网架设计.ppt

1、2网架结构、主要内容、网架结构概要网架结构的载荷、作用和一般设置修订原则网架结构的基本理论和分折方法网架结构的有限元法空间桁架位移法网架结构的拟夹层分析法网架结构的抗震分析网架结构构件设置修订和节点结构， 2.1.1网结构和网架结构定义空间网结构是多个部件根据规则几何图形通过节点连接而成的空间网结构，一般是网架和网壳的总称即2层(多层)平板网结构(网架结构或网架)、1层和2层曲面2.1.2网架结构的优势，1 .空间工作、力传递途径简单，是一种良好的大跨度、大柱网架结构。 2 .重量轻，经济指标好。 3 .刚性大，抗震性能好。 4 .施工安装简单。 5、杆和节点易于定型、商品化，可在工厂批量生产

2、，有利于生产效率的提高。 6、网架平面布置灵活，屋顶平整，有利于吊顶、安装管道和设备。 2.1.3网架结构的形式和分类，主要有15种网架，按其组成可分为4种。 1 .由平面桁架体系构成的网架结构，平面桁架发展演化。 由于平面桁架系数和设置方位不同。 这种网架可以分为(1)2方向正交设置网架和(2)2方向正交设置网架这4种，(2)2方向正交倾斜地设置网架，(3)两斜交倾斜地设置网架，(4)三方网架。 2 .由四角锥构成的网架结构，其基本单元为由4根弦棒和4根斜棒构成的正四角锥。 在由这些四角锥的排列构成网架的情况下，用上弦材料或者下弦材料连接邻接的锥顶。 根据锥体的组合方法和连接锥顶弦棒的方向，

3、这种由四棱锥体构成的网架，(1)放置四棱锥网架，(2)排出四棱锥网架，(3)倾斜放置四棱锥网架，(4)围棋盘形四棱锥网架，(5)星形四棱锥网架，(6)单向折线3 .由三角锥体组成的网架结构，其基本单元为由3根弦棒和3根斜棒组成的正三角锥体，即四面体。 三角锥体可以按顺序放置，也可以倒过来。 根据三角锥体的组合方法和连接锥顶弦棒的方法，这样的由三角锥体构成的网架可以分为(1)三角锥体网架：错开顺序的格子排列的三角锥体和连接三方互为60的上弦棒的网架这4种。 (2)抽真空三角锥网架I型：三角锥网架可以跳过和锥体的3根斜杆对应的6根下弦杆去除。 (3)抽真空三角锥网架型：三角锥网架采用不同的拉片方式

4、，可以拔出锥体的3根斜棒和与其相应的6根下弦棒。 (4)蜂窝形三角锥网架：这是倒置的三角锥连接2个。 4 .由六角锥构成的网架结构，其基本单位体为六根弦棒、六根斜棒构成的正六角锥，即七面体。 2.1.5影响网架结构选型、网架选型的因素是多方面的，如网架的制作、安装方法、用钢指标、跨度大小、刚性要求、平面形状、支撑条件等影响着决定采用何种程度的网架形式。 1节点采用焊接，由平面桁架系统构成的网架比由四角锥构成的网架制作方便的双向正交网架比双向斜交网架及三向网架方便的四角锥网架比三角锥网架方便。 2安装方法不采用整体抬起或吊起，而采用分条或块安装或高空滑移法时，选择双向正交网架、正交四角锥网架、正

5、交四角锥网架等三种正交类网架比选择斜置类网架更有利。 三用钢指标是测定网架选型的重要标志。 4修正算法表明，跨度大小对网架选型影响不大。 但是，大范围网架一般是重要的建筑，目前在中国广泛使用的是由双向正交设置网架、双向正交设置网架和三向网架等一种平面格架系统构成的网架结构。因为这些大范围的网架的修订和施工经验丰富，技术熟练。 三角网架、三角锥网架、六角锥网架，一般结构复杂，钢量大，因此在中小跨度中不宜采用。 5 .网架的刚性比平面屋架好得多，但各网架之间，无论是水平刚性还是垂直刚性，其差别都不小。 将四角锥网架倾斜放置，其本身在几何学上是可变的，在增设边缘部件或具有强圆梁时，可以保证几何学上的

6、不变性。 一般来说，设置节点数和部件数多的网架，例如三角锥网架、六角锥网架、三方网架、四角锥网架，刚性大相反，如四角锥网架、网格状四角锥网架、抽真空三角锥网架I、II型、蜂窝形三角锥网架那样，设置节点数和锁6平面形状为圆形、正六边形和接近圆形的多边形网架，从平面配置和建筑形状来看，适合采用三方网架、六角锥网架、三角锥网架、抽真空三角维网架I、II型和蜂窝形三角锥网架。 特别是在平面形状为正六边形的情况下，这些网架的网格规则，构件类型少，如果采用施工方便的其他类型的网架，则边界附近的网格不规则，比较混乱，杆类型多，施工制作不方便。 7多点支撑的网架，选用正交放置系的网架比较合适。 多点支撑时这个

7、正交放系网架的受力性能比斜放系网架合理，挠曲也小。 通过四点支撑网架的纠正运算，条件相同时，双向正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交、正交。 三边支撑一边开口的网架也最好选择正交放置系网架。 结合了周边支持和多点支持的网架，可以采用正交正交放置类网架，也可以采用斜放置类网架，但一般来说，采用由三角网架和三角锥体、六角锥体构成的网架是不理想的。8对跨度在40m以下的多层建筑楼板和跨度在60m以下的屋顶，可以采用钢筋泥凝固板代替钢上弦的组合网架为正放四角锥组合网架、正放四角锥组合网架、双向正交组合网架、斜放四角锥组合

8、网架及蜂窝网架选型是一个比较复杂的问题，必须根据实用和经济原则，进行多方案综合分析比较确定。 最大的影响因素有施工制作和钢指标两个。 2.2网架结构的荷载、作用和一般设置修订原则，2.2.1荷载类型网架结构的荷载主要为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。 永久负荷请使用标准值作为代表值。 对于可变载荷，根据设置修订要求，必须使用标准值、组合值、频率值或准永久值作为代表值。 对于偶然的负荷，必须根据建筑结构中使用的特征决定代表值。 1 .永久负荷作用于网架构造的永久负荷： (1)网架自重：网架构件多采用钢材，其自重可以用修正计算机自动形成。 也可以预先推定为网架的每单位面积的自重节点的自重占网架部件的

9、总重量的15-25。 如果决定了网架节点的连接形式，则能够根据具体的节点规格计算出该节点自重。 (2)楼面或屋面盖材自重：根据实际使用材料调查建筑结构负荷规范GB 50009后使用。 采用钢筋混凝土屋面板时，其自重为1.01.5kN/m2。 采用轻量板，自重为0.30.7kN/m2。 (3)吊挂材料的自重。 设备配管自重。 上述负荷中，(1)、(2)两个必须考虑，(3)、(4)两个由实际的施工状况决定。2 .可变负荷作用于网架结构的可变负荷： (1)屋顶或地面的活动负荷：网架的屋顶，一般没有人，屋顶的活动负荷基准值为0.5kNm2。 地面活荷载按工程性质调查荷载规范使用。 (2)雪荷重：雪荷重

10、和屋顶的活荷重不需要同时考虑，取两者的大值。对雪荷载敏感的结构，基本雪压应适当上升，由相关结构设置修订规范具体规定。 雪载荷的组合值系数最好是0.7，频度值系数可以是0.6的准永久值系数根据雪载荷分类I、II和III的不同，分别取0.5、0.2和0。 (3)风荷载：关于在周边被支撑，支撑台节点上弦的网架，风荷载由周围的壁面承受，可以不考虑风荷载进行修正。 其他支撑情况应根据实际工程情况考虑水平风荷载作用。 (4)堆灰荷重：在工业现场采用网架时，应根据现场性质考虑堆灰荷重。 (5)起重机载荷：悬挂起重机直接悬挂在网架下弦节点上，使网架产生起重机的垂直载荷。 桥式起重机在起重机梁上行走，通过柱子使

11、网架产生起重机的水平负荷。 2.2.2温度作用、温度作用是指由于温度变化，网架构件上产生附加的温度应力，必须在修正计算和结构措施中加以考虑。 网架结构为超静定结构，均匀的温度场变化使构件不能自由热膨胀收缩，因此在构件上产生应力，该应力就是网架的温度应力. 温度场变化范围是指施工安装完成(网架支承台与下部构造的连结固定牢固)时的气温与当地的常年最高或最低气温之差。 并且在车间生产过程中引起温度场的变化，这可以由工艺提出。 现在的温度应力的修正方法有使用空间杆系有限要素法的精确的修正方法和将网架简化为平板或夹层板构造的近似分析法。 在满足以下任一条件时，不要考虑温度变化的应力：支撑节点的结构允许网

12、架横向移动时，其横向移动值必须在下式的修正值以上：周边支撑的网架和网架管理方向跨度小于40m时，支撑结构必须为独立柱或炼瓦壁柱。 根据单位力，柱顶位移在上式的修正值以上。 网架支撑台的节点结构不能沿边界法线方向相对位移时，温度变化引起的柱顶水平力可以用下式修正：2.2.3地震作用，网架地震引起的振动称为网架地震反应，包括内力、变形和位移。 网架地震反应的大小不仅取决于外来干扰作用(地震波)的大小和时间的变化规律，还取决于网架自身的动力特性，即网架的自振周期和衰减。 地震地面运动在随机过程中，运动极不规则，网架又是空间结构，动力特性非常复杂，很难正确分析网架的动力反应，经常做以下简化假设： (1

13、)结构可以离散为多个集中质量的弹性体系；(2)结构振动微幅振动，即结构的振动变形小，依然线性叠加的原理可以应用于(3)振动时结构的地基各部分进行同一运动，即不考虑地面运动的相位差的影响，(4)结构的衰减小，可以忽略结构的各振动模型之间的耦合的影响。 网架的地震作用取决于地面运动的加速度和网架自身固有的动力特性，可以用振动型分解反应谱法和时间法进行修正。 根据我国网架结构修订和施工规程JGJ7 - 91，在抗震强度为7度的地区，可以不进行网架结构级的抗震管理。 在抗震强度为8度的地区，即使对周边支撑的中小跨度网架不进行水平抗震管理，在抗震强度为9度的地震地区，也应该对各种网架结构进行水平抗震管理

14、。 水平地震对网架的内力，位移可以用空间桁架位移法校正。 2.2.4荷载效应的组合根据使用和施工过程中可能发生的最不利荷载进行组合。 荷载组合的通式没有起重机荷载和风荷载、地震作用时，网架必须考虑以下荷载的组合： (1)永久荷载裁断10可变荷载(2)永久荷载10半跨距可变荷载(3)网架自重10半屋面板自重10施工荷载。 后两种荷载的组合主要考虑斜腹杆的变位。 对称铺设冲压钢板等轻屋顶和屋面板时，也可以不进行修正。考虑到风荷载和地震的作用，其组合形式可以用上式进行修正。 在考虑多台起重机的垂直负荷的组合时，对于1层起重机的跨越单一现场的网架，参与组合的起重机的台数请控制在2台以下对于1层起重机的

15、跨越多个现场的网架，请控制在4台以下。 起重负荷是移动负荷，目前采用的组合方法是，设计者根据经验选择几个起重机组合和位置，作为单独的负荷工况进行修正，然后选择杆的最大内力，作为起重负荷的最不利组合值，与其他工况的内力进行组合。 另一种方法是将起重载荷简化为均布载荷和其他箱体的组合。 精确校正算法是根据起重机的运行位置，以各位置为单独载荷工况进行校正算法，找出各位置处网架构件的最大内力，并与其他工况的内力相结合。 这样的补正算必须进行数十种，甚至数百种的组合，补正算工作量很多。2.2.5一般设置纠正计算原则、高阶超静定结构应当进行外载荷引起的内力、位移纠正计算，并根据情况纠正地震、温度变化、支撑

16、台沉降及施工安装载荷等引起的内力、位移。 1结构内力计算一般原则网架结构的材料均考虑弹性受力状态，即不考虑材料的非线性(研究网架的极限承载力时考虑该因素)。 基本假设： (1)节点是铰链，杆只受轴力；(2)用小挠度理论进行修正；(3)用弹性方法进行分析。 非抗震设施修订、荷重和荷重效果的组合按建筑结构荷重规范GB 50009进行修订。 在截面及节点的设定修正中，需要根据载荷的基本组合决定内力修正值；在位移修正运算中，需要根据短期效果的组合决定挠度。 抗震设防、荷载和荷载效应的组合应当按照国家标准建筑抗震设防规范GB 50011确定内力设防。 网格框架结构的外载荷遵循静力等效原则，使节点管辖区域

17、内的载荷集中作用于该节点。 在结构分析中，可忽略节点刚度的影响。 假设节点是铰链，构件仅受轴向力。 当局部负荷作用于活塞杆时，还应考虑弯曲的影响。 根据跨度大小、网架类型及施工情况，可以分别按照以下规定选择不同的方法进行内力、位移修正计算： (1)空间桁架位移法：适用于各种类型、各种支撑条件的网架(2) 横梁系差分法：可用于跨度为40m以下的平面桁架系构成的网架或正置四角锥网架的修正算法(3)模拟夹层板法：可用于跨度为40m以下的平面桁架系构成的网架或四角锥构成的网架的修正算法(4)虚拟弯矩法：四角锥2抗震设防的一般原则，(1)一般来说，在建筑结构的两个主轴方向上分别订正水平地震作用，应允许进

18、行抗震管理，各方向的水平地震作用应由该方向的抗侧力部件承担。 (2)有斜交抗侧力部件的构造，交叉角度大于15时，应该分别校正各抗侧力部件方向的水平地震作用。 (3)质量和刚度分布明显不对称的结构，应该纠正双向水平地震作用下的扭转影响，否则，应该允许采用调整地震作用效果的方法纠正扭转影响。 (4) 8、9度抗震设防时的大范围和长悬臂构造，必须订正垂直地震作用。 3其他设置修订原则、网架结构的支撑条件，根据支撑结构的刚性、支撑台节点的结构状况，可以分别假定为两个方向可横向移动、一个方向可横向移动、不横向移动的铰链支撑台或弹性支撑。2.3网架结构的基本理论和分析方法，2.3.1基本假设和修正模型网架为空间杆结构，节点连接假设为铰链，忽略节点刚度的影响。 模型试验和工程实践表明铰链假设完全允许，误差可以忽略。 网架为平板形，受荷网架在板平面内的水平位移小于网架的挠曲，挠曲远小于网架的厚度，属于小挠曲范畴，不需要考虑大位移、大挠曲引起的结构几何非线性。此外，网格框架结构的材料在弹性受力的情况下进行修正，而不是进入弹塑性状态和塑性状态。 也就是说，不考虑材料的非线性。 因此，网架结构的一般静动力修正计算，(1)节点为铰链，杆仅受轴力，(2)用小挠曲理论进行修正，(3)用弹性的方