网架结构分析

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。
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。
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。
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。
平面结构体系:
梁式结构（平面桁架、空ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
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—
第5章 网架结构
主要内容：
➢ 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
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。
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。
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
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。
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。