大跨结构 网架结构

第三章网架结构一、网架结构的特点与应用二、网架结构形式三、网架结构形式选择四、网架结构内力分析五、网架结构抗震分析六、网架结构杆件设计七、网架结构节点设计八、网架结构制作与安装九、网架结构的发展第三章网架结构一、网架结构的特点与应用1、结构特点①

多杆件从两个或几个方向有规律地组成的高次超静定结构，属空间结构体系；②

二力杆结构，空间刚度大，整体性好，具有良好的抗震性能；③

用小规格、短杆件构成大跨度结构，节点连接简便（2～4种），建筑造型灵活多样，分析计算成熟，制造和安装定型化、标准化。④结构内力分布不均匀，边缘杆件“强度过剩”；节点用钢量大。第三章网架结构一、网架结构的特点与应用2、发展过程①

国外开始于20世纪初，40年代开发出MERO体系，标志着网架结构商品化的开始。②

我国网架结构的研究与应用开始于60年代，但发展很快，后来居上。标志性事件有： 1964年上海师范学院球类房（31.5×40.5m，角钢，板节点）；

1966年天津科学宫，第一座焊接球节点网架，14.8x23.3m;

1981年建工总局《网架结构设计与施工规定》（JGJ7-80）； 1991年建设部《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91），《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78-91）；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用2、发展过程材料：碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金结构、组合结构；节点：焊接球、螺栓球、板节点；杆件：角钢、钢管、工字钢；结构类型：十二种结构体系；应用领域：大型公共建筑，工业厂房，塔架廊栈、装饰、改扩建。第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都体育馆（1967）：矩形平面，122×99×6m，平行弦桁架，用钢量65kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用上海体育馆（1973）：圆形平面，110×6m，平行弦桁架，用钢量47kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用天津无缝钢管厂（1992）：6万m2（108×564m），柱网36×18m，用钢量32kg/m2；一汽大众轿车厂（1991）：8万m2(189.4×421.6m)，柱网21×12m，用钢量31kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都机场四机位机库(1996)：（153+153）×90m，四角锥网架厦门机场太古机库(1999)：155×70m第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都机场四机位机库（153+153）×90m第三章网架结构第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都机场空客A380机库（在建):（176+176）×110m第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用第三章网架结构二、网架结构形式结构组成:

双层网架(上弦杆、下弦杆、腹杆)

三层网架(上弦杆、中弦杆、下弦杆、腹杆)，减小杆件长度，降低内力，增加高度，大跨(L>80)

组合网架(钢筋混凝土板代替上弦杆)1、分类第三章网架结构二、网架结构形式1、分类②

支承方式

多跨，单跨

四点支承，多点支承

周边支承，混合支承支承条件不同，会改变网架内力分布状态，总体看平板网架具有平板的受力状态。第三章网架结构二、网架结构形式1、分类③

网格形式

空间桁架体系：由角锥体系形成的空间桁架组成，杆件较小，用钢经济，刚度也较大，可抽去部分杆件，杆件更少。平面桁架体系：由平行弦桁架组成，杆件较多，刚度较大，适用于各种跨度；第三章网架结构二、网架结构形式2、交叉桁架体系平行弦桁架相互交叉组成；较长的斜腹杆受拉，较短的竖杆受压，上下弦杆等长；斜腹杆与弦杆间的夹角宜取40-60°；桁架的节间长度即为网格尺寸。结构组成第三章网架结构二、网架结构形式2、交叉桁架体系两组平面桁架互相垂直，与边界平行

，上下弦杆网格尺寸相同，桁架长度相同，几何可变，应设支撑，正方形平面内力分布均匀。①

两向正交正放网架第三章网架结构二、网架结构形式2、交叉桁架体系桁架垂直相交，弦杆与边界成45°，各榀桁架长度不同，刚度大，对角桁架支座受拉

②

两向正交斜放网架桁架斜向相交，构造复杂，受力性能不好

③

两向斜交斜放网架第三章网架结构二、网架结构形式2、交叉桁架体系三组桁架60°相交，受力均匀，节点交汇杆多（13根），构造复杂，大跨度，圆形，三角形或多边形平面

④

三向网架第三章网架结构二、网架结构形式2、交叉桁架体系⑤单向折线形网架由平面桁架互相倾斜交成V形面构成，呈单向受力状态，较单纯的平面刚架刚度大，不需支撑体系第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系上下弦为正方形网格，相互错开半格，下弦网格节点对准上弦正方形中心，上下弦网格节点用腹杆相连结构组成第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系上下弦杆等长，受力均匀，刚度大，用钢量大，适合于周边支承①

正放四角锥网架第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系正放四角锥网架局部抽空，形成交叉梁，用钢量省，中小跨度②

正放抽空四角锥网架第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系上弦斜放，与边界成45°，下弦正放，上弦短，下弦长，节点交汇杆件少，用钢量省，加刚性边框③

斜放四角锥网架第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系两个倒三角桁架相互交叉，三角桁架顶点相连为下弦杆，上弦斜放，与边界成45°，下弦正放，上弦短，下弦长，中小跨度，用钢量省，周边支承④

星形四角锥网架第三章网架结构二、网架结构形式3、四角锥体系上弦正放，下弦斜放，与边界成45°，上弦短，下弦长，中小跨度，用钢量省⑤

棋盘形四角锥网架第三章网架结构二、网架结构形式4、三角锥体系结构组成上弦下弦为三角形网格，下弦节点对准上弦三角形中心第三章网架结构二、网架结构形式4、三角锥体系①三角锥网架上下弦杆等长，三角形，每个节点9根杆，受力均匀，刚度大，适合于多边形平面第三章网架结构二、网架结构形式4、三角锥体系②

抽空三角锥网架局部抽空，上弦三角形，下弦六边形，刚度小，中小跨度，省钢第三章网架结构二、网架结构形式4、三角锥体系③

蜂窝形三角锥网架上弦三角形和六边形，下弦六边形，节点杆件交汇少，刚度小，中小跨度第三章网架结构三、网架结构形式选择建筑物的平面形状和尺寸，支承方式，荷载大小，屋面构造，建筑要求，制造和安装方法，材料供应情况1、考虑因素第三章网架结构三、网架结构形式选择四角锥网架，两向正交网架：

平面形状为矩形，周边支承边长比≤1.5的网架;

平面形状为矩形，周边支承边长比＞1.5的网架;平面形状为矩形，三边支承一边开口网架;平面形状为矩形，多点和点边混合支承网架;2、选型原则：(参照《网架结构设计与施工规范》)第三章网架结构三、网架结构形式选择2、选型原则：(参照《网架结构设计与施工规范》)三角锥网架，三向网架：平面形状为圆形，正六边形及接近正六边形，周边支承网架;多层建筑的楼层或L≤50m的屋盖，以及钢筋砼板代替上弦的组合网架；第三章网架结构三、网架结构形式选择（1）网格尺寸

①网格尺寸：直接影响网架的经济性，网格大，节点少，但砼面板重量大；网格上加檩条可采用大网格，但檩条长度宜≤6m;②确定因素：柱网尺寸，屋面材料，建筑和构造要求，施工条件等；③网格数n的确定：

钢砼板屋面体系：n=(2-4)+0.2L2（两向正交正放，正放四角锥，正放抽空四角锥)；n=(6-8)+0.08L2（两向正交斜放，棋盘形四角锥，斜放四角锥，星形四角锥)钢檩条屋面体系：n=(6-8)+0.07L2，其中L2为网架短向跨度。3、网架的主要尺寸及构造第三章网架结构三、网架结构形式选择3、网架的主要尺寸及构造（2）网架高度

①网架高度：影响刚度，上、下弦杆的内力和腹杆的经济性；

②确定原则：一般使腹杆与弦杆的夹角为40-60°；

③高跨比：钢砼板屋面体系10-14,钢檩条屋面体系(13-17)-0.03L2第三章网架结构三、网架结构形式选择3、网架的主要尺寸及构造（3）屋面起拱和排水

①一般情况下，网架刚度大，不需起拱；当L2≥60m时，采用不大于1/300的起拱度；②屋面排水坡度的做法：(一般取1-4%)

上弦节点加小立柱找坡；网架变高度；整个网架起坡；支承柱变高度；第三章网架结构四、网架结构内力分析①

精确计算法：空间杆系有限元法，弹性分析，小变形理论，铰接，可考虑支承结构影响；单元平衡方程[k]{d}={F}

整体平衡方程[K]{d}={P}[K]稀疏矩阵，3n×3n对称正定，矩阵存储与方程组解法1、内力分析方法第三章网架结构四、网架结构内力分析1、内力分析方法②简化计算法：交叉梁系分析法；拟板法(拟夹层板法)；假想弯矩法等。③专用软件，设计参数输入，网格自动生成，节点坐标、节点荷载自动计算，优化计算，减少截面种类。（天大、浙大、同济、哈工大、建研院、海军局、航空院等）④容许挠度1/250(屋盖)或1/300（楼盖）。第三章网架结构四、网架结构内力分析2、荷载和特殊作用①

自重估算：30~60kg/m2，②

温度应力：高次超静定，空间桁架位移法；③

竖向地震作用：简化计算，振型分解，时程分析；④

安装荷载：验算内力、挠度和动力效应；⑤支座沉降和位移。第三章网架结构四、网架结构内力分析3、温度应力计算①

不用计算温度应力

支座节点构造允许侧移；周边柱支承，跨度小于40m；柱顶侧移较限定值大。第三章网架结构四、网架结构内力分析3、温度应力计算②

温度应力计算方法A计算杆件温度变化产生的固端力Noij=-EDtaAijB计算节点不平衡力Pix=-SEDtaAikcosaik,

Piy=-SEDtaAikcosbik,Piz=-SEDtaAikcosgikC不平衡力反向加在节点上，计算位移{Dt}=-[K]-1{P}D计算杆件内力N1ijE叠加得温度内力Ntij

=

Noij+N1ij第三章网架结构五、网架结构抗震分析1、计算假定：节点集中质量(3n自由度)，考虑支承结构刚度；2、自振周期：网架基本周期为竖向振型0.3~0.7s。3、8度和9度进行竖向抗震验算，9度进行水平抗震验算，周边支承和中小跨度8度不不必水平抗震验算。4、竖向地震作用简化计算

i节点竖向地震作用标准值Fvi=ψvGi第三章网架结构五、网架结构抗震分析5、振型分解反应谱法

3n个振型，第j振型{F}Tj={Xj1,Yj1,Zj1，…Xjn,Yjn,Zjn}

第j振型参与系数第三章网架结构五、网架结构抗震分析5、振型分解反应谱法水平地震作用(i节点，j振型)

Fxji=a