《网架结构设计》PPT课件
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➢ 网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力； ➢ 结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，
符合小变形理论; ➢ 结构材料为完全弹性，符合虎克定律。
目前国内网架计算程序很多，功能也很齐全，但 应选用经过技术鉴定认可的、实践证明行之有效的 程序。
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3.5 网架杆件设计
➢ 网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。 ➢ 在截面积相同的条件下，钢管截面具有回转半径
荷载效应组合或见教材P121-122
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5
3.3.2网架内力分析方法
➢ 网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内 的荷载集中作用在该节点上。
➢ 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为 铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时， 应同时考虑弯矩的影响。
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6
➢ 网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架 类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。
气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端 封闭。
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✓ 在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计 算值
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➢ 如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空 间桁架位移法，或近似计算方法。
➢ 对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国 家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001的规定 进行计算。
➢ 抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国 家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001的规定。
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基本单元
基本未知量
网架杆件 节点位移
对杆件单元进行分析,由虎克定律建立 单元杆件内力与节点位移之间的关系,
单元刚度矩阵 形成单元刚度矩阵
各节点平衡及变形协调条件
总刚度矩阵 总刚度方程
引入边界条件
节点位移值
单元内力与节点位移间关系
结构的节点荷载和 节点位移间关系
杆件内力
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网架计算基本假定:
(5)杆件直接汇交节点
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焊接空心球
焊接空心球节点
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螺栓球
螺栓球连接节点
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焊接钢板节点
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焊接钢管节点
管件直接汇交节点
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网架的节点构造应满足下列要求 ➢ (1)受力合理，传力明确； ➢ (2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； ➢ (3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小； ➢ (4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿
④积灰荷载
⑤吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。
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2
地震作用（竖向）
➢ 在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不 进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区， 网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。
地震作用（水平）
➢ 在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震 验算；在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小 跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的 地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震 作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。网
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3.4空间杆系有限元法--空间桁架位移法
➢ 空间杆系有限元法也称空间桁架位移法。 ➢ 空间杆系有限元法是目前杆系结构计算精度最高的
一种方法，适用于各种类型、各种平面形状、不同 边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力 等工况均可计算。 ➢ 能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。 ➢ 计算程序见下图：
3.3 网架的计算要点
网架结构设计应满足行业标准《网架结构设计与 施工规程》JGJ7-91的要求
3.3.1网架荷载计算
➢ 直接作用（荷载）和间接作用 ➢ 网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和
位移进行计算，并应根据具体情况对地震作 用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工 安装荷载引起的内力和位移进行计算
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直接作用 ➢ 永久荷载
➢ 可变荷载
永久荷载
可变荷载 网架自重(双层网架的自重可按经验公式估算
见教材P120公式（3-2）)
屋面（楼面）自重
吊顶材料的重量
设备管道材料的重量
①屋面 (或楼面)活荷载
②雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合)
③风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小
计算风载时可不考虑风振系数的影响
架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。
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wenku.baidu.com度作用
➢ 网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于温 度变化而引起的内力:
✓ 支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于 下式的计算值：
u2E Lm A(0.0E 3tf81) 教材P120公式(3-3)
✓ 周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m， 且支承结构为独立柱或砖壁柱；
大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优点， 钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前网架杆 件常用的截面形式。 ➢ 管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可 采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345 钢。
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网架杆件的长细比不宜超过下列数值
➢ 受压杆件：180
➢ 受拉杆件：
✓ (1)一般杆件400
✓ (2)支座附近处杆件300
✓ (3)直接承受动力荷载的杆件250
➢ 网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计
算应满足钢结构设计规范的要求。普通角钢截 面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm×3mm。 钢管不宜小于ф48×2mm。
➢ 无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属 于a类和b类截面。
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3.6节点设计
➢ 网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢 量的20％～25％，节点构造的好坏，对结构性能 、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影 响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点 形式主要有：
❖ 节点：
(1)焊接空心球节点
(2)螺栓球节点；
(3)焊接钢板节点；
(4)焊接钢管节点
(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各 种类型、各种平面、各种支承条件的网架计算。
(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的 由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。
(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平 面桁架系或角锥体组成的网架计算。
(4)假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架， 棋盘形四角锥网架的估算。
符合小变形理论; ➢ 结构材料为完全弹性，符合虎克定律。
目前国内网架计算程序很多，功能也很齐全，但 应选用经过技术鉴定认可的、实践证明行之有效的 程序。
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3.5 网架杆件设计
➢ 网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。 ➢ 在截面积相同的条件下，钢管截面具有回转半径
荷载效应组合或见教材P121-122
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3.3.2网架内力分析方法
➢ 网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内 的荷载集中作用在该节点上。
➢ 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为 铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时， 应同时考虑弯矩的影响。
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➢ 网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架 类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。
气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端 封闭。
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✓ 在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计 算值
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➢ 如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空 间桁架位移法，或近似计算方法。
➢ 对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国 家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001的规定 进行计算。
➢ 抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国 家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001的规定。
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基本单元
基本未知量
网架杆件 节点位移
对杆件单元进行分析,由虎克定律建立 单元杆件内力与节点位移之间的关系,
单元刚度矩阵 形成单元刚度矩阵
各节点平衡及变形协调条件
总刚度矩阵 总刚度方程
引入边界条件
节点位移值
单元内力与节点位移间关系
结构的节点荷载和 节点位移间关系
杆件内力
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网架计算基本假定:
(5)杆件直接汇交节点
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焊接空心球
焊接空心球节点
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螺栓球
螺栓球连接节点
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焊接钢板节点
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焊接钢管节点
管件直接汇交节点
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网架的节点构造应满足下列要求 ➢ (1)受力合理，传力明确； ➢ (2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； ➢ (3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小； ➢ (4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿
④积灰荷载
⑤吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。
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地震作用（竖向）
➢ 在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不 进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区， 网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。
地震作用（水平）
➢ 在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震 验算；在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小 跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的 地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震 作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。网
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3.4空间杆系有限元法--空间桁架位移法
➢ 空间杆系有限元法也称空间桁架位移法。 ➢ 空间杆系有限元法是目前杆系结构计算精度最高的
一种方法，适用于各种类型、各种平面形状、不同 边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力 等工况均可计算。 ➢ 能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。 ➢ 计算程序见下图：
3.3 网架的计算要点
网架结构设计应满足行业标准《网架结构设计与 施工规程》JGJ7-91的要求
3.3.1网架荷载计算
➢ 直接作用（荷载）和间接作用 ➢ 网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和
位移进行计算，并应根据具体情况对地震作 用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工 安装荷载引起的内力和位移进行计算
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直接作用 ➢ 永久荷载
➢ 可变荷载
永久荷载
可变荷载 网架自重(双层网架的自重可按经验公式估算
见教材P120公式（3-2）)
屋面（楼面）自重
吊顶材料的重量
设备管道材料的重量
①屋面 (或楼面)活荷载
②雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合)
③风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小
计算风载时可不考虑风振系数的影响
架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。
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wenku.baidu.com度作用
➢ 网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于温 度变化而引起的内力:
✓ 支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于 下式的计算值：
u2E Lm A(0.0E 3tf81) 教材P120公式(3-3)
✓ 周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m， 且支承结构为独立柱或砖壁柱；
大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优点， 钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前网架杆 件常用的截面形式。 ➢ 管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可 采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345 钢。
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网架杆件的长细比不宜超过下列数值
➢ 受压杆件：180
➢ 受拉杆件：
✓ (1)一般杆件400
✓ (2)支座附近处杆件300
✓ (3)直接承受动力荷载的杆件250
➢ 网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计
算应满足钢结构设计规范的要求。普通角钢截 面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm×3mm。 钢管不宜小于ф48×2mm。
➢ 无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属 于a类和b类截面。
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3.6节点设计
➢ 网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢 量的20％～25％，节点构造的好坏，对结构性能 、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影 响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点 形式主要有：
❖ 节点：
(1)焊接空心球节点
(2)螺栓球节点；
(3)焊接钢板节点；
(4)焊接钢管节点
(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各 种类型、各种平面、各种支承条件的网架计算。
(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的 由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。
(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平 面桁架系或角锥体组成的网架计算。
(4)假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架， 棋盘形四角锥网架的估算。