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1、建筑结构选型 第7章网架结构 2020 4 7 1 内容提要 概述平板网架的结构体系及其形式网架结构的支承方式网架结构的受力特点及其选型网架结构主要几何尺寸的确定网架结构的构造组合网架结构网架结构的工程实例 2020 4 7 2 概述 空间网格结构的定义 空间网格结构是一种高次超静定的三维杆系网状结构 空间网格结构的特点 1 在节点荷载作用下杆件以轴压为主 材料强度得到充分发挥 2 各向受力 各杆相互支撑 整体性较好 空间网格结构的分类 1 网架 即平面为平板状的网架结构 2 网壳 即外形为曲面或壳形的网架结构 网架 网壳 本章主要讲述的是平板状的网架结构 2020 4 7 3 概述 平板网架
2、结构的优点 1 三向受力 轻重省材 2 整体性好 适用性强 非对称荷载 可适应的荷载类型 集中荷载 动荷载 局部超载 施工时不同步提升 地基不均匀沉降 2020 4 7 4 概述 平板网架结构的优点 2 整体性好 适用性强 地震荷载 可适应的荷载类型 吊车制动力 3 无水平推或拉力 支承构造简单 4 平面布置灵活 应用广泛 可适用圆 扇 方 矩 多边形平面以及工业 公共 体育 场馆类建筑 5 易于标准化生产和现场拆装 6 占用空间小 可利用上下弦间布置管线 2020 4 7 5 概述 平板网架结构的优点 7 造型轻巧美观 可用其中杆件拼图 平板网架结构应用实例 1 大型体育建筑 体育馆 练习馆
3、 2020 4 7 6 概述 平板网架结构应用实例 1 大型体育建筑 体育场看台雨蓬 2 公共建筑 展览馆 影剧院 2 公共建筑 车站 2020 4 7 7 概述 平板网架结构应用实例 2 公共建筑 码头 候机楼 3 工业建筑 仓库 厂房 飞机库 2020 4 7 8 平板网架的结构体系及其形式 平板网架结构的分类 1 按层数分 一般为双层 有时为三层 2 按照杆件的布置规律及网格的格构原理分 交叉桁架体系 交叉又可分为双 三向 角锥体系 角锥又可分为三 四 六角等 早期交叉体系因易于拼装而流行 后来角锥体系因受力性能良好 施工技术发展而受欢迎 2020 4 7 9 平板网架的结构体系及其形式
4、 交叉桁架体系网架的形式 1 两向正交正放网架 总平面 上弦布置 下弦布置 腹杆及上 圆 下 点 弦节点布置 剖面 2 两向正交斜放网架 后图平面布置含义同此 由于四角短桁架 刚度较大 的嵌固作用 长桁架在四角将产生上拔支座力 2020 4 7 10 平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式 3 两向斜交斜放网架 用于建筑平面中两相邻边的柱距不等的情况 4 三向交叉网架 A 上下弦杆在平面中组成正三角形 B 空间刚度大 杆件内力均匀 故适合在大跨度工程中采用 但杆件种类多 节点构造复杂 在中小跨度中不经济 C 特别适用于三角形 梯形 正六边形 多边形及圆形平面的建筑 2020 4 7
5、 11 平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式 5 单向折线形网架 A 单向受力 B 较适宜较小跨度特别是狭长的建筑平面 C 为加强结构的整体刚度 一般需沿建筑平面周边增设部分上弦杆件 四角锥网架 1 正放四角锥网架 四角锥单元体 由4根弦杆和腹杆组成 上下弦杆长度相等 相互错开半个网格 锥体的棱角杆件为斜腹杆 2020 4 7 12 平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架 2 正放抽空四角锥网架 为了降低用钢量 简化构造 采光通风 当跨度较小时 可适当抽掉一些四角锥体 便成为正放抽空四角锥网架 3 斜放四角锥网架 缺点 屋面板种类较多 边 角 中三种 屋面排水坡的形成也较困难 因
6、而给屋面构造设计带来一定的不便 同时 当为点支承时 要在周边布置封闭的边桁架以保证网架的稳定性 优点 上弦压杆短 下弦拉杆长 受力比正放四角锥更为合理 每个节点交汇的杆件数量较少 因此用钢量较少 2020 4 7 13 平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架 4 棋盘形四角锥网架 A 构成 将斜放四角锥网架水平转动45 而成 四角锥体的连接方式不变 B 优点 克服了斜放四角锥网架屋面板种类多 屋面排水坡形成困难的缺点 5 星形四角锥网架 星形四角锥单元 星形四角锥单元可以看成是由两个倒置的三角形小格架正交形成 在交点处共用一根竖杆 应用 一般适用于中小跨度且为周边支承的屋盖 受力特点 A 上弦
7、杆短 下弦杆长 受力合理 B 竖杆受压 其内力等于上弦节点荷载 2020 4 7 14 平板网架的结构体系及其形式 三角锥网架 1 三角锥网架 三角锥单元体 三角锥体的底面呈正三角形 锥顶向下 顶点位于正三角形底面的重心线上 由底面正三角形的三个角向锥顶连接三根腹杆 即构成一个三角锥单元体 组成特点 A 由倒置的三角锥排列而成 其上下弦杆形成的网格图案均为正三角形 B 如果网架的高度h s SQRT 2 3 s为弦杆长度 则网架的全部杆件均等长 C 锥体间为角 角相连 受力及刚度特点 三角锥网架受力比较均匀 整体刚度也较好 应用 一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物 2020 4 7 15 平板
8、网架的结构体系及其形式 三角锥网架 2 抽空三角锥网架 组成特点 上弦杆仍呈正三角形 下弦杆则随抽锥方式的不同而呈三角形 六边形等多种图案 经济效果 因杆件数与节点数都比三角锥网架少 所以用钢量也较少 刚度特点及应用 刚度较差 适用于屋盖荷载较轻 跨度较小的情况 3 蜂窝形三角锥网架 构图特点 A 由各倒置的三角锥体底面的角与角相接而形成 B 上弦杆呈三角形和六边形 下弦杆呈六边形 C 每个节点均有六根杆件交汇 是常见的几种网架中节点汇集杆件最少的一种 受力 经济特点及应用 上弦短 下弦长 受力较合理 节点和杆件数均较少 因而其用钢量较少 适用于轻型的中小跨度的屋盖 2020 4 7 16 平
9、板网架的结构体系及其形式 六角锥网架 六角锥单元 组成特点 A 当锥尖向下时 上弦为正六边形网格 下弦为正三角形网格 B 当锥尖向上时 上弦为正三角形网格 下弦为正六边形网格 C 杆件多 节点构造复杂 应用 在实际工程中较少采用 2020 4 7 17 网架结构的支承方式 两类支承 1 刚性支承 特点 无竖向位移 但可有水平位移 实例形式 如将网架直接支承在柱 墙或大刚度的梁上 梁支承 柱支承 墙支承 2020 4 7 18 网架结构的支承方式 两类支承 2 弹性支承 特点 有竖向位移 一般含义及实例 一般指三边支承网架中的自由边设反梁支承 桁架支承 拉索支承等 拉索支承 桁架支承 本章主要讲
10、刚性支承 2020 4 7 19 网架结构的支承方式 周边支承网架 1 特点 A 周边节点均设计为支座节点 B 受力均匀 刚度大 C 因可不设边桁架 故用钢量少 2 应用 最广泛 3 类型 A 每个周边节点均直接支承于柱上 传力直接 受力均匀 适用于大跨度及中等跨度的网架 B 周边节点支承于柱顶连梁上 受力较均匀 平 立面布置灵活 C 周边节点支承于承重墙顶部的圈梁上 较经济 适用于中小跨度 2020 4 7 20 网架结构的支承方式 三边支承网架 1 支承特点 仅在三边设置支承 另一边自由 2 自由边处理 A 不设支撑系统 用于中小跨度 为增强刚度 改善受力 可适当提高网架截面高度 自由边杆
11、件截面或在自由边悬挑部份网架 B 设支撑系统 跨度较大时较合理 设支撑系统也称为加反梁 可为托梁 桁架或局部增加网架层数 3 应用 飞机库或制造修理车间 造船厂 影剧院或有可能扩建的建筑物 厂房变形缝处 2020 4 7 21 网架结构的支承方式 两边支承网架 1 支承特点 只有其相对两边上的节点设计成支座节点 其余两边为自由边 2 应用 极少 若把平行于支座边的上 下弦杆去掉 则可形成单向网架或称折板形网架 2020 4 7 22 网架结构的支承方式 点支承网架 四点支承 多点支承 1 支承特点 A 支座点可布置在四个或多个支承柱上 B 承点多对称布置 并在周边设置悬臂段 以平衡一部分跨中弯
12、矩 减少跨中挠度 2 应用 主要用于体育馆 展览厅等大跨度公共建筑 多点支承 四点支承 2020 4 7 23 网架结构的支承方式 周边支承与点支承相结合 1 支承特点 在周边支承的基础上 在建筑内部增设中间支承节点 2 优点 减小跨度和内力 增加刚度 节约钢材 3 应用 大柱网工业厂房 仓库 展览厅等建筑 2020 4 7 24 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 1 受力特点 正交正放交叉桁架体系网架结构可以看成是两个方向的平面桁架结构的组合 荷载沿桁架方向向周边支座传递 2020 4 7 25 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 1 受力特点 正交斜放交叉桁架体系网架结构荷载
13、仍沿桁架方向向支座周边传递 但由于端部桁架较短 刚度较大 致使长桁架端部产生负弯矩和支座拔拉力 为减小支座拉力 可把角柱去掉 但其结果是屋面起坡脊线构造复杂 2020 4 7 26 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 A 用钢量比较 正放四角锥最高 斜放四角锥最少 棋盘形四角锥高于斜放四角锥 星形四角锥高于棋盘形四角锥 双向桁架 2020 4 7 27 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 A 用钢量比较 三向桁架 蜂窝形三角锥最少 抽空三角锥第二少 三向网架和三角锥网架比以上两种大 注 图中为网格 荷载 支承均相同的比较结果 对大跨度建筑 此四种网架的单
14、位面积用钢量接近 当跨度近百米时 由于刚度的要求 三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种的要小 2020 4 7 28 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 B 刚度比较 正放四角锥最高 斜放四角锥最少 星形四角锥高于棋盘形四角锥 周边支承的方形或矩形平面的两向正交正放 两向正交斜放 正放四角锥 正放抽空四角锥 斜放四角锥 棋盘形四角锥和星形四角锥等七种网架结构的刚度差别不大 但以图中三种刚度最好 双向桁架 2020 4 7 29 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 B 刚度比较 三向桁架 三向网架 左 和三角锥网架 右 较大 用钢量大刚度大 蜂窝形和抽
15、空三角锥网架较小 用钢量小刚度小 2020 4 7 30 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 C 结构选型 斜放四角锥 棋盘形四角锥 星形四角锥 正方形或接近正方形的周边支承网架应优先考虑右图三种网架结构方案 2020 4 7 31 网架结构的受力特点及其选型 周边支承网架 2 结构选型 C 结构选型 圆形或多边形的周边支承网架 当荷载和跨度较大时 应选用刚度较好的右图两种方案 三角锥网架 三向网架 2020 4 7 32 网架结构的受力特点及其选型 四点及多点支承网架 1 受力特点 正交正放方案因传力路径较短而受力更佳 正交正放 正交斜放 2 结构选型 点支承宜选用正交正
16、放方案 三边支承网架 可参照周边支承选型 2020 4 7 33 网架结构主要几何尺寸的确定 网格尺寸 1 限定范围 网格尺寸 主要是指上弦杆网格的几何尺寸 2 影响因素 跨度 柱距 屋面构造 杆件材料 结构型式 3 与短跨的关系 见下表 4 一般原则 在可能情况下 尽量大些 5 具体实例 1 与屋面材料的关系A 钢筋混凝土板 3mB 轻型屋面材料 可为檩条间距的倍数 2 与桁架杆件类型的关系A 钢管 网格尺寸可大些 B 角钢或小规格钢材 网格尺寸应小些 6 设计操作 先定网格数 后定网格尺寸 2020 4 7 34 网架结构主要几何尺寸的确定 截面高度 1 截面高度对网架性能的影响 截面高 刚度大 内力小 但腹杆长度和围护高度大 2 影响因素 主要为跨度 还有荷载大小 节点形式 平面形状 支承条件 起拱因素 建筑功能与造型等 3 与短跨的关系 见下表 5 具体实例 1 网架截面应高些的情况A 屋面荷载较大或有悬挂式吊车时B 采用螺栓球节点时C 平面为长矩形时 2 网架截面可小些的情况A 平面接近方形时B 有柱帽的点支承时 2020 4 7 35 网架结构主要几何尺寸的确定 弦杆层数
