网架结构大跨度大空间的应用

网架结构大跨度大空间的应用

摘要：随着我国建筑业的快速发展，传统建筑结构已经无法满足现代化建设需求，在客观上提出了采用网架结构替代平面结构以增加安全性的要求。为此，本文将针对当前网架结构大跨度大空间的应用展开深入分析。

关键词：网架结构；大跨度；大空间

前言：本文将从网架结构大跨度大空间特点、其设计的方法、原则以及理论基础、未来发展前景做出深入分析，以此来为网架结构大跨度大空间的进一步推广使用积累经验，从而为我国建筑行业实现可持续发展略尽绵薄之力。

1 网架结构大跨度大空间特点

1.1结构体型更为丰富

采用大跨度大空间的网架结构，在当前建筑业发展过程中已经成为衡量一个国家整体建筑行业发展水平的重要标志之一。通过该种结构，设计师可以获得更加宽广的想象空间与设计思路，从而设计出千变万化、丰富多彩的结构体型，使之展现出更加强烈浓厚的认为景观以及象征性寓意。

1.2网架结构及钢混框架结构体系应用范围更加广泛

相较于平面结构，采用网架结构以及钢混框架结构体系具有以下两个明显的优势：一是自身采用混合结构设计，所用材质更轻，特别是目前其所采用的钢材、膜材、具有高强度的轻质材料，具有良好的经济性，可以为建筑企业创造更加更厚的经济效益。二

是便于工业化生产，其所采用的空间结构的绝大多数构件均可以在地面进行设计制作，之后运输至指定建设地点之后可以更加灵活的予以组装并进行设备的维护与更换。因而，网架结构及钢混框架结构体系应用范围更加广泛。

1.3刚度及抗震性能好

由于网架结构存在着显著的三维受力特征，建筑自身所承受的内力相对更为均匀，对于较大的集中负荷可以有效分散，因而整体的刚度更大。同时，由于刚度的增强，使得其自身的抗震性能更加良好。

2 网架结构设计方法、原则以及理论基础

2.1网架结构设计方法

（1）按照结构组成分类

在该类型下主要有以下三种网架结构，其各自设计方法如下所述：

第一种为双层网架，即：具有上下两层弦杆的结构，其最简单也是最为常用的网架结构形式。

第二种为三层网架，即：双层网架基础上于中间加上一层弦杆，当网架跨度≤50m时可以酌情考虑此种设计方法；若跨度≤80 m时，则需要将其作为优先考虑设计方案。

第三种为组合网架，即：利用具有良好抗压性的钢筋混凝土板替代上弦杆，将不同组织材料构建成为网架的最基本单元，最终形成网架结构。

（2）依据网格形式分类

①四角锥体系。在该网架体系中，其所采用的上下弦杆均呈现出明显的正方形，或者根据建筑具体结构设计成与正方形相接近的矩形网格，并且上下弦杆之间稍稍错开，通常是以半格为宜。

②三角锥体系。三角锥体系网架结构的基本单元为一组呈倒置姿态的三角椎体，上弦杆布满了三角锥体系的锥底正三角形的各部分空间，而其结合棱部位采用腹杆与之相连接。一般情况下随着三角锥单元体的布置方式所呈现出的差异，其上下弦网格将会由此而呈现出正三角形或者是正六边形。

③折形网架。在设计过程中，折形网架被称之为折板网架，其主要是由四角锥网架正放而演化出来的一种全兴网架结构。在所需要施工的建筑平面长宽之比≥2时，可以考虑取消长向弦杆，使得网架内力沿着短向弦杆外延，继而形成折形网架结构。

2.2网架结构设计原则

根据当前网架结构的设计研究成果分析可知，其设计原则大致为以下几方面：

首先，网架结构设计应符合简化原则。由于网架结构是一种具有高次超静定的空间结构形式，在设计过程中无法精准的给出空间结构内力以及变形情形的传导或演变，因而导致其设计充满着复杂性与艰巨性。为此，国内外建筑行业的科研人员在对网架结构进行设计时，通常都会在满足建设需求的前提下尽可能的简化网架结构各个空间节点刚度、弦杆变形的计算等工作，从而促使其设计既

不过分繁杂，同时又兼顾了工程的质量以及整个网架空间的稳定性。

其次，网架结构设计应秉承安全性原则。安全是建筑行业的命脉，特别是网架结构自身所占空间较大，无论是在设计还是在施工阶段，均需要承担一定的高空作业，此时对于安全性提出了较为严格的要求。一方面，网架结构的各部分弦杆或者腹杆应固定牢靠，不会因外力作用下而发生大幅度变形，从而保证其结构的稳定性，确保施工人员能够处在一个安全的作业环境中。另一方面，网架结构的计算应符合预期设计理念，其各部分受力数值处于良好的控制范围之中，特别是基底部分的受力更应当具备较强的受压能力，以保证整个网架结构不会发生位移，影响施工进度以及安全生产工作开展。

2.3网架结构设计理论基础

（1）小变形理论

小变形理论内容为构件自身受到内外力作用之下所产生的变形较小，其受力之后的位置并没有发生明显的位移，因而不需要考虑位置变动之下应力产生的二阶效应。就网架结构而言，由于其各部分结构采用了弦杆以及腹杆进行连接，各自承受的内力在科学有效的分散作用下传递至各个部分，因而相对应的受力较为均匀，最终使得网架结构中各组成部分受力不会出现显著的差异，因而其具有较强的稳定性。

（2）静力学理论

①二力平衡

在刚体上存在的两个力大小相等且方向相反，最终其和为0，即：F1=-F2。而对于变形体而言，二力平衡则是其必要条件而非充分条件。

②加减平衡力系原理

在已知作用在网架结构的任意力系之中，加上或者去除任意的一个平衡力系，均不会改变其原力系对该空间结构所产生的作用。换而言之，其作用效果相同或者相接近，不同平衡力系可以实现等效替换[1]。

3 网架结构大跨度大空间发展前景

3.1网架结构大跨度大空间结构将会得到不断创新

大跨度大空间网架结构中融入预应力技术已经成为强化建筑自身刚性以及抗震性等多方面使用需求的重要途径。我国科研人员在经过不断摸索之后已经研制开发出了一种全新的预应力空间结构，能够促使传力更加明确。而且随着索托结构、索网结构的陆续开发应用，不仅改变了网架结构的受力状态，使得内力峰值得到了大幅度降低，结构刚度以及相应的稳定性随之增强。由此可见，随着时代的不断发展，网架结构大跨度大空间结构将会得到不断创新。

3.2膜结构为网架结构大跨度大空间应用与发展提供更广阔空间