网架结构简介

网架结构目录一、空间结构概述二、网架结构的形式三、网架设计简介四、网架结构的制作五、网架结构的安装六、工程实例一、空间结构概述1.空间结构分类

受自然界贝壳、蜂窝、蛛网等结构的启迪，各类空间结构体形应用而生。在工程结构中属于空间结构范畴的形式很多，按照结构的延伸方向分为水平向的和竖直向的空间结构；按照结构材料分为钢、铝合金、塑料、木结构等；而按照结构的组成特征可以分为薄壁空间结构、网格结构、悬索结构、充气结构、蒙皮结构、框架结构等。其中薄壁空间结构、悬索结构、充气结构和网格结构是当前应用于大跨度建筑的主要结构形式。薄壁空间结构是指结构的两向尺度远远大于第三向尺度的曲面或折平面结构。前者称为薄壳结构，后者称为折板结构。多由钢筋混凝土浇制而成。薄壳结构折板结构悬索结构是由悬挂在支撑结构上的一系列高强度钢索所组成的一种张力结构。充气结构可以分为气承式与气肋式两类。气承式充气结构是在薄壁覆盖的空间内充气，利用内外部的气压差来承受荷载。气肋式的充气结构是在一定直径的薄壁管内充气，并将这些充气管连接成构架来承受荷载。网格结构是将杆件按照一定规律布置，通过节点连接而成的一种空间杆系结构。外形可以呈平板状，也可以呈曲面状。前者称为平板网架（简称网架），后者为曲面网架（简称网壳）。网壳网架网架网壳2.网架的特点网架具有以下特点：①经济性。网架是一种空间杆系结构，杆件主要承受轴力作用，截面尺寸较小；这些杆件又互为支撑，将受力杆件与支撑系统有机地结合起来，因而用料经济。②安全性。由于网架是高次超静定结构，具有多向受力的性能，固空间刚度大、整体性强、稳定性好，具有良好的抗震性。③适应性强。网架能适应不同跨度、不同支撑条件的建筑及厂房工程，在建筑平面形状上也能适应正方形、矩形、多边形等，具有较强的建筑效果。④制作安装方便。网架的杆件和接点比较单一，便于制成标准杆件和单元，可在工厂中成批生产。安装时可以利用大型起重设备吊装，也可以选用千斤顶，卷扬机等小型机具。⑤设计计算简便。目前我国已经有适用于不同类型计算机的多种语言的计算网架结构的通用程序，图纸较少。二、网架的形式网架的形式很多。按照结构组成成分，有双层和三层网架；按照网格组成情况，可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系和由三角锥体、四角椎体组成的空间桁架体系。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3a)，是最常用的网架形式。按照结构组成划分三层网架是由上弦、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。按照网格组成划分

平面交叉桁架体系

空间桁架体系

四角锥体系三角锥体系正方四角锥网架斜放四角锥网架星形四角锥网架棋盘四角锥网架抽空三角锥网架蜂窝型三角锥网架普通三角锥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网架平面交叉桁架体系由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～60°之间。1.平面交叉桁架体系

适用于建筑平面为正方形或接近正方形且跨度较小的情况网架弦杆垂直及平行于边界。两向正交正放网架由两组分别与边界平行的平面桁架互成90°交叉组成。同一方向的各平面桁架长度一致。两个方向的杆件内力差别不大，受力较均匀。

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。比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省两向正交斜放网架由两组相互交叉成90度的平面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线的交角为45度。可理解为两向正交正放网架在建筑平面上放置时转动45度。适用于建筑平面为矩形的情况。

两向斜交斜放网架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。由两个方向桁架相交◎角交叉而成，形成棱形网格。适用于两个方向网格尺寸不同，而要求弦杆长度相等。

三向网架适合大跨度，比两向网架刚度大。三个方向的平面桁架相互交角60

；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。空间桁架体系主要由三角桁架体系、四角桁架体系和其它桁架体系2.空间桁架体系蜂窝四角锥斜放四角锥三角锥网架斜放四角锥三、网架设计简介网架的结构形式很多，如何结合具体条件选择适当的网架形式，对网架结构的技术经济指标、制作安装质量以及施工进度均具有影响。影响网架选型的因素也是多方面的，如工程平面形状和尺寸、网架的支撑方式、荷载大小、材料与建筑构造要求、制作安装方法以及材料供应等。下表列出了各类网架较为合适的引用范围，可以参照使用。网架设计主要包括网架的选型，网架的几何尺寸，网架的屋面，网架杆件，网架重量等方面的内容，下面分别阐述。1.网架的选型上弦杆网架高度下弦杆腹杆节点网格尺寸2.网架几何尺寸网架的几何尺寸包括网格尺寸和网架高度。可以根据跨度的大小、柱网尺寸、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。

网格尺寸与跨度有关，在很大程度上还取决于屋面板的选用。网格尺寸还与网架高度有关。网格尺寸也应考虑通风管道等设备的设置问题。在一般情况下，可以参照下表采用。网架高度通常根据建筑要求、相对挠度和经济要求确定。当跨度较小时，其高度由建筑要求和管道设备决定；当跨度较大时，高度根据相对挠度来确定；其次，网架高跨比增大时，弦杆用钢梁减小，而腹杆用钢量增加；反之相反。因此在相同荷载下，以网架用钢量最省为目标确定最经济高跨比。一般按照上表采用。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。腹杆的布置应尽可能做到拉杆多压杆少，而且长杆受拉短杆受压，使杆件受力合理。3.网架屋面网架设计中屋面材料的选用直接影响用钢量及承重结构。因此在屋盖设计中尽量采用轻质高强新型的屋面材料，如：镀锌压型钢板；粘帖有泡沫聚合材料或涂有聚合材料薄膜的多功能压型钢板和木塑板等。目前国内常用的屋面构造可分为有檩体系和无檩体系两种。屋面找坡通常采用网架直接起坡和在上弦节点上加立柱起坡。

彩钢屋面板屋面排水沟彩钢板底部镀锌铁丝网+铝箔+岩棉保温屋面板侧面封板通常在钢檩条（槽钢、角钢、Z型钢、桁架式檩条）上铺设木塑板（或加筋石棉瓦），再铺防水层。这种做法的自重大约在100-130kg/m2有檩体系另外一种做法是在钢檩条上直接铺设波形瓦。这种屋面最轻，其自重可小于100kg/m2。通常是将屋面直接放在网架上弦网格节点上，屋面板必须与网架的上弦节点焊接牢靠，再在屋面板上铺设保温层和防水。这种做法的自重一般在150kg/m2左。面板通常为钢丝网水泥板、预应力钢筋混凝土屋面板。见图2-34所示无檩体系4.网架杆件目前国内的网架杆件主要是采用3号钢和16锰钢的钢材。杆件的截面形式主要有角钢和圆钢管两种（国外也有用冷弯薄壁型钢）。杆件设计时主要考虑杆件长度、容许长细比及挠度等因素。

5.网架节点在网架中，节点起着连接汇交杆件、传递杆件内力的作用。网架的节点型式很多，分类如下：

按照节点连接方式可以分为焊接节点和螺栓连接节点两类按照节点的构造型式可以分为焊接钢板节点、焊

接空心球节点、焊接短钢管节点、螺栓球节点等。节点连接件焊接空心球螺栓球空心球螺栓连接焊接钢板节点6.网架设计验算由于网架结构不同，固验算方法复杂多变，现阶段一般通过电算程序辅助设计。常用电算程序为空间网架结构分析设计程序SFCAD2004。四、网架制作网架制作的方法与钢桁架基本相同。但是由于是空间结构，所以它的精度要求也比一般的平面桁架严格。一般地，制作由专业化单位完成。国内目前常用的几种节点与杆件的制作方法简介如下：1.节点制作焊接钢板节点根据图纸放样，剪板机下料，适当的方法焊接；焊接空心球节点采用冷压或热压两种方法制作半球，再对半球切边、破口、焊接；螺栓球节点加工精度要求高，固一般在专业化工厂内进行；2.杆件制作网架杆件根据设计图纸所示长度及材质要求制作。由于建筑结构各异，各地区所受荷载不同，固杆件设计除端部过渡锥体、螺栓采用固定标准外，其长度、规格（钢管直径与厚度）均没有统一的标准，但随着网架结构的广泛应用，在行业设计中一般采用较为常见规格的无缝钢管，如（直径mm*厚度mm）：

Φ42*3.24、Φ60*3.5、Φ75.5*3.5、

Φ88.5*4.0、Φ114*4.0、Φ140*4.0、

Φ159*10.0、Φ219*10.0等。杆件制作流程如下：1.铣两侧端面2.螺孔加工1.钢管下料钢管下料采用HID-900MTS数控管子相贯线切割机进行下料，2.锥头坯料锻造锥头采用圆钢下料，料块加热后模锻制成，锻后要求正火处理，表面去除氧化皮。3.锥头机加工锥头锻造成型后采用铣床加工锥头与杆管内壁相配合的台阶、锥头小端平面及焊缝坡口，端面端铣加工后在划线平台上画出螺孔加工线中心线并同时刻画出锥头组装定位及装夹检测中心点。螺孔加工采用数控钻床加工而成。4.锥头封板组装、焊接先将高强度螺栓预置于锥头螺栓孔中，并采用胶片粘贴牢固，防止倒落入锥头内部。4.锥头封板组装、焊接1.钢管下料2.锥头坯料锻造3.锥头机加工封板高强螺栓5.锥头、管件组装5.锥头、管件组装锥头、管件的组装采用专用装夹夹具进行自动组装。、6.杆件整体焊接杆件装配完后，采用NXC-2×500KR型网架杆件双头自动焊接机床上进行焊接。7.杆件测量、矫正组装焊接完后要求在自由状态下进行测量，对于尺寸超差的应进行矫正。8.冲砂涂装构件涂装前要求进行冲砂除锈处理，9.杆件编号、标识杆件涂装完后要求在醒目位置采用油漆作好构件编号标识。10.杆件保护、发运构件装车时应捆扎牢固，以防止构件的油漆因损坏而脱落；高强螺栓涂红油防护并用胶片粘贴牢固。6.杆件整体焊接旋转胎架（带定心顶针）自动焊7.杆件测量、矫正8.冲砂涂装9.杆件编号、标识10.杆件保护、发运3.防腐蚀除了对节点与杆件本身采取有效的防腐措施外，还应该对管式杆件的端部进行封闭，将节点螺栓孔应予以填补，制作节点与下部支柱应有合理的连接。五、网架安装是指以小拼单元或散件在高空就位拼装的方法，适用于螺栓球节点、半螺栓球节点等非焊接节点的各类网架。网架的拼装从过程来说可以分为小拼和总拼两个过程。网架结构的安装方法随着拼装方法及安装机具选用的不同，一般可以分为散装法、分条或分块安装法、以及整体安装法。1.高空散装法

优点：不需要大型起重设备，高空一

次拼装完毕；

缺点：现场及高空作业工作量大，尚

需要搭设坚固的临时支撑架。2.分条或分块安装法分条就是将空间网架沿长跨方向分割成若干区段，而每个区段可以是一个或多个网格，但其长度一定是网架的短跨跨度。分块是将网架沿纵横向分割成若干个矩形或正方形的小网架单元。

该种方法分为分块或分条吊装法和分块滑移法。分块或分条吊装法是现将网架在地面拼装成条状或块状单元，然后以起重机械吊装到高空就位后连成整体的一种安装方法。分条滑移法是将网架分成条状单元后，使其支撑在设于两边钢筋混凝土梁上的滑轨上，通过牵引使条状单元逐条从建筑物的一端滑移到另外一端，就位后进行总拼装。3.整体安装法网架在地面就地拼装整体后，随着安装机具选择的不同，可以分为整体吊装、整体提升和整体顶升等安装方法。

六、工程实例

甘肃省舟曲县喜儿沟电站发电厂房为岸边式地面厂房，主厂房、安装间、副厂房按照“一”字形布置，主厂房左侧布置安装间，右侧布置副厂房。主厂房长42m，安装间长19m，总长61m。主厂房与安装间同宽，均为19.7m，屋顶结构采用网架结构，屋面为彩钢聚苯夹芯板。场内安装永久桥式起重机一台。该发电厂房屋顶结构分包于甘肃大地建设实业有限公司设计、加工制作及现场安装。1.网架设计制作网架选型：各台机组间牛腿柱作为四点支撑，且L1/L2=2.8>2,选平板四角锥式螺栓球网架结构。弦杆及腹杆：由这五种规格组成：直径*长度（48mm*3.5m、60mm*3.5m、75.5mm*3.75m、89mm*4m、114mm*4m）屋面板：960型彩钢聚苯夹芯板：厚度：75mm檩条：门型材：20mm*20mm*50mm节点：螺栓球

该屋顶主要由网架、檩条、彩钢屋面三部分组成，网架为主要承重结构，平整场地中组装完成后以每个单元吊装至设计位置。檩条安装在网架平面的顶部形成人字型坡度，便于排水。彩钢屋面用螺栓锚接于檩条上，形成整体的封闭结构。设计与制作均有甘肃省大地实业公司承担。2.网架成本估算根据咨询，该网架弦杆单元面积重量为35kg/m2，弦杆为9000元/吨；檩条单位面积重量为6kg/m2，檩条5600元/吨，（含设计费3%）弦杆及檩条安装费用均为2000元/吨；彩钢屋面单价为150元/m2，安装费为20元/m2。该工程网架结构总面积为61*19.7=1202（m2）则