可取得小些。*建筑工程技術(shù)學(xué)院13項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀6、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)邊界的處理網(wǎng)架的邊界約束根據(jù)網(wǎng)架的支承情況、支承剛度和支座節(jié)點的實際構(gòu)造決定，有自由、彈性、固定和強迫位移等。某方向自由表示在該方向位移無約束；某方向彈性邊界表示在該方向位移受彈簧剛度約束；某方向固定表示該方向位移為零；某方向為強迫位移邊界表示在該方向位移為一固定值。不同的支座節(jié)點構(gòu)造形成不同的邊界約束條件，雙面弧形壓力支座節(jié)點有時可使該節(jié)點在邊界法向產(chǎn)生水平移動，形成法向自由的邊界條件；板式橡膠支座節(jié)點在邊界法向可形成彈性邊界條件。*建筑工程技術(shù)學(xué)院14項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀擱置在柱頂或梁上的網(wǎng)架節(jié)點，一般認為梁和柱的豎向剛度很大，忽略梁的豎向變形和柱子的軸向變形，因此，這些支座節(jié)點豎向位移為零，豎向固定。在水平方向，對周邊支承網(wǎng)架，沿邊界切向柱子較多，支承結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較大，可認為該方向位移為零；而沿法向，支承結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形較大，應(yīng)考慮下部結(jié)構(gòu)的共同工作；對點支承網(wǎng)架，支承的兩個水平方向的側(cè)向剛度都較差，都應(yīng)考慮下部結(jié)構(gòu)的共同工作。*建筑工程技術(shù)學(xué)院15考慮的方法有兩種，一是將網(wǎng)架及其支承結(jié)構(gòu)作為一個整體來分析，這種方法使總剛度矩陣的階數(shù)增高。一般把網(wǎng)架與支承結(jié)構(gòu)分開處理，將下部結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架的彈性約束，柱子水平位移方向的等效彈簧剛度系數(shù)Kz值為：式中，Ez、Iz、Hz——分別為支承柱的材料彈性模量、截面慣性矩和柱子長度。*建筑工程技術(shù)學(xué)院167、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面排水坡度的形成為了屋面排水，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的屋面坡度一般取1%～4%，多雨地區(qū)宜選用大值。當(dāng)屋面結(jié)構(gòu)采用有檁體系時，還應(yīng)考慮檁條撓度對泄水的影響。對于荷載、跨度較大的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，還應(yīng)考慮網(wǎng)架豎向撓度對排水的影響。屋面坡度的形成方法有如下幾種：1)上弦節(jié)點加小立柱找坡，當(dāng)小立柱較高時，應(yīng)注意小立柱自身的穩(wěn)定性，這種做法構(gòu)造比較簡單。2)網(wǎng)架變高度，當(dāng)網(wǎng)架跨度較大時，會造成受壓腹桿太長的缺點。3)支承柱找坡，采用點支承方案的網(wǎng)架可用此法找坡。4)整個網(wǎng)架起拱，一般用于大跨度網(wǎng)架。網(wǎng)架起拱后，桿件、節(jié)點的規(guī)格明顯增多，使網(wǎng)架的設(shè)計、制造、安裝復(fù)雜化。當(dāng)起拱高度小于網(wǎng)架短向跨度的1/150時，由起拱引起的桿件內(nèi)力變化一般不超過5%～10%。因此，仍按不起拱的網(wǎng)架計算內(nèi)力。17項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀8、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的起拱網(wǎng)架的起拱的作用，是為了消除網(wǎng)架在使用階段的撓度影響，稱為施工起拱。一般情況下，網(wǎng)架的剛度大，中小跨度網(wǎng)架不需要起拱。對于大跨度(L2＞60m)網(wǎng)架或建筑上有起拱要求的網(wǎng)架，起拱高度可取L2/300，L2為網(wǎng)架的短向跨度。

網(wǎng)架起拱的方法，按線型分為折線型起拱和弧線型起拱兩種。按方向分有單向和雙向起拱兩種。狹長平面的網(wǎng)架可單向起拱，接近正方形平面的網(wǎng)架應(yīng)雙向起拱。網(wǎng)架起拱后，會使桿件的種類、網(wǎng)架設(shè)計、制造和安裝時的麻煩。*建筑工程技術(shù)學(xué)院18項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀9、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的容許撓度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的容許撓度不應(yīng)超過下列數(shù)值：用作屋蓋－L2/250；用作樓蓋－L2/300；L2－網(wǎng)架的短向跨度。*建筑工程技術(shù)學(xué)院194.1.1.4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造與桿件網(wǎng)架的節(jié)點分為焊接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點等。1、焊接鋼板節(jié)點焊接鋼板節(jié)點，一般由十字節(jié)點板和蓋板組成。十字節(jié)點板用兩塊帶企口的鋼板對插焊接而成，也可由3塊焊成，如圖4.22所示。焊接鋼板節(jié)點多用于雙向網(wǎng)架和四角錐體組成的網(wǎng)架。焊接鋼板節(jié)點常用的結(jié)構(gòu)形式如圖4.23所示。*建筑工程技術(shù)學(xué)院20項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀2、焊接空心球節(jié)點空心球是由兩個壓制的半球焊接而成，分為加肋和不加肋兩種，如圖4.24所示。適用于鋼管桿件的連接。當(dāng)空心球的外徑等于1300mm時，且內(nèi)力較大，需要提高承載能力時，球內(nèi)可加環(huán)肋，其厚度不應(yīng)小于球壁厚，同時桿件應(yīng)連接在環(huán)肋的平面內(nèi)。球節(jié)點與桿件相連接時，兩桿件在球面上的距離不得小于20mm，如圖4.25所示。*建筑工程技術(shù)學(xué)院21

項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀3、螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點系通過螺栓將管形截面的桿件和鋼球連接起來的節(jié)點，一般由螺栓、鋼球、銷子、套管和錐頭或封板等零件組成，如圖4.26所示。螺栓球節(jié)點毛坯不圓度的允許制作誤差為2mm，螺栓按3級精度加工，其檢驗標(biāo)準(zhǔn)按GB1228～GB1231規(guī)定執(zhí)行。*建筑工程技術(shù)學(xué)院221－鋼管；2－封板；3－套管；4－銷子；5－錐頭；6－螺栓；7－鋼球4、網(wǎng)架支座節(jié)點常用的壓力支座節(jié)點有4種：1)平板壓力支座節(jié)點：如圖4.27所示，這種節(jié)點由十字型節(jié)點板和一塊底板組成，構(gòu)造簡單、加工方便、用鋼量省。但其支承板下的摩擦力較大，支座不能轉(zhuǎn)動或移動，支承板下的應(yīng)力分布也不均勻，和計算假定相差較大，一般只適用于較小跨度(≤40m)的網(wǎng)架。*建筑工程技術(shù)學(xué)院23(a)角鋼桿件支座；(b)鋼管桿件支座(a)兩個螺栓連接；(b)四個螺栓連接

圖4.27網(wǎng)架平板支座節(jié)點圖圖4.28單面弧形壓力支座節(jié)點圖平板壓力支座底板上的螺栓孔可做成橢圓孔，以利于安裝；宜采用雙螺母，并在安裝調(diào)整完畢后與螺桿焊死。螺栓直徑一般取M16～M24，按構(gòu)造要求設(shè)置。螺栓在混凝土中的錨固長度一般不宜小于25d(不含彎鉤)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的平板壓力支座中的底板、節(jié)點板、加勁肋及焊縫的計算、構(gòu)造要求均與平面鋼桁架支座節(jié)點的有關(guān)要求相似，此處不再贅述。*建筑工程技術(shù)學(xué)院24項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀2)單面弧形壓力支座節(jié)點：如圖4.28所示。這種支座的構(gòu)造與平板壓力支座相似，是平板壓力支座的改進形式。它在支座板與支承板之間加一弧形支座墊板，使之能轉(zhuǎn)動?；⌒螇|扳一般用鑄鋼或厚鋼板加工而成。從而使支座可以產(chǎn)生微量轉(zhuǎn)動和移動(線位移)，支承墊扳下的反力比較均勻，改善了較大跨度網(wǎng)架由于撓度和溫度應(yīng)力影響的支座受力性能，但摩擦力仍較大。為使支座轉(zhuǎn)動靈活，可將二個螺栓放在弧形支座的中心線上；當(dāng)支座反力較大需要設(shè)置4個螺栓時，當(dāng)支座反力較大，需要采用四個螺栓時，為不影響支座的轉(zhuǎn)動，可在置于支座四角的螺栓上部加設(shè)彈簧，彈簧的作用是當(dāng)支座在弧面上轉(zhuǎn)動時可作調(diào)節(jié)。為保證支座能有微量移動(線位移)，網(wǎng)架支座栓孔應(yīng)做成橢圓孔或大圓孔。單面弧形支座板的材料一般用鑄鋼，也可以用厚鋼板加工而成，適用于大跨度網(wǎng)架的壓力支座。*建筑工程技術(shù)學(xué)院25項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀3)雙面弧形壓力支座節(jié)點：如圖4.29所示，當(dāng)網(wǎng)架的跨度較大，溫度應(yīng)力影響顯著，而且支座處的約束又比較強，以上兩種支座節(jié)點往往不能滿足要求。這時應(yīng)選擇一種既能自由伸縮又能自由轉(zhuǎn)動的支座節(jié)點。雙面弧形壓力支座基本上能滿足這種要求。這種節(jié)點又稱搖擺支座節(jié)點，它是在支座板與柱頂板之間設(shè)一塊上下均為弧形的鑄鋼件。在鑄鋼件兩側(cè)設(shè)有從支座板與柱頂板上分別焊出帶有橢圓孔的梯形鋼板，以螺栓將這三者連系在一起。這樣，在正常溫度變化下，支座可沿鑄鋼塊的兩個弧面作一定的轉(zhuǎn)動和移動。這種支座節(jié)點構(gòu)造比較符合不動圓柱鉸支承的假定，適用于跨度大、支承網(wǎng)架的柱子或墻體的剛度較大、周邊支承約束較強、溫度應(yīng)力也較顯著的大型網(wǎng)架。但其構(gòu)造較復(fù)雜，加工麻煩，造價較高，而且只能在一個方向轉(zhuǎn)動。*建筑工程技術(shù)學(xué)院26*建筑工程技術(shù)學(xué)院27(a)側(cè)視圖；(b)正視圖(a)球鉸壓力支座；(b)單面弧形拉力支座圖4.29雙面弧形壓力支座圖4.30球形支座圖項目1鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本知識與圖紙識讀4)球形鉸壓力支座節(jié)點：如圖4.30所示。對于跨度較大或帶懸伸的四點支承或多點支承的網(wǎng)架，為適應(yīng)支座能在兩個方向作微量轉(zhuǎn)動而不產(chǎn)生線位移和彎矩，采用球鉸壓力支座節(jié)點。這種支座節(jié)點的構(gòu)造特點是，以一個凸出的實心半球，嵌合在一個凹進的半球內(nèi)。在任何方向都能轉(zhuǎn)動，而不產(chǎn)生彎矩，并在x、y、z三個方向都不會產(chǎn)生線位移。比較符合不動球鉸支座支承的計算圖式。為防止地震作用或其他水平力的影響使凹球與凸球脫離，支座四周應(yīng)以錨栓固定，并應(yīng)在螺母下放置壓力彈簧，以保證支座的自由轉(zhuǎn)動而不受錨拴的約束影響。在構(gòu)造上凸球面的曲率半徑應(yīng)較凹球面的曲率半徑小一些，以便接觸面呈點接觸，利于支座的自由轉(zhuǎn)動。這種節(jié)點適用于四點支承或多點支承的大跨度網(wǎng)架的壓力支座。*建筑工程技術(shù)學(xué)院