大跨度网架结构施工技术与应用

大跨度网架结构施工技术与应用

大跨度网架结构施工技术与应用

李文杨功臣

第一章概论

一、空间结构近年来迅速发展的原因

近几十年来, 随着生产的不断发展和人民社会活动的要求的提高, 需要建设大跨度的工业厂房、展览馆、体育场馆、大会堂工程等建筑物和构筑物, 以满足生产和人民生活日益增长的需求。

随着建筑结构跨度的增大, 传统的平面结构, 如梁、桁架、钢架等大跨度屋盖和承重构件已有许多的问题存在。客观上要求必须用空间网架结构来代替平面结构, 使之增加稳定性及安全性。

空间结构是一种高次超静定结构, 分析过程十分繁琐, 手工计算几乎是不可能的, 用近似的方法分析, 除工作量非常大之外, 往往需要加大安全度以弥补近似计算带来的偏差, 因此造成材料的浪费和损失。电子计算机技术的发展与完善为空间结构的精确计算提供了可能性, 而且计算速度快、精度高。同时还能进行多种结构方案的比较和优化设计, 为空间结构的发展创造了有利的条件和良好的工作环境。

网架结构因此能迅速发展, 除上述原因外, 还有网架的空间节点得到了很好的解决, 如空心球节点和螺栓球节点等, 这些节点都具有安全可靠、施工方便等优点。高强钢材的生产和广泛应用也为空间结构的发展创造了有利条件。

二、空间结构的分类

空间结构大致可分为薄壳结构、悬索结构和网架结构三大类。

◆薄壳结构一般泛指采用钢筋混凝土材料建造的薄壁壳体, 它

具有传递力比较直接的特点, 有较好的受力性能。

◆悬索结构是以钢索为受拉的主要承重构件, 由于钢索都是采

用高强度的钢材制成, 其受力性能合理, 材料强度能够充分

发挥。

◆网架结构是由许多杆件组成的空间结构, 它又可分为平板型

网架和网壳型两大类。其中平板型网架在中国发展很快, 应

用也比较广泛。

三、平板网架的优点

平板网架结构( 简称网架) 因此能得到广泛的应用, 为广大设计和施工及建设单位所青睐, 主要是因为它具有较为突出的优点。现将其主要优点分析如下:

1、网架结构空间受力, 每根杆件都参加工作, 故能够节省钢材。

如网架形式, 杆件截面和节点构造选择合理, 网架的用钢量可达到等跨度的钢筋混凝土结构的用钢量, 既减轻了自重, 又节约了大量的木材、水泥和施工的人工费用等。

2、网架结构的建筑高度小, 网架的厚度一般为1/15～1/20L, 而

较普通桁架节省空间。

3、对抗震有利, 由于网架结构自重轻、延性好, 因此能吸收大

量的地震能量。网架结构的空间体系, 各方面的刚度等同, 整体性好, 能抵抗不同方向的地震力。

4、对承受集中荷载、非对称荷载、局部超载等都有利, 并能较

好地承受在网架吊装时产生的提升差和地基不均匀沉降引起的附加内应力。

5、网架的杆件和节点的形状尺寸大都相同, 因而可做成标准构

件在工厂生产。这样制作加工方便, 还能够提高效率, 而且可降低材料消耗, 改进节点构造, 确保产品质量, 并能减少大量现场工作量, 提高网架的工程质量。

6、由于网架结构的网格尺寸较小, 便于采用轻型屋面。

7、网架结构便于在顶棚上铺设管道、安装灯光设备及悬挂吊

车等设备。

8、建筑布置灵活, 其外露杆件组成的集合图案美观大方, 深受广

大建筑师的欢迎。

9、设计工作简便, 计算及绘图工作量都可大量减少。

四、国外使用情况简述

焊接技术的发展和电子计算机的普及应用, 推进了网架结构的发展。近三十年来, 国外许多国家广泛地采用网架结构, 在日本、英国、西德和法国等国家, 其网架结构方面的进展更为突出。

当前世界上跨度最大的网架结构是于1973年建成的瑞士苏黎士克洛喷气机库, 其平面尺寸为125米×128米, 网架型成为两向正交斜放网架, 网格尺寸为9米, 三层网架, 总厚度为11.62米, 三边

支承, 设有100吨位悬挂吊车。

覆盖面积最大的是西德杜塞尔多夫的一座大型展览馆, 总覆盖面积为102600平方米。它由114个单元网架组成, 每个单元尺寸为30米×30米。其中有32个单元采用空心球节点, 82个单元采用螺栓球节点。

日本于1970年建成的大坂世界博览会的一个展览馆, 采用了正放四角锥网架, 其平面尺寸为202米×108米, 支撑在六根钢柱上, 网架的网格尺寸为10.80米, 网架厚度7.6米。

英国伦敦航空港于1970年建成的波音747机库, 其屋盖结构是世界最大的斜交斜放网架。网格为菱形, 边长8.7米, 屋盖分高、低跨两部分。低跨网架为138.7米×55.5米, 高跨为170米×25.8米。高低跨度交接处支撑在一根脊梁上, 其脊梁是一架长170米, 高14.6米, 宽3.4米的桁架。

在随着网架结构的广泛应用, 各国的网架结构都已形成自己的体系, 转向工厂化、商品化生产。每个体系都有自己独特的节点、不同的杆件截面和材料、安装单元等。网架的型成多由四角锥体组成。

在国外不可是大型公共建筑中应用网架结构, 而且在工业厂房中也大量采用, 在多层车库等多层建筑的楼板中也得到了应用。五、国内的使用情况

网架结构在中国已有二十多年的历史, 最早的网架结构屋盖是于1965年建成的上海师大球类房和1966年建成的天津科学窗。