钢结构设计之平板网架结构设计

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5.2网架结构的形式与设计特点…21
3 三角锥网架
三角锥网架的 构成特点是：以等 腰三角锥体为组成 单元，由于三角形 的稳定性，因而整 体抗弯、抗扭刚度 好。
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抽空三角锥网架 构成特点是：在
空间结构中以网架和网壳结构应用最广，分为： 平板网架——平板型的空间网格结构； 网壳——曲面型的空间网格结构。
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5.1网架结构的特点…2
网架及网壳结构的特点 （1）三维受力、能承受来至各个方向的荷载； （2）网架结构系高次超静定结构，整体性及稳定性
好、空间刚度大； （3）体系稳定、抗震性能好，在7度及7度以下地区
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5.2网架结构的形式与设计特点…2
按支承情况分类
（1）周边支承网架
网架的所有节点均搁置在柱或梁上，因传力直接、受力均 匀，是采用较多的一种形式。当网架周边支承于柱顶时，网格 宽度可与柱距一致。
网架周边支承于圈梁时，网格的划分比较灵活，可不受柱 距的约束。
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5.2网架结构的形式与设计特点…1
网架结构的形式
平板网架无论在设计、计算、构造还是施 工制作等方面均较为简便，可适用于大、中、小 各种跨度的屋盖结构体系。
网架结构的形式较多。按结构组成，通常 分为双层或三层网架；按支承情况分，有周边支 承、点支承、周边支承与点支承混合、三边支承 一边开口等形式；按网架组成情况，可分为由两 向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、由三角 锥体或四角锥体组成的空间桁架角锥体系等等。
第五章
平板网架结构设计
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内容提要
5.1 网架结构的特点 5.2 网架结构的型式及选型 5.3 网架结构的几何尺寸及屋面做法 5.4 网架结构的计算 5.5 网架结构的杆件和节点设计 5.6 空间结构简介
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斜放四角锥网架
斜放四角锥网架 的构成特点：以倒四 角锥体为组成单元， 由锥底构成的上弦杆 与边界成45°夹角， 而连接各锥顶的下弦 杆则与相应边界平行。
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三角锥网架的基础 上，除周边网格不 动外，适当抽掉一 些三角锥单元中的 腹杆和下弦杆。
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网架几何不变性分析
网架结构在外力作用下必须是几何不变体系，但 是许多形式的网架就其结构本身而言是结构几何可 变的，只有加上适当的支座约束后才成为几何不变 体系。因此，对网架的机动分析非常重要。
斜放四角锥网架上弦杆长度比下弦杆长度小，在周 边支承的情况下，通常是上弦杆受压，下弦杆受拉， 因而杆件受力合理。此外，节点处汇交的杆件（上弦 节点六根，下弦节点八根）相对较少，用钢量较省。
周边支承的斜放四角锥网架，在支承沿周边切向无 约束时，四角锥体可能绕Z轴旋转而造成网架的几何可 变，因此必须在网架周边布置刚性边梁；点支承的斜 放四角锥网架，可在周边设置封闭的边桁架。
m + r - 3J 0 或 m 3J - r 当m = 3J - r 时为静定结构，当 m > 3J - r 时为 超静定结构， m < 3J - r 时为几何可变体系。
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若将网架作为一个刚体考虑，则最少的支座约 束链杆数为6，即上式中的r 6。
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（2）点支承网架 点支承网架可置于四个或多个支承上。a 图称
为四点支承网架，b 图称为多点支承网架。
（a）
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（b）
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点支承网架主要用于大柱距工业厂房、仓库以 及展览厅等大型公共建筑。由于支承点较少，支点 反力较大。为了使通过支点的主桁架及支点附近的 杆件内力不致过大，宜在支承点处设置柱帽以扩散 反力。点支承网架周边应有适当悬挑以减少网架跨 中挠度与杆件的内力。
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(4) 三边支承或两边支承网架 由于建筑功能的要求，需要在一边或两对边上 开口，因而使网架仅在三边或两对边上支承，另一 边或两对边处理成自由边。自由边的存在对网架的 受力是不利的,为此一般应对自由边作出特殊处理。
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第五章 平板网架结构设计
5.1 网架结构的特点
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5.1网架结构的特点…1
空间网架及网壳是一种空间网格结构，它以大 致相同的格子或尺寸较小的单元重复组成，实质为 一种空间受力的桁架结构，与平面结构比较，由于 在荷载作用下三向受力，避免了在平面结构中的层 层传力现象，且结构的刚度也较平面结构大。
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正放抽空四角锥网架的杆件数目较少，构造简 单，经济效果好，起拱比较方便。不过抽空以后， 下弦杆内力的均匀性较差，刚度比未抽空的正放四 角锥网架小些，但能够满足工程要求。
正放抽空四角锥网架适用于中、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 承混合等情况。
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2 四角锥体系
这类网架以四角锥为其组成单元。网架的上、下 弦平面均为正方形网格， 上、下弦网格相互错 开半格使下弦平面正 方形的四个顶点对应 于上弦平面正方形的 形心，并以腹杆连接， 即形成若干四角锥体。
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（2）两向正交斜放网架 两向正交斜放网架的构成特点是：两个方向的竖 向平面桁架垂直交叉，且与边界成45°夹角。
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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，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，从而减小 了长桁架中部的正弯矩。在周边支承情况下，它较两 向正交正放网架刚度大、用料省。对矩形平面其受力 也较均匀。当长桁架直通角柱时，四个角支座会产生 较大向上拉力，设计中应予注意。如采用图b 所示布 置方式，拉力可由两榀桁架承受。
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正放四角锥网架 正放四角锥网架
的构成特点是：以倒 四角锥体为组成单元， 上、下弦杆均与相应 边界平行。正放四角 锥网架的上、下弦节 点均分别连接八根杆 件。
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普遍的做法是，在自由边附近增加网架的层数 （见 a 图），或者在自由边加设托梁、托架（见图 b）。对中、小型网架亦可选择增加网架高度或局 部加大杆件截面等方法。
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按网格组成分类
1 交叉桁架体系
这类网架由若干平
面桁架相互交叉组成。
正放四角锥网架的杆件受力比较均匀，空间刚度 较其它类型四角锥网架及两向网架为好。当采用钢筋 混凝土板作屋面板时，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可 能略高些。
正放四角锥网架一般适用于建筑平面呈正方形或 接近于正方形的周边支承、点支承（有柱帽或无柱帽 ）大柱距、以及设有悬挂吊车的工业厂房与有较大屋 面荷载的情况。
适用于正方形和长方形的建筑平面。
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5.2网架结构的形式与设计特点…13 （3） 三向网架 三向网架的构成特点是：三个方向的竖向平面 桁架互成60°角斜向交 叉。在三向网架中，上、 下弦平面的网格均为正 三角形，因此这种网架 是以若干稳定的三棱体 作为基本单元所组成的 几何不变体系。
竖向平面桁架的形式与
一般平面桁架相似，根
据平面桁架布置方式及
交角的不同，可分为几
种形式。
（1）两向正交正放网架
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5.2网架结构的形式与设计特点…9 两向正交正放网架的构成特点是：两个方向的平
面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。这种网架
的上、下弦平面呈正方形，基本单元为六面体，属几
如网架不与支座连接，仅考虑网架内部是否几何 可变，则由下式计算：
K = 3J - m - 6
当K= 0时，网架杆件数恰好满足其内部几何不变 的必要条件；当K< 0时，内部有多余杆件；当K > 0 时，内部几何可变。
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5.2网架结构的形式与设计特点…26 网架几何不变的充分条件
三角形是几何不变的，因此，以三根不共面的 杆件交出一个新节点所构成的网架单元也为几何不 变体系。当网架杆系组成的形体是由三角形界面组 成的多面体时，亦是几何不变的。故对网架结构几 何不变问题的分析可变成平面问题进行。
网架几何可变单元可通过加设杆件或适当加设支 承链杆使其成为几何不变体系。
用程序计算时，如出现挠度特别大等不合理情况， 则该网架有可能为几何可变。
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正放抽空四角锥网架 构成特点：在正放四
角锥网架的基础上，除周 边网格不动外，适当抽掉 一些四角锥单元中的腹杆 和下弦杆，使下弦网格尺 寸比上弦网格尺寸大一倍。 其受力与正交正放交叉梁 系相似。
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可不进行抗震验算； （4）结构高度小（约是平面桁架高度的2/3)、自重
轻、节约钢材； （5）杆件及配套零件规格化、便于工业化生产，但制 造精度要求高； （6）适应性强、平面布置灵活。
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第五章 平板网架结构设计
5.2 网架结构的形式与设计特点
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网架几何不变的必要条件 网架的力学模型是一个铰接的空间杆系结构，因 为一个刚体在空间的自由度为6，一个空间简单铰的 自由度为3，故网架任一节点有3个自由度。对于具 有J个节点m根杆件的网架，支承于有r根连杆的支 座上时，其几何不变的必要条件可由下式计算：
何可变。为保证结构的几何不变性以及增加空间刚度，
应适当设置水平支撑，以有效
传递水平力。对周边支承网架，
水平支撑宜在上弦或下弦网格
内沿周边设置；对点支承网架，
水平支撑则应在通过支承点的
主桁架附近设置。
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5.2网架结构的形式与设计特点…10 两向正交正放网架的受力状况取决于平面尺寸 及支承情况。对于周边支承、正方形平面的网架，其 受力类似于双向板。 两向正交正放网架沿两个方向的杆件内力差别 不大，受力比较均匀。但随着边长比的变化，单向传 力作用渐趋明显，两方向杆件内力差别也随之加大。 对于点支承网架，支承附近的杆件及主桁架跨中弦杆 的内力最大，其它部位杆件的内力很小。 两向正交正放网架适用于正方形或接近正方形以 及狭长矩形的建筑平面。
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5.2网架结构的形式与设计特点…5 (3) 周边支承与点支承混合网架 在点支承网架中， 当周边设有维护结构 和抗风柱时，可采用 周边支承与点支承混 合的形式。这种支承 方式适用于工业厂房 和展览厅等公共建筑。
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