大跨空间结构网架结构天津大学

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）四角锥体系11/371.2分类正放抽空四角锥网架网架的杆件数量少少（腹杆总数为正正放四角锥网架腹腹杆总数的3/4左右，下弦杆减少少1/2左右）、构造简单单、经济效果较好好，但刚度稍弱。。（2）四角锥体系12/371.2分类

单向折线形网架在周边支承的情况况下，当长宽比较较大时，沿长方向上、下弦弦杆内力很小，而而沿短方向上、下下弦杆受力较大，处于明显的单向向受力状态，故可可取消纵向上、下弦杆，形成单向折线形形网架。（2）四角锥体系13/371.2分类斜放四角锥网架上弦杆长度等于下下弦杆长度的0.717倍。在周边支承情况下下，上弦杆受压，下弦弦杆受拉，该网架体现了长杆杆受拉、短杆受压压，因而杆件受力力合理。上弦杆长度等于下下弦杆长度的比值值？（2）四角锥体系14/371.2分类棋盘形四角锥网架在正放四角锥基础础上，除周边四角角锥不变外，中间间四角锥间隔抽空空，下弦杆呈正交斜放放，上弦杆呈正交交正放，下弦杆与边界呈呈45°夹角。上弦短下弦长，且且节点上汇交杆件件少，用钢量省，，屋面板规格单一一，空间刚度比斜放四四角锥好。（2）四角锥体系15/371.2分类星形四角锥网架两个小桁架的底边边构成网架上弦，，上弦正交斜放，各单元顶点相连连即为下弦，下弦正交正放，在两个小桁架交交汇处设有竖杆，，斜腹杆与上弦杆杆在同一平面内。。网架具有上弦短下弦长特点点，杆件受力合理理。当网架高度等于上上弦杆长度时，上上弦杆与竖杆等长长，斜腹杆与下弦弦杆等长。（3）三角锥体系16/371.2分类三角锥网架抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架架三角锥网架三角锥网架受力比比较均匀，整体抗抗扭、抗弯刚度好好，取网架高度为网格格尺寸的0.816倍，则网架的上、、下弦杆和腹杆等长。。上、下弦节点处处汇交杆件数均为为9根，节点构造类型型统一。三角锥网架一般适适用于大中跨度及及重屋盖的建筑，，当建筑平面为三三角形、六边形或或圆形时最为适宜宜。（3）三角锥体系17/371.2分类抽空三角锥网架整体刚度不如三角角锥网架，适用于于中小跨度的三角角形、六边形和圆圆形的建筑平面。。（3）三角锥体系18/371.2分类蜂窝形三角锥网架架蜂窝形三角锥网架架是改进了的由四面体和十四面体相结合的一种网格。。上弦网格为三角角形和六边形，下下弦网格为六边形形。网架的上弦杆较短短，下弦杆较长，，受力合理。每个个节点均只汇交6根杆件，节点构造造统一，用钢量省省。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（1）网架架结构构的形形式、、尺寸寸及厚厚度无檩体体系（（即钢钢丝网网水泥泥板或或带肋肋钢筋筋混凝凝土屋屋面板板），，网格格尺寸寸不宜宜超过过4m；有檩体体系，，网格格尺寸寸不宜宜超过过6m。杆件件的长长度一一般在在3m左右。。网架厚厚度与与结构构跨度度及屋屋面荷荷载大大小直直接相相关，，一般般取短短向跨跨度的的1/18~1/10。（2）支承承形式式（数数字考考的比比较少少、概概念性性的比比较多多eg.）周边支支承或或周边边点支支承三边支支承或或对边边支承承点支承承周边支支承与与点支支承的的组合合20/372.1初步设设计（2）支承承形式式21/372.1初步设设计（a）周周边支支承（（b）周周边点点支承承周边支支承（2）支承承形式式22/372.1初步设设计（a）三三边支支承（（b）对对边支支承三边及及对边边支承承（2）支承承形式式23/372.1初步设设计点支承承周边支支承与与点支支承组组合（3）屋面面排水水（以以及各各个排排水方方式的的优缺缺点））整个网网架起起拱网架变变厚度度（上上弦杆杆及腹腹杆的的种类类增多多）小立柱柱找坡坡24/372.1初步设设计整个网架起拱小立柱找坡网架变厚度（4）容许许挠度度和起起拱网架结结构的的容许许挠度度不应应超过过下列列数值值：L2/250（用作作屋盖盖）或或L2/300（用作作楼层层）。。L2为网架架的短短向跨跨度。。当网架架结构构的最最大挠挠度值值不满满足容容许挠挠度限限值时时，需需重新新调整整结构构刚度度或通通过适适当起起拱的的方法法来解解决。。当有有起拱拱要求求时，，其拱拱度不不得大大于短短向跨跨度的的1/300。25/372.1初步设设计（1）永久久荷载载网架自自重荷荷载标标准值值：式中：：gok—网架自自重荷荷载标标准值值（kN/m2）；qw—除网架架自重重以外外的屋屋面荷荷载或或楼面面荷载载的标标准值值（kN/m2）；L2—网架的的短向向跨度度（m）。屋面或或楼面面自重重根据使使用材材料查查《建筑结结构荷荷载规规范》（GB50009）取用用，如如采用用夹芯芯板材材，一一般取取0.30kN/m2（含檩檩条））；若若采用用钢筋筋混凝凝土屋屋面板板，一一般取取1.0~2.5kN/m2。26/372.2荷载分分类（1）永久久荷载载吊顶材材料自自重根据实实际情情况选选用。。一般般取0.30kN/m2。设备管管道自自重主要包包括通通风管管道、、风机机、消消防管管道及及其他他可能能存在在的设设备自自重，，一般般可取取0.30~0.60kN/m2。27/372.2荷载分分类（2）可变变荷载载屋面或或楼面面活荷荷载不上人人屋面面的荷荷载标标准值值为0.5kN/m2，而上上人屋屋面的的均布布荷载载标准准值取取2.0kN/m2。雪荷载载雪荷载载与屋屋面活活荷载载不必必同时时考虑虑，取取两者者的大大值。。对雪雪荷载载敏感感的结结构，，基本本雪压压应适适当提提高。。风荷载载积灰荷荷载工业厂厂房中中采用用网架架时，，应根根据厂厂房性性质考考虑积积灰荷荷载。。积灰灰荷载载应与与屋面面活荷荷载或或雪荷荷载中中的较较大值值同时时考虑虑。28/372.2荷载分分类（2）可变变荷载载吊车荷荷载悬挂吊吊车：直接接挂在在网架架下弦弦节点点上，，对网网架产产生吊吊车竖竖向荷荷载和和水平平荷载载；桥式吊车车：在吊车车梁上行行走，通通过柱子子对网架架产生吊吊车水平平荷载。。（3）作用温度作用用地震作用用29/372.2荷载分类类最不利荷荷载进行行组合：：无吊车荷荷载和风风荷载、、地震作作用时，，网架应应考虑以以下荷载载组合：：（1）永久荷荷裁+可变荷载载；（2）永久荷荷载+半跨可变变荷载；；（3）网架自自重+半跨屋面面板自重重+施工荷载载。后两种荷荷载组合合主要考考虑斜腹腹杆的变变号。当当采用轻轻屋面（（如压型型钢板））或屋面面板对称称铺设时时，可不不计算。。30/372.2荷载组合合（1）杆件材材料和截截面形式式常采用钢钢材或铝铝合金材材料。钢钢材的品品种主要要有低碳碳钢（如如Q235）、低合合金钢（（如Q345）和不锈锈钢（0Cr18Ni9）等。31/372.3杆件设计计

（a）圆管（b）方管（c）角钢（d）H型钢杆件截面形式（2）杆件的的计算长长度和容容许长细细比32/372.3杆件设计计杆件计算算长度系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）杆件的的计算长长度和容容许长细细比①受压杆杆件[]≤180②受拉杆件件一般杆件件[]≤300支座附近近杆件[]≤250直接承受受动力荷荷载杆件件[]≤250压杆：防止杆杆件过于于细长易易产生初初弯曲，，降低杆杆件承载载力；拉杆：保证杆杆件在制制作、运运输、安安装和使使用过程程中有一一定的刚刚度。33/372.3杆件设计计（3）杆件设设计原则则每个网架架所选杆杆件规格格不宜太太多，一一般较小小跨度网网架以2～3种规格为为宜，较较大跨度度网架以以6～7种为宜，，一般不不超过8种。宜选用厚厚度较薄薄截面，，可获得得较大的的回转半半径，对对杆件受受压有利利。应选用市市场能供供应的规规格，常常用的杆杆件钢管管规格有有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。钢管出厂厂一般都都有负公公差，选选择截面面时应适适当留有有余量。。网架杆件件的最小小截面尺尺寸不宜宜小于48×2或∟50×3。34/372.3杆件设计计（3）杆件设设计原则则轴心拉力力：轴心压力力：35/372.3杆件设计计有一道计计算题——验算承载载力——例题（书书P47）（1）节点应应该满足足的要求求受力合理理、传力力明确，，安全可可靠；保证汇交交杆件交交于一点点．不产产生附加加弯矩；；构造简单，制制作简便，安安装方便；耗钢量少，造造价低廉。（2）节点类型按节点连接方方式划分：①焊接连接、、②螺栓连接接。按节点的构造造划分①十字交叉钢钢板节点、②②焊接空心球球节点、③③螺栓球节点点、④直直接汇交节点点、⑤焊接接钢管节点。。36/372.4节点设计37/372.4节点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节点设计直接汇交节点点焊接钢管节点点39/372.4节点设计（a）不加肋空心心球（b）加肋空心球球焊接空心球节节点适用于圆钢管管连接，构造造简单、传力力明确、连接接方便；但节节点用钢量较较大，且现场场焊接工作量量大，焊缝质质量要求高。。40/372.4节点设计焊接空心球破破坏形式（a）受拉破坏（（强度破坏））（b）受压破坏（（失稳破坏））空心球破坏形形态示意图41/372.4节点设计（1）焊接空心球球节点：承载载力满不满足足要求《网架结构设设计与施工规规程》（JGJ7-91）中规定：Nt——受拉空心心球的轴向拉拉力设计值（（N）ηt——不加肋时时取1.0，，加肋时取1.1；Nc——受压空心球的的轴向压力设设计值（N）；ηc——不加肋时时取1.0，，加肋时取1.4；D—空心球外径径（mm）；；t—空心球壁厚厚（mm）；；d—与空心球相相连的主钢管管杆件的外径径（mm）；；f—钢材的抗拉拉强度设计值值（N/mm2）。空心球直径：120mm~500mm42/372.4节点设计（1）焊接空心球球节点《天津市空间网网格结构技术术规程》（DB29-140-2005）：Nt——受拉空心球的的轴向拉力设设计值（N）；ηt——不加肋时取1.0，加肋时取1.1；Nc——受压空心球的的轴向压力设设计值（N）；ηc——不加肋时取1.0，加肋时取1.4；D—空心球外径（（mm）；t—空心球壁厚（（mm）；d—与空心球相连连的主钢管杆杆件的外径（（mm）；f—钢材的抗拉强强度设计值（（N/mm2）。空心球直径：：120mm~900mm43/372.4节点设计（1）焊接空心球球节点《空间网格结构构技术规程》（JGJ7-2010）：η0—大直径空心球球节点承载力力调整系数，，当空心球直直径≤500mm，η0=1.0；当空心球直直接＞500mm时，η0=0.9；D—空心球外径（（mm）；t—空心球壁厚（（mm）；d—与空心球相连连的主钢管杆杆件的外径（（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求b.空心球壁厚空心球外径（D）与其壁厚（t）的比值，一般可可取25～45。空心球壁厚与钢钢管最大壁厚的比比值一般取1.2～2.0，空心球壁厚一般般不宜小于4mm。c.空心球加劲肋空心球外径等于或或大于300mm且杆件内力较大需需要提高承载能力力时，球内可加设肋板板，其厚度不应小于球壁壁厚。内力较大的杆件件应位于肋板平面面内。d.空心球外径与钢管管外径根据构造要求，空心球外径一般取取钢管外径的2倍以上。46/372.4节点设计允许部分腹杆与腹腹杆或腹杆与弦杆杆相汇交。汇交杆件的轴线必必须通过空心球形形心，汇交两杆中中截面积大的杆件件必须全截面焊在在球上。当两杆截面面积相相等时，取拉杆称称为主杆另一杆坡口焊在主主杆上，但必须保保证有3/4截面焊在球上。如果汇交杆件受力力较大，可设置加加劲肋47/372.4节点设计球管连接焊缝钢管杆件与空心球球的连接，钢管应应开坡口，在钢管管与空心球之间应应留有一定缝隙予予以焊透，以实现现焊缝与钢管等强强。钢管加套管的连接接套管壁厚不应小于于3mm，长度可为30～50mm。48/372.4节点设计球管连接焊缝钢管不加套管的连连接49/372.4节点设计球管连接焊缝hf尚应满足下列规定定：当钢管壁厚tc≤4mm，1.5tc≥hftc；当钢管壁厚tc4mm，1.2tc≥hftc。角焊缝示意图若不满足上述要求求，则钢管与球面面连接焊缝应按斜斜角角焊缝计算。。50/372.4节点设计（2）螺栓球节点螺栓球连接节点图图示51/372.4节点设计节点的构造原理第①步：将置有螺螺栓的锥头或封板板焊在钢管杆件的的两端。第②步：伸出锥头头或封板的螺杆上上套有长形六角套套筒。第③步：通过销子或紧固螺螺钉带动螺栓转动动，从而使螺栓旋旋入球体，直至螺螺栓头与封板或锥锥头贴紧为止。第④步：各汇交杆件均按此此连接后即形成节节点。螺栓拧紧程程度靠销子或螺钉钉来控制。52/372.4节点设计节点的传力路线当杆件受拉时，其其传力路线为：（套筒不受力）拉力→钢管→锥头或封板→螺栓→钢球当杆件受压时，其其传力路线为：压力→钢管→锥头或封板→套筒→钢球（螺栓不受力，压力力通过零件之间接接触面来传递。销销子或紧固螺钉仅仅在安装过程中发发挥作用，检查螺栓伸入球体体长度是否到位，，当安装完毕后，，它的作用也终止止。）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螺栓球节点零件材材料54/372.4节点设计螺栓球节点的设计计a.高强螺栓设计受拉承载力设计值值ftb—高强度螺栓经热处处理后的受拉强度度设计值，对10.9S，取430MPa，对9.8S，取385MPa；Aeff—高强度螺栓的有效效截面面积，当螺螺栓上钻有键槽或或钻孔时，取螺纹纹处或键槽、钻孔孔处二者中的较小小值。55/372.4节点设计钢球的设计钢球按其加工成型型方法可分为锻压球和铸钢球两种。（原理）钢球的大小取决于于螺栓的直径、相邻杆件的夹角和螺栓伸入球体的长长度等因素，同时要求伸入球体的相相邻两个螺栓不相相碰。另外还应保证相邻两根杆件的套套筒不相碰。56/372.4节点设计钢球的设计钢球的有关参数螺栓不相碰—套筒外接圆直径径与螺栓直径之比比一般取1.8。。此外<30。57/372.4节点设计钢球的设计钢球的切削面套筒不相碰—套筒外接圆直径径与螺栓直径之比比一般取1.8。。此外<30。58/372.4节点设计钢球的设计≤30。虽然能保证相邻两两个套筒不相碰，，但不能保证相邻邻两根杆件（采用用圆钢管和封板））不相碰。59/372.4节点设计套筒的设计套筒是六角形的无无纹螺母，主要用以拧紧螺栓和传传递杆件轴向压力力。设计时其外形尺尺寸应符合扳手开口尺寸系列列，端部应保持平整整。套筒内孔径一一般比螺栓直径大1mm。滑槽宽度一般比销销钉直径大1.5~2mm。套筒端到开槽端端（或钉孔端）距距离应不小于1.5倍开槽的宽度或6mm。（a）设滑槽（（b）设设螺孔套筒的几何尺寸60/372.4节点设计销子或螺钉销子或螺钉是套筒筒和螺栓联系的媒媒介，在旋转套筒时通通过它推动螺栓伸伸入钢球内。在旋转套筒过程中中，销子和螺钉承承受剪力，剪力大大小与螺栓伸入钢钢球的摩阻力有关关。为减少销孔对螺栓栓有效截面的削弱弱，销子或螺钉直直径尽可能小些，，宜采用高强钢制制作，其销子直径一般取螺螺栓直径的1/8~1/7倍，不宜小于3mm，也不宜大于8mm。采用螺钉的直径为螺栓栓直径的1/5~1/3倍，不宜小于4mm，也不宜大于10mm。61/372.4节点设计封板与锥头封板和锥头承受杆杆件传来的拉力和和压力。当杆件管径大于或或等于76mm时，宜采用锥头连连接；当杆件管径小于76mm时，可采用封板连连接。锥头任何截面上的的强度应与连接钢钢管等强。封板或或锥头与杆件连接焊缝宽度可根根据连接钢管壁厚厚取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节点设计封板与锥头锥头的承载力主要要与锥顶厚度、连接接杆件外径、锥头头斜率等有关，提出当钢管管直径为75～219mm时，锥头材料采用用Q235，锥头受拉承载力力设计值可按下式式验算：锥头锥头斜率63/372.4节点设计（3）支座节点支座节点的形式及及其适用范围支座节点传递的支支承反力：压力支支座节点、拉力支支座节点a.压力支座节点（形形式）平板压力支座单面弧形压力支座座双面弧形压力支座座球铰压力支座板式橡胶支座64/372.4节点设计（a）不带过渡板（（b）带过渡板平板压力支座具有构造简单、加工方方便、用钢量省等等优点，是目前中小小跨度网架中应用用最多的一种支座座形式。它具有支承底板与结构支支承面间的应力分分布不均匀及精度度不高等缺点。65/372.4节点设计（a）2个锚栓连接（b）4个锚拴连接单面弧形压力支座座使支承底板下的反反力分布比较均匀匀，但摩擦力仍较较大。为使支座转动灵活活，当采用两个锚栓时，，可将它们置于弧弧形支座板的中心心线上；当支座反力较大，支支座节点体量较大大，而需设四个锚锚栓时，可将它们置于于支座底板的四角角，并在锚栓上部部加设弹簧，以调节支座在弧弧面上的转动。为防止弹簧锈蚀，，应加弹簧盒予以保护。弥补平板压力支座座节点不能转动的的缺陷。66/372.4节点设计（a）侧视图（（b）正视图双面弧形压力支座座构造较复杂、加工工麻烦、造价较高高，且只能沿一个个方向转动，也不不利于抗震要求。。上海体育馆等工程程的网架曾采用过过这种形式的节点点。它适用于跨度大，且下部支支承结构刚度较大大或温度变化较大大、要求支座节点点既能转动又有一一定侧移的网架。可随铸钢块上、下下弧面转动并能沿沿上弧面作一定的的侧移。不动圆柱铰支承的约束条件67/372.4节点设计球铰压力支座由一个置于支承面上上的凸形实心半球球与一个连于节点点支承底板的凹形形半球相互嵌合，并以锚栓相连而而成。锚栓螺母下设有弹簧，以适应节点的转转动。使支座节点沿两个水水平方向自由转动动，而不产生线位位移。它既能较好好地承受水平力，，又能自由转动，，比较符合不动球球铰支承的约束条条件，且有利于抗抗震，但构造较复复杂。适用于四点支承承及多点点支承网网架。68/372.4节点设计计（a）侧侧视图（（b）橡橡胶垫做做法橡胶支座座不出现过过大竖向向压缩变变形，有有足够的的承载能能力，可可产生较大大的剪切切变位。适应网架架支座节节点的转转动要求求，又能能适应由由于温度度变化、、地震作作用所产产生的水水平变位位。减小或消消除温度度应力、、减轻地地震作用用的影响响以及改改善下部部支承结结构的受受力状态态都是有利利的。构造简单单、安装装方便、、节省钢钢材、造造价较低低等优点点。橡胶虽虽有老化化问题，，但防护护处理得得当也可可使用相相当长的的年限。。支承底板板与支承承面顶板板间设置置一块由由多层橡橡胶片与与薄钢板板粘合、、压制。。69/372.4节点设计计70/372.4节点设计计b.拉拉力支支座节节点平板拉拉力支支座节节点和和单面面弧形形拉力力支座座节点点。利利用连连接支支座节节点与与下部部支承承结构构的锚栓来传递递拉力力。单面弧形拉力支座当支座座拉力力较大大，且且对支支座节节点有有转动动要求求时，，可在在单面面弧形形压力力支座座节点点的基基础上上构成成拉力力支座座节点点。锚栓拉拉力较较大时时，应应设置置锚栓栓承力力架，，即在在锚栓附附近的的节点点板上上加设设适当当的水水平钢钢板和和竖向向加劲劲肋。它主主要适适用于于大、、中跨跨度的的网架架。71/372.4节点设设计支座节节点设设计a.平平板支支座节节点设设计①底板板尺寸寸及厚厚度R——网网架全全部荷荷载在在支座座引起起的反反力设设计值值；fc——混混凝土土轴心心抗压压强度度设计计值；；c——混混凝土土强度度影响响系数数，当当混凝凝土强强度等等级不不超过过C50时时取1.0，当当混凝凝土强强度等等级为为C80时时取0.8，其其间按按线性性内插插法确确定；；1——混混凝土土局部部受压压时的的强度度提高高系数数；A0——锚锚栓孔孔面积积，按按实际际开孔孔形状状计算算。底板宽宽度不不宜小小于200mm，，底板板长度度可与与宽度度相同同或稍稍长。。72/372.4节点设设计t应满足足底板板在支支承反反力作作用下下的抗抗弯要要求（（不得得小于于16-20mm））：Mb——支支座底底板弯弯矩计计算值值。其中73/372.4节点设设计②十字字节点点板及及其连连接的的计算算（a））屈曲曲前（（b））屈曲曲后十字节节点板板的受受压屈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74/372.4节点设设计③十式中∑

④锚栓及弹簧的计算

锚栓直径一般为20~36mm。锚栓个数一般为2~4个。支座底板上的锚栓孔径宜取锚栓直径2~2.5倍，通常采用40~60mm，也可采用椭圆孔。

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

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。。简化分析方方法①交叉梁系系差分法（跨度40m以下，平面面桁架系网网架或正放放四角锥网网架）②拟夹层板板法（跨度度在40m以下，由平平面桁架系系或角锥体体组成的网网架计算，，此法可考考虑剪切变变形和刚度度变化的影影响）。③假想弯矩矩法（斜放放四角锥网网架和棋盘盘形四角锥锥网架的计计算。）82/373.2有限元法-单元刚度矩矩阵正放四角锥网架（1）杆件局部部坐标系单单刚矩阵轴向力Nij、Nji与位移的关关系：杆件局部坐坐标系单刚刚矩阵ij杆的力和位位移83/373.1有限元法-单元刚度矩（2）坐标转换换i点上Nij在x，y，z轴上的分力力Fxi，Fyi，Fzi的表达式为为同样轴向力的分分力84/373.2有限元法-单元刚度矩矩阵坐标转换矩矩阵杆端位移列列矩阵85/373.2有限元法-单元刚度矩矩阵（3）杆件长度度和夹角ij杆与坐标轴轴夹角的方方向余弦节点坐标86/373.2有限元法-单元刚度矩矩阵（4）杆件整体体坐标系的的单刚矩阵阵

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有限元法-结构总刚矩矩阵建立总刚矩矩阵时，应应满足将单刚矩阵的子矩阵以行列编号（即节点号），对号入座形成总刚度矩阵。作用在i节点上的外荷载载根据变形协调条条件，连接在同同一节点i上的所有杆件的的i端位移都相等。。节点的外力88/373.3有限元法-结构总刚矩阵写出各杆件在i端的内力与位移移关系c——汇交于i点的杆件数。89/373.3有限元法-结构总刚矩阵总刚度矩阵中i行的元素90/373.3有限元法-结构总刚矩阵结构总刚度矩阵阵具有以下特点点：①矩阵具有对称性性②矩阵具有稀疏性性网架的矩阵方程程中，除主对角元及其其附近元素为非非零元素外，其其他均为零元素素，零元素与求求解方程无关。因此，在建立立矩阵各元素时时，可将零元素素取消，将二维维数组改为变带带宽一维数组存存放，这样可大大大节约计算机机容量。91/373.4有限元法-边界条件（1）各种支承情况况的边界条件①周边支承网架平面图及立立面图计算简图92/373.4有限元法-边界条件梁和柱的竖向向刚度很大，，忽略梁的竖竖向变形和柱柱子轴向变形形，因此网架支座竖向向位移为零。在网架支座的的径向（a点y向，c点x向）应将下部结结构作为网架架结构随弹性性约束，柱子子水平位移方方向的等效弹弹簧系数Ez，Iz，Hz为支承柱的材材料弹性模量量、截面惯性性矩和柱子长长度。在网架架支座的切向向，考虑周边杆杆件共同工作作，认为是自自由的。93/373.4有限元法-边界条件（1）各种支承情情况的边界条条件①周边支承②点支承点支承是指网网架搁置在独独立柱子上，，柱子与其他他结构无联系系。点支承的网架架水平x向：水平y向：竖向为固定约约束。94/373.4有限元法-边界条件（2）处理方法①支座某方向向固定采用划行划列方法，即在总总刚度矩阵中中，将位移等于零的行号号和列号划去去，使总刚矩矩阵阶数减少少，但也带来来总刚度矩阵阵元素地址的的变动。例：i点z方向位移为零零，将c行（c=3*（i-1）+3）和c列去掉。采用充大数方方法，即在c行对角元素充充大数R=108~1012。95/373.4有限元法-边界条件②支座某方向向弹性约束支座某方向弹弹性约束是指指沿某方向（（该方向平行行于结构坐标标系）设有弹弹性支承Kz，在总刚度矩矩阵对角元素素的相应位置置上加Kz。96/373.4有限元法-边界条件③支座沉降的的处理设支座i节点发生竖向向沉降，即i=，则在对应行号c=3×（i-1）+3充大数R，并将行右端端项Pzi改为R*。97/373.4有限元法-边界条件④斜边界处理理斜边界是指沿沿着与整体坐坐标系斜交的的方向有约束束的边界。在在网架结构中中结构平面为为圆形、三边边形或其他任任意多边形，，都会存在斜斜边界。在结结构的对称性性利用中，也也存在对称面面上是斜边界界。（a）结构平面为为图形（（b）对称性利利用98/373.4有限元法-边界条件④斜边界处理理（a）附加杆件件（（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108/374.1概述分析方法：振型分解反应应谱法，时程程分析法。其基本假定为为：①结构是可以以离散为多个个集中质量的的弹性体系；；②结构振动属属于微幅振动动，振动变形形很小，属小小变形范畴；；③振动时地基的各各部分做同一运动动，忽略地面运动动相位差的影响；；④结构的阻尼很小小，可以忽略各振振型之间的耦联影影响。109/374.2网架结构的自振特特性①频谱相当密集。网架结构频率密密集这个特点尤其其在低频阶段更为为显著。因此，在在网架结构抗震计计算中选择合适的的截断频率格外重重要。②常用周边支承网网架结构的基频一一般约在1.5~3.5Hz之间，即基本周期约在在0.3至0.7s左右。网架的第二二个自振周期约为为0.1～0.35s，而第三个自振周周期约0.1～0.3s。③网架结构的基频或或基本周期与结构构的短向跨度大小小有关，跨度越大则基频频越小，也就是基基本周期越大，这这也意味着结构因因跨度增大而变““柔”。网架结构构的基频或基本周周期与结构的长向向跨度的大小也有有关，但改变的幅幅度不大。然而除除基本周期外其他他各模态的周期随随网架长向跨度的的增加会有所增长长。110/374.2网架结构的自振特特性④振型可以分为水平平振型及竖向振型型两类。振型类型与网架架边界的约束条件件很有关系。当边边界的水平约束较较强时，网架结构构的前几个振型皆皆为竖向振型，亦亦即振型的竖向分分量绝对大于水平平分量。⑤各种不同类型网架架的竖向振型曲面面基本上相似。⑥不同类型但具有相相同跨度的网架基基本周期比较接近近。⑦边界约约束的的强弱弱对网网架结结构基基本周周期略略有影影响，而对对其他他各自自振周周期影影响不不大。。⑧荷载（（附加加质量量）的的大小小对网网架结结构的的基本本周期期略有有影响响。荷荷载越越大，，自振振周期期也越越大。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不同类类型网网架的的自振振周期期（（s）112/374.2网架结结构的的自振振特性性荷载（（质量量）改改变对对周期期的影影响（（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边界条条件对对网架架自振振周期期的影影响（（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网架结结构的的竖向向地震震作用用在单维维地震震作用用下，，对空空间网网格结结构进进行多多遇地地震作作用下下的效效应计计算时时，可可采用用振型分分解反反应谱谱法；对于于体型型复杂杂或重重要的的大跨跨度结结构，，应采采用时程分分析法法进行行补充充计算算。网架结结构的的前几几阶振振型中中竖向向振型型是主主要的的。因因此，，应主主要考考虑竖向地地震作作用。在设防防烈度度为6度或7度的地地区，，在竖竖向地地震作作用或或水平平地震震作用用下，，网架架的地地震内内力和和位移移均不不显著著。因因此，，可不进进行竖竖向抗抗震验验算和和水平平抗震震验算算。对于用用作屋屋盖结结构的的网架架结构构，在在抗震震设防防烈度度为8度的地地区，，对于于周边边支承承的中中小跨跨度网网架结结构应应进行行竖向向抗震震验算算，对对于其其他网网架结结构均均应进进行竖竖向和和水平平抗震震验算算。114/374.3网架结结