平板网架结构ppt课件

空间网格结构,空间网格结构之定义 由多根杆件根据建筑体型的要求，按照一定规律进行布置，通过节点连接起来的三维空间杆系结构。 空间网格结构之特点 与平面桁架、刚架不同之处在于连接构造是空间的，具有各向受力的性能，各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定结构。 主要承受节点荷载，各杆件主要承受轴力，能够充分发挥材料强度和空间传力的优越性，结构的技术经济指标较好。 适宜于覆盖大跨度建筑。 绝大部分网格结构采用钢管或型钢材料制作而成。,空间网格结构,空间网格结构之分类 双层（多层）平板网格结构 网架结构或网架 单层和双层的曲面网格结构 网壳 总称网格结构。,12章 平板网架结构,12.1 概述 12.2 平板网架的结构体系及形式 12.3 网架结构的支承方式 12.4 网架结构的受力特点及其选型 12.5 网架结构主要几何尺寸的确定 12.6 网架结构的构造,12.1 概述,网架结构在最近30年来得到了很大的发展，在国内外度得到了广泛的应用。网架结构平面布置灵活，空间造型美观，便于建筑造型处理和装饰、装修，能适应不同跨度，不同平面形状、不同支承条件，不同功能需求的建筑物。特别在大中跨度的屋盖结构中，网架结构更显示出其优越性，大量应用于体育建筑（体育馆、训练馆、体育场看台罩棚等）、公共建筑（展览馆、影剧院、车站、码头、候机楼等）、工业建筑（仓库、厂房、飞机库等）以及一些景观造型设施等。 近年来，随着计算机的广泛应用和计算技术的发展，使网架结构的设计效率大大提高。网架结构的施工安装和质量检测技术日益进步。为网架结构的发展提供了物质和技术上的保证。,1 概述,1空间受力，较平面结构自重轻，节省钢材。 2整体刚度大，稳定性好，安全储备高，能有效地承受各种非对称荷载，集中荷载、动荷载的作用。对局部超载、施工时的提升差异和地基不均匀沉降有较强的适应能力，并具有良好的抗震整体性。 3网格尺寸小，上弦便于设置轻屋顶，下弦便于设置悬挂吊车。 4平板网架无水平推力或拉力，一般简支在支座上，使边梁大为简化，也便于下部承重结构的布置，构造简单，节省材料。,平板网架结构的优点,1 概述,5应用范围广，对建筑的适应性强。 对于各种跨度的公共建筑、工业建筑、体育建筑，平面无论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的结构布置。 它既适用于周边支承，也适用于三边支承一边开口，或两边支承两边开口、或四点及不规则多点支承的情况。 用于大柱网的工业厂房，可灵活布置工艺流程。 6占用空间小，并可利用上、下弦之间的空间布置各种设备及管道，从而降低层高，降低造价，获得良好的经济效果。,平板网架结构的优点,平板网架的分类,按照跨度分类 跨度 L30m 的网架称之为小跨度网架； 跨度30m60m为大跨度网架。 随着网架跨度的不断增大，出现了特大跨度和超大跨度的说法。 L90m或120m时称为特大跨度； L150m或180m时为超大跨度。,1 概述,12.2 平板网架的结构体系及形式,按照杆件的布置规律及网格的格构原理 交叉桁架体系 交叉桁架体系由两向或三向交叉的平面桁架组成 角锥体系 角锥体系则分别由四角锥、三角锥、六角锥组成。 两者相比，角锥体系因其良好的受力性能而得到更广泛的应用。,2.1交叉桁架体系,定义 交叉桁架体系网架结构是由许多上、下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状结构。 网架的结点构造与平面桁架类似。 整个网架可由两向或三向的平面桁架交叉而成。 两向相交的桁架的夹角可为任意角度，一般90； 三向相交的桁架的夹角一般为60。 分类 两向正交正放网架（井字形网架） 两向正交斜放网架 两向斜交斜放网架 三向交叉网架,两向正交正放网架,定义 两向正交 由两个相互交叉成90方向的桁架组成。 正放 两个方向的桁架分别平行于建筑平面边线。,2.1交叉桁架体系,两向正交正放网架,特点 构造比较简单。一般适用于正方形或接近正方形的矩形建筑平面。 其受力与混凝土楼盖体系中的井字梁体系类似。两个方向的桁架跨度相等或接近，才能共同受力发挥空间作用。,2.1交叉桁架体系,两向正交正放网架,结构布置 对于中等跨度（50m）左右的正方形建筑平面，采用两向正交正放网架较为有利。 实际工程中，这种型式的网架用得较少。 当网架周边支承时，不如两向正交斜放网架刚度大，用钢量也较多。 四点支承时，比正交斜放的网架有利，但此时其周边一般均向外悬挑，以减小桁架的跨中内力和挠度，悬挑长度以1/4柱距为宜。 四点支承的两向正交正放网架，从平面图形看是几何可变的，为了保证网架的几何不变性和有效传递水平力，必须适当设置水平支撑。,2.1交叉桁架体系,两向正交斜放网架,定义 两向正交 由两个方向相互交叉成90的桁架组成， 斜放 两个方向的桁架与其相应的建筑平面边线的交角为45。,2.1交叉桁架体系,两向正交斜放网架,特点 不仅适用于正方形建筑平面，而且也适用于任意尺寸的矩形建筑平面。使用范围较广泛。 桁架长度不等，从受力角度看，短桁架对长桁架其支承作用，从而降低长桁架的内力。 在周边支承的情况下，与正交正放网架相比，不仅空间刚度较大，而且用钢量也较省。特别在大跨度时，其优越性更为明显。,2.1交叉桁架体系,两向正交斜放网架,结构布置 两向正交斜放网架用于较长的矩形建筑平而时，布置方法如图所示。,2.1交叉桁架体系,两向正交斜放网架,结构布置 其平面桁架长度为其相应的直角边的 倍，桁架最大的长度为建筑短边长度 l1的倍。 即：桁架长度与平面长边的长度无关。,2.1交叉桁架体系,两向正交斜放网架,结构布置 屋面起坡脊线的构造处理较为复杂。当需四坡起拱时，长桁架通往角柱是有利的。,2.1交叉桁架体系,两向斜交斜放网架,定义 两向斜交 由两个方向的桁架斜向相交组成， 斜放 桁架弦杆与其相应的建筑平面边线成斜角。,2.1交叉桁架体系,两向斜交斜放网架,特点 这类网架在网格布置、构造、计算分析和制作安装上都比较复杂，而且受力性能也比较差，除了特殊情况外，一般不宜使用。,2.1交叉桁架体系,三向交叉网架,定义 由三个方向的桁架互相交叉夹角60而成的，上下弦网格均为三角形。,2.1交叉桁架体系,三向交叉网架,特点 空间刚度比两向网架好，杆件内力比较均匀。但结点汇交的杆件较多，结点构造比较复杂。 适用于大跨度建筑，特别是平面为三角形、六边形和圆形时最为合适。,2.1交叉桁架体系,三向交叉网架,结构布置,2.1交叉桁架体系,2.2 角锥体系,定义 由三角锥、四角锥或六角锥的锥体单元组成的空间网架结构。 特点 锥体网架因为不是桁架交叉组成，故网架的上下层网格之间设有竖向腹杆。上下网格之间的腹杆也就是锥体的棱角斜杆。,2.2.1 四角锥体系,一般四角锥体网架的上下弦平面均为方形网格，上、下弦错开半格，用斜腹杆连接上、下弦的网格交点，形成一个个相连的四角锥体。四角锥体网架上弦不另设置再分杆。 网格尺寸受限制，不宜太大。 适用于中、小跨度。 常用的四角锥体网架有两种 正放四角锥网架 斜放四角锥体网架,2.2.1四角锥体系,正放四角锥网架,定义 正放 指锥的底边与相应的建筑平面周边平行。,2.2.1四角锥体系,正放四角锥网架,组成 正放四角锥网架可以由倒四角锥（锥尖向下）单元组成。锥的底边相连成为网架的上弦杆，锥尖的连杆成为下弦杆，上、下弦杆平面错开半个网格，锥体的棱角杆件为腹杆,2.2.1四角锥体系,正放四角锥网架,组成 正放四角锥网架也可以由正四角锥单元组成。锥的底边相连成为网架的下弦杆，锥尖的连杆为上弦杆，上、下弦杆平面也错开半个网格。,2.2.1四角锥体系,正放抽空四角锥网架,定义 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中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一 倍。,2.2.1四角锥体系,正放抽空四角锥网架,特点 杆件数目较少，降低了用钢量， 下弦内力较正放四角锥约放大一倍，内力均匀性、刚度有所下降，仍能 满足工程要求。 适用于屋面荷载较轻的中、小跨度网架。,2.2.1四角锥体系,斜放四角锥体网架,定义 斜放 四角锥单元的底边与建筑物周边夹角为45。,2.2.1四角锥体系,斜放四角锥体网架,特点 比正放三角锥体网架受力更为合理。 因为四角锥体斜放以后，上弦杆短对受压有利，下弦杆虽长但为受拉杆件，这样可以充分发挥材料的强度。,2.2.1四角锥体系,斜放四角锥体网架,特点 形式新颖，经济指标好，结点汇集的杆件数目少，构造简单，因此近年来用的较多。 适用于中小跨度和矩形平面的建筑。,2.2.1四角锥体系,斜放四角锥体网架,特点 其支承方式可以是周边支承与点支承结合，当为点支承时，要注意在周边布置封闭的边桁架以保证网架的稳定性。,2.2.1四角锥体系,棋盘形四角锥体网架,定义 在斜放四角锥网架的基础上，将整个网架水平旋转45角，并加设平行于边界的周边下弦,2.2.1四角锥体系,棋盘形四角锥体网架,特点 具有短压杆、长拉杆的特点，受力合理； 由于周边满锥，它的空间作用得到保证，受力均匀。,2.2.1四角锥体系,棋盘形四角锥体网架,特点 棋盘形四角锥网架的杆件较少； 屋面板规格单一，用钢指标良好。 适用于小跨度周边支承的建筑。,2.2.1四角锥体系,星形四角锥体网架,定义 网架的单元体形似星体，星体单元由两个倒置的三角形小桁架相 互交叉而成。两个小桁架底边构成网架上弦，它们与边界成 45 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。,2.2.1四角锥体系,星形四角锥体网架,特点 上弦为正交斜放，下弦为正交正放，斜腹杆与上弦杆在同一竖直平面 内； 具有短压杆、长拉杆的特点，受力合理； 但在角部的上弦杆可能受拉。该处支 座可能出现拉力；,2.2.1四角锥体系,星形四角锥体网架,特点 网架的受力情况接近交叉梁系，刚度稍差于正放四角锥。 适用于中、小跨度周边支承的网架。,2.2.1四角锥体系,2.2.2 三角锥体系,定义 网架的基本单元是一倒置的三角锥体。 组成 锥底的正三角形的三边为 网架的上弦杆， 其棱为网架的腹杆。 特点 网架受力均匀，刚度较好， 大跨度建筑中广泛采用的一种型式。 适用于矩形、三角形、梯形、六边形和圆形等建筑平面。 分类 随着三角锥单元体布置的不同，上下 弦网格可为正三角形或六边形，从而构成不同的三角锥网架,三角锥网架,定义 三角锥网架上下弦平面均为三角形网格，下弦三角形网格的顶点对着 上弦三角形网格的形心。,2.2.2 三角锥体系,三角锥网架,特点 受力均匀，整体抗扭、抗弯刚度好； 节点构造复杂，上下弦节点交汇杆件数均为9根。 适用于建筑平面为三角形、六边形和圆形的情况。,2.2.2 三角锥体系,抽空三角锥网架,定义 在三角锥网架的基础上，抽去部分三角锥单元的腹 杆和下弦而形成。 下弦由三角形和六边形网格组成时，称为抽空三角 锥网架型； 下弦全为六边形网格时，为抽空三角锥网架型。,2.2.2 三角锥体系,抽空三角锥网架,特点 杆件数量减少，用钢量省，但空间刚度也较三角锥网架小。 上弦网格较密，便于铺设屋面板，下弦网格较疏，以节省钢材。 适用于荷载较小、跨度较小的三角形、六边形和圆形平面的建筑。,2.2.2 三角锥体系,蜂窝形三角锥网架,定义 由一系列的三角锥组成。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，腹杆与下弦杆在同一垂直平面内。,2.2.2 三角锥体系,蜂窝形三角锥网架,特点 上弦杆短、下弦杆长，受力合理，每个节点只汇交 6 根杆件。 是常用网架中杆件数和节点数最少的一种。 上弦平面的六边形网格增加了屋面板布置与屋面找坡的困难。 适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面。,2.2.2 三角锥体系,2.2.3六角锥体网架,定义 由六角锥单元组成。 当锥尖向下时，上弦为正六方形网格，下弦为正三角形网格； 当锥尖向上时，上弦为正三角形网格，下弦为正六角形网格。,2.2.3六角锥体网架,特点 六角锥体网架杆件多，结点构造复杂； 屋面板为六角形或三角形，施工比较困难，特殊要求时采用。,12.3 平板网架的支承方式,周边支承 周边支承网架是目前采用较多的一种形式，所有边界节点都搁置在柱或梁上，传力直接，网架受力均匀。 当网架周边支承于柱顶时，网格宽度可与柱距一致；当网架支承于圈梁时，网格的划分比较灵活，可不受柱距影响。,12.3 平板网架的支承方式,点支承网架 一般有四点支承和多点支承两种情形，由于支承点处集中受力较大，宜在周边设置悬挑，以减小网架跨中杆件的内力和挠度。,12.3 平板网架的支承方式,周边与点相结合支承的网架 在点支承网架中，当周边没有围护结构和抗风柱时，可采用点支承与 周边支承相结合的形式。 适用于工业厂房和展览厅等公共建筑,12.3 平板网架的支承方式,三边支承一边开口或两边支承两边开口的网架 在矩形平面的建筑中，由于考虑扩建的可能性或由于建筑功能的要求，需要在一边或两对边上开口，因而使网架仅在三边或两对边上支承，另一边或两对边为自由边。,12.3 平板网架的支承方式,三边支承一边开口或两边支承两边开口的网架 自由边的存在对网架的受力是不利的，为此应对自由边作出特殊处理。一般可在自由边附近增加网架层数或在自由边加设托梁或托架。对中、小型网架，亦可采用增加网架高度或局部加大杆件截面的办法予以加强。,12.3 平板网架的支承方式,悬挑网架 为满足一些特殊的需要，有时候网架结构的支承形式为一边支承、三 边自由。为使网架结构的受力合理，也必须在另一方向设置悬挑，以平衡下部支承结构的受力，使之趋于合理。 体育场看台罩棚。,12.4 平板网架的受力特点及选型,网架结构的形式很多，如何结合工程的具体条件选择适当的网架型式， 对网架结构的技术经济指标、制作安装质量以及施工进度等均有直接影响。 影响网架选型的因素 建筑造型、建筑平面形状和尺寸； 网架的支承方式、荷载大小； 屋面构造和材料 建筑构造与要求 制作安装方法,周边支承网架结构受力特点,交叉桁架体系网架 在周边支承的条件下，网架结构的传力路线犹如双向板结构或交叉梁系结构。 网架的节点荷载，可看成是由两个方向的桁架共同承担（荷载平衡条件）；,周边支承网架结构受力特点,交叉桁架体系网架 两个方向的桁架在各个交点处的竖向位移应分别相等（位移协调条件）， 空间工作的网架结构可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。,周边支承网架结构受力特点,正交斜放交叉网架 荷载沿桁架方向向周边支座传递。 克服了两向正交正放网架当建筑平面为长条矩形时接近单向受力状态的缺陷。 短桁架对长桁架起的支承作用，使长桁架在角部产生负弯矩，角部负弯矩的作用对四角支座产生较大的拉力，使四角翘起，需要设置特殊的拉力支座。 需要对网架四角锚拉。 或把角柱去掉，使拉力分散至角部的两个柱子。,周边支承网架结构受力特点,正交斜放交叉网架 荷载沿桁架方向向周边支座传递。 克服了两向正交正放网架当建筑平面为长条矩形时接近单向受力状态的缺陷。 短桁架对长桁架起的支承作用，使长桁架在角部产生负弯矩，角部负弯矩的作用对四角支座产生较大的拉力，使四角翘起，需要设置特殊的拉力支座。 需要对网架四角锚拉。 或把角柱去掉，使拉力 分散至角部的两个柱子。,周边支承网架结构选型,四点及多点支承网架结构,受力特点 四点支承正交正放网架比正交斜放网架受力合理。 四点支承的网架，从平面图形看是几何可变的。为了保证网架的几何不变性和有效地传递水平力，须适当地设置水平支撑。 选型 从受力性能来看，四点支承的情况下，正放网格的网架比斜放网格的要好些； 从节点构造来看，两向正交正放网架简单一些，起拱或起诽水坡度均比较方便。 因此，四点支承及多点支承的网架，宜选用正放网格类型的网架，如两向正交正放、正放四角锥和正放抽空四角锥网架。 其中正放抽空四角锥网架还可根据网架的内力分布情况，适当增减一些四角锥体，因而其技术经济效果更佳。,四点及多点支承网架结构,三边支承网架结构,对于三边支承的矩形平面网架，通过计算表明，其用钢量和刚度两项指标的对比情况与周边支承网架基本一致，可参照上述周边支承的分析结果进行选型。,12.5 平板网架的主要尺寸,网架结构的几何尺寸 网格的尺寸 网架的高度 腹杆的布置 网架几何尺寸应根据建筑功能、建筑平面形状、支承条件、跨度大小、屋面材料、荷载大小、有无悬挂吊车、施工条件等因素确定。,12.5 平板网架的主要尺寸,网格尺寸 主要指上弦网格尺寸； 取决于网架的结构形式、跨度、柱距、屋面构造、构件材料。 在可能的条件下，网格尺寸宜取大些， 采用钢筋混凝土屋面板时，网格尺寸不宜超过33m。否则屋面构件较重，吊装不易； 采用轻型屋面时，网格尺寸可为檩距的倍数;,12.5 平板网架的主要尺寸,网格尺寸 杆件为钢管时，网格尺寸可取大些； 杆件为角钢或小钢管时，由于杆件长细比的考虑网格尺寸应小些。 常用网格尺寸 短向跨度l60m时，取（1/201/12） l ；,12.5 平板网架的主要尺寸,网格高度 确定网架高度时主要应考虑的因素 建筑要求及刚度要求 当屋面荷载较大时，网架高度应选择的较高，反之可矮些。当网架中必须穿行通风管道时，网架高度必须满足此高度。但当跨度较大时，网架高度主要由相对挠度的要求来决定。一般说来，跨度较大时，网架的跨高比可选用得大些。 网架的平面形状 当平面形状为圆形、正方形或接近正方形的矩形时，网架高度可取得小些。当矩形平面网架狭长时，单向作用就明显，其刚度就越小些，故此时网架高度应取得大些。,12.5 平板网架的主要尺寸,网格高度 确定网架高度时主要应考虑的因素 网架的支承条件 周边支承时，网架高度可取得小些；点支承时，网架高度应取得大些。 节点构造形式 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。二者相比，前者的安装变形小于后者。故采用焊接空心球节点时，网架高度可取得小些；采用螺栓球节点时，网架高度应取得大些。 当网架有起拱时，网架的高度可取得小些。,12.5 平板网架的主要尺寸,网格高度 网架的高度应与网格尺寸相配，否则腹杆的长度和倾角不够合理。 网架高度与跨度的比值一般取为： 短向跨度l60m时，取（1/201/14） l ；,12.5 平板网架的主要尺寸,腹杆布置 应尽量使受压杆件短，受拉杆件长，减小压杆的长细比，充分发挥杆件截面的强度，使网架受力合理 对交叉桁架体系网架，腹杆倾角一般在4055o之间。 对角锥体系网架，斜腹杆的倾角宜采用60o，这样可以使杆件标堆化。 对于大跨度网架，因网格尺寸较大，为了减小上弦长度，宜采用再分式腹杆。这样可以避免上弦的局部弯曲，并减小其长细比，使受力更为合理。,12.6 网架结构的构造,网架的杆件 网架的杆件可用钢管或角钢。 杆件采用16锰薄壁钢管（钢管厚度最薄可为1.5mm）比较合理和有利，角钢杆件一般只在小跨度而且网架型式又简单的情况下使用。 钢管杆件比角钢杆件有利，因为它的截面对受力有利，而且钢管杆件的结点连接构造比较简单，可以节省材料，降低金属用量。 构件材料可用I级钢或级钢。 级钢为16锰合金钢，强度高，塑性好，性能稳定，满足焊接要求。采用级钢比采用I级钢更能省料,6.1 网架的杆件,网架的杆件可用钢管或角钢。 杆件采用16锰薄壁钢管（钢管厚度最薄可为1.5mm）比较合理和有利； 角钢杆件一般只在小跨度而且网架型式又简单的情况下使用。 钢管杆件比角钢杆件有利，因为它的截面对受力有利，而且钢管杆件的结点连接构造比较简单，可以节省材料，降低金属用量。 构件材料可用I级钢或级钢。级钢为16锰合金钢，强度高，塑性好，性能稳定，满足焊接要求。采用级钢比采用I级钢更能省料,6.2网架的节点,网架结点的型式和构造应与杆件形式相配合。 网架的节点上交汇的杆件多，且呈立体几何关系 节点构造的好坏，对结构的受力性能、制造安装、工程进度、耗钢量和工程造价有相当大的影响。 合理的节点构造 首先要在坚固可靠的前提下使各方向的杆件轴线准确交汇于一点，避兔因构造的缺陷产生偏心， 同时还要尽量使节点构造与计算假定相符合，否则会造成计算上的误差过大。特别是支座节点的构造，如果与计算假定的边界条件不符时，会造成很大的误差，甚至影响结构安全。 构造简单，制作容易，便于安装和节省材料。,6.2网架的结点,焊接钢板结点 杆件为角钢时，应与钢板连接。 连接方法可以采用焊接、螺栓连接，或焊接与螺栓连接同时配合应用的方式。 节点刚度大，整体性好，制造加工简单，质量易保证，成本低，适用于两向正交网架。,6.2网架的结点,焊接钢板结点 节点的设计构造 杆件的重心在节点处宜汇交于一点； 杆件与节点的连接焊缝的截面重心应与杆件的重心相一致； 节点板的厚度根据计算来确定； 节点板上的连接杆件之间的间隙不宜小于20mm,6.2网架的结点,焊接空心球结点 杆件