大跨空间结构-网架结构天津大学119

大跨空间结构

网架结构内容1、网架结构的分类2、网架结构设计3、网架结构计算分析方法4、网架结构的抗震分析

内容1、网架结构的分类2、网架结构设计3、网架结构计算分析方法4、网架结构的抗震分析

由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构。分为双层（多层）平板网格结构（网架），单层和双层的曲面网格结构（网壳），网格结构是网架与网壳的总称。绝大部分网格结构采用钢管或型钢材料制作而成。4/37

1.1定义（1）交叉桁架体系5/37

1.2分类两向正交正放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基本单元（1）交叉桁架体系6/37

1.2分类（a）有角柱（b）无角柱两向正交斜放网架（1）交叉桁架体系7/37

1.2分类（a）有角柱（b）无角柱两向正交斜放网架（1）交叉桁架体系8/37

1.2分类两向斜交斜放网架（1）交叉桁架体系9/37

1.2分类三向网架适用于三角形、六边形、梯形、八边形等平面（2）四角锥体系10/37

1.2分类正放四角锥网架正放四角锥网架正放抽空四角锥网架单向折线形网架斜放四角锥网架棋盘形四角锥网架星形四角锥网架

上、下节点均分别连接8根杆件，节点构造较统一，杆件标准化、节点统一化，便于工厂生产。（2）四四角角锥锥体体系系11/371.2分类类正放抽空四角锥网架网架架的的杆杆件件数数量量少少（（腹腹杆杆总总数数为为正正放放四四角角锥锥网网架架腹腹杆杆总总数数的的3/4左右右，，下下弦弦杆杆减减少少1/2左右右））、、构构造造简简单单、、经经济济效效果果较较好好，，但但刚刚度度稍稍弱弱。。（2）四四角角锥锥体体系系12/371.2分类类

单向折线形网架在周周边边支支承承的的情情况况下下，，当当长长宽宽比比较较大大时时，，沿长长方方向向上上、、下下弦弦杆杆（2）四四角角锥锥体体系系13/371.2分类类斜放放四四角角锥锥网网架架上弦弦杆杆长长度度等等于于下下弦弦杆杆长长度度的的0.717倍。。在周周边边支支承承情情况况下下，，上弦弦杆杆受受压压，，下下弦弦杆杆受受拉拉，，该网网架架体体现现了了长长杆杆受受拉拉、、短短杆杆受受压压，，因因而而杆杆件件受受力力合合理理。。上弦弦杆杆长长度度等等于于下下弦弦杆杆长长度度的的比比值值？？（2）四四角角锥锥体体系系14/371.2分类类棋盘形四角锥网架在正正放放四四角角锥锥基基础础上上，，除除周周边边四四角角锥锥不不变变外外，，中中间间四四角角锥锥间间隔隔抽抽空空，，下弦弦杆杆呈呈正正交交斜斜放放，，上上弦弦杆杆呈呈正正交交正正放放，下下弦弦杆杆与与边边界界呈呈45°°夹角角。。上弦弦短短下下弦弦长长，，且且节节点点上上（2）四四角角锥锥体体系系15/371.2分类类星形形四四角角锥锥网网架架两个个小小桁桁架架的的底底边边构构成成网网架架上上弦弦，，上弦弦正正交交斜斜放放，各各单单元元顶顶点点相相连连即即为为下下弦弦，，下弦弦正正交交正正放放，在在两两个个小小桁桁架架交交汇汇处处设设有有竖竖杆杆，，斜斜腹腹杆杆与与上上弦弦杆杆在在同同一一平平面面内内。。网架架具具有有上弦弦短（3）三三角角锥锥体体系系16/371.2分类类三角角锥锥网网架架抽空空三三角角锥锥网网架架蜂窝窝形形三三角角锥锥网网架架三角锥网架三角角锥锥网网架架受受力力比比较较均均匀匀，，整整体体抗抗扭扭、、抗抗弯弯刚刚度度好好，，取网网架架高高度度为为网网格格尺尺寸寸的的0.816倍，，则则网网架架的的上上、、下下弦杆杆和和腹腹杆杆等等长长。。上上、、下下弦弦节节点点处处汇汇交交杆杆件件数数均均为为9根，，节节点点构构造造类类型型统统一一。三角角锥锥网网架架一一般般适适用用于于大大中中跨跨度度及及重重屋屋盖盖的的建建筑筑，，当当建建筑筑平平面面为为三三角角形形、、六六边边形形或或圆圆形形时时最最为为适适宜宜。。（3）三三角角锥锥体体系系17/371.2分类类抽空空三三角角锥锥网网架架整体体刚刚度度不不如如三三角角锥锥网网架架，，适适用用于于中中小小跨跨度度的的三三角角形形、、六六边边形形和和圆圆形形的的建建筑筑平平面面。。（3）三三角角锥锥体体系系18/371.2分类类蜂窝窝形形三三角角锥锥网网架架蜂窝窝形形三三角角锥锥网网架架是是改改进进了了的的由由四面体和十四面体相结合的一种网网格。上弦网网格为三角形形和六边形，，下弦网格为为六边形。网架的上弦杆杆较短，下弦弦杆较长，受受力合理。每每个节点均只只汇交6根杆件，节点点构造统一，，用钢量省。内容1、网架结构的的分类2、网架结构设设计3、网架结构计计算分析方法法4、网架结构的的抗震分析（1）网架结构的的形式、尺寸寸及厚度无檩体系（即即钢丝网水泥泥板或带肋钢钢筋混凝土屋屋面板），网网格尺寸不宜宜超过4m；有檩体系，网网格尺寸不宜宜超过6m。杆件的长度度一般在3m左右。网架厚度与结结构跨度及屋屋面荷载大小（2）支承形式（数字考的比较少、概念性的比较多eg.）周边支承或周边点支承三边支承或对边支承点支承周边支承与点支承的组合20/372.1初步设计（2）支承形式21/372.1初步设计（a）周边支承承（（b）周边点支支承周边支承（2）支承形式22/372.1初步设计（a）三边支承承（（b）对边支承承三边及对边支支承（2）支承形式23/372.1初步设计点支承周边支承与点点支承组合（3）屋面排水（（以及各个排排水方式的优优缺点）整个网架起拱拱网架变厚度（（上弦杆及腹腹杆的种类增增多）小立柱找坡24/372.1初步设计整个网架起拱小立柱找坡网架变厚度（4）容许挠度和和起拱网架结构的容容许挠度不应应超过下列数数值：L2/250（用作屋盖））或L2/300（用作楼层））。L2为网架的短向向跨度。当网架结构的的最大挠度值值不满足容许许挠度限值时时，需重新调调整结构刚度度或通过适当当起拱的方法法来解决。当当有起拱要求求时，其拱度度不得大于短短向跨度的1/300。25/372.1初步设计（1）永久荷载网架自重荷载载标准值：式中：gok—网架自重荷载载标准值（kN/m2）；qw—除网架自重（kN/m2）；

L2—网架的短向跨度（m）。屋面或楼面自重根据使用材料查《建筑结构荷载规范》（GB50009）取用，如采用夹芯板材，一般取0.30kN/m2

（含檩条）；若采用钢筋混凝土屋面板，一般取1.0~2.5kN/m2。26/372.2荷载分类（1）永久荷载吊顶材料自重重根据实际情况况选用。一般般取0.30kN/m2。设备管道自重重主要包括通风风管道、风机机、消防管道道及其他可能能存在的设备备自重，一般般可取0.30~0.60kN/m2。27/372.2荷载分类（2）可变荷载屋面或楼面活活荷载不上人屋面的的荷载标准值值为0.5kN/m2，而上人屋面面的均布荷载载标准值取2.0kN/m2。雪荷载雪荷载与屋面面活荷载不必必同时考虑，，取两者的大大值。对雪荷荷载敏感的结结构，基本雪雪压应适当提提高。风荷载积灰荷载工业厂房中采采用网架时，，应根据厂房房性质考虑积积灰荷载。积积灰荷载应与与屋面活荷载载或雪荷载中中的较大值同同时考虑。28/372.2荷载分类（2）可变荷载吊车荷载悬挂吊车：直接挂在网网架下弦节点点上，对网架架产生吊车竖竖向荷载和水水平荷载；桥式吊车：在吊车梁上上行走，通过过柱子对网架架产生吊车水水平荷载。（3）作用温度作用地震作用29/372.2荷载分类最不利荷载进进行组合：无吊车荷载和和风荷载、地地震作用时，，网架应考虑虑以下荷载组组合：（1）永久荷裁+可变荷载；（2）永久荷载+半跨可变荷载载；（3）网架自重+半跨屋面板自自重+施工荷载。后两种荷载组组合主要考虑虑斜腹杆的变变号。当采用用轻屋面（如如压型钢板））或屋面板对对称铺设时，，可不计算。。30/372.2荷载组合（1）杆件材料和和截面形式常采用钢材或或铝合金材料料。钢材的品品种主要有低低碳钢（如Q235）、低合金钢钢（如Q345）和不锈钢（（0Cr18Ni9）等。31/372.3杆件设计

（a）圆管（b）方管（c）角钢（d）H型钢杆件截面形式（2）杆件的计算算长度和容许许长细比32/372.3杆件设计杆件计算长度度系数连接形式弦杆腹杆支座腹杆其他腹杆板节点1.01.00.8焊接球节点0.90.90.8螺栓节点1.01.01.0（2）杆件的计算算长度和容许许长细比①受压杆件[]≤180②受拉杆件一般杆件[]≤300支座附近杆件件[]≤250直接承受动力力荷载杆件[]≤250压杆：防止止杆件件过于于细长长易产产生初初弯曲曲，降降低杆杆件承承载力力；拉杆：保证证杆件件在制制作、、运输输、安安装和和使用用过程程中有有一定定的刚刚度。。33/372.3杆件设设计（3）杆件件设计计原则则每个网网架所所选杆杆件规规格不不宜太太多，，一般般较小小跨度度网架架以2～3宜选用厚度较薄截面，可获得较大的回转半径，对杆件受压有利。应选用市场能供应的规格，常用的杆件钢管规格有ϕ48×3.5，ϕ60×3.5，ϕ75.5×3.75，ϕ89×4，ϕ14×4，ϕ108×6，ϕ133×8，ϕ159×10，ϕ168×12，ϕ180×14等。钢管出厂一般都有负公差，选择截面时应适当留有余量。网架杆件的最小截面尺寸不宜小于48×2或∟50×3。

34/372.3杆件设设计（3）杆件件设计计原则则轴心拉拉力：：轴心压压力：：35/372.3杆件设设计有一道道计算算题——验算承承载力力——例题（（书P47）（1）节点点应该该满足足的要要求受力合合理、、传力力明确确，安安全可可靠；保证汇汇交杆杆件交交于一一点．．不产产生附附加弯弯矩；；构造简简单，，制作作简便便，安安装方方便；；耗钢量量少，，造价价低廉廉。（2）节点点类型型按节点点连接接方式式划分分：①焊接接连接接、②②螺栓栓连接接。按节点点的构构造划划分①十字字交叉叉钢板板节点点、②②焊接接空心心球节节点、、③③螺栓栓球节节点、、④④直直接汇汇交节节点、、⑤⑤焊接接钢管管节点点。36/372.4节点设设计37/372.4节点设设计十字交叉钢板节点焊接空心球节点螺栓球节点38/372.4节点设设计直接汇汇交节节点焊接钢钢管节节点39/372.4节点设设计（a）不加加肋空空心球球（b）加肋肋空心心球焊接空空心球球节点点适用于于圆钢钢管连连接，，构造造简单单、传传力明明确、、连接接方便便；但但节点点用钢钢量较较大，，且现现场焊焊接工工作量量大，，焊缝缝质量量要求求高。。40/372.4节点设设计焊接空空心球球破坏坏形式式（a）受拉拉破坏坏（强强度破破坏））（（b）受压压破坏坏（失失稳破破坏））空心球球破坏坏形态态示意意图41/372.4节点设设计（1）焊接接空心心球节节点：：承载载力满满不满满足要要求《网架架结构构设计计与施施工规规程》》（JGJ7-91）中规规定：：Nt——受受拉空空心球球的轴轴向拉拉力设设计值值（N）ηt——不不加肋肋时取取1.0，，加肋肋时取取1.1；Nc——受压空空心球球的轴轴向压压力设设计值值（N）；ηc——不不加肋肋时取取1.0，，加肋肋时取取1.4；D—空心心球外外径（（mm）；；t—空心心球壁壁厚（（mm）；；d—与空空心球球相连连的主主钢管管杆件件的外外径（（mm）；；f—钢钢材材的的抗抗拉拉强强度度设设计计值值（（N/mm2）。。空心球直径：120mm~500mm42/372.4节点点设设计计（1）焊焊接接空空心心球球节节点点《天津津市市空空间间网网格格结结构构技技术术规规程程》（DB29-140-2005）：：Nt———受拉拉空空心心球球的的轴轴向向拉拉力力设设计计值值（（N）；；ηt———不加加肋肋时时取取1.0，加加肋肋时时取取1.1；Nc———受压压空空心心球球的的轴轴向向压压力力设设计计值值（（N）；；ηc———不加加肋肋时时取取1.0，加加肋肋时时取取1.4；D—空心心球球外外径径（（mm）；；t—空心心球球壁壁厚厚（（mm）；；d—与空空心心球球相相连连的的主主钢钢管管杆杆件件的的外外径径（（mm）；；f—钢材材的的抗抗拉拉强强度度设设计计值值（（N/mm2）。。空心心球球直直径径：：120mm~900mm43/372.4节点点设设计计（1）焊焊接接空空心心球球节节点点《空间间网网格格结结构构技技术术规规程程》（JGJ7-2010）：：η0—大直直径径空空心心球球节节点点承承载载力力调调整整系系数数，，当当空空心心球球直直径径≤≤500mm，η0=1.0；当当空空心心球球直直接接＞＞500mm时，，η0=0.9；D—空心心球球外外径径（（mm）；；t—空心心球球壁壁厚厚（（mm）；；d—与空空心心球球相相连连的的主主钢钢管管杆杆件件的的外外径径（（mm）；；f—钢材的抗拉强强度设计值（（N/mm2）。空心球直径：：120mm~900mm44/372.4节点设计空心球构造要要求a.空心球外径D汇交钢管构造造图45/372.4节点设计空心球构造要要求b.空心球壁厚空心球外径（（D）与其壁厚（（t）的比值，一一般可取25～45。空心球壁厚厚与钢管最大大壁厚的比值值一般取1.2～2.0，空心球壁厚厚一般不宜小于4mm。c.空心球加劲肋肋空心球外径等等于或大于300mm且杆件内力较较大需要提高高承载能力时时，球内可加设设肋板，其厚度不应小于于球壁厚。内力较大的的杆件应位于于肋板平面内内。d.空心球外径与与钢管外径根据构造要求求，空心球外径一一般取钢管外外径的2倍以上。46/372.4节点设计允许部分腹杆杆与腹杆或腹腹杆与弦杆相相汇交。汇交杆件的轴轴线必须通过过空心球形心心，汇交两杆杆中截面积大大的杆件必须须全截面焊在在球上。当两杆截面面面积相等时，，取拉杆称为为主杆另一杆坡口焊焊在主杆上，，但必须保证证有3/4截面焊在球上上。如果汇交杆件件受力较大，，可设置加劲劲肋47/372.4节点设计球管连接焊缝缝钢管杆件与空空心球的连接接，钢管应开开坡口，在钢钢管与空心球球之间应留有有一定缝隙予予以焊透，以以实现焊缝与与钢管等强。。钢管加套管的的连接套管壁厚不应应小于3mm，长度可为30～50mm。48/372.4节点设计球管连接焊缝缝钢管不加套管管的连接49/372.4节点设计球管连接焊缝缝hf尚应满足下列列规定：当钢管壁厚tc≤4mm，1.5tc≥hftc；当钢管壁厚tc4mm，1.2tc≥hftc。角焊缝示意图图若不满足上述述要求，则钢钢管与球面连连接焊缝应按按斜角角焊缝缝计算。50/372.4节点设计（2）螺栓球节点点螺栓球连接节节点图示51/372.4节点设计节点的构造原理第①步：将置置有螺栓的锥锥头或封板焊焊在钢管杆件件的两端。第②步：伸出出锥头或封板板的螺杆上套套有长形六角角套筒。第③步：通过销子或紧紧固螺钉带动动螺栓转动，，从而使螺栓栓旋入球体，，直至螺栓头头与封板或锥锥头贴紧为止止。第④步：各汇交杆件均均按此连接后后即形成节点点。螺栓拧紧紧程度靠销子子或螺钉来控控制。52/372.4节点设计节点的传力路路线当杆件受拉时时，其传力路路线为：（套筒不受力力）拉力→钢管→锥头或封板→螺栓→钢球当杆件受压时时，其传力路路线为：压力→钢管→锥头或封板→套筒→钢球（螺栓不受力，，压力通过零零件之间接触触面来传递。。销子或紧固固螺钉仅在安安装过程中发发挥作用，检查螺栓伸入入球体长度是是否到位，当当安装完毕后后，它的作用用也终止。））53/372.4节点设计零件名称推荐材料材料标准编号备注钢球45钢《优质碳素结构钢》GB/T699毛坯钢球锻造成型锥头或封板Q235B钢

《碳素结构钢》GB/T700钢号宜与杆件一致Q345钢《低合金高强度结构钢》GB/T1591套筒Q235B钢GB/T700套筒内孔径为13~34mmQ345钢GB/T1591套筒内孔径为37~65mm45号钢GB/T699高强度螺栓20MnTiB，40Cr，35CrMo《合金结构钢》（GB/T3077）螺纹规格M12~M2435VB，40Cr，35CrMo螺纹规格M27~M3635CrMo，40Cr螺纹规格M39~M64紧固螺钉20MnTiB《合金结构钢》（GB/T3077）螺钉直径宜尽量小40Cr螺栓球节点零零件材料54/372.4节点设计螺栓球节点点的设计a.高强螺栓设设计受拉承载力力设计值ftb—高强度螺栓栓经热处理理后的受拉拉强度设计计值，对10.9S，取430MPa，对9.8S，取385MPa；Aeff—高强度螺栓栓的有效截截面面积，，当螺栓上上钻有键槽槽或钻孔时时，取螺纹纹处或键槽槽、钻孔处处二者中的的较小值。。55/372.4节点设计钢球的设计计钢球按其加加工成型方方法可分为为锻压球和铸钢球两种。（原理）钢球的大小小取决于螺栓的直径径、相邻杆件的的夹角和螺栓伸入球球体的长度度等因素，同时时要求伸入球球体的相邻邻两个螺栓栓不相碰。另外还应应保证相邻两根杆杆件的套筒筒不相碰。56/372.4节点设计钢球的设计计钢球的有关关参数螺栓不相碰碰—套筒外接接圆直径与与螺栓直径径之比一般般取1.8。此外<30。57/372.4节点设计钢球的设计计钢球的切削削面套筒不相碰—套筒外接接圆直径与与螺栓直径径之比一般般取1.8。此外<30。58/372.4节点设计钢球的设计计≤30。虽然能保证证相邻两个个套筒不相相碰，但不不能保证相相邻两根杆杆件（采用用圆钢管和和封板）不不相碰。59/372.4节点设计套筒的设计计套筒是六角角形的无纹纹螺母，主要用以拧紧螺螺栓和传递递杆件轴向向压力。设计时其其外形尺寸寸应符合扳手开口尺尺寸系列，端部应保保持平整。。套筒内孔孔径一般比螺栓直径径大1mm。滑槽宽度一一般比销钉钉直径大1.5~2mm。套筒端到到开槽端（（或钉孔端端）距离应应不小于1.5倍开槽的宽宽度或6mm。（a）设设滑槽（（b）设设螺孔套筒的几何何尺寸60/372.4节点设计销子或螺钉钉销子或螺钉钉是套筒和和螺栓联系系的媒介，在旋转套套筒时通过过它推动螺螺栓伸入钢钢球内。在旋转套筒筒过程中，，销子和螺螺钉承受剪剪力，剪力力大小与螺螺栓伸入钢钢球的摩阻阻力有关。。为减少销孔孔对螺栓有有效截面的的削弱，销销子或螺钉钉直径尽可可能小些，，宜采用高高强钢制作作，其销子直径一一般取螺栓栓直径的1/8~1/7倍，不宜小小于3mm，也不宜大大于8mm。采用螺钉的直径径为螺栓直直径的1/5~1/3倍，不宜小小于4mm，也不宜大大于10mm。61/372.4节点设计封板与锥头头封板和锥锥头承受受杆件传传来的拉拉力和压压力。当杆件管管径大于于或等于于76mm时，宜采采用锥头头连接；当杆件管管径小于于76mm时，可采采用封板板连接。。锥头任何何截面上上的强度度应与连连接钢管管等强。。封板或或锥头与与杆件连接焊缝缝宽度可可根据连连接钢管管壁厚取取2～5mm。（a）锥头与钢管连接（b）封板与钢管连接杆件端部连接焊缝62/372.4节点设计计封板与锥锥头锥头的承承载力主主要与锥顶厚厚度、连连接杆件件外径、、锥头斜斜率等有关，提提出当钢钢管直径径为75～219mm时，锥头头材料采采用Q235，锥头受受拉承载载力设计计值可按按下式验验算：锥头锥头斜率率63/372.4节点设计计（3）支座节节点支座节点点的形式式及其适适用范围围支座节点点传递的的支承反反力：压压力支座座节点、、拉力支支座节点点a.压力支座座节点（（形式））平板压力力支座单面弧形形压力支支座双面弧形形压力支支座球铰压力力支座板式橡胶胶支座64/372.4节点设计计（a）不带带过渡板板（（b）带过过渡板平板压力力支座具有构造简单单、加工工方便、、用钢量量省等优点，是是目前中中小跨度度网架中中应用最最多的一一种支座座形式。。它具有支承底板板与结构构支承面面间的应应力分布布不均匀匀及精度度不高等等缺点。65/372.4节点设计计（a）2个锚栓连连接（（b）4个锚拴连连接单面弧形形压力支支座使支承底底板下的的反力分分布比较较均匀，，但摩擦擦力仍较较大。为使支座座转动灵灵活，当当采用两个个锚栓时时，可将将它们置置于弧形形支座板板的中心心线上；当支座反力力较大，，支座节节点体量量较大，，而需设设四个锚锚栓时，可将将它们置置于支座座底板的的四角，，并在锚锚栓上部部加设弹簧，以调节节支座在在弧面上上的转动动。为防止弹弹簧锈蚀蚀，应加加弹簧盒予以保护。。弥补平板压压力支座节节点不能转转动的缺陷陷。66/372.4节点设计（a）侧视图图（（b）正视图图双面弧形压压力支座构造较复杂杂、加工麻麻烦、造价价较高，且且只能沿一一个方向转转动，也不不利于抗震震要求。上海体育馆馆等工程的的网架曾采采用过这种种形式的节节点。它适适用于跨度大，且且下部支承承结构刚度度较大或温温度变化较较大、要求求支座节点点既能转动动又有一定定侧移的网网架。可随铸钢块块上、下弧弧面转动并并能沿上弧弧面作一定定的侧移。。不动圆柱铰支承的约束条件67/372.4节点设计球铰压力支支座由一个置于支支承面上的的凸形实心心半球与一一个连于节节点支承底底板的凹形形半球相互互嵌合，并以锚栓锚栓螺母下设有弹簧，以适应节点的转动。使支座节点沿两个水平方向自由转动，而不产生线位移。它既能较好地承受水平力，又能自由转动，比较符合不动球铰支承的约束条件，且有利于抗震，但构造较复杂。适用于四点支承及多点支承网架。68/372.4节点设计（a）侧视视图（b））橡胶垫做做法橡胶支座不出现过大大竖向压缩缩变形，有有足够的承承载能力，，可产生较大的的剪切变位位。适应网架支支座节点的的转动要求求，又能适适应由于温温度变化、、地震作用用所产生的的水平变位位。减小或消除除温度应力力、减轻地地震作用的的影响以及及改善下部部支承结构构的受力状状态都是有利的的。构造简单、、安装方便便、节省钢钢材、造价价较低等优优点。橡胶虽有有老化问题题，但防护护处理得当当也可使用用相当长的的年限。支承底板与与支承面顶顶板间设置置一块由多多层橡胶片片与薄钢板板粘合、压压制。69/372.4节点设计70/372.4节点设计b.拉力支支座节点平板拉力支支座节点和和单面弧形形拉力支座座节点。利利用连接支支座节点与与下部支承承结构的锚栓来传递拉力力。单面弧形拉力支座当支座拉力力较大，且且对支座节节点有转动动要求时，，可在单面面弧形压力力支座节点点的基础上上构成拉力力支座节点点。锚栓拉力较较大时，应应设置锚栓栓承力架，，即在锚栓附近的的节点板上上加设适当当的水平钢钢板和竖向向加劲肋。它主要适适用于大、、中跨度的的网架。71/372.4节点设计支座节点设设计a.平板支支座节点设设计①底板尺寸寸及厚度R——网架全全部荷载在在支座引起起的反力设设计值；fc——混凝土土轴心抗压压强度设计计值；c——混凝土土强度影响响系数，当当混凝土强强度等级不不超过C50时取1.0，当当混凝土强强度等级为为C80时时取0.8，其间按按线性内插插法确定；；1——混凝土土局部受压压时的强度度提高系数数；A0——锚栓孔孔面积，按按实际开孔孔形状计算算。底板宽度不不宜小于200mm，底板板长度可与与宽度相同同或稍长。。72/372.4节点设计t应满足底板板在支承反反力作用下下的抗弯要要求（不得得小于16-20mm）：Mb——支座底底板弯矩计计算值。其中73/372.4节点设计②十字节点板板及其连接的的计算（a）屈曲前前（（b）屈曲后后十字节点板的的受压屈曲十字节节点板板的高高度取取决于于板间竖竖向焊焊缝长长度。竖向向焊缝缝承受受板底底支承承压74/372.4节点设设计③十字字节点点板与与底板板间的的连接接焊缝缝计算算式中∑lw——十十字节节点板板与底底板间间连接接焊缝缝的总总计算算长度度。④锚栓栓及弹弹簧的的计算算锚栓直直径一一般为为20~36mm。锚栓栓个数数一般般为2~4个。支座座底板板上的的锚栓栓孔径径宜取取锚栓栓直径径2~2.5倍，通常常采用用40~60mm，也可可采用用椭圆圆孔。。75/372.4节点设设计（a）两个锚栓（不居中）（b）两个锚栓（居中）（c）四个锚栓锚栓设置方式弹簧可可根据据普通圆圆柱螺螺旋弹弹簧尺尺寸参参数系列中中给出出的弹簧钢钢丝直直径、、弹簧簧平均均直径径、有有效工工作圈圈数及及自由由高度度按构构造要要求选用。。76/372.4节点设设计b.弧弧形支支座设设计弧形支支座板板计算算简图图77/372.4节点设设计①弧形形支座座板的的平面面尺寸寸必须须满足足局部承承压的的强度度条件件。②确定定弧形形支座座板厚厚度时时，考考虑到到节点点的支支座底底板与与弧形形支座座板间间接近近于线线接触触，按按双悬臂臂梁来计算算弧形形支座座板中中央截截面的的弯矩矩。78/372.4节点设设计③弧形形支座座板与与支座座底板板间的的接触应应力可可按赫赫兹公公式计计算，其强强度条条件为为flb——铸钢或或钢材材自由由接触触时的的局部部受压压强度度设计计值。。假想截面2rb上的局部挤压强度设计值，如其值取为铸钢或钢材抗压强度设计值f的4％。79/372.4节点设设计c.球球铰支支座的的设计计在球铰铰支座座中，，当下下支座座板的的凸球球与上上支座座板的的凹球球二者者曲率率半径径基本本相同同时，，他们们之间间呈面面接触触，随随着上上半球球体的的转动动而产产生滑滑动摩摩擦，，接触触处的的承压压力可可按有有滑动动的面面接触触来计计算。。当二者者曲率率半径径不同同时，，则呈呈局部部接触触，借借助于于滚动动作用用而转转动，，摩擦擦较少少，可可按赫赫兹公公式计计算。。此时时最大大接触触应力力球铰支支座板板内容1、网架架结构构的分分类2、网架架结构构设计计3、网架架结构构计算算分析析方法法4、网架架结构构的抗抗震分分析81/373.1基本假假定及及分析析方法法（1）基本本假定定①节点点为铰铰接，，杆件件只承承受轴轴向力力，忽忽略节节点刚刚度的的影响响。②按小小挠度度理论论计算算，不不考虑虑节点点大位位移的的影响响。③按弹弹性方方法分分析，，不允允许杆杆件进进入塑塑性。。（2）分析析方法法有限元元法空间桁桁架位位移法法，它它是以以网架节节点的三个个线位位移为为未知知量，，所有有杆件件为承承受轴轴向力力的铰铰接杆杆系有有限元元法。。简化分分析方方法①交叉叉梁系系差分分法（跨度度40m以下，，平面面桁架架系网网架或或正放放四角角锥网网架））②拟夹夹层板板法（（跨度度在40m以下，，由平平面桁桁架系系或角角锥体体组成成的网网架计计算，，此法法可考考虑剪剪切变变形和和刚度度变化化的影影响））。③假想想弯矩矩法（（斜放放四角角锥网网架和和棋盘盘形四四角锥锥网架架的计计算。。）82/373.2有限元元法-单元刚刚度矩矩阵正放四角锥网架（1）杆件件局部部坐标标系单单刚矩矩阵轴向力力Nij、Nji与位移移的关关系：：杆件局局部坐坐标系系单刚刚矩阵阵ij杆的力力和位位移83/373.1有限元元法-单元刚刚度矩矩阵（2）坐标标转换换i点上Nij在x，y，z轴上的的分力力Fxi，Fyi，Fzi的表表达达式式为为同样样轴向向力力的的分分力力84/373.2有限限元元法法-单元元刚刚度度矩矩阵阵坐标标转转换换矩矩阵阵杆端端位位移移列列矩矩阵阵85/373.2有限限元元法法-单元元刚刚度度矩矩阵阵（3）杆杆件件长长度度和和夹夹角角ij杆与与坐坐标标轴轴夹夹角角的的方方向向余余弦弦节点点坐坐标标86/373.2有限限元元法法-单元元刚刚度度矩矩阵阵（4）杆杆件件整整体体坐坐标标系系的的单单刚刚矩矩阵阵

杆件ij

由于j端，i端发生单位位移在i端、j端产生的内力。

杆件ij

由于i端，j端发生单位位移在i端、j端产生的内力。87/373.3有限限元元法法-结构构总总刚刚矩矩阵阵建立立总总刚刚矩矩阵阵时时，，应应满满足足变形形协协调调条条件件和节点点内内外外力力平平衡衡条条件件。将单刚刚矩矩阵阵的的子子矩矩阵阵以以行行列列编编号号（（即即节节点点号号）），，对对号号入入座座形形成成总总刚刚度度矩矩阵阵。作用用在在i节点点上上的的外外荷荷载载根据据变变形形协协调调条条件件，，连连接接在在同同一一节节点点i上的的所所有有杆杆件件的的i端位位移移都都相相等等。。节点点的的外外力力88/373.3有限限元元法法-结构构总总刚刚矩矩阵阵写出出各各杆杆件件在在i端的的内内力力与与位位移移关关系系c————汇交交于于i点的的杆杆件件数数。。89/373.3有限限元元法法-结构构总总刚刚矩矩阵阵总刚刚度度矩矩阵阵中中i行的的元元素素90/373.3有限限元元法法-结构构总总刚刚矩矩阵阵结构构总总刚刚度度矩矩阵阵具具有有以以下下特特点点：：①矩阵阵具具有有对对称称性性②矩阵阵具具有有稀稀疏疏性性网架架的的矩矩阵阵方方程程中中，，除主主对对角角元元及及其其附附近近元元素素为为非非零零元元素素外外，，其其他他均均为为零零元元素素，，零零元元素素与与求求解解方方程程无无关关。因因此此，，在在建建立立矩矩阵阵各各元元素素时时，，可可将将零零元元素素取取消消，，将将二二维维数数组组改改为为变变带带宽宽一一维维数数组组存存放放，，这这样样可可大大大大节节约约计计算算机机容容量量。。91/373.4有限元法-边界条件（1）各种支承承情况的边边界条件①周边支承承网架平面图图及立面图图计算简图92/373.4有限元法-边界条件梁和柱的竖竖向刚度很很大，忽略略梁的竖向向变形和柱柱子轴向变变形，因此此网架支座竖竖向位移为为零。在网架支座座的径向（（a点y向，c点x向）应将下部部结构作为为网架结构构随弹性约约束，柱子子水平位移移方向的等等效弹簧系系数Ez，Iz，Hz为支承柱的的材料弹性性模量、截截面惯性矩矩和柱子长长度。在网网架支座的的切向，考虑周边边杆件共同同工作，认认为是自由由的。93/373.4有限元法-边界条件（1）各种支承承情况的边边界条件①周边支承承②点支承点支承是指指网架搁置置在独立柱柱子上，柱柱子与其他他结构无联联系。点支承的网网架水平x向：水平y向：竖向为固定定约束。94/373.4有限元法-边界条件（2）处理方法法①支座某方方向固定采用划行划列方法，即在在总刚度矩矩阵中，将将位移等于零的行行号和列号号划去，使使总刚矩阵阵阶数减少少，但也带带来总刚度度矩阵元素素地址的变变动。例：i点z方向位移为为零，将c行（c=3*（i-1）+3）和c列去掉。采用充大数数方法，即即在c行对角元素素充大数R=108~1012。95/373.4有限元法-边界条件②支座某方方向弹性约约束支座某方向向弹性约束束是指沿某某方向（该该方向平行行于结构坐坐标系）设设有弹性支支承Kz，在总刚度度矩阵对角角元素的相相应位置上上加Kz。96/373.4有限元法-边界条件③支座沉降降的处理设支座i节点发生竖竖向沉降，即i=，则在对应行号c=3×（i-1）+3充大数R，并将行右右端项Pzi改为R*。97/373.4有限元法-边界条件④斜边界处处理斜边界是指指沿着与整整体坐标系系斜交的方方向有约束束的边界。。在网架结结构中结构构平面为圆圆形、三边边形或其他他任意多边边形，都会会存在斜边边界。在结结构的对称称性利用中中，也存在在对称面上上是斜边界界。（a）结构平面面为图形（（b）对称性性利用98/373.4有限元法-边界条件④斜边界处处理（a）附加杆杆件（（b）位移变换换斜边界处理99/373.5网架结构的温温度应力网架结构是超静定结构，，在均匀温度度场变化下。。由于杆件不不能自由热胀胀冷缩，杆件件会产生应力力，这种应力称称为网架的温温度应力。温度场变化范范围是指施工安装完完毕（网架支支座与下部结结构连接固定定牢固）时的的气温与当地地常年最高或或最低气温之之差。工厂车间生产产过程中引起起的温度场变变化，也是网网架设计中应应加以考虑的的，这可由工工艺提出。目前，温度应应力的计算方方法有采用空间杆系有限限元法的精确确计算方法和和把网架简化化为平面构架架的近似分析析法。100/373.5网架结构的温温度应力1）精确计算法——空间杆系有限限元法首先将网架各各节点加以约约束，求出因温度变化而而引起的的杆杆件固端内力力和各节点的的不平衡力；然后取消约约束，将节点点不平衡力反反向作用在节节点上，用空空间杆系有限限元法求出节点不平衡力力引起的杆件件内力；最后将杆件固端内内力与由节点点不平衡力引引起的杆件内内力叠加，即求得网架架的杆件温度度应力。（1）温度变化引引起的杆件固固端内力杆端节点力101/373.5网架结构的温温度应力（2）节点不平衡衡力引起的杆杆件内力设与i节点相连的杆杆件有m根，则固定端端节点力引起起的i节点不平衡力力的公式为：：求得网架其余余节点上的不不平衡力，将将各节点不平平衡力反向作作用于对应节节点上，建立立由节点不平平衡力引起的的结构总刚矩矩阵方程，并并考虑边界条条件的影响，，求出由节点点不平衡力引引起的杆件内内力。102/373.5网架结构的温温度应力（3）网架杆件的的温度应力杆件固端内力力节点不平衡力力103/373.5网架结构的温温度应力2）简化计算适用于周边简支的各种网架结结构。把空间网架简简化为平面构架来分析。在网架杆件中中，将与支承结构构相连的弦杆杆组成的平面面称为支承平平面弦杆，其其他杆件称为为非支承平面面杆件。支承平面弦杆杆的温度应力力受支座约束束的影响最显显著，其温度度应力也最大大，非支承平平面杆件受支支座约束影响响较小。（a）下弦支承（b）上弦支承网架的支承平平面104/373.5网架结构的温温度应力3）网架不考虑虑温度应力的的条件网架的温度应应力计算分为为中间区域和和边缘区域。。网架中间区域支承承平面弦杆的的温度应力大大小，作为是否考考虑温度应力力的依据。各种形式网架架支承平面弦弦杆中间区域域的温度应力力：——系数，支承平平面弦杆为正正交正放时=1.0，正交斜放时时，=√2，三向时，=2.0。Am——支承平面弦杆杆截面面积的的算术平均值值。105/373.5网架结构的温温度应力3）网架不考虑虑温度应力的的条件计算的温度应应力小于钢材材强度设计值值5％时，可不必必考虑温度应应力u表示柱子在单单位力作用下下的柱顶位移移，则106/373.5网架结构的温温度应力3）网架不考虑虑温度应力的的条件《空间网格结构构技术规程》（JGJ7）中规定，当当网架结构符符合下列条件件之一者，可可不考虑由于于温度变化而而引起的内力力。①支座节点的构构造允许网架架侧移时，其其侧移值应等等于或大于相相应公式的计计算值。②当周边支承的的网架，且网网架验算方向向跨度小于40m时，支承结构构为独立柱或或砖壁柱。③在单位力作用用下，柱顶位位移大于或等等于相应公式式的计算值。。内容1、网架结构的的分类2、网网架架结结构构设设计计3、网网架架结结构构计计算算分分析析方方法法4、网网架架结结构构的的抗抗震震分分析析108/374.1概述述分析析方方法法：：振型型分分解解反反应应谱谱法法，，时时程程分分析析法法。其基基本本假假定定为为：：①结结构构是是可可以以离离散散为为多多个个集集中中质质量量的的弹弹性性体体系系；；②结结构构振振动动属属于于微微幅幅振振动动，，振振动动变变形形很很小小，，属属小小变变形形范范畴畴；；③振振动动时时地地基基的的各各部部分分做做同同一一运运动动，，忽忽略略地地面面运运动动相相位位差差的的影影响响；；④结结构构的的阻阻尼尼很很小小，，可可以以忽忽略略各各振振型型之之间间的的耦耦联联影影响响。。109/374.2网架架结结构构的的自自振振特特性性①频谱谱相相当当密密集集。网网架架结结构构频频率率密密集集这这个个特特点点尤尤其其在在低低频频阶阶段段更更为为显显著著。。因因此此，，在在网网架架结结构构抗抗震震计计算算中中选选择择合合适适的的截截断断频频率率格格外外重重要要。。②常常用用周周边边支支承承网网架架结结构构的的基基频频一一般般约约在1.5~3.5Hz之间间，即即基基本本周周期期约约在在0.3至0.7s左右右。。网网架架的的第第二二个个自自振振周周期期约约为为0.1～0.35s，而第三个个自振周期期约0.1～0.3s。③网架结构的的基频或基基本周期与与结构的短短向跨度大大小有关，跨度越大大则基频越越小，也就就是基本周周期越大，，这也意味味着结构因因跨度增大大而变“柔柔”。网架架结构的基基频或基本本周期与结结构的长向向跨度的大大小也有关关，但改变变的幅度不不大。然而而除基本周周期外其他他各模态的的周期随网网架长向跨跨度的增加加会有所增增长。110/374.2网架结构的的自振特性性④振型可以分分为水平振振型及竖向向振型两类类。振型类型型与网架边边界的约束束条件很有有关系。当当边界的水水平约束较较强时，网网架结构的的前几个振振型皆为竖竖向振型，，亦即振型型的竖向分分量绝对大大于水平分分量。⑤各种不同类类型网架的的竖向振型型曲面基本本上相似。⑥不同类型但但具有相同同跨度的网网架基本周周期比较接接近。⑦边界约束的的强弱对网网架结构基基本周期略略有影响，而对其他他各自振周周期影响不不大。⑧荷载（附加加质量）的的大小对网网架结构的的基本周期期略有影响响。荷载越越大，自振振周期也越越大。111/37网架类型尺寸（m）高度（m）T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10正交正放24×242.30.3290.1170.1130.0900.0840.0830.0750.0740.0720.06724×362.30.3700.1620.1350.1110.1060.1000.0970.0950.0910.08624×482.60.3550.2560.1860.1790.1770.1380.1260.1090.0980.09136×363.10.4700.1740.1630.1310.1120.1110.1040.1020.0970.09336×543.60.4750.2190.1950.1730.1470.1440.1400.1370.1280.12436×723.60.4800.3600.2620.2580.2490.2440.2390.1680.1840.14048×484.00.5660.2550.1990.1760.1560.1550.1550.1440.1250.11148×724.20.5890.2940.2690.2580.2230.1930.1770.1760.1730.17160×605.10.6460.2380.2350.2290.2130.1760.1710.1690.1470.14472×726.00.7180.2950.2910.2620.2360.2040.2000.1910.1850.185正放四角锥36×363.00.4120.2010.1890.1720.1660.1420.1170.1110.1030.10048×484.00.5050.2550.2310.2190.1960.1770.1630.1480.1380.12760×605.10.600.3080.2800.2790.2370.2330.2160.1710.1600.15224×242.30.3270.0920.0860.0680.0680.0670.0600.0600.0560.05624×362.30.3500.1470.0990.0860.0800.0780.0760.0670.0650.06336×363.10.4440.1230.1200.0950.0900.0860.0790.0770.0730.07236×483.60.4550.2100.1490.1280.1140.1090.1030.0990.0930.08948×484.00.5500.1530.1490.1210.1160.1110.1080.0930.0900.08960×605.10.6300.1860.1750.1510.1420.1360.1250.1180.1120.108斜放四角锥36×363.00.4350.1830.1610.1510.1330.1140.1070.1060.1000.09248×484.00.5230.2080.1890.1610.1470.1340.1290.1260.1180.11560×605.10．6100.2510.2250.1890.1770.1590.1520.1520.1410.140正方抽空四角锥36×363.10.4720.1500.1470.1120.1070.0950.0870.0910.0920.09248×724.00.6010.3150.2010.1800.1760.1630.1510.1390.1330.127星形四角锥37×382.10.5390.1680.1610.1140.1010.0870.0810.0760.0740.06948×484.00.5170.1810.1710.1570.1160.1110.1090.1050.1020.095不同类型网网架的自振振周期（（s）112/374.2网架结构的的自振特性性荷载（质量量）改变对对周期的影影响（（s）周期荷载T1T2T3T4T5T6T7T8T9T101.5kN/m20.4440.1550.1470.1170.0980.0980.0940.0950.08820.08662.0kN/m20.470.1730.1630.1310.1120.1110.1040.1020.09690.09332.5kN/m20.4760.1670.150.130.1230.1210.1090.1040.1010.099边界条件对对网架自振振周期的影影响（（s）水平边界约束T1T2T3T4T5自由0.46950.17350.16270.13130.1116固定0.40370.17610.16390.13520.103113/374.3网架结构的的竖向地震震作用在单维地震震作用下，，对空间网网格结构进进行多遇地地震作用下下的效应计计算时，可可采用振型分解反反应谱法；对于体型型复杂或重重要的大跨跨度结构，，应采用时程分析法法进行补充充计算。网架结构的的前几阶振振型中竖向向振型是主主要的。因因此，应主主要考虑竖向地震作作用。在设防烈度度为6度或7度的地区，，在竖向地地震作用或或水平地震震作用下，，网架的地地震内力和和位移均不不显著。因因此，可不进行竖竖向抗震验验算和水平平抗震验算算。对于用作屋屋盖结构的的网架结构构，在抗震震设防烈度度为8度的地区，，对于周边边支承的中中小跨度网网架结构应应进行竖向向抗震验算算，对于其其他网架结结构均应进进行竖向和和水平抗震震验算。114/374.3网架结构的的竖向地震震作用在抗震设防防烈度为9度的地区，，对于各