网架结构的杆件设计和节点构造

a.正放四角锥网架:以 倒四角锥为组成单元，锥底 的四边为网架的上弦杆，锥 棱为腹杆，建筑平面为矩形 时，上下弦杆均与边界平行 或垂直。上下弦节点各连接 8根杆件，构造较统一。正放 四角锥网架的杆件受力比较 均匀，板的规格单一，便于 起拱，屋面排水相对容易处 理，但因杆件数目较多，其 用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。
平面结构体系:
梁式结构（平面桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构
空间结构体系:
平板网架结构，网壳结构，悬索结构，斜拉结构，张拉整体结构等
我国采用平板网架结构最早的是上海师范学院球类房（1954年建成），采 用了31.4m×40.5m的正放四角锥网架。
1966年天津市科学宫采用了斜放四角锥网架，平面尺寸14.84m×23.32m ， 网架高度1m，网格为7×11，采用3号钢（相当于目前的Q235钢），由高 频焊接管组成，周边简支于钢筋混凝土圈梁上，耗钢量只有6.26kg/m2。 使用前，对6.36m×10.6m的3×5个网格的1/5模型进行了试验，在第一根 压杆失稳时，荷载为设计荷载的2.1倍，证明结构安全可靠。
第5章 网架结构
主Hale Waihona Puke 内容： 5.1 网架结构概述 5.2 网架结构的荷载和作用 5.3 网架结构的设计和计算 5.4 网架结构的杆件设计和节点构造
重点：
网架的形式 网架的设计计算 网架的节点构造
5.1 网架结构的概述
5.1.1 网架结构的定义及其特点 网架结构是有多根杆件按一定的网格形式通过节点连接而构成
大跨度覆盖的空间结构。空间网架结构具有以下特点： 1.网架结构整体性好、空间刚度大、结构稳定。 2.网架结构靠杆件的轴力传递载荷，材料强度得到充分利用，既
节约钢材，又减轻了自重。 3.网架结构自重轻，地震力就小，钢材具有良好的延伸性，可吸
收大量地震能量，网架空间刚度大，抗震性能优良。 4.网架结构高度小，可有效利用空间，普通钢结构高跨比为1/8—
b.两向正交斜放网架:两个方向的平面桁架垂直相交。用于矩形建筑 平面时，两向桁架与边界夹角为45°。两向正交斜放网架中平面桁架与边 界斜交，各片桁架长短不一，而其高度又基本相同，因此，靠近角部的短 桁架相对刚度较大，对与其垂直的长桁架有一定的弹性支承作用，从而减 少了长桁架跨中正弯矩。所以，在周边支承时，有长桁架通过角支点（图 5.1.5）和避开角支点（图5.1.6）两种布置，前者对四角支座产生较大的 拉力，后者角部拉力可由两个支座分担。
b.正放抽空四角锥网架: 在正放四角锥网架的基础 上，除周边网格不动外， 适当抽掉一些腹杆和下弦 杆，如每隔一个网格抽去 斜腹杆和下弦杆，使下弦 网格的宽度等于上弦网格 的二倍，从而减小杆件数 量，构造简单，经济效果 好，起拱比较方便。在抽 空部位可设置采光或通风 天窗。由于周边网格不宜抽杆，两个方向网格数宜取奇数。
II.四角锥体系网架 这类网架是由若干倒置的四角锥（图5.1.8）按一定规律组成。 网架上下弦平面均为方形网格，上、下弦网格相互错开半格，下弦 节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格四个节点用斜腹杆 相连。通过改变上下弦的位置、方向，并适当地抽取一些弦杆和腹 杆，可得到各种形式的四角锥网架。这类网架的腹杆一般不设竖 杆，只有斜杆。仅当部分上、下弦节点在同一竖直直线上时，才需 要设置竖腹杆。
1/10，而网架结构高跨比只有1/14—1/20。 5.建设速度快：网架结构构件尺寸和形状大量相同，可在工厂成批
生产，质量好、效率高、不与土建争场地，现场工作量小，工期缩短。 6.网架结构轻巧，能覆盖各种形状的平面，又可设计成各种各样
的体形，造型美观大方。
5.1.2 网架的形式与分类
1. 网架的形式
国家大剧院（肋环型空腹双层网壳）
2)平面网架（平板网架） 平面网架是由杆件按一定规律组成的结构。网架具有多向传力的性 能，空间刚度大，整体性能好，且有良好的抗震性能，既适用于大跨度 建筑，也适用于中小跨度的房屋，能覆盖各种形状的平面。 Ｉ.平面桁架系网架:上下弦杆完全对应并与腹杆位于同一竖向平面 内。竖杆受压，斜杆受拉。斜腹杆与弦杆类角宜在40°～60°之间。 a.两向正交正放网架:两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，分别与 边界方向平行。对周边支承网架，宜在支承平面（与支承相连弦杆组成 的平面）设置水平斜撑杆。
c.三向网架:三个方向的竖向 平面桁架互成60°角斜向交叉。 上下弦平面内的网格均为几何不变 的三角形，因此，这种网架是由若 干以稳定的三棱体作为基本单元所 组成的几何不变体系。网架空间刚 度大，受力性能好，内力分布也较 均匀，但汇交于一个节点的杆件最 多可达13根。节点构造较复杂，宜 采用钢管杆件及焊接空心球节点。 三向网架适用于三角形、六边形、多边形和圆形并且跨度较大的建筑平面。 当用于圆形平面时，周边将出现一些不规则网格，需另行处理。三向网架的 节间一般较大，有时可达6m以上。
网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。
双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构，是常用的网 架形式。
三层网架是由上弦、中弦、下弦、 上腹杆和下腹杆组成的间结构，其特 点是增加网架高度，减小弦杆内力， 减小网格尺寸和腹杆长度。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。
c.棋盘形四角锥网架: 在正放四角锥网架基础上， 保持周边四角锥不变，中 间四角锥间隔抽空。上弦 杆为正交正放，下弦杆与 边界成45°角，为正交斜 放。这种网架上弦短杆受 压，下弦长杆受拉，节点 汇交杆件少。这种网架也 具有短压杆、长拉杆的特 点。由于周边为满锥，因 此它的空间作用得到保证。 用于小跨度周边支承情况。
2 .网架的分类 按外形分类，可分为曲面网架、平面网架。 1)曲面网架（网壳） 曲面网架是由杆件按一定规律 组成的曲面结构，分单层及双层两 大类。网壳可设计成各种曲面，能 充分满足建筑外形及功能方面的要 求。曲面网架结构主要承受压力， 稳定问题比较突出。跨度较大时， 不能充分利用材料的强度。杆件和 节点的几何偏差，曲面偏离等初始 缺陷对曲面网架内力和整体稳定影 响较大。它利用了一定起拱度来实现外力的空间传递，而多余的上凸增加了 建筑容积，但是巨大的推力使其施工困难，材料消耗大。