第六章-大跨屋盖结构设计课件

1、3.1 结构形式3.2 网架的结构形式3.3 网架的计算要点3.4 空间杆系有限元法3.5 网架杆件设计3.6 节点设计3.7 网壳新加坡滨海艺术中心 第三章 大跨屋盖结构大跨度结构的分类 平面结构体系空间结构体系 梁式结构（平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构 平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构3.1结构形式梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系平板网架网壳结构图1 (a)平行布置预应力双层索系；斜拉结构(图1 c)Maysville Bridge图2 张拉整体结构网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3a)

2、，是最常用的网架形式。图3a 双层网架3.2 网架的形式特点：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(图 3b)。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。选用原则：网架跨度较大时，采用。图3b 三层网架青岛极地海洋世界效果图青岛极地海洋世界鱼头部分模型3.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。网架结构几何不变的必要条件是：式中 J网架点数； m网架的杆件数； r支座约束链杆数，r6当W0网架为几何可变体系； W=0网架无

3、多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构； W0网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结构。3.2.2双层网架的常见形式 平面桁架网架 四面锥体系网架 三角锥体体系网架 两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架 正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架图3.4两向正交正放网架 水平斜撑杆选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。图3.5 周边支承网架水平斜撑布置方式之一水平斜撑杆水平斜撑杆图3.6 两向正交斜放网架两向正交斜放 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

4、。两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂三向网架三个方向的平面桁架相互交角60比两向网架刚度大，适合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在某些平面形状会出现不规则杆件图3.7 三向网架图3.8 正放四角锥网架 正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。 2008奥运会场馆（正放四角锥）运动场看台特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。图3.10正放抽空四角锥网架特点：保持正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋

5、面组织排水较困难的缺点。图3.11 棋盘形四角锥网架图 3.12 斜放四角锥网架特点：上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。 适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。 图3.13 星形四角锥网架三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。当网架高度为网格尺寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。 图3.14 三角锥网架 图3.15 抽空三角锥网架 保持三角

6、锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆。 抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中小跨度建筑。 上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适用于周边支承，中小跨度屋盖。蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借助于支座水平约束来保证其几何不变。 图3.16 蜂窝三角锥网架 原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定。按照网架结构设计与施工规程JGJ 791的划分：大跨度为60m以上；中跨度为3060m；小跨度为30m以下。3

7、.2.3网架的选型平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且

8、为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。 网架的支承方式： 周边支承 点支承 周边支承与点支承相结合 两边和三边支承网架结构的支承周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图3.17a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图17(c) 图3.17 周边支承点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。 为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1413 (图3.18)。 图3.18 点支撑图3.19 各种柱帽形式点支承网架与

9、柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。柱帽可设置于下弦平面之下(图3.19a)，也可设置于上弦平面之上(图3.19b)。当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽(图3.19c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。 图3.20 周边支撑与点支承结合 特点： 平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度(图3.20) 网架高度确定原则网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度

10、应大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体系时，檩条长度一般超过6m。对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表3-1选用。网格尺寸确定原则 注：1L2为网架短向跨度，单位为米； 2当跨度在18m以下时网格数可适当减少。 网架的挠度要求及屋面排水坡度 网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖L2250；用作楼面L2300

11、。L2为网架的短向跨度。网架屋面排水坡度一般为3-5，可采用下列办法找坡：(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图3.22a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性；(b)对整个网架起拱(图3.22b)；(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。(3)有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1300。 图3.22 网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起坡施工中的网架直接作用（荷载）和间接作用网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷

12、载引起的内力和位移进行计算3.3 网架的计算要点直接作用永久荷载 网架自重 屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力 设备管道的重力 永久荷载 可变荷载 屋面 (或楼面)活荷载 雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合) 风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小 计算风载时可不考虑风振系数的影响 积灰荷载 吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。 可变荷载地震作用（竖向）在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。 对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架结构，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用标准值

13、可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。设计基本地震加速度为0.3g时，可取该结构重力荷载代表值的15%。计算重力荷载代表值时，永久荷载取100，雪荷载和屋面积灰荷载取50%，不计屋面活荷载。 地震作用（水平）在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算；在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。 温度作用网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于温度变化而引起的内力支座节点的构造

14、允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱；在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计算值如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准建筑结构荷载规范 GB 50009-2001的规定进行计算。抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准建筑抗震设计规范 GB 50011-2001的规定。 3.3.2网架内力分析方法 网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为

15、铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。 网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。(4)假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架的估算。空间杆系有限元法也称空间桁架位移法。空间杆系有限元法是计算精度最高的一种方法

16、，适用于各种类型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力等工况均可计算。能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。计算程序见下表。3.4空间杆系有限元法 网架杆件节点位移单元刚度矩阵总刚度矩阵总刚度方程节点位移值杆件内力单元内力与节点位移间关系引入边界条件节点平衡及变形协调条件基本单元基本未知量3.4.1网架计算基本假定 网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论。 奥运会场馆鸟巢3.4.2单元刚度矩阵 一等截面空间桁架杆件ij如图所示，设局部直角坐标系为 ， 轴与ij杆平行。图3.24 ij杆的杆端轴力和位移局部

17、直角坐标下杆端力向量为：杆端位移向量为：杆端力和位移的关系可写为结构分析中为方便杆端力和位移的叠加，应采用统一坐标系，即结构整体坐标xyz。这样需对局部坐标系下的单元刚度矩阵进行坐标转换。 图3.25 杆件在整体坐标中整体坐标坐标转换设杆件ij （即 轴）与整体坐标x，y，z轴夹角的余弦分别为l，m，n。由图25所示的几何关系可以得出式中lijij杆的长度 奥运会场所令 分别表示杆件ij在整体坐标系中的节点力，节点位移和单元刚度矩阵。在整体坐标系中ij杆节点力和节点位移间的关系力为：两坐标系之间的转换关系为式中T坐标转换矩阵坐标轴的旋转变换和几何关系可导出：并注意到T-1=TT，得到整体坐标下

18、ij杆节点力和位移的关系为： 得到杆件ij在整体坐标系中的单刚矩阵 ：3.4.3结构总刚度矩阵及总刚度方程 建立了杆件单元刚度矩阵之后，即可按照变形协调及节点内外力平衡条件建立结构的总刚度矩阵及相应的总刚度方程。 对公式变换为：Fi ，Fj分别为杆件ij在整体坐标系下i，j点的杆端力列阵； i，j分别为杆件ij在整体坐标系下i，j点的位移列阵； Kij，Kjj分别为杆件ij在i端，j端发生单位位移时，在i端，j端产生的内力； Kij，Kjj分别为杆件ij在j端，i端发生单位位移时，在i端，j端产生的内力。 以图26所示的空间桁架节点 3 为例，说明总刚矩阵及总刚方程的建立。该桁架共有9个单元，

19、5个节点，单元及节点编号如图示。相交于节点3的杆件有。图3.26 单元及节点编号变形协调条件为连于同一节点上的杆端位移相等 ，即：内外力平衡条件为汇交于同一节点的杆端内力之和等于该节点上的外荷载，即：连于节点3的杆端力与各节点位移关系为：整理得：上式就是节点3得内外力平衡方程，对网架中得所有节点，逐点列出平衡方程，联立起来便为结构踪刚度方程，表达式为：对于本例，总刚度矩阵中的第7行至第9行的元素表示如下：总刚矩阵具有下列特点：矩阵具有对称性，计算时不必将所有元素列出，只列出上三角或下三角即可。矩阵具有稀疏性。网架结构每一节点所连杆件数量有限，总刚矩阵中除主对角及其附近元素为非零元素外，其余均为

20、零元素。非零元素集中在主对角线两旁的带状区域内，计算机存贮时，按一维变带宽存放，可有效节省计算机容量，带宽大小与网架节点编号有关，进行网架节点编号时，应尽可能使各相关节点号差值缩小。3.4.4总刚矩阵中边界条件的处理方法 未引入边界条件前，总刚矩阵K是奇异的，不能进行求解。引入结构边界条件消除刚体位移后，总刚矩阵为正定矩阵。 位移为零 弹性约束 指定位移 处理方法3.4.5网架的边界条件及对称性利用 (1)对称性利用当网架结构(包括支座)和外荷载有n个对称面时，可利用对称条件只分析网架的12n。计算时，对称面内各杆件的截面积应取原截面面积的一半，n个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面

21、面积的12n。对称面内节点荷载亦应按相同原则取值。在对称荷载作用下，对称面内网架节点的反对称位移为零，计算时应在相应方向予以约束。与对称面相交的杆件，分析时可将该交点作为一个节点，并在三个方向予以约束。交叉腹杆或人字形腹杆的交叉点，位于对称面时，亦应作为一个节点，并在两个水平方向予以约束。在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零。(2)边界条件有限元计算中，边界条件将对网架结构内力及变形产生较大影响。网架支承处的边界条件既和支座节点构造有关，也和支承结构的刚度有关，支座可以是无侧移、单向可侧移和双向可侧移的铰接支座，支承结构(柱、梁等)可以是刚性或弹性的。当支承结构刚度很大可忽略

22、其变形时，边界条件完全取决于支座构造。无侧移铰接支座，支承节点在竖向，边界线切线和法向都无位移。单向可侧移支座，竖向和边界切线方向位移为零，而边界法向为自由。双向可侧移的铰接支座，只有竖向位移为零，两个水平方向都为自由。在网架的四角处，至少一个角上的支座必须是无侧移的，相邻的两角可以是单向可侧移的，相对的角可以是双向可侧移的。这种做法既防止网架的刚体移动，又提供了不少于6根的约束链杆数。在工程实践中，如果温度应力不大，也可考虑四角都用无侧移铰支座。当网架支承在独立柱上时，由于它的弯曲刚度不是很大，在采用无侧移铰支座时除竖向仍然看作无位移外，两个水平方向应看成弹性支承，支承的弹簧刚度由悬臂柱的挠

23、度公式得出：Ec支承柱的材料弹性模量；Icy、Icx分别为支承柱绕截面y、x轴的截面惯性矩；H支承悬臂柱长度。(3)斜边界处理斜边界是指与整体坐标斜交的方向有约束的边界。建筑平面为圆形或多边形的网架会存在斜边界(图3.27a)。矩形平面网架利用对称性时，对称面也存在斜边界(图3.27b，c)。图3.27 网架的斜边界约束斜边界有两种处理方法，一种是根据边界点的位移约束情况设置具有一定截面积的附加杆，如节点沿边界法线方向位移为零，则该方向设一刚度很大的附加杆，截面积A=106108(图3.27b)；如该节点沿边界法线方向为弹性约束，则调节附加杆的截面积，使之满足弹性约束条件。这种处理方法有时会使

24、刚度矩阵病态。另一种方法是对斜边界上的节点位移做坐标变换(图3.27c)，将在整体坐标下的节点位移向量变换到任意的斜方向，然后按一般边界条件处理。3.4.6 杆件内力 引入边界条件后，求解公式，得出各节点的位移值，由公式和公式可得出ij杆端内力为将公式展开并代入公式整理可得杆件内力表达式为式中 N杆件轴力，以拉为正。 3.4.7 空间杆系有限元法计算步骤(1)根据网架结构、荷载对称性选取计算简图，并对其节点和杆件进行编号，为减小总刚矩阵带宽，节点编号应遵循相邻节点号差最小的原则。(2)计算杆件单元长度及杆件与整体坐标轴夹角余弦；(3)初选各杆的截面积；(4)建立局部和整体坐标系下的单元刚度矩阵

25、；(5)集合总刚矩阵，为减小矩阵容量，宜采用变带宽一维存贮方式；(6)建立荷载列阵；(7)引入边界条件对总刚度方程进行处理；(8)求解总刚度方程，得出各节点位移值；(9)根据节点位移计算杆件内力；(10)按杆件内力调整杆件截面，并重新计算，迭代次数宜不超过45次。网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。在截面积相同的条件下，管截面具有回转半径大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优点，钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前网架杆件常用的截面形式。管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345钢。 3.5 网架杆件设计网架杆件的长细比不宜超过下列数值

26、受压杆件：180受拉杆件：(1)一般杆件400(2)支座附近处杆件300(3)直接承受动力荷载的杆件250网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计算应满足钢结构设计规范的要。普通角钢截面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm3mm。钢管不宜小于482mm。无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于a类和b类截面。网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的2025，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有： (1)焊接空心球节点； (2)螺栓球节点； (3)焊接钢板节点； (4)焊接钢管节点 (5)杆件直接汇交节点3

27、.6节点球设计图3.28 焊接钢管节点图3.29 管件直接汇交节点网架的节点构造应满足下列要求(1)受力合理，传力明确；(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；(4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。3.6.1焊接空心球节点 焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件（图3.30）球面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，施工方便。 图3.30 焊接空心球节点焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋、不加肋（图3.31）。图3.31 焊接空心球节点a 无肋b 有肋 空心球外径D a 球面上

28、连接杆件之间的缝隙不宜小于10（图3.32）汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d1，d 2 组成角的钢管外径图3.32 空心球节点空隙空心球径等于或大于300，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为120500时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算 （a）受压空心球 （b）受拉空心球 空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在 Dt=2425 范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在1.22.0之间。钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内加衬管（图3.33），在管端与 空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算

29、 图3.33 加衬管连接 3.6.2螺栓球结点 螺栓球结点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成（图3.34），适用于连接钢管杆件。图3.34 螺栓球连接节点示意图螺栓球节点及马道焊接球节点 钢球尺寸钢球大小取决于相邻杆件的夹角、螺栓的直径和螺栓伸入球体的长度等因素。由图35，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为 由图36 ，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D为 D-钢球直径 （ ）-两个螺栓之间的最小夹角 （ ）d1，d 2-螺栓直径（ ）， d1d 2-螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例-套筒外接圆直径与螺栓直径的比例当相邻两杆夹角30，还要保证相邻两

30、根杆件（管端为封板）不相碰，由图3.37，导出钢球直径D还须满足下式要求D1，D2-相邻两根杆件的外径-相邻两根杆件的夹角d1-相应于D1杆件 所配螺栓直径-套筒外接圆直径 与螺栓直径之比 S-套筒长度图3.37 带封板管件的几何关系螺栓，套筒 高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：螺栓杆长度Lb由构造确定(图3.38)，其值为： 图3.38 高强螺栓几何尺寸套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径大1.5-2mm。套筒端部到开槽端部(或钉孔端)距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉(或螺钉)抗剪力，且不小于1.5倍开槽的宽度或6

31、mm。套筒端部要保持平整，内孔L径可比螺栓直径大1mm。 图3.39套筒几何尺寸套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。图3.40 杆件端部连接焊缝锥头和封板封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度可按近似方法计算，如图3.41 沿环向单位宽度上板承受的力为 图3.41 封板封板周边单位宽度径向弯距近似为 当 达到塑性铰弯距 ，封板达到极限承载力，由 可导出 N-钢管杆件设计拉力 R-钢管的内半径 S-螺帽和封板接触的圆环面的平均半径 f-钢材强度设计值 -封板厚度锥头是一个

32、轴对称旋转厚壳体（图3.42）锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图3.42 锥头构造 3.6.3 焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图3.43a）,也可由三块板正交焊成（图3.43b）图3.43 焊接钢板节点焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如图3.44、图3.45所示。网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。图3.44 两向网架节点构造图3.45 四角锥体组成的网架节点构造焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应

33、使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。节点板厚度可根据网架最大杆件内力由表3-5确定 节点板厚度选用表 表3-5杆件内力（kN） 1501602502603904005906008808901275节点板厚度（）881010121214141616183.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。 常用支座节点有以下几种构造形式： 平板压力或拉力支座，只适用于较小跨度网架,如图3.46。图3.46 平板压力或拉力支座a 角钢杆件b 钢管杆件单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.47 单面弧形压力支座a 两个螺栓连接b 四个螺栓连接单面弧形拉力

34、支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将拉力传递到支座上，在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。图3.48 单面弧形拉力支座双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。 图3.49 双面弧形压力支座球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。 图3.50 球铰压力支座板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。图3.51 板式橡胶支座平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没

35、有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。 单面弧形制作设计（图3.52） 弧形支座置于底板之上 其平面尺寸为 a1b1R/f R-支座反力 f-钢材（或铸钢）抗压强度设计值a1，b1-弧形支座宽度、长度图3.52弧形支座尺寸弧形支座板厚度 （图3.52）弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R(a1.b1) 弧形板中央截面最大弯距为 由强度条件得出 f-钢材（或铸钢）

36、抗弯强度设计值 弧形板的半径由下式确定 r-弧面半径 f-钢材（或铸钢）抗压设计强度 E-钢材的弹性模量橡胶制作设计橡胶制作设计橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表3-6表3-8的要求 胶料类型硬度（邵氏）拉断应力（Mpa）伸长率（）300定伸长度（Mpa）拉断永久变形适用温度不低于氯丁橡胶6058.6314507.8425-25天然橡胶60518.635008.8220-40胶料的物理机械性能 表3-6 橡胶垫板的力学性能 表3-7 E-关系 表3-8 允许抗压强度 (Mpa)极限破坏强度 （Mpa）抗压弹性模量E（Mpa）抗剪弹性模量G（Mpa）摩擦系数 7.849

37、.8058.82由形状系数 按表3-8 查得0.981.47与（钢）0.2（与混凝土）0.3456789101112 E（Mpa）1962653334124905796577458431314151617181920 E（Mpa）9321040115712851422155917061863橡胶垫板的计算橡胶垫板的底面积A可根据承压条件按下式计算 ARmax/ A-垫板承压面积 a,b-分别为橡胶垫板短边与长边 Rmax-荷载标准值在支座引起的反力 -橡胶垫板的允许抗压强度 橡胶垫板厚度应根据 橡胶厚度与中间各层钢板厚度确定（图3.53）。橡胶层厚度可由 上下表层及各钢板间的 橡胶片厚度之和确

38、定。 d0=2dt+ndi d0-橡胶层厚度dt，di-分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度 n-中间橡胶片的层数图3.53 橡胶垫板构造根据橡胶剪切变形条件中 d0tana u 及构造要求，并取 tana=0.7，橡胶层厚度应满足下式要求： 0.2ad01.43 -由于温度变化等原因在网架支座处引起的水平位移 1.43-为tana的倒数，tana为橡胶层最大容许剪切角的正切橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板与支座底板部分脱开而形成局部承压，也不能过小。橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件 0.05d0ma -结构在支座处的最大转角(rad) 平均压缩变形m 可按下式计算 m

39、=md0/E m-平均压应力：m=RmaxA 在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验算 RgGAu/d0 ，d0-水平位移，厚度 -橡胶垫板与钢板或混凝土间的摩擦 系数，按表3-7采用 Rg-乘以荷载分项系数0.9的永久荷载 标准值引起的支座反力 G-橡胶垫板的抗剪弹性模量，按表3-7采对气温不低于-25地区，可采用氯丁橡胶垫板。对气温不低于-30地区，可采用耐寒氯丁橡胶垫板。对气温不低于-40地区，可采用天然橡胶垫板。橡胶垫板的长边应与网架支座切线方向平行放置。橡胶垫板与支柱或基座的钢板或混凝土间可采用502胶等胶粘剂固定。橡胶垫板的构造要求橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期使用后因橡胶