空间网架结构

空间网架结构1、网架的特点和形式网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。

常应用在屋盖结构。

通常将平板型的空间网格结构称为网架，将曲面型的空间网格结构简称为网壳。

网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网壳有单层和双层两种。

平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式。

（1）网架特点①网架结构是高次超静定空间结构。

空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。

②网架结构的自重轻，用钢量省；③既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋；④同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。

⑤网架结构取材方便，一般采用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式有钢管和角钢两类，以钢管采用较多，并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）。

⑥网架结构其杆件规格统一，适宜工厂化生产，为提高工程进度提供了有利的条件和保证。

由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的平板空间结构。

具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。

具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。

缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。

（2）网架的形式①网架按弦杆层的形式：按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。

(a) (b)图3—1 双层及三层网架②双层网架的形式a.平面桁架系网架：包括两向正交正放网架、两向正交斜放、斜交斜放网架和三向网架。

特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。

一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。

斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～60°之间。

两向正交正放网架：由两组分别与边界平行的平面桁架互成90°交叉组成。

同一方向的各平面桁架长度一致。

网架本身属几何不变体系。

适用于建筑平面为正方形或接近正方形且跨度较小的情况。

两个方向的杆件内力差别不大，受力较均匀。

两向正交正放网*两向正交斜放网架：短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。

角部产生拔力，常取无角部形式。

比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省。

适用于建筑平面为矩形的情况。

*三向网架特点：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。

杆件数量多，节点构造比较复杂。

三向网架适用于大跨度且建筑平面为三角形、六边形、多边形和圆形的情况。

两向正交正放网架两向正交斜放网架b．四角锥体系网架四角锥体系网架包括：正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架和星形四角锥网架。

正放四角锥网架：杆件受力较均匀，空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架好。

适用于建筑平面接近正方形的周边支承及点支承情况。

正放抽空四角锥网架除周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍。

适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架。

棋盘形四角锥网架：正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。

上弦杆比下弦杆短，受力合理。

克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点。

适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。

棋盘形四角锥网架斜放四角锥网架斜放四角锥网架：上弦杆比下弦杆短，受力合理。

杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。

适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面情况。

星形四角锥网架星形四角锥网架三角锥网架c. 三角锥体系网架包括：三角锥网架、抽空三角锥网架和蜂窝形三角锥网架。

三角锥网架：上、下弦平面均为三角形网格。

杆件受力均匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。

适用于大中跨度及重屋盖建筑物，当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜。

抽空三角锥网架：抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。

下弦杆内力较大，用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小。

适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面的建筑。

蜂窝形三角锥网架：上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网格。

本身几何可变。

其上弦杆短，下弦杆长，受力合理。

适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面。

蜂窝形三角锥网架2、网架选型根据建筑平面形状和跨度大小，支承方式、荷载大小、屋面构造和材料、制作安装方法等因素进行选型。

按照《网架结构设计与施工规程》JGJ 7-91，网架划分为：大跨度网架（为60m跨以上）、中跨度网架(30～60m跨)和小跨度网架(30m跨以下)。

（1）网架结构的支承及其选型A．支承方式：分为周边支承、点支承、周边支承与点支承相结合和两边和三边支承等。

点支承周边支承周边支承与点支承结合点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。

为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3 。

各种柱帽形式点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。

柱帽可设置于下弦平面之下(图a)，也可设置于上弦平面之上(图b)。

当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽(图c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。

B．网架选型网架结构选型的基本原则：对于大跨度结构：优选三向交叉网架和三角锥网架；对于平面交叉桁架体系而言，平面形状为方形或接近方形宜采用正交正放形式；平面形状为矩形时，宜采用正交斜放形式；不推荐采用斜交斜放形式；对四角锥体系网架而言，正放受力均匀，刚度最好；正放抽空节约钢材，便于采光、通风；斜放和星形有利于充分发挥材料的强度；当平面形状为三边形、六边形或圆形时，三角锥体系网架是首选。

其中，三角锥网架刚度最大；抽空三角锥次之，但用料节省、构造简单；蜂窝形刚度最差，选用时应与周边支承相结合。

平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。

对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。

平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。

当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。

平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。

对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。

平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。

对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。

支承方式选择：周边支承适用于大、中跨网架；点支承布置灵活，适用于大柱距的厂房、仓库；混合支承适用于飞机库或装配车间。

E.网架节点网架节点型式主要有：①按节点在网架中的位置可分为：中间节点和支座节点；②按节点的连接方式可分为：焊接连接节点、高强螺栓连接节点、焊接和高强螺栓混合连接节点；③按节点的构造形式可分为：焊接空心球节点；螺栓球节点；焊接钢板节点；焊接钢管节点；杆件直接汇交节点。

我国常用的是钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点。

焊接空心球节点有：①螺栓球节点；②焊接钢板节点；③焊接钢管节点；④杆件直接汇交节点。

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、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。

* 焊接空心球节点焊接空心球节点是用两块圆钢板（钢号Q235钢或Q345钢）经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。

钢球外径一般为160㎜～500㎜。

分加肋与不加肋两种（图），当焊接空心球的直径大于300，且杆件内力较大时，采用加肋球。

肋板厚度不应小于球壁等厚。

焊接空心球的优点是传力明确，构造简单，造型美观，连接方便，适应性强。

* 螺栓球节点螺栓球节点由钢球、高强螺栓、紧固螺栓、套筒、锥头或封板等零件组成，适合于连接圆钢管杆件。

螺栓球节点的优点是节点小，重量轻，节点用钢量约占网架用钢量的10％。

可用于任何形式的网架，特别适合于四角锥、三角锥体系的网架。

这种节点安装极为方便，可拆卸，安装质量宜达到保证。

可以根据具体情况采用散装、分条拼装和整体拼装等安装方法。

螺栓球节点的缺点是，球体加工复杂，零部件多，加工精度高；价格贵；所需钢号不一，工序复杂。

焊接钢板节点* 钢板节点的构造及设计钢板节点的节点板及盖板所采用的钢材应与网架杆件一致。

钢板节点的构造及设计要点如下：①杆件重心线在节点处宜交与一点，否则应考虑其偏心影响②杆件与节点连接焊缝的分布，应使焊缝截面的重心与杆件重心重合，否则应考虑其偏心影响；③便于制作和拼装。

网架弦杆应与盖板和节点板共同连接，当网架跨度较小时，弦杆也可只与节点板连接；④节点板厚度的选择与平面桁架的方法相同，应根据网架最大杆件内力确定。

节点板厚度应比连接杆件的厚度大2㎜，且不得小于6㎜。

节点板的平面尺寸应适当考虑制作和装配的误差。

⑤当网架杆件和节点板间采用高强螺栓或角焊缝连接时，连接计算应根据连接杆件内力确定，且宜减少节点类型。

当角焊缝强度不足时，在施工质量确有保证的情况下，可采用槽焊与角焊缝相结合并以角焊缝为主的连接方案，槽焊强度应由实验确定。

⑥焊接钢板节点上，为确保施焊方便，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间以及弦杆端部与节点中心线之间的间隙a均不宜小于20mm。

⑦十字型节点板的竖向焊缝为双向的复杂受力状态，为确保焊缝有足够的承载力，宜采用V型或K型坡口的对接。

*平板压力或拉力支座单面弧形压力支座角位移受到很大的约束，只适用于较小跨度网架角位移未受约束，适用于中小跨度网架。

单面弧形拉力支座双面弧形压力支座前者适用于较大跨度网架。

在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。

后者支座和底板间设有弧形块，上下面都是柱面，支座既可转动又可平移。

前者只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。

后者通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。

如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。