组合网架结构—03

1、第第6章章 组合网架结构组合网架结构6.1 概述概述6.1.1 组合网格结构组合网格结构始于始于20世纪世纪80年代，以年代，以钢砼板代替钢上弦，以钢砼板代替钢上弦，以组合节点代替上弦节点。组合节点代替上弦节点。6.1.2 组合网架的特点和优缺点组合网架的特点和优缺点特点和优点：特点和优点：（1）钢砼平板或带肋板代替上弦杆，是板系、梁系、杆系）钢砼平板或带肋板代替上弦杆，是板系、梁系、杆系共同受力的组合结构共同受力的组合结构（2）充分发挥）充分发挥2种材料的不同优势种材料的不同优势（3）承重与围护结构合二为一（屋盖不需要另设屋面板）。）承重与围护结构合二为一（屋盖不需要另设屋面板）。（4）刚度

2、大。与同等钢网架相比，竖向刚度增加）刚度大。与同等钢网架相比，竖向刚度增加30%-50%。（5）节省用钢量。与同等钢网架相比，用钢量节省）节省用钢量。与同等钢网架相比，用钢量节省15%-25%（6）更适合作为楼盖结构（跨度大，室内柱子少；楼层自）更适合作为楼盖结构（跨度大，室内柱子少；楼层自重小；水平地震作用下降）重小；水平地震作用下降）不足：上弦节点构造复杂不足：上弦节点构造复杂 楼层高度比通常楼盖大楼层高度比通常楼盖大6.2 组合网架结构的形式与分类组合网架结构的形式与分类四大类：四大类：（1）两向正交类组合网架）两向正交类组合网架（2）两向斜交类组合网架）两向斜交类组合网架（3）三向类组

3、合网架）三向类组合网架（4）蜂窝形三角锥组合网架）蜂窝形三角锥组合网架6.3 组合网架的计算方法组合网架的计算方法下弦杆、腹杆、下弦节点受力状态与网架完全相同；上下弦杆、腹杆、下弦节点受力状态与网架完全相同；上弦板工作状态是既有平面内力又有弯曲内力，肋的工弦板工作状态是既有平面内力又有弯曲内力，肋的工作状态是既有轴力又有弯曲内力（含扭转）作状态是既有轴力又有弯曲内力（含扭转）计算方法：计算方法：（1）有限元法（离散化方法）有限元法（离散化方法） 。杆元、梁元、板壳元；。杆元、梁元、板壳元；上弦节点考虑三个线位移、三个角位移；下弦节点考上弦节点考虑三个线位移、三个角位移；下弦节点考虑三个线位移虑

4、三个线位移（2）拟夹层板法（连续化方法）。把上弦板作为夹层）拟夹层板法（连续化方法）。把上弦板作为夹层板的上表层，把腹杆和下弦杆折算成夹层板的夹心层板的上表层，把腹杆和下弦杆折算成夹层板的夹心层和下表层和下表层（3）简化计算法（离散化再到连续化方法）简化计算法（离散化再到连续化方法）等代等代空间桁架位移法。根据能量原理，把上弦板等代为四空间桁架位移法。根据能量原理，把上弦板等代为四组或三组上弦平面内的平面交叉杆系，再返回求得上组或三组上弦平面内的平面交叉杆系，再返回求得上弦板及力的内力弦板及力的内力6.4 组合网架的节点构造组合网架的节点构造要求上弦节点上弦平面内与各杆件连接为刚性，传递轴要求

5、上弦节点上弦平面内与各杆件连接为刚性，传递轴力和弯矩；但腹杆与上弦节点连接仍为铰接。故为半力和弯矩；但腹杆与上弦节点连接仍为铰接。故为半刚半铰节点。刚半铰节点。（1）焊接十字板节点：用于角钢组合网架。已有工程）焊接十字板节点：用于角钢组合网架。已有工程应用应用（2）焊接球缺节点：一般用于圆管。天大实验表明其）焊接球缺节点：一般用于圆管。天大实验表明其传力可靠。传力可靠。6.5 组合网架的制作与安装组合网架的制作与安装制作：制作：安装：安装：高空散装法：在楼板上设满堂支承架；拼装下弦方框和单根下弦杆，高空散装法：在楼板上设满堂支承架；拼装下弦方框和单根下弦杆，形成下弦平面桁架；拼装腹杆人字架，用

6、临时上弦杆调整定位，形成下弦平面桁架；拼装腹杆人字架，用临时上弦杆调整定位，在施工期构成临时斜放四角锥网架；吊装上弦预制板，与上弦节在施工期构成临时斜放四角锥网架；吊装上弦预制板，与上弦节点焊牢；铺设缝中钢筋，用细石混凝土灌缝；现浇点焊牢；铺设缝中钢筋，用细石混凝土灌缝；现浇40mm细石混细石混凝土面层。凝土面层。高空滑移法：可在地面上组装成条状的组合网架，吊装高空滑移法：可在地面上组装成条状的组合网架，吊装后高空滑移就位；也可在高空平台上组装，滑移一段后高空滑移就位；也可在高空平台上组装，滑移一段距离，在空出的平台组装下一段。距离，在空出的平台组装下一段。整体提升法：适用于多层及高层建筑组合

7、网架楼层结构。整体提升法：适用于多层及高层建筑组合网架楼层结构。提升设备可采用小型升板机或液压爬杆式千斤顶。提升设备可采用小型升板机或液压爬杆式千斤顶。第第7章章 网壳结构概述网壳结构概述7.1 综述综述7.1.1 网壳结构的优越性网壳结构的优越性单层、双层单层、双层（1）兼有杆系和薄壳结构的受力特征）兼有杆系和薄壳结构的受力特征（2）刚度大、跨越能力大，特别是跨度）刚度大、跨越能力大，特别是跨度100m以上时以上时（3）小型构件组成大型结构）小型构件组成大型结构（4）计算理论和软件已成熟）计算理论和软件已成熟（5）造型丰富多彩）造型丰富多彩7.1.2 国内外应用情况国内外应用情况国内：国内：

8、20世纪世纪50年代，联方型的圆柱面网壳，小角钢或年代，联方型的圆柱面网壳，小角钢或木材，跨度木材，跨度30m国外：国外：1863年在德国建造的一个由施威特勒设计的年在德国建造的一个由施威特勒设计的30m直径钢穹顶。直径钢穹顶。 日本自日本自20世纪世纪7090年代共建成跨度年代共建成跨度100m140m的网壳结构的网壳结构10余幢，国际高水平。余幢，国际高水平。 7.2 网壳结构的形式与选型网壳结构的形式与选型7.2.1 网壳结构的形式与分类网壳结构的形式与分类（1）按曲率半径；（）按曲率半径；（2）曲面外形）曲面外形切割、组合形成新的网壳外形。切割、组合形成新的网壳外形。（3）按网壳网格形

9、式分类）按网壳网格形式分类双曲扁网壳、双曲抛物面网壳的网格形式可双曲扁网壳、双曲抛物面网壳的网格形式可参照圆柱面网壳的网格形式。参照圆柱面网壳的网格形式。（4）按网壳的层数分类。单层，双层，多层。）按网壳的层数分类。单层，双层，多层。 网格的布置。网格的布置。（5）按网壳的用材分类。）按网壳的用材分类。7.2.2 网壳结构的选型网壳结构的选型跨度、刚度、平面形状、支承条件、制作安装技术跨度、刚度、平面形状、支承条件、制作安装技术（1）双层网壳可采用铰接节点，单层网壳采用刚接节点。）双层网壳可采用铰接节点，单层网壳采用刚接节点。大跨度（大跨度（80m）双层；中、小跨度（）双层；中、小跨度（40m

10、）单层）单层（2）对于大中跨度的球面网壳和双曲扁网壳，中部区域可）对于大中跨度的球面网壳和双曲扁网壳，中部区域可采用单层，边沿区域双层。采用单层，边沿区域双层。（3）平面为圆形、正六边形和接近圆形的多边形，宜）平面为圆形、正六边形和接近圆形的多边形，宜采用球面网壳；平面形状接近正方形、矩形，宜采用采用球面网壳；平面形状接近正方形、矩形，宜采用圆柱面、双曲扁网壳、单块或四块组合型扭壳圆柱面、双曲扁网壳、单块或四块组合型扭壳（4）小跨度球面壳网格）小跨度球面壳网格肋环型，大中跨度球壳肋环型，大中跨度球壳三三角形网格（角形网格（K型、短程线型、葵花网格等），防止顶型、短程线型、葵花网格等），防止顶部

11、构件密集部构件密集（5）小跨度柱面壳）小跨度柱面壳联方网格，大中跨度柱壳联方网格，大中跨度柱壳三角三角形网格；双曲扁网壳、扭壳网格可参照柱面网壳形网格；双曲扁网壳、扭壳网格可参照柱面网壳7.3 网壳结构设计一般原则网壳结构设计一般原则7.3.1 网壳的矢跨比、厚跨比网壳的矢跨比、厚跨比7.3.2 网格尺寸和网格数网格尺寸和网格数工程经验工程经验跨度跨度100m：3.0m4.5m短向跨度网格数不宜小于短向跨度网格数不宜小于6。空间相邻杆件夹角不宜小。空间相邻杆件夹角不宜小于于300。7.3.3 网壳的边缘构件（竖向反力、水平反力）网壳的边缘构件（竖向反力、水平反力）三种支承方式：三种支承方式：（

12、1）两端边支承。在两端设横隔，增强平面内刚度）两端边支承。在两端设横隔，增强平面内刚度（2）两纵边支承。在两纵边设置强大抗侧构件，）两纵边支承。在两纵边设置强大抗侧构件， 纵边落地时在支承点设置预应力地梁纵边落地时在支承点设置预应力地梁（3）四边支承。四边都设置边缘构件。）四边支承。四边都设置边缘构件。球壳：设置实体的或格构的外环梁球壳：设置实体的或格构的外环梁双曲扁网壳、扭壳：端部横隔等边缘构件沿周边支承，双曲扁网壳、扭壳：端部横隔等边缘构件沿周边支承，边缘构件具有足够的平面内刚度。边缘构件具有足够的平面内刚度。必要时：网壳、边缘构件和下部支承结构整体分析必要时：网壳、边缘构件和下部支承结构

13、整体分析7.3.4 挠度限值挠度限值短向跨度的短向跨度的1/400。悬挑网壳的最大挠度。悬挑网壳的最大挠度N N 或或M MR R MM满足设计要求。满足设计要求。 如果焊接空心球加肋，在承载力计算公式中乘以加如果焊接空心球加肋，在承载力计算公式中乘以加肋承载力提高系数肋承载力提高系数d d ，压弯取，压弯取1.4,1.4,拉弯取拉弯取1.11.1。7.4 各类派生的新型网壳结构各类派生的新型网壳结构组合网壳结构：组合网壳结构：20世纪世纪80年代发展起来的，由混凝土和年代发展起来的，由混凝土和钢材两种不同材料，薄壳结构和网壳结构合成钢材两种不同材料，薄壳结构和网壳结构合成弦支网壳结构：弦支网

14、壳结构：通常由单层球面、椭球面网壳与若干圈环索系统组成；通常由单层球面、椭球面网壳与若干圈环索系统组成；张拉环索和斜索，可对网壳产生向内的水平力，力张拉环索和斜索，可对网壳产生向内的水平力，力求实现自平衡；若干圈环索使得单层网壳的稳定性求实现自平衡；若干圈环索使得单层网壳的稳定性得到改善；应分批张拉，避免杆件内力变化过于剧得到改善；应分批张拉，避免杆件内力变化过于剧烈，甚至由施工阶段控制；与索穹顶相比，可铺设烈，甚至由施工阶段控制；与索穹顶相比，可铺设刚性屋面刚性屋面拱支网壳结构：拱支网壳结构：拱结构和网壳结构合成；拱可采用实体拱结构和网壳结构合成；拱可采用实体也可采用格构，可设置在网壳端部边

15、界处也可设置在也可采用格构，可设置在网壳端部边界处也可设置在任意部位；拱支网壳结构可减小网壳结构的跨度，增任意部位；拱支网壳结构可减小网壳结构的跨度，增加结构的刚度，减小结构变位；改善单层网壳的稳定加结构的刚度，减小结构变位；改善单层网壳的稳定性。性。斜拉网壳结构：斜拉网壳结构：主要指斜拉双层网壳。很少采用单层斜主要指斜拉双层网壳。很少采用单层斜拉网壳拉网壳斜拉索会产生应力集中。斜拉索会产生应力集中。空腹网壳结构：空腹网壳结构：由两向平面空腹拱系组成；厚度小于双由两向平面空腹拱系组成；厚度小于双层网壳厚度，竖杆是较短的梁元；为提高整个空腹网层网壳厚度，竖杆是较短的梁元；为提高整个空腹网壳的抗扭刚度和结构稳定性，应设置局部交叉支撑壳的抗扭刚度和结构稳定性，应设置局部交叉支撑（四向空腹平面空腹拱系组成）（四向空腹平面空腹拱系组成）国家大剧院；沿支国家大剧院；沿支承边界一或两个节间增设斜杆，提高抗剪能力。承边界一或两个节间增设斜杆，提高抗剪能力。局部双层网壳结构：局部双层网壳结构：中部单层，边部双层；双层网壳可中部单层，边部双层；双层网壳可由立体桁架拱系交叉组合；单层网壳节点是刚性的，由立体桁架拱系交叉组合；单层网壳节点是刚性的，单双层过渡节点可以是铰接的；整体结构稳定性要好单双层过渡节点