建筑结构选型7-网架.ppt

1、第七章 平板网架结构网格结构是将杆件按一定规律布置，通过节点连接而成的一种空间杆系结构。网架结构是一种受力性能很好的空间高次超静定结构体系。优点：1、经济 网架结构是一种空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小；这些空间交汇的杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机结合起来，因而用料经济。由于结构组成的规律性，大量杆件和节点的形状、尺寸相同，这就给工厂成批生产创造了有利条件，制作费用可降低。2、安全网架结构一般是高次超静定结构，具有多向受力性能，其刚度和整体性较好，能有效地承受集中荷载、非对称荷载以及悬挂吊车、地震力等动力荷载。3、适应性强4、制作、安装方便5、设计、计算简便缺点：

2、出新较难（造型功能不强）造价较高节点用钢量大，钢管杆件的取材较普通型钢困难，网架屋面材料的选用受到限制第一节 网架的结构形式 交叉桁架体系、角锥体系一、交叉桁架体系是由竖向平面桁架相互交叉联成一体的网状结构。网架的节点构造与平面桁架类似。1、两向正交正放网架（井字形网架）两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。上下弦的网格尺寸相同，而且同一方向的平面桁架长度一致，制作、安装较为简便。基本单元为一不全由三角形组成的六面体，属几何可变，应适当设置支撑。受力状况与其平面尺度及支承情况关系较大。对于周边支承，受力类似于双向板；点支承，支承附近杆件及主桁架跨中弦杆内力最大，其它部位杆件内力

3、较小。2、两向正交斜放网架两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，且与边界成45度夹角。两向正交斜放网架中平面桁架与边界斜交，各片桁架长短不一，而其高度又基本相同，因此靠近角部的短桁架刚度相对较大，对与其垂直的长桁架将起一定的弹性支承作用，从而减少了长桁架中部的正弯矩。所以在周边支承的情况下，它较两向正交正放网架刚度大、用料省。当长桁架直通角柱时，四个角支座会形成较大拉力。3、两向斜交斜放网架构造处理麻烦，拼装变形较大，受力性能欠佳。4、三向网架三个方向的竖向平面桁架按60度夹角相互交叉。上下弦平面网格均为正三角形，因此这种网架是以许多稳定的三棱体为基本单元所组成的几何不变体系。三向网架的受力性能好，

4、空间刚度大，并能均匀地把力传至支承系统。但汇交于一个节点的杆件可多达13根，节点构造比较复杂。二、四角锥体系以四角锥为其组成单元。网架的上、下弦平面均为正方形网格，使下弦平面正方形的四个顶点对应于上弦平面正方形的形心，并以腹杆连接上下弦节点，即形成若干个四角锥体。若改变上下弦错开的平行移动量，或相对地旋转上、下弦（一般45度）并适当地抽去一些弦杆和腹杆，即可获各种形式的四角锥网架。1、正放四角锥体系以倒四角锥体为组成单元，上、下弦杆均与相应边界平行。上下弦节点均分别连接8根杆件。杆件受力较均匀，空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架好。屋面板规格比较统一，便于起拱，上下弦杆等长，无竖杆，构造

5、较简单。但因杆件较多，用钢量可能略高。2、正放抽空四角锥网架在正放四角锥网架的基础上，除周边网格不动外，适当抽掉一些四角锥单元的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸比上弦网格尺寸大一倍，其受力与正交正放交叉梁系相似。正放抽空四角锥网架的杆件数目较少，构造简单，起拱也较方便，但是抽空以后，下弦杆内力的均匀性较差，刚度比未抽空的四角锥网架小些，但能满足工程要求。3、斜放四角锥网架以倒四角锥为组成单元。由锥底构成的上弦杆与边界成45度夹角，而连接各锥顶的下弦杆则与相应边界平行。因此，它的上弦网格呈正交斜放，下弦网格呈正交正放。斜放四角锥网架上弦长度比下弦小，周边支承时，杆件受力合理。节点汇交的杆件相对较少（

6、上弦节点6根，下弦节点8根），用钢量较省。但屋面板种类较多，屋面排水坡的形成也较困难。安装时，宜采用整体吊装。4、星形四角锥网架它的组成单元形似一星体，星体单元是由两个倒置的三角形小桁架交叉而成。两个小桁架的底边构成网架上弦，它们与边界成45度夹角。在两个小桁架交汇处设有竖杆，各单元顶点相连即为下弦杆。它的上弦呈正交斜放，下弦呈正交正放，斜腹杆与上弦杆在同一竖向平面内。星形网架的上弦杆比下弦杆短，受力合理。网架受力接近于交叉梁系，刚度稍差于正放四角锥网架。5、棋盘形四角锥网架在正放四角锥网架的基础上，除周边四角锥不变外，中间四角锥间隔抽空，下弦改为正交斜放，其外形与国际象棋棋盘相似。也具有上弦

7、短，下弦长的特点，由于周边满锥，因此它的空间作用得以保证，受力均匀，同时杆件少，屋面板规格单一，用钢指标良好。三、三角锥体系以倒置的三角锥为网架的组成单元。锥底正三角形的三边即为网架的上弦杆，其棱为网架的腹杆。1、三角锥网架由一系列四面体（三角锥）和八面体组合而成，它的上、下弦平面均为正三角形网格，下弦三角形网格的顶点对着上弦三角形网格的形心。三角锥网架的杆件受力均匀，整体抗扭、抗弯刚度好，上、下弦节点汇交杆件数均为9根，节点构造类型统一。如网架高度 ，可以使所有杆件等长。2、抽空三角锥网架在三角锥网架的基础上，适当抽去三角锥单元中的腹杆和下弦杆，使上弦平面为三角形网格，下弦平面为三角形及六边

8、形网格的组合或均为六边形网格。前者称为抽空三角锥网架I型，后者称为抽空三角锥网架II型。抽空三角锥网架的节点和杆件数量均比三角锥网架少，用料较省，上、下弦节点的交汇杆件分别为8根和6根。上弦网格较密，便于铺设屋面板，下弦网格稀疏，有利于节省用料。刚度较三角锥网架为差，相邻下弦杆内力的差别也较大。3、蜂窝形三角锥网架由一系列四面体（三角锥）和十四面体组合而成。它的上弦平面为正三角形和正六边形网格，下弦平面为正六边形网格，下弦杆与腹杆位于同一竖向平面内。上弦杆短，下弦杆长，受力合理，而且每个节点都只汇交6根杆件，简化了节点构造。在常见的几种网架中，杆件数和节点数最少的一种。但上弦平面的六边形网格增

9、加了屋面板布置与屋面起拱的困难。四、其它体系六角锥网架、六边棱柱体网架、蛛网式网架等第二节 网架结构的选型影响网架选型的因素是多方面的，如工程的平面形状和尺寸、网架的支承方式、荷载大小、屋面构造和材料、建筑构造和要求、制作安装方法以及材料供应等。对于周边支承的网架，当平面形状为正方形或接近正方形，斜放四角锥、星形四角锥、棋盘形四角锥三种网架结构上弦杆比下弦杆短，杆件受力合理，节点汇交杆件较少，且在同样跨度条件下节点和杆件总数也较少，用钢量指标较低，因此，在中小跨度时应优先考虑选用。正放抽空四角锥网架、蜂窝形三角锥网架也具有类似的优点，因此在中小跨度，荷载较轻时也可选用。当跨度较大时，容许挠度将

10、起主要控制作用，故宜选用刚度较大的交叉桁架体系或满锥形式的网架。在矩形平面、周边支承的情况下，两向正交斜放网架的刚度及用钢梁指标均较两向正交正放为好，跨度增大时，优越性更明显。但是当为狭长矩形平面时，斜放类型网架的传力路线要比正放类型长，从而导致其空间作用的削弱，因而此时宜尽量选用正放四角锥、两向正交正放和正放抽空四角锥等正交正放类型的网架。对于矩形平面四点支承或多点支承的网架，选用正交正放类型的网架传力简捷，可以取得较好的技术经济效果。对于周边支承与点支承相结合的网架，因其兼有这两种支承情况的受力特点，因此除选用正放类的网架外，也可选用两向正交斜放或斜放四角锥网架。对于周边支承的圆形、多边形

11、平面，选用三向网架、三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架比较恰当。在网架选型时，从屋面构造情况来看，正放类网架的屋面板规格整齐单一，而斜放类型的网架屋面板规格有两、三种。从网架制作来说，交叉平面桁架体系较角锥体系简便，正交比斜交方便，两向比三向简单。从节点构造要求来说，焊接空心球节点可以适用于各类网架；而焊接钢板节点则以两向正交类的网架为宜；至于螺栓球节点，则要求网架相邻杆件的内力不要相差太大。第三节 网架结构的几何尺寸1、网格尺寸网格尺寸（上弦网格尺寸）一般为跨度的1/6-1/20，即在跨度方向有6-20个网格，它在很大程度上取决于屋面板的选用。若屋面采用无檩体系（钢丝网水泥板、RC

12、屋面板），网格尺寸一般为2-4m，采用再分式腹杆时，可取至9m。网格尺寸还与网架高度有密切关系，通常应使斜腹杆与弦杆平面的夹角为40-55度。以使节点构造容易处理。网格尺寸也与网架跨度大小有关，跨度大的网架其网格尺寸应取得大一些，最优网格数基本上随跨度的增大而增加。2、网架高度为保证网架中央的挠度不致过大，网架高度一般取为跨度的 1/10-1/20，跨度较大时，取较小值。确定网架高度的因素：1）建筑要求和容许挠度要求2）支承条件和平面形状3）节点构造要求网架最优高跨比与跨度无关，而与屋面材料有关。采用钢筋混凝土屋面时，高跨比为(1/11-1/13)L2；采用钢檩条体系时，为(1/12-1/14

13、)L2。3、腹杆布置应尽可能做到拉杆多压杆少，而且长杆受拉短杆受压，使杆件受力合理。4、悬挑长度自点支承处向外悬挑适当长度，可减少网架跨中内力和挠度，节省钢材。悬挑长度一般取支承点跨度的1/3-1/4。第四节 网架的杆件与节点一、网架的杆件网架杆件常用的为钢管和角钢两种，钢管比角钢受力更为合理，材料较省。国内钢材主要采用16Mn或3号钢，采用16Mn比3号钢省1520。二、网架的节点在网架结构中，节点起着连接汇交杆件、传递杆件内力的作用，同时也是网架与屋面结构、天棚吊顶、管道设备、悬挂吊车等连接之处，起着传递荷载的作用。由于网架结构属于空间杆系，在它的每一个节点上往往汇交着许多杆件，一般至少有

14、6根（蜂窝形三角锥），多的可达13根以上（三向网架）。它的节点构造比平面桁架复杂得多。节点的用钢量在整个网架中所占比重较大，一般相当于网架总用钢量的1/5-1/4。一个合理的节点，必须是受力合理、传力明确、安全可靠、构造简单、制作简便、易于拼装，并且耗钢少。应使节点构造与所采用的计算假定相符。网架结构的节点均假定为铰接，杆件均按轴心受力设计，因而各杆件轴线在节点上应准确交汇于一点，以免偏心产生附加力矩；支承节点尚应满足计算时所取边界条件的要求。在某些情况下，节点构造上的缺陷会危及结构的安全。1、板节点杆件为角钢。可以是焊接或螺栓连接。刚度大、整体性好，制造加工简单，质量易保证，成本低廉，适用于

15、两向正交网架。2、焊接空心球节点当杆件采用钢管时，节点宜采用球节点。焊接空心球是将两块圆钢板经热压或冷压成两个半球后再对焊而成。当球径等于或大于300mm，且杆件内力较大时，可在球体内加衬环肋，并与两个半球焊成一体，以提高节点承载能力。加环肋后，承载力可提高1530。这种节点传力明确，构造简单，造型美观，而且连接方便。对于圆钢管，只要切割面垂直杆件轴线，杆件就能在空心球体上自然对中而不产生偏心。由于球体没有方向性，可与任意方向的杆件相连。因此适应性强，可用于各种形式的网架结构。制作网架时，杆件与球体的连接多属现场焊接，且仰焊和立焊占有相当比重，焊接工作量大，质量要求较高。特别在现场施焊时，会因

16、焊接变形而引起网格尺寸发生偏差，难于处理。3、螺栓球节点螺栓球节点是在实心钢球上钻出螺丝孔，用螺栓连接杆件。这种节点不要焊接，避免了焊接变形，同时加快了安装速度，也有利于构件的的标准化。但构造复杂，机械加工量大。一般由钢球、螺栓、销钉、套筒和锥头或封板等零件组成。多由高强钢材制成。网架的支座节点铰支座1、不动铰支座2、可动铰支座3、抗拉支座4、橡胶垫支座屋面排水构造屋面排水构造a、上弦上弦节节点上加小立柱找坡点上加小立柱找坡 优点：制作安装方便优点：制作安装方便 缺点：不利于抗震，当立柱较高缺点：不利于抗震，当立柱较高时，有稳定问题时，有稳定问题 b、网架变高度网架变高度 优点：外形符合弯矩图优点：外形符合弯矩图 缺点：杆件种类多、制作不便缺点：杆件种类多、制作不便c、整个网架起坡整个网架起坡 优点：利于抗震优点：利于抗震 缺点：杆件长度变化缺点：杆件长度变化