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1、1,网架结构,2,目录,一、空间结构概述 二、网架结构的形式 三、网架设计简介 四、网架结构的制作 五、网架结构的安装 六、工程实例,3,一、空间结构概述,1.空间结构分类 受自然界贝壳、蜂窝、蛛网等结构的启迪，各类空 间结构体形应用而生。在工程结构中属于空间结构范 畴的形式很多，按照结构的延伸方向分为水平向的和 竖直向的空间结构；按照结构材料分为钢、铝合金、 塑料、木结构等；而按照结构的组成特征可以分为薄 壁空间结构、网格结构、悬索结构、充气结构、蒙皮 结构、框架结构等。其中薄壁空间结构、悬索结构、 充气结构和网格结构是当前应用于大跨度建筑的主要 结构形式。,4,薄壁空间结构是指结构的两向尺
2、度远远大于第三向 尺度的曲面或折平面结构。前者称为薄壳结构，后 者称为折板结构。多由钢筋混凝土浇制而成。,薄壳结构,折板结构,5,悬索结构是由悬挂在支撑结构上的一系列高强度钢 索所组成的一种张力结构。,6,充气结构可以分为气承式与气肋式两类。气承式充 气结构是在薄壁覆盖的空间内充气，利用内外部的 气压差来承受荷载。气肋式的充气结构是在一定直 径的薄壁管内充气，并将这些充气管连接成构架来 承受荷载。,7,网格结构是将杆件按照一定规律布置，通过节点连接 而成的一种空间杆系结构。外形可以呈平板状，也可 以呈曲面状。前者称为平板网架（简称网架），后者 为曲面网架（简称网壳）。,网壳,网架,8,网架,网
3、壳,9,2.网架的特点,网架具有以下特点： 经济性。网架是一种空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸较小；这些杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机地结合起来，因而用料经济。 安全性。由于网架是高次超静定结构，具有多向受力的性能，固空间刚度大、整体性强、稳定性好，具有良好的抗震性。,10,适应性强。网架能适应不同跨度、不同支撑条件的建筑及厂房工程，在建筑平面形状上也能适应正方形、矩形、多边形等，具有较强的建筑效果。 制作安装方便。网架的杆件和接点比较单一，便于制成标准杆件和单元，可在工厂中成批生产。安装时可以利用大型起重设备吊装，也可以选用千斤顶，卷扬机等小型机具。 设计计算简便。目前
4、我国已经有适用于不同类型计算机的多种语言的计算网架结构的通用程序，图纸较少。,11,二、网架的形式,网架的形式很多。按照结构组成成分，有双 层和三层网架；按照网格组成情况，可分为由两向或 三向平面桁架组成的交叉桁架体系和由三角锥体、四 角椎体组成的空间桁架体系。,双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3a)，是最常用的网架形式。,按照结构组成划分,12,三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构,当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢 量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点 所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。,13,按照网格组成划分,平面交叉桁架体
5、系 空间 桁架 体系,四角锥体系 三角锥体系,正方四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 棋盘四角锥网架,抽空三角锥网架 蜂窝型三角锥网架 普通三角锥网架,两向正交正放网架 两向正交斜放网架 两向斜交斜放网架 三向网架,网架,14,平面交叉桁架体系由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在4060之间。,1.平面交叉桁架体系,15,适用于建筑平面为正方形或接近正方形且跨度较小的情况网架弦杆垂直及平行于边界。,两向正交正放网架由两组分别与边界平行的平面桁架互成90交叉组成。同一方向的各平面
6、桁架长度一致。,两个方向的杆件内力差别不大，受力较均匀。,16,短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。角部产生拔力，常取无角部形式。比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省,两向正交斜放网架由两组相互交叉成90度的平面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线的交角为45度。可理解为两向正交正放网架在建筑平面上放置时转动45度。,适用于建筑平面为矩形的情况。,17,两向斜交斜放网架,适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂。,由两个方向桁架相交角交叉而成，形成棱形网格。适用于两个方向网格尺寸不同，而要求弦杆长度相等。,18,三向网架,适合大跨度，比两向网架刚度大。,三个方向的平面桁
7、架相 互交角60； 常用于正三角形，正六 三角形平面； 在某些平面形状会出现 不规则杆件。,19,空间桁架体系主要由三角桁架体系、四角桁架体系和其它桁架体系,2.空间桁架体系,20,蜂窝四角锥,斜放四角锥,三角锥网架,斜放四角锥,21,三、网架设计简介,网架的结构形式很多，如何结合具体条件选择适 当的网架形式，对网架结构的技术经济指标、制作 安装质量以及施工进度均具有影响。影响网架选型 的因素也是多方面的，如工程平面形状和尺寸、网 架的支撑方式、荷载大小、材料与建筑构造要求、 制作安装方法以及材料供应等。下表列出了各类网 架较为合适的引用范围，可以参照使用。,网架设计主要包括网架的选型，网架的
8、几何尺 寸，网架的屋面，网架杆件，网架重量等方面的内 容，下面分别阐述。,1.网架的选型,22,23,上弦杆,网架高度,下弦杆,腹杆,节点,网格尺寸,24,2.网架几何尺寸,网架的几何尺寸包括网格尺寸和网架高度。可以根 据跨度的大小、柱网尺寸、屋面材料以及构造要求和 建筑功能等因素确定。 网格尺寸与跨度有关，在很大程度上还取决于屋,面板的选用。 网格尺寸还与 网架高度有关 。,网格尺寸也应考虑通风管道等设备的设置问题。在一般 情况下，可以参照下表采用。,25,网架高度通常根据建筑要求、相对挠度和经济要求 确定。当跨度较小时，其高度由建筑要求和管道设备 决定；当跨度较大时，高度根据相对挠度来确定
9、；其 次，网架高跨比增大时，弦杆用钢梁减小，而腹杆用 钢量增加；反之相反。因此在相同荷载下，以网架用 钢量最省为目标确定最经济高跨比。一般按照上表采 用。 网架的节点构造形式很多，国内常用的有焊接空心 球节点和螺栓球节点。 腹杆的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。,26,3.网架屋面,网架设计中屋面材料的选用直接影响用钢量及承 重结构。因此在屋盖设计中尽量采用轻质高强新型的 屋面材料，如：镀锌压型钢板；粘帖有泡沫聚合材料 或涂有聚合材料薄膜的多功能压型钢板和木塑板等。 目前国内常用的屋面构造可分为有檩体系和无檩体系 两种。屋面找坡通常采用网架直接起坡和在上弦
10、节点 上加立柱起坡。,27,彩钢屋面板,屋面排水沟,彩钢板底部镀锌铁丝网 +铝箔+岩棉保温,屋面板侧面封板,28,通常在钢檩条（槽钢 、角钢、Z型钢、桁架 式檩条）上铺设木塑 板（或加筋石棉 瓦），再铺防水层。 这种做法的自重大约 在100-130kg/m2,有檩体系,29,另外一种做法是在 钢檩条上直接铺设 波形瓦。这种屋面 最轻，其自重可小 于100kg/m2。,30,通常是将屋面直接放在网架 上弦网格节点上，屋面板必 须与网架的上弦节点焊接牢 靠，再在屋面板上铺设保温 层和防水。这种做法的自重 一般在150 kg/m2左。面板通 常为钢丝网水泥板、预应 力钢筋混凝土屋面板。 见图2-34
11、所示,无檩体系,31,4.网架杆件,目前国内的网架杆件主要是采用3号钢和16锰钢的 钢材。杆件的截面形式主要有角钢和圆钢管两种（国 外也有用冷弯薄壁型钢）。杆件设计时主要考虑杆件 长度、容许长细比及挠度等因素。,32,5.网架节点,在网架中，节点起着连接汇交杆件、传递杆件 内力的作用。网架的节点型式很多，分类如下：,按照节点连接方式可以分为焊接节点和螺栓连接节点两类,按照节点的构造型式可以分为焊接钢板节点、焊接空心球节点、焊接短钢管节点、螺栓球节点等。,33,节点连接件,焊接空心球,螺栓球,空心球,螺栓连接,焊接钢板节点,34,6.网架设计验算,由于网架结构不同，固验算方法复杂多变，现阶段一般
12、通过电算程序辅助设计。常用电算程序为空间网架结构分析设计程序SFCAD2004。,35,四、网架制作,网架制作的方法与钢桁架基本相同。但是由于是 空间结构，所以它的精度要求也比一般的平面桁架 严格。一般地，制作由专业化单位完成。国内目前常 用的几种节点与杆件的制作方法简介如下：,1.节点制作,焊接钢板节点根据图纸放样，剪板机下料，适当的方法焊接；,焊接空心球节点采用冷压或热压两种方法制作半球，再对半球切边、破口、焊接；,螺栓球节点加工精度要求高，固一般在专业化工厂内进行；,36,2.杆件制作,网架杆件根据设计图纸所示长度及材质要求制作。由于建筑结构各异，各地区所受荷载不同，固杆件设计除端部过渡
13、锥体、螺栓采用固定标准外，其长度、规格（钢管直径与厚度）均没有统一的标准，但随着网架结构的广泛应用，在行业设计中一般采用较为常见规格的无缝钢管，如（直径mm*厚度mm）： 42*3.24 、60*3.5、75.5*3.5、 88.5*4.0、114*4.0、 140*4.0、 159*10.0、 219*10.0等。,杆件制作流程如下：,37,38,39,3.防腐蚀,除了对节点与杆件本身采取有效的防腐措施外，还应该对管式杆件的端部进行封闭，将节点螺栓孔应予以填补，制作节点与下部支柱应有合理的连接。,40,五、网架安装,是指以小拼单元或散件在高空就位拼装的方法， 适用于螺栓球节点、半螺栓球节点等
14、非焊接节点的 各类网架。,网架的拼装从过程来说可以分为小拼和总拼两个 过程。网架结构的安装方法随着拼装方法及安装机 具选用的不同，一般可以分为散装法、分条或分块 安装法、以及整体安装法。,1.高空散装法,41,优点：不需要大型起重设备，高空一次拼装完毕；缺点：现场及高空作业工作量大，尚需要搭设坚固的临时支撑架。,42,2.分条或分块安装法,分条就是将空间网架沿长跨方向分割成若干区段，而每个区段可以是一个或多个网格，但其长度一定是网架的短跨跨度。分块是将网架沿纵横向分割成若干个矩形或正方形的小网架单元。 该种方法分为分块或分条吊装法和分块滑移法。,43,分块或分条吊装法是现将网架在地面拼装成条状
15、或块状单元，然后以起重机械吊装到高空就位后连成整体的一种安装方法。,分条滑移法是将网架分成条状单元后，使其支撑在设于两边钢筋混凝土梁上的滑轨上，通过牵引使条状单元逐条从建筑物的一端滑移到另外一端，就位后进行总拼装。,44,3.整体安装法,网架在地面就地拼装整体后，随着安装机具选择的不同，可以分为整体吊装、整体提升和整体顶升等安装方法。,45,六、工程实例甘肃省舟曲县喜儿沟电站发电厂房为岸边式地面厂房，主厂房、安装间、副厂房按照“一”字形布置，主厂房左侧布置安装间，右侧布置副厂房。主厂房长42m，安装间长19m，总长61m。主厂房与安装间同宽，均为19.7m，屋顶结构采用网架结构，屋面为彩钢聚苯
16、夹芯板。场内安装永久桥式起重机一台。该发电厂房屋顶结构分包于甘肃大地建设实业有限公司设计、加工制作及现场安装。,46,1.网架设计制作,网架选型：各台机组间牛腿柱作为四点支撑，且 L1/L2=2.82,选平板四角锥式螺栓球网架结构。 弦杆及腹杆：由这五种规格组成：直径*长度（ 48mm*3.5m、60mm*3.5m、75.5mm*3.75m、 89mm*4m、114mm*4m） 屋面板：960型彩钢聚苯夹芯板：厚度：75mm 檩条：门型材：20mm*20mm*50mm 节点：螺栓球,该屋顶主要由网架、檩条、彩钢屋面三部分组成，网架为主要承重结构，平整场地中组装完成后以每个单元吊装至设计位置。檩条安装在网架平面的顶部形成人字型坡度，便于排水。彩钢屋面用螺栓锚接于檩条上，形成整体的封闭结构。 设计与制作均有甘肃省大地实业公司承担。,47,2.网架成本估算,根据咨询，该网架弦杆单元面积重量为35kg/m2，弦杆为9000元/吨；檩条单位面积重量为6kg/m2，檩条5600元/吨，（含设计费3%）弦杆及檩条安装费
