大跨空间结构网架结构之选型分析设计施工

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
54/86
★ 补充说明
1)双层网架自重估算
• 网架自重(kg/m2)
G L 1.5
qw
qw — 除网架自重外的荷载标准值 (kN/m2)
L— 网架的短向跨度(m)
G (kg/m2)
100
80
q =2.0kN/m2
w
60
q =1.5kN/m2
w
40
q =0.8kN/m2 w
20
0
20
40
60
80
100
《大跨空间结构》之
网架结构 (上)
Plate-like Space Truss
内容
1 网架结构概述 2 网架结构选型 3 网架结构分析 4 网架结构设计 5 网架结构施工
1/51
§1 网架结构概述
网架是由多根杆件按一定的网格形式通过节点连 结而成的平板型或微曲面型空间杆系结构。
杆 件
网架
节 点
2/51
56/86
4)温度应力
钢结构的温度应力为:
t E t
Hale Waihona Puke Baidu
温度应力与 支座约束密
切相关。
— 钢材的线膨胀系数,1.2×10-5 /℃
E— 钢材的弹性模量,2.06×105 N/mm2
对于两端固定的杆件,每变化1℃引起的温度应力约 为2.5N/mm2
对于可自由变形的杆件,每变化1℃引起的温度变形 为1.2×10-5L
2. 第一批有影响的网架 1967年,首都体育馆; 1973年,上海万人体育馆
3. 1981年,《网架结构设计与施工规定》颁布 2010年,《空间网格结构技术规程》颁布
4. 80年代初,专业网架厂家出现;90年代后期,年建 设网架100万平方米以上,成为“网架王国”
11/51
15X6.6=99.0
试找出其构成规律。
节点汇交6根,构造简单 上弦平面六边形,增加屋面
板布置和找坡的困难 适用于中小跨度的周边支承
网架,用于六边形、圆形和 矩形平面
33/51
§2.2 网架结构的支承设置
• 网架支承位置
(A)上弦支承
(B)下弦支承
• 网架支承布置
1. 周边支承;2. 点支承;3. 周边支承与点支承结合; 4. 三边或两边支承;5. 单边支承
51/51
《大跨空间结构》之
网架结构 (下)
Plate-like Space Truss
§3 网架结构分析
3.1 荷载作用 3.2 有限元分析方法 3.3 几何不变性分析
53/86
§3.1 荷载作用
1.永久荷载 (1)自重(2)屋面(3)吊顶 (4) 设备管道 2.可变荷载 (1)屋面活载(2)屋面雪荷载(3)风荷载 (4)积灰荷载(5)吊车荷载 3. 温度应力 4. 地震作用 (水平,竖向)
• 当中间屋脊处小立柱较高时, 应验算其自身稳定性
• 对于大跨度网架可采取变高度 与小立柱相结合的方法
(A)网架整体起拱 (B)网架变高度
(C)设短柱支托
49/51
变高度网架
50/51
5.网架起拱与容许挠度 • 起拱的目的是避免视觉和心理上的下垂感,
有时也用于降低网架在永久荷载下的挠度 • 起拱度≤L/300 • 对起拱网架设计时可按不起拱计算 • 容许挠度: 屋盖L/250, 楼盖L/300
34/51
1. 周边支承
传力直接、受力均匀,较为常用 当支承于柱顶时,网格宽度要与柱距一致。 当支承于圈梁时,网格的划分可不受柱距的约束。
35/51
2. 点支承
受单力跨与多无点梁支楼承盖网相架似,,悬应挑尽长可度能宜设取计中成间悬跨挑度形的式1/3; 悬多挑点网支格承可连使续跨跨中网弯架矩,和悬挠挑度长减度少宜,取网中架间内跨力度趋的于1/均4 匀
40/51
1)在自由边附近增加网架层数,或加设托梁、托架 2)增加网架高度或局部杆件截面加大(中、小型网架)
41/51
5. 单边支承
受力与悬挑板相似 多用于挑篷结构
42/51
§2.3 网架结构的选型原则
网架选型应根据建筑平面形状和尺寸、支承条件、 荷载大小、屋面构造、制作方法等方面综合确定
根据桁架布置方式及交角的不同,主要分为3种形式
20/51
(1)两向正交正放网架
注意:应通过设置水平支撑保 证结构的几何不变性,增加空 间刚度。
21/51
两向正交正放网架适用于正方形或接近正方形的建筑 平面,此时其受力类似于双向板。
当边长比>2 后,单向传力作用明显,两方向杆件内 力差别较大,受力类似于单向板。
两向正交正放
正放四角锥
正放抽空四角锥
45/51
3)矩形平面、点支承 • 不应采用斜放体系。
尽管正放四角锥网 架用钢量略高,但其 标准化程度好,适用 性广,目前采用较多
4)圆形、多边形平面
• 宜采用三向桁架系或三角锥系。
三向网架
三角锥网架
抽空三角锥网架
46/51
2. 网架高度确定 (1)荷载和设备尺寸(挠度和设备穿行空间) (2)平面形状(空间作用是否显著) (3)支承条件(周边支承优于点支承) (4)建筑尺寸要求(建筑高度)
(1)三角锥网架
受力均匀,空间刚度大 适用于三角形、六边形
或圆形平面 适用于大中跨度及重屋
面的建筑物
h 2 3s
思考:在何条件下网架所有杆件等长?
31/51
(2)抽空三角锥网架
除周边网格不动外,按一定规律抽掉一些三角锥单元。 整体刚度较差 适用于中小跨度的轻屋面的建筑物
32/51
(3)蜂窝形三角锥网架
1993年Weaire和Phelan提出由 14 面体和12 面体 组合模型,被认为是Kelvin问题的最佳解决方案。
16/51
水立方网格结构示意
2、由空心多面体 单元构成的空间网 格
1、由多面体单元 构成的完整空间
3、切割形成平板状 空间网格结构
17/51
§2 网架结构选型
2.1 网架结构的基本类型 2.2 网架结构的支承设置 2.3 网架结构选型原则
18/51
§2.1 网架结构的基本类型
•按结构组成: 双层网架、三层网架
•按节点类型: 螺栓球网架、焊接球网架
•按网格组成: 交叉桁架体系(两向、三向) 角锥体系(三角锥、四角锥)
19/51
1.平面桁架系网架
由若干平面桁架相互 交叉组成,各桁架在交 点处共用一根竖杆。 特点:上下弦杆等长 注意:斜腹杆应沿受 拉方向布置。
L (m)
网架杆件自重随跨度变化
• 网架节点自重一般占网架总重的20%-25%。
55/86
2)网架屋面自重估算
• 轻(金属)屋面:0.3kN/m2 • 保温玻璃屋面: 1.0kN/m2 • 重屋面: 约1.5kN/m2
3)雪荷载
• 雪荷载与屋面活荷载不 同时考虑,取大值;
• 应考虑雪荷载的不均匀 分布
工程实例——首都体育馆
17X6.6=112.2
正交斜放网架,高6m,角钢杆件, 板式螺栓节点,65kg/m2
12/51
工程实例——上海万人体育馆
三向网架,直径110m,外挑7.3m,高6m 钢管杆件,焊接空心球节点,47kg/m2
13/51
工程实例——飞机机库
首都机场四机位机库 1996 (2X153X90m) 广州白云机场机库 (78X70m)1988
36/51
为使支承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。
柱帽有下面几种常用形式:
(1) 设置在网架下,形成倒锥形支座。
特点:传力直接,但占据室内空间。
37/51
(2)设置在网架内,柱直接支承在上弦节点上。
特点:不占室内空间;但承载力较 低,适用轻屋盖或中小跨度网架。
(3)设置在网架上,形成局部加高网格区域。
14/51
工程实例——深圳市民中心
(曲面网架,2004)
三层网架,486×154m,网格6×6m,厚9m,焊接球 节点,最大球直径900mm;屋顶面积6.3万平米,重约 9000吨 。
15/51
工程实例——水立方
(异形网格网架,2008)
1887年Kelvin提出:如果将三维空间用等体积单元填 充且接触面积要最小,这些单元应是什么形状?
以Full为代表的网格划分方式创新:
Octec Truss Octahedron
Octahedron
Octec 体系
9/51
1970年大阪世博会喜庆广场空间网架
108X292m,6柱支承
10/51
我国网架结构的发展
1. 第一个网架,1964年,上海师范大学球类馆屋盖 (31.5m × 40.5m、角钢杆件,钢板节点)
网架结构的优点
属高次超静定结构,空间受力,刚度大,整 体工作性能好,抗倒塌性能好
自重轻、节约钢材 制作安装方便、工业化程度高 形状适应性强、支承布置灵活 结构高度低,便于管道穿越
3/51
管道穿越网架
4/51
网架结构的缺点
杆件密集,视觉上略显“繁杂” 表面积大,防火、防腐问题突出 弯矩抵抗型体系,工作效率不高。
57/86
温度变化范围是指施工安装完毕时的气温与 当地常年最高或最低气温之差。
网架支承平面弦件的温度应力大于非支承平 面杆件,边缘区域的杆件大于中间区域。
58/86
符合下列条件之一者,可不考虑温度应力:
1. 支座节点的构造允许网架侧移,且允许侧移值大于或 等于网架温度变形值;
2. 网架周边支承、网架验算方向跨度小于40m,且支承结 构为独立柱;
特点:不占室内空间,柱帽上凸部 分可兼作采光天窗。
38/51
3. 周边支承与点支承结合 可有效减少网架杆件 的内力峰值和挠度 适用于大柱网工业厂 房、仓库、展览馆等
39/51
4. 三边或两边支承
在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中应用 自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利,应对其
做特殊处理。
一般宜取跨度的1/10—1/18,跨度大取小值。
47/51
3. 网格尺寸确定 • 屋面材料
无檩体系,不宜超过4m 有檩体系,不宜超过6m • 网架在短向跨度的网格数不宜小于5 • 相邻杆件间夹角宜大于 45度,不宜小于30度
48/51
4.网架屋面排水方案
• 设短柱支托构造简单,是采用 较多的找坡方法
上、下弦节点均分别 连接8根杆件。
思考:在何条件下网架所有杆件等长?
26/51
(2)正放抽空四角锥网架
下弦网格尺寸比上弦网格 尺寸大一倍。
杆件数目少、构造简单、 经济效果好
受力与正交正放交叉梁系 相似
下弦杆件受力不均匀,刚 度略小,适用于中小跨度
27/51
(3)斜放四角锥网架
上弦杆短、下弦杆长 节点构造简单,用钢
3. 在单位力作用下,柱顶位移值大于或等于下式计算值:
u
L
2EAm
Eat 0.038 f
1
Am—— 支承平面弦杆截面积算数平均值(mm2) ——系数,正交正放=1.0,正交斜放=1.414,三向=2.0
59/86
既允许温度变形又能有效抵抗侧向力 的支座设置
60/86
单向滑动支座
L1 L2
22/51
(2)两向正交斜放网架
适用于正方形和长方形建筑平面 角部短桁架对与其垂直的长桁架起
到弹性支承作用 当长桁架直通角柱时,角柱会受到
较大上拔力,设计中应予注意。 在周边支承情况下,较两向正交正
放网架刚度大、用料省。
23/51
(3)三向网架
(Nmax=13)
网格呈正三角形,属几何 不变体系
耗钢量 杆件与节点的造价差异 围护结构费用 安装费用 结构整体刚度 外观效果
网格形式 尺寸确定 构造要求
43/51
1.网格形式的选择
1)矩形平面、长宽比≤1.5、周边支承 • 四角锥系和两向正交桁架系均适用。 • 斜放体系优于正放体系。
斜放四角锥
棋盘形四角锥
两向正交斜放
44/51
2)矩形平面、长宽比>1.5、周边支承 • 四角锥系和两向正交桁架系均适用。 • 正放体系优于斜放体系。
适用于三角形、六边形、 多边形和圆形平面
空间刚度大、受力性能好 节点汇交杆件多,构造复

思考:最多的节点汇交杆件是多少?
24/51
2.四角锥体系网架
上弦杆 腹杆
下弦杆
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。
25/51
(1)正放四角锥网架
受力均匀,空间刚度 大,应用最广
量较省(上6下8) 网架周边应布置刚性
边梁
28/51
(4)棋盘形四角锥网架
斜放四角锥网架水平转动45度(上正下斜) 上弦杆短、下弦杆长,受力合理,屋面构造简单 周边满锥时,刚度较好
29/51
3.三角锥体系网架
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。
30/51
5/51
网架结构的发展
20世纪初,Bell率先提出 并实践了空间网格结构;
其后的发展主要围绕两条 主线:
1)节点连接形式; 2)杆件网格划分方式
6/51
以MERO体系为代表的节点连接体系创新:
球形节点
碗形节点
柱形节点
碟形节点
叉形节点
刚性节点
7/51
以Fuller为代表的网格划分方式创新:
8/51
相关文档
最新文档