《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(上)

《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(上)Plate-likeSpaceTruss1/51內(nèi)容1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析

4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工2/51§1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述

網(wǎng)架是由多根桿件按一定的網(wǎng)格形式通過(guò)節(jié)點(diǎn)連結(jié)而成的平板型或微曲面型空間桿系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架桿件節(jié)點(diǎn)3/51屬高次超靜定結(jié)構(gòu)，空間受力，剛度大,整體工作性能好,抗倒塌性能好自重輕、節(jié)約鋼材制作安裝方便、工業(yè)化程度高形狀適應(yīng)性強(qiáng)、支承布置靈活結(jié)構(gòu)高度低，便于管道穿越網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)4/51管道穿越網(wǎng)架5/51桿件密集，視覺(jué)上略顯“繁雜”表面積大，防火、防腐問(wèn)題突出彎矩抵抗型體系，工作效率不高。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)6/51網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展

20世紀(jì)初，Bell率先提出并實(shí)踐了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；

其后的發(fā)展主要圍繞兩條主線：

1）節(jié)點(diǎn)連接形式；

2）桿件網(wǎng)格劃分方式7/51

以MERO體系為代表的節(jié)點(diǎn)連接體系創(chuàng)新：球形節(jié)點(diǎn)碗形節(jié)點(diǎn)柱形節(jié)點(diǎn)碟形節(jié)點(diǎn)剛性節(jié)點(diǎn)叉形節(jié)點(diǎn)8/51以Fuller為代表的網(wǎng)格劃分方式創(chuàng)新：9/51以Full為代表的網(wǎng)格劃分方式創(chuàng)新：Octec體系OctecTrussOctahedronOctahedron10/511970年大阪世博會(huì)喜慶廣場(chǎng)空間網(wǎng)架108X292m，6柱支承11/511.第一個(gè)網(wǎng)架，1964年，上海師范大學(xué)球類(lèi)館屋蓋（31.5m×40.5m、角鋼桿件，鋼板節(jié)點(diǎn)）2.第一批有影響的網(wǎng)架1967年，首都體育館；

1973年，上海萬(wàn)人體育館4.80年代初，專(zhuān)業(yè)網(wǎng)架廠家出現(xiàn)；90年代后期，年建設(shè)網(wǎng)架100萬(wàn)平方米以上，成為“網(wǎng)架王國(guó)”3.1981年，《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定》頒布

2010年，《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》頒布我國(guó)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展12/51工程實(shí)例——首都體育館

正交斜放網(wǎng)架，高6m，角鋼桿件，板式螺栓節(jié)點(diǎn)，65kg/m217X6.6=112.215X6.6=99.013/51工程實(shí)例——上海萬(wàn)人體育館三向網(wǎng)架，直徑110m，外挑7.3m，高6m鋼管桿件，焊接空心球節(jié)點(diǎn)，47kg/m214/51首都機(jī)場(chǎng)四機(jī)位機(jī)庫(kù)

1996(2X153X90m)工程實(shí)例——飛機(jī)機(jī)庫(kù)廣州白云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)(78X70m)198815/51工程實(shí)例——深圳市民中心

三層網(wǎng)架，486×154m，網(wǎng)格6×6m，厚9m，焊接球節(jié)點(diǎn)，最大球直徑900mm；屋頂面積6.3萬(wàn)平米，重約9000噸。（曲面網(wǎng)架，2004）16/511887年Kelvin提出：如果將三維空間用等體積單元填充且接觸面積要最小，這些單元應(yīng)是什么形狀？

1993年Weaire和Phelan提出由14面體和12面體組合模型，被認(rèn)為是Kelvin問(wèn)題的最佳解決方案。工程實(shí)例——水立方（異形網(wǎng)格網(wǎng)架，2008）17/51水立方網(wǎng)格結(jié)構(gòu)示意

1、由多面體單元構(gòu)成的完整空間2、由空心多面體單元構(gòu)成的空間網(wǎng)格3、切割形成平板狀空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)18/51§2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承設(shè)置2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)選型原則19/51§2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本類(lèi)型按結(jié)構(gòu)組成：

雙層網(wǎng)架、三層網(wǎng)架按節(jié)點(diǎn)類(lèi)型：

螺栓球網(wǎng)架、焊接球網(wǎng)架按網(wǎng)格組成：

交叉桁架體系（兩向、三向）角錐體系（三角錐、四角錐）20/511.平面桁架系網(wǎng)架

由若干平面桁架相互交叉組成，各桁架在交點(diǎn)處共用一根豎桿。

特點(diǎn)：上下弦桿等長(zhǎng)

根據(jù)桁架布置方式及交角的不同，主要分為3種形式注意：斜腹桿應(yīng)沿受拉方向布置。21/51（1）兩向正交正放網(wǎng)架注意：應(yīng)通過(guò)設(shè)置水平支撐保證結(jié)構(gòu)的幾何不變性，增加空間剛度。22/51

兩向正交正放網(wǎng)架適用于正方形或接近正方形的建筑平面，此時(shí)其受力類(lèi)似于雙向板。當(dāng)邊長(zhǎng)比>2

后，單向傳力作用明顯，兩方向桿件內(nèi)力差別較大，受力類(lèi)似于單向板。L1L223/51適用于正方形和長(zhǎng)方形建筑平面角部短桁架對(duì)與其垂直的長(zhǎng)桁架起到彈性支承作用當(dāng)長(zhǎng)桁架直通角柱時(shí)，角柱會(huì)受到較大上拔力，設(shè)計(jì)中應(yīng)予注意。在周邊支承情況下，較兩向正交正放網(wǎng)架剛度大、用料省。（2）兩向正交斜放網(wǎng)架24/51網(wǎng)格呈正三角形，屬幾何不變體系適用于三角形、六邊形、多邊形和圓形平面空間剛度大、受力性能好節(jié)點(diǎn)匯交桿件多，構(gòu)造復(fù)雜（3）三向網(wǎng)架思考：最多的節(jié)點(diǎn)匯交桿件是多少？(Nmax=13)25/51下弦桿腹桿上弦桿2.四角錐體系網(wǎng)架

網(wǎng)架的上、下弦平面均為正方形網(wǎng)格，上、下弦網(wǎng)格相互錯(cuò)開(kāi)半格。26/51受力均勻，空間剛度大，應(yīng)用最廣上、下弦節(jié)點(diǎn)均分別連接8根桿件。（1）正放四角錐網(wǎng)架思考：在何條件下網(wǎng)架所有桿件等長(zhǎng)？27/51下弦網(wǎng)格尺寸比上弦網(wǎng)格尺寸大一倍。桿件數(shù)目少、構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效果好受力與正交正放交叉梁系相似下弦桿件受力不均勻，剛度略小，適用于中小跨度（2）正放抽空四角錐網(wǎng)架28/51上弦桿短、下弦桿長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，用鋼量較?。ㄉ?下8）網(wǎng)架周邊應(yīng)布置剛性邊梁（3）斜放四角錐網(wǎng)架29/51斜放四角錐網(wǎng)架水平轉(zhuǎn)動(dòng)45度（上正下斜）上弦桿短、下弦桿長(zhǎng)，受力合理，屋面構(gòu)造簡(jiǎn)單周邊滿(mǎn)錐時(shí)，剛度較好（4）棋盤(pán)形四角錐網(wǎng)架30/513.三角錐體系網(wǎng)架

以等腰三角錐體為組成單元，由于三角形的穩(wěn)定性，因而整體抗彎、抗扭剛度好。31/51受力均勻，空間剛度大適用于三角形、六邊形或圓形平面適用于大中跨度及重屋面的建筑物（1）三角錐網(wǎng)架思考：在何條件下網(wǎng)架所有桿件等長(zhǎng)？32/51除周邊網(wǎng)格不動(dòng)外，按一定規(guī)律抽掉一些三角錐單元。整體剛度較差適用于中小跨度的輕屋面的建筑物（2）抽空三角錐網(wǎng)架33/51節(jié)點(diǎn)匯交6根，構(gòu)造簡(jiǎn)單上弦平面六邊形，增加屋面板布置和找坡的困難適用于中小跨度的周邊支承網(wǎng)架，用于六邊形、圓形和矩形平面（3）蜂窩形三角錐網(wǎng)架試找出其構(gòu)成規(guī)律。34/511.

周邊支承；2.

點(diǎn)支承；3.

周邊支承與點(diǎn)支承結(jié)合；4.

三邊或兩邊支承；5.

單邊支承§2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承設(shè)置

網(wǎng)架支承位置(A)上弦支承(B)下弦支承

網(wǎng)架支承布置35/51傳力直接、受力均勻，較為常用當(dāng)支承于柱頂時(shí)，網(wǎng)格寬度要與柱距一致。當(dāng)支承于圈梁時(shí)，網(wǎng)格的劃分可不受柱距的約束。

1.

周邊支承36/51受力與無(wú)梁樓蓋相似，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成懸挑形式懸挑網(wǎng)格可使跨中彎矩和撓度減少，網(wǎng)架內(nèi)力趨于均勻2.

點(diǎn)支承單跨多點(diǎn)支承網(wǎng)架，懸挑長(zhǎng)度宜取中間跨度的1/3；多點(diǎn)支承連續(xù)跨網(wǎng)架，懸挑長(zhǎng)度宜取中間跨度的1/437/51柱帽有下面幾種常用形式：（1）設(shè)置在網(wǎng)架下，形成倒錐形支座。特點(diǎn)：傳力直接，但占據(jù)室內(nèi)空間。

為使支承點(diǎn)附近的桿件內(nèi)力不致過(guò)大，宜在支承點(diǎn)處設(shè)置柱帽以擴(kuò)散反力。38/51（2）設(shè)置在網(wǎng)架內(nèi)，柱直接支承在上弦節(jié)點(diǎn)上。特點(diǎn)：不占室內(nèi)空間；但承載力較低，適用輕屋蓋或中小跨度網(wǎng)架。（3）設(shè)置在網(wǎng)架上，形成局部加高網(wǎng)格區(qū)域。特點(diǎn)：不占室內(nèi)空間，柱帽上凸部分可兼作采光天窗。39/51可有效減少網(wǎng)架桿件的內(nèi)力峰值和撓度適用于大柱網(wǎng)工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、展覽館等3.

周邊支承與點(diǎn)支承結(jié)合40/51在飛機(jī)庫(kù)、影劇院、工業(yè)廠房、干煤棚等中應(yīng)用自由邊的存在對(duì)網(wǎng)架內(nèi)力分布和撓度都不利，應(yīng)對(duì)其做特殊處理。4.

三邊或兩邊支承41/511)在自由邊附近增加網(wǎng)架層數(shù)，或加設(shè)托梁、托架2)增加網(wǎng)架高度或局部桿件截面加大(中、小型網(wǎng)架)42/51受力與懸挑板相似多用于挑篷結(jié)構(gòu)5.

單邊支承43/51

網(wǎng)架選型應(yīng)根據(jù)建筑平面形狀和尺寸、支承條件、荷載大小、屋面構(gòu)造、制作方法等方面綜合確定§2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型原則耗鋼量桿件與節(jié)點(diǎn)的造價(jià)差異圍護(hù)結(jié)構(gòu)費(fèi)用安裝費(fèi)用結(jié)構(gòu)整體剛度外觀效果網(wǎng)格形式尺寸確定構(gòu)造要求44/511.網(wǎng)格形式的選擇1）矩形平面、長(zhǎng)寬比≤1.5、周邊支承兩向正交斜放四角錐系和兩向正交桁架系均適用。斜放體系優(yōu)于正放體系。棋盤(pán)形四角錐斜放四角錐45/512）矩形平面、長(zhǎng)寬比>1.5、周邊支承四角錐系和兩向正交桁架系均適用。正放體系優(yōu)于斜放體系。正放抽空四角錐正放四角錐兩向正交正放46/513）矩形平面、點(diǎn)支承4）圓形、多邊形平面不應(yīng)采用斜放體系。宜采用三向桁架系或三角錐系。抽空三角錐網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架三向網(wǎng)架

盡管正放四角錐網(wǎng)架用鋼量略高，但其標(biāo)準(zhǔn)化程度好，適用性廣，目前采用較多47/51（1）荷載和設(shè)備尺寸（撓度和設(shè)備穿行空間）（2）平面形狀（空間作用是否顯著）（3）支承條件（周邊支承優(yōu)于點(diǎn)支承）（4）建筑尺寸要求（建筑高度）2.網(wǎng)架高度確定一般宜取跨度的1/10—1/18，跨度大取小值。48/51屋面材料無(wú)檁體系，不宜超過(guò)4m

有檁體系，不宜超過(guò)6m網(wǎng)架在短向跨度的網(wǎng)格數(shù)不宜小于53.網(wǎng)格尺寸確定相鄰桿件間夾角宜大于45度，不宜小于30度49/51設(shè)短柱支托構(gòu)造簡(jiǎn)單，是采用較多的找坡方法當(dāng)中間屋脊處小立柱較高時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其自身穩(wěn)定性對(duì)于大跨度網(wǎng)架可采取變高度與小立柱相結(jié)合的方法4.網(wǎng)架屋面排水方案(A)網(wǎng)架整體起拱(B)網(wǎng)架變高度(C)設(shè)短柱支托50/51變高度網(wǎng)架51/515.網(wǎng)架起拱與容許撓度起拱的目的是避免視覺(jué)和心理上的下垂感，有時(shí)也用于降低網(wǎng)架在永久荷載下的撓度起拱度≤L/300對(duì)起拱網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)可按不起拱計(jì)算容許撓度:屋蓋L/250,樓蓋L/300《大跨空間結(jié)構(gòu)》之網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(下)Plate-likeSpaceTruss53/86§3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析3.1荷載作用3.2有限元分析方法3.3幾何不變性分析54/861．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(chē)荷載3.溫度應(yīng)力4.地震作用（水平，豎向）§3.1荷載作用55/86★補(bǔ)充說(shuō)明1）雙層網(wǎng)架自重估算qw—除網(wǎng)架自重外的荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）L—網(wǎng)架的短向跨度（m）

網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)自重一般占網(wǎng)架總重的20%-25%。網(wǎng)架桿件自重隨跨度變化

網(wǎng)架自重（kg/m2）56/862）網(wǎng)架屋面自重估算輕（金屬）屋面：0.3kN/m2保溫玻璃屋面：1.0kN/m2重屋面：約1.5kN/m23）雪荷載雪荷載與屋面活荷載不同時(shí)考慮，取大值；應(yīng)考慮雪荷載的不均勻分布57/864）溫度應(yīng)力對(duì)于兩端固定的桿件，每變化1℃引起的溫度應(yīng)力約為2.5N/mm2對(duì)于可自由變形的桿件，每變化1℃引起的溫度變形為1.2×10-5L鋼結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力為：

—鋼材的線膨脹系數(shù)，1.2×10-5/℃E—鋼材的彈性模量，2.06×105N/mm2溫度應(yīng)力與支座約束密切相關(guān)。58/86溫度變化范圍是指施工安裝完畢時(shí)的氣溫與當(dāng)?shù)爻Ｄ曜罡呋蜃畹蜌鉁刂睢＞W(wǎng)架支承平面弦件的溫度應(yīng)力大于非支承平面桿件，邊緣區(qū)域的桿件大于中間區(qū)域。59/86符合下列條件之一者，可不考慮溫度應(yīng)力：1.支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造允許網(wǎng)架側(cè)移，且允許側(cè)移值大于或等于網(wǎng)架溫度變形值；2.網(wǎng)架周邊支承、網(wǎng)架驗(yàn)算方向跨度小于40m，且支承結(jié)構(gòu)為獨(dú)立柱；3.在單位力作用下，柱頂位移值大于或等于下式計(jì)算值：Am——支承平面弦桿截面積算數(shù)平均值（mm2）

——系數(shù)，正交正放=1.0，正交斜放=1.414，三向=2.060/86既允許溫度變形又能有效抵抗側(cè)向力的支座設(shè)置61/86單向滑動(dòng)支座板式橡膠支座62/865）地震作用頻譜相當(dāng)密集（需考慮多振型組合）可分為水平振型與豎向振型兩類(lèi)，一般豎向分量大各種不同類(lèi)型網(wǎng)架的豎向振型曲面基本上相似不同類(lèi)型但具有相同跨度的網(wǎng)架基本周期比較接近網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型具有如下特點(diǎn)：63/86網(wǎng)架地震分析可采用振型分解反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法采用振型分解反應(yīng)譜法時(shí)，宜至少取前10~15個(gè)振型；采用時(shí)程分析法時(shí)，應(yīng)選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬加速度時(shí)程曲線；應(yīng)考慮支承結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)架受力的影響，1）進(jìn)行整體建模分析；2）把支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為彈性支座分析；在抗震設(shè)防烈度為8度的地區(qū)，對(duì)于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架，應(yīng)進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算；對(duì)于9度地區(qū)或其他類(lèi)型網(wǎng)架，均應(yīng)進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算。64/86§3.2有限元分析方法一、基本假定1.節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件只承受軸力2.按小撓度理論計(jì)算3.按彈性方法分析

網(wǎng)架是一種空間桿系結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)連接可假定為鉸接，忽略節(jié)點(diǎn)剛度的影響。應(yīng)注意在實(shí)際構(gòu)造中符合這些假定。65/861.平板模型2.梁系模型3.鉸接桿系模型計(jì)算模型分析方法a.微分方程解法b.差分法d.有限元法二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析方法空間桁架位移法66/86空間桁架位移法計(jì)算流程圖67/86三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析流程結(jié)構(gòu)幾何建模賦材料屬性賦桿件截面初值結(jié)構(gòu)受力分析添加邊界條件施加荷載結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)N桿件、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)Y（內(nèi)力、位移）（靜力、動(dòng)力、穩(wěn)定）68/86網(wǎng)架為多次超靜定結(jié)構(gòu)，截面調(diào)整將引起內(nèi)力重分布★補(bǔ)充說(shuō)明

豎桿內(nèi)力：0.58F

斜桿內(nèi)力：0.29F

豎桿內(nèi)力：0.72F

斜桿內(nèi)力：0.18F

豎桿內(nèi)力：0.93F

斜桿內(nèi)力：0.05F

因此并非循環(huán)次數(shù)越多越好，原則上兩次截面相差不超過(guò)5%即可（通常3-4次）。69/86§3.3幾何不變性分析

用程序計(jì)算時(shí)，如出現(xiàn)撓度特別大等不合理情況，則該網(wǎng)架有可能為幾何可變。此時(shí)，應(yīng)對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行幾何不變性分析。

試判斷以下網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的幾何不變性70/86

網(wǎng)架幾何不變的必要條件對(duì)于具有J個(gè)節(jié)點(diǎn)m根桿件的網(wǎng)架，支承于有r根連桿的支座上時(shí)，其幾何不變的必要條件為：

m+r-3J

0

當(dāng)

=

0時(shí)為靜定結(jié)構(gòu)當(dāng)

>0

時(shí)為超靜定結(jié)構(gòu)當(dāng)

<0

時(shí)為幾何可變體系71/86

網(wǎng)架幾何不變的充分條件

1）以三根不共面的桿件匯交所構(gòu)成的網(wǎng)架單元為幾何不變體系。

2）當(dāng)網(wǎng)架桿系組成的多面體表面全部由三角形包圍時(shí)，是幾何不變的。72/86

幾何可變單元可通過(guò)加設(shè)桿件或支承鏈桿使其成為幾何不變體系。73/86§4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1桿件設(shè)計(jì)4.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造4.3防腐與防火設(shè)計(jì)74/86網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的兩個(gè)問(wèn)題是：

1）避免受壓桿件屈曲

2）使節(jié)點(diǎn)有效傳遞荷載75/86一、桿件材料和截面形式鋼材品種主要為Q235鋼和Q345鋼網(wǎng)架桿件的截面形式a)圓管b)等肢角鋼c)不等肢角鋼d)單角鋼e)H型鋼f)方管§4.1桿件設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用薄壁管形截面76/86圓鋼管具有回轉(zhuǎn)半徑大、各向同性、防腐性能好等特點(diǎn)，是目前最常用截面形式。圓鋼管有高頻電焊鋼管及無(wú)縫鋼管兩種。應(yīng)盡量采用高頻電焊鋼管，以節(jié)約造價(jià)

。

無(wú)縫鋼管熱軋冷拔

焊接鋼管直縫螺旋77/8678/86二、桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比回顧：壓桿穩(wěn)定PcrPcrPcrl/2l/4l/4lPcrl2lPcrl0.7lPcr79/86回顧：鋼屋架的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)彈性嵌固作用80/86網(wǎng)架桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

桿件節(jié)點(diǎn)螺栓球焊接球板節(jié)點(diǎn)弦桿1.00.91.0腹桿1.00.80.8支座腹桿1.00.91.081/86網(wǎng)架桿件的容許長(zhǎng)細(xì)比:1)受壓桿件[λ]≤1802)受拉桿件

a)一般桿件[λ]≤400b)支座附近桿件[λ]≤300c)直接承受動(dòng)力荷載[λ]≤250支座附近桿件有時(shí)會(huì)產(chǎn)生變號(hào)，故要求嚴(yán)格一些直接承受動(dòng)力荷載桿件要求具有更大剛度低應(yīng)力、小規(guī)格受拉桿件，長(zhǎng)細(xì)比宜按壓桿控制82/862)鋼管不宜小于Ф48x31)普通角鋼不宜小于L50x33)跨度較大的網(wǎng)架，不宜小于Ф60x3.5三、桿件的容許最小截面尺寸1)軸心受拉2)軸心壓桿四、桿件的截面計(jì)算][minlmljs￡=￡=rlfAN][minlmls￡=￡=rlfAN83/863)選用市場(chǎng)能供應(yīng)的規(guī)格五、桿件的截面選擇原則每個(gè)網(wǎng)架所選截面規(guī)格不宜太多；盡可能不選用同徑不同厚桿件。2)宜選用薄壁截面，使桿件獲得較大回轉(zhuǎn)半徑，對(duì)桿件受壓有利4)鋼管出廠一般均有負(fù)公差，故選擇截面時(shí)應(yīng)適當(dāng)留富余量，應(yīng)力比控制在0.9以下5)相鄰弦桿的截面積之比不宜超過(guò)1.8倍，以保證剛度連續(xù)性84/86§4.2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造

節(jié)點(diǎn)是影響網(wǎng)架安全性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素。節(jié)點(diǎn)破壞往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重工程事故節(jié)點(diǎn)連接方式?jīng)Q定了網(wǎng)架的施工工藝節(jié)點(diǎn)的重量一般為網(wǎng)架總重量的20～25%連接節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn)85/86一、桿件連接節(jié)點(diǎn)類(lèi)型

①焊接空心球節(jié)點(diǎn)分為不加肋和加肋兩種，適用于連接鋼管桿件優(yōu)點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單，具有自動(dòng)對(duì)中和‘萬(wàn)向’性質(zhì)缺點(diǎn)是球體存在應(yīng)力集中，焊接難度大86/8687/86

②螺栓球節(jié)點(diǎn)由鋼球、高強(qiáng)螺栓、套筒、銷(xiāo)子（或止緊螺釘）和錐頭（或封板）組成，適用于連接鋼管桿件。拉力

→鋼管→錐頭或封板→螺栓→鋼球壓力→鋼管→錐頭或封板→套筒→鋼球優(yōu)點(diǎn)：工廠化程度高，安裝快捷，便于拆卸；缺點(diǎn)：精度要求較高，安裝質(zhì)量不易控制。88/862005年7月8日內(nèi)蒙古新豐熱電廠網(wǎng)架垮塌，導(dǎo)致6人死亡，8人受傷。經(jīng)調(diào)查，部分高強(qiáng)螺栓緊固不到位是事故主要原因之一。1996年10月30日，遼寧營(yíng)口一座50m高通訊塔在7～8級(jí)風(fēng)作用下倒塌。經(jīng)調(diào)查，風(fēng)荷載引起的塔架扭轉(zhuǎn)振動(dòng)及螺栓球松動(dòng)是事故主要原因。89/86③焊接鋼板節(jié)點(diǎn)由十字節(jié)點(diǎn)板1和蓋板2組成，主要用于角鋼桿件。桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接可以用焊接，也可以采用螺栓連接。受力與角鋼桁架的節(jié)點(diǎn)板類(lèi)似。90/86④相貫連接節(jié)點(diǎn)

將網(wǎng)架腹桿(支管)的端部經(jīng)機(jī)械加工成相貫面后，直接焊在弦桿(主管)上，也可以將一個(gè)方向的弦桿焊在另一個(gè)方向的弦桿上。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)用鋼量少，但是加工精度要求很高。

設(shè)計(jì)時(shí)要注意主管的局部屈曲問(wèn)題。91/86⑤鑄鋼節(jié)點(diǎn)

具有承載力高、抵抗變形能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)自由度大、外形美觀等特點(diǎn)，由于避免或降低了構(gòu)件相接處的應(yīng)力集中程度，特別適用于受力大、連接復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)。92/861、球體尺寸二、焊接空心球節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造a—管間間距，>10mm

—管間夾角，radtb

=D/(25～45)tb=(1.5～2.0)tpmax

tb≥4mm直徑：壁厚：93/86

當(dāng)空心球直徑為120～900mm時(shí)，其受壓和受拉承載力設(shè)計(jì)值NR可按下式計(jì)算：D——空心球外徑（mm）d——主鋼管桿件的外徑（mm）f——鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）當(dāng)空心球直徑大于500mm時(shí)，乘0.9折減；設(shè)加勁肋時(shí)，受壓提高1.4倍，受拉提高1.1倍。2、空心球節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算tdfDdNRp)54.029.0(+=94/86思考：如何提高焊接空心球的抗壓承載力?球內(nèi)灌漿

鋼管穿通

加平行雙肋

十字肋

95/862）加勁肋的設(shè)置1）鋼管與球的連接3、空心球節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造要求焊縫與鋼管等強(qiáng)開(kāi)坡口，留縫隙；管壁大于4mm時(shí)，加襯管球徑大于300mm宜設(shè)肋，大于500mm應(yīng)設(shè)肋肋板應(yīng)設(shè)在主桿平面內(nèi)肋板厚度不小于球壁厚96/864、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)行桿件與空心球焊縫連接設(shè)計(jì)。注意：為簡(jiǎn)化施工，需將外徑相近的空心球進(jìn)行規(guī)格歸并。97/86例題：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：鋼球及桿件所用材料均為Q235,鋼焊條為E43型焊條,手工焊接。59°170.95kN球體φ80×3.5

φ80×3.5φ60×2φ60×2137.76kN

19.18kN15.01kN98/86①空心球外徑的確定己知腹桿與下弦桿軸線間的夾角為

=59°：本題取空心球外徑=180mm。D≤300mm，不需加肋。1）空心球的設(shè)計(jì)與計(jì)算②空心球壁厚的確定

根據(jù)構(gòu)造要求,空心球壁厚應(yīng)滿(mǎn)足如下條件：

t=(1/25～1/45)D=4～7.2mm；

t=(1.5～2.0)tpmax=4.2～7.0mm；且

t≥4mm；參照上述結(jié)果取t=6mm。99/86③空心球承載力驗(yàn)算④鋼管與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，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。100/86三、螺栓球節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1、球體尺寸

大小取決于螺栓的直徑、相鄰桿件的夾角和螺栓伸入球體的長(zhǎng)度等因素。條件1:相鄰套筒接觸面不相碰

——兩相鄰螺栓的較大直徑（mm）；

——兩相鄰螺栓的較小直徑（mm）；λ——套筒直徑與螺栓直徑之比，取1.8dlbdsb101/86ξ——螺栓擰入球體長(zhǎng)度與螺栓直徑的比值，取1.1條件2:相鄰螺栓不相碰102/86條件3:θ<30o，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θ--相鄰兩根桿件的夾角d1--相應(yīng)于D1桿件的螺栓直徑

S--套筒長(zhǎng)度103/862、高強(qiáng)螺栓設(shè)計(jì)

螺栓直徑一般由網(wǎng)架中最大受拉桿件的內(nèi)力控制，一個(gè)螺栓受拉承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：

Ntb≤AeftbAe─高強(qiáng)度螺栓的有效截面面積（mm2），當(dāng)螺栓上鉆有銷(xiāo)孔或鍵槽時(shí)，應(yīng)取螺紋處或銷(xiāo)孔鍵槽處二者中的較小值。

ftb─高強(qiáng)度螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。對(duì)10.9s取為430N/mm2；對(duì)9.8s取為385N/mm2104/862）對(duì)于受壓桿件，可按其設(shè)計(jì)內(nèi)力絕對(duì)值求得螺栓直徑計(jì)算值后，減少1～3個(gè)級(jí)差。1）對(duì)于M12~M36高強(qiáng)螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)按10.9級(jí)選用；對(duì)于M39~M64高強(qiáng)螺栓，其強(qiáng)度等級(jí)按9.8級(jí)選用。★補(bǔ)充說(shuō)明105/863、套筒、錐頭或封板、緊固螺釘設(shè)計(jì)套筒的作用是擰緊高強(qiáng)螺栓和承受桿件傳來(lái)的壓力。套筒端部要求平整，內(nèi)孔徑可比螺栓直徑大1mm。對(duì)套筒應(yīng)進(jìn)行承壓驗(yàn)算106/86錐頭或封板的作用是連接鋼管和螺栓，承受桿件傳來(lái)的拉力或壓力。當(dāng)桿件管徑≥76mm時(shí)，宜采用錐頭，否則采用封板。其連接焊縫以及錐頭的任何截面應(yīng)與連接鋼管等強(qiáng)。107/86緊固螺釘?shù)淖饔檬菐?dòng)螺栓隨套筒轉(zhuǎn)動(dòng)，并控制螺栓擰緊程度。在旋轉(zhuǎn)套簡(jiǎn)時(shí)，緊固螺釘承受剪力，該剪力的大小與螺栓伸入鋼球的摩阻力有關(guān)。緊固螺釘?shù)闹睆酵ǔＨ?～8mm。108/86四、支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造

支座節(jié)點(diǎn)的可靠性是決定結(jié)構(gòu)整體安全的重要因素；許多空間結(jié)構(gòu)事故都是由于支座計(jì)算模型和支座節(jié)點(diǎn)實(shí)際情況不符造成的；在計(jì)算空間結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查空間結(jié)構(gòu)的支座做法及下部結(jié)構(gòu)的剛度是否和計(jì)算書(shū)中的約束假定一致。109/861）平板壓力（拉力）支座

構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，但支座不能轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)，與計(jì)算假定相差較大。適用于小跨度網(wǎng)架。110/86

平板支座的計(jì)算與平面桁架支座類(lèi)似，包括底板平面尺寸、厚度、十字肋板尺寸和焊縫等。

實(shí)際工程中為便于網(wǎng)架安裝，常用過(guò)渡板替代定位錨栓。111/862）單面弧形壓力（拉力）支座

彌補(bǔ)了平板壓力支座節(jié)點(diǎn)不能轉(zhuǎn)動(dòng)的缺點(diǎn)?；⌒沃ё逡话阌描T鋼制成，也可以用厚板加工而成。適用于中小跨度的網(wǎng)架。112/863）雙面弧形壓力支座

具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)能力，較符合鉸支座假定，但構(gòu)造較復(fù)雜、造價(jià)較高，且只能沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。適用于跨度大、且下部支承結(jié)構(gòu)剛度較大的網(wǎng)架。113/864）球鉸壓力支座

支座可沿兩個(gè)水平方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生線位移，既能較好地承受水平力，又能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，比較符合不動(dòng)鉸支座假定，但構(gòu)造較為復(fù)雜。114/865）板式橡膠支座

既可以適應(yīng)支座節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)要求，又能適應(yīng)由于溫度變化、地震作用所產(chǎn)生的水平變位。適用于大、中跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。存在橡膠老化問(wèn)題。115/86§4.3防腐與防火設(shè)計(jì)一、網(wǎng)架防腐設(shè)計(jì)

易銹蝕是鋼材的最大缺點(diǎn)。銹蝕使桿件截面減小、大大降低結(jié)構(gòu)的安全度和使用年限，因此必須采取防腐措施。116/86主要防腐方法有：1）改變金屬結(jié)構(gòu)的組織，提高鋼材的抗銹能力，如采用不銹鋼網(wǎng)架。2）在鋼材表面用金屬鍍層保護(hù)，如電鍍或熱浸鍍鋅等方法。3）在鋼材表面涂非金屬保護(hù)層，即用涂料將鋼材保護(hù)起來(lái)使之不受大氣中有害介質(zhì)的侵蝕。非金屬涂料的防腐需表面除銹和涂料施工兩道工序。117/86表面除銹的目的是增強(qiáng)涂層附著力，常用方法有：(1)人工除銹

操作簡(jiǎn)單質(zhì)量分級(jí)：St2、St3(2)拋砂除銹

除銹徹底質(zhì)量分級(jí)：Sa1、Sa2、Sa3、Sa4(3)酸洗和酸洗磷化除銹

質(zhì)量最好，但不適用于大型構(gòu)件。118/86涂料中間漆面漆底漆附著力強(qiáng)，成膜粗糙提高底漆光滑度，封閉底漆缺陷成膜光澤，抵抗風(fēng)化作用底漆和面漆配套組成底漆面漆一般鐵紅環(huán)氧鐵紅油性漆、醇酸、酚醛、脂膠醇酸、酚醛、氧化橡膠環(huán)氧富鋅醇酸、酚醛、氧化橡膠、環(huán)氧、聚氨脂水溶性無(wú)機(jī)鋅酸溶性環(huán)氧、聚氨脂119/86(1)結(jié)構(gòu)所處的使用條件及選用涂料適用范圍的一致性。(2)施工條件的可能性，一般選用干燥快、便于刷、噴涂的常溫固化型涂料。(3)底漆和面漆應(yīng)有良好的配套性能。(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的重要性，分別選用不同涂料或不同涂層厚度。涂料選擇的原則：120/86網(wǎng)架結(jié)構(gòu)防腐構(gòu)造措施：1.構(gòu)造上應(yīng)盡量避免出現(xiàn)難以油漆的死角或凹槽，閉口截面應(yīng)將桿件兩端部焊接封閉。

2.對(duì)于螺栓球節(jié)點(diǎn)連接，應(yīng)將多余的螺孔封口，并用油膩?zhàn)訉⑺薪涌p處嵌密，補(bǔ)刷防銹漆兩道。

3.現(xiàn)場(chǎng)焊縫施焊完畢后，必須進(jìn)行表面清理和補(bǔ)漆

4.在結(jié)構(gòu)全部安裝完成后，對(duì)漏漆或損傷部分，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)涂和修復(fù)，防止存在防腐上的弱點(diǎn)。121/86工程實(shí)例——上海科技館除銹等級(jí):Sa2?粗糙度:Rz40--70μm底漆：水性無(wú)機(jī)富鋅涂料100μm中間漆：環(huán)氧云鐵60μm面漆：丙烯酸聚氨脂50μm122/86二、網(wǎng)架防火設(shè)計(jì)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑物的耐火等級(jí)確定耐火極限。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的耐火極限主要取決于鋼材的耐火極限。無(wú)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為0.5h。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防火措施主要是噴涂防火涂料和采用水噴淋系統(tǒng)。123/86防火涂料有厚型、薄型和超薄型等。1.50~2.001.00~1.502.00~3.001）要求耐火極限≤1.5h，或構(gòu)件截面小、振動(dòng)撓曲變化大的鋼結(jié)構(gòu)，宜選用薄涂型；2）要求耐火極限>1.5h，或室內(nèi)隱蔽鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用厚涂型結(jié)構(gòu)防火涂料；3）露天鋼結(jié)構(gòu)，必須選用適合室外使用的防火涂料。124/86工程實(shí)例——國(guó)家體育館除銹等級(jí):Sa2?粗糙度:Rz40--70μm底漆：水性無(wú)機(jī)富鋅涂料75μm中間漆：環(huán)氧云鐵100μm薄型或超薄型防火涂料面漆：丙烯酸改性聚硅氧烷50μm注意：防火涂料應(yīng)與構(gòu)件的防銹涂裝有良好的相容性。125/86§5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工5.1網(wǎng)架制作與拼裝5.2網(wǎng)架安裝方法5.3安裝質(zhì)量控制126/86§5.1網(wǎng)架制作與拼裝(1)鋼管與鋼管的對(duì)接焊縫應(yīng)為一級(jí)，球管對(duì)接焊縫、鋼管與封板（錐頭）的對(duì)接焊縫應(yīng)為二級(jí)；127/86(2)桿件接長(zhǎng)不得超過(guò)一次，接