第三章 大跨屋盖结构

合集下载
  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)。
原则:网架的选型应结合工程的平面形状、 建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和 造价等因素综合分析确定。 按照《网架结构设计与施工规程》JGJ 7— 91的划分:大跨度为60m以上;中跨度为 30—60m;小跨度为30m以下。
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。
温度作用
网架结构符合下列条件之一者,可不考虑由于温度 变化而引起的内力 支座节点的构造允许网架侧移,且侧移值不小于下 式的计算值:
周边支承的网架,当网架验算方向跨度小于40m, 且支承结构为独立柱或砖壁柱; 在单位力作用下,柱顶位移大于或等于上式的计算 值
如果需要考虑温度变化引起的网架内力,可 采用空间桁架位移法,或近似计算方法。 对非抗震设计的网架,荷载及荷载效应组合 应按国家标准《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2001的规定进行计算。 抗震设计的网架,荷载及荷载效应组合尚应 符合国家标准《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001的规定。
图3.6 两向正交斜放网架
两向正交斜放 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。 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的情形 受力性能欠佳,节点构造较复杂
图3.7 三向网架
三向网架 三个方向的平面桁架 相互交角60 比两向网架刚度大, 适合大跨度 常用于正三角形,正 六三角形平面 在某些平面形状会出 现不规则杆件
图3.15 抽空三角锥网架
上弦网格为三角形和 六边形,下弦网格为 六边形。 腹杆与下弦杆位于同 一竖向平面内。节点、 杆件数量都较少,适 用于周边支承,中小 跨度屋盖。 蜂窝形三角锥网架本 身是几何可变的:借 助于支座水平约束来 图3.16 蜂窝三角锥网架 保证其几何不变。
3.2.3网架的选型
图3.8 正放四角锥网架
正放四角锥网架空间刚度较好,但杆件数量较多, 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。
2008奥运会场馆(正放四角锥)
运动场看台
图3.10正放抽空四角锥网架
特点:将正放四角锥网架 适当抽掉一些腹杆和下 弦杆。
棋盘形四角锥网架 保持正放四角锥网架 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。 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。
网架结构的支承
网架的支承方式:
周边支承 点支承 周边支承与点支承相结合 两边和三边支承
图17 周边支承
周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支 座(图17a,b),支座可支承在柱顶或圈梁上,网 架受力类似于四边支承板,是常用的支承方式。 为了减小弯矩,也可将周边支座略为缩进,如图 17(c)
注:1.L2为网架短向跨度,单位为米; 2.当跨度在18m以下时,网格数可适当 减少。
网架的挠度要求及屋面排水坡度
网架结构的容许挠度不应超过下列数值:用 作屋盖——L2/250;用作楼面—— L2 /300。L2为网架的短向跨度。 网架屋面排水坡度一般为3%-5%,可采用 下列办法找坡: (a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图 22a),当小立柱较高时,须注意小立柱自 身的稳定性;
选用原则: 网架跨度较大时, 采用。
图3b 三层网架
青岛极地海洋世界效果图
青岛极地海洋世界鱼头部分有限元模型
3.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据
网架为一空间铰接杆系结构,杆件布置必须 保证不出现结构几何可变性。 网架结构几何不变的必要条件是:
W 3J m r 0
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
梁式结构
平面刚架结构
平面结构体系 返回
拱式结构
平板网架
网壳结构
图1 (a)平行布置预应力双层索系;
斜拉结构(图1 c)
Maysville Bridge
图2 张拉整体结构
3.2 网架的形式
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(图3a),是最常用的网架形式。
图3a 双层网架
特点: 三层网架是由上弦、中弦、 下弦、上腹杆和下腹杆组成 的空间结构(图 3b)。 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。
式中 J——网架点数; m——网架的杆件数; r——支座约束链杆数,r≥6
当W>0网架为几何可变体系; W=0网架无多余杆件,如杆件布置合理, 为静定结构; W<0网架有多余杆件,如杆件布置合理, 为超静定结构。
3.2.2双层网架的常见形式
两向正交正放网架
平面桁架网架
四面锥体系网架
平面尺寸很大的建筑 物,除在网架周边设 置支承外,可在内部 增设中间支承,以减 小网架杆件内力及挠 度(图20)
图20 周边支撑与点支承结合
网架高度确定原则
网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支 承条件及设备管道等因素有关。 屋面荷载较大、跨度较大时,网架高度应选得 大一些。 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时,网 架高度可取得小一些,狭长平面时,单向传力 明显,网架高度应大一些。 点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。 当网架中有穿行管道时,网架高度要满足要求。
等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。
三角锥网架上下弦平 面均为正三角形网格, 上下弦节点各连9根杆 件。 当网架高度为网格尺 寸的倍时,上下弦杆 和腹杆等长。三角锥 网架受力均匀:整体 性和抗扭刚度好,适 用于平面为多边形的 大中跨度建筑。
图3.14 三角锥网架
保持三角锥网架的上 弦网格不变,按一定 规律抽去部分腹杆和 下弦杆。 抽杆后,网架空间刚 度受到削弱。下弦杆 数量减少,内力较大。 抽空三角锥网架适用 于平面为多边形的中 小跨度建筑。
网格尺寸确定原则
网架的网格尺寸与高度关系密切,斜腹杆与 弦杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹 角过小,节点构造困难。 网格尺寸要与屋面材料相适应,网架上直接 铺设钢筋混凝土板时,网格尺寸不宜过大, 一般不超过3m,否则安装困难。当屋面采 用有檩体系时,檩条长度一般超过6m。 对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按 表3-1选用。
地震作用(水平)
在抗震设防烈度为7度的地区,可不进行网 架结构水平抗震验算;在抗震设防烈度为8 度的地区,对于周边支承的中小跨度网架可 不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为9 度的地区,对各种网架结构均应进行水平抗 震验算。水平地震作用下网架的内力、位移 可采用空间桁架位移法计算。网架的支承结 构应按有关规范的规定进行抗震验算。
3.3.2网架内力分析方法
网架结构的外荷载按静力等效原则,将节点 从属面积内的荷载集中作用在该节点上。 分析结构内力时,可忽略节点刚度的影响, 假定节点为铰接,杆件只承受轴力,当杆件 上作用有节间荷载时,应同时考虑弯矩的影 响。
网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根 据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算 方法。 (1)空间桁架位移法,计算精度最高的一种方法, 适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。 (2)交叉梁系差分法,简化计算方法,用于跨度在 40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥 网架的计算。 (3)拟夹层板法,简化计算方法,用于跨度在40m 以下,由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。 (4)假想弯矩法,简化计算方法,可用于斜放四角 锥网架,棋盘形四角锥网架的估算。
3.4空间杆系有限元法
空间杆系有限元法也称空间桁架位移法。 空间杆系有限元法是计算精度最高的一种方 法,适用于各种类型、各种平面形状、不同 边界条件的网架,静力荷载、地震作用、温 度应力等工况均可计算。 能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。 计算程序见下表。
两向正交斜放网架 三向网架 正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架
三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架
三角锥体体系网架
水平斜撑杆
图3.4两向正交正放网架
选用原则:在矩 形建筑平面中, 网架的弦杆垂直 于及平行于边界。
水平斜撑杆
水平斜撑杆
图3.5 周边支承网架水平斜撑布置方式之一
图3.11 棋盘形四角锥网架
图 3.12 斜放四角锥网架
斜放四角锥网架 上弦网格呈正交斜放, 下弦 网格为正交 正放。网架上弦杆短, 下弦杆长,受力合 理。 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。
图3.13 星形四角锥网架
星形网架上弦杆比下弦杆短,受力合理。竖杆受压,内力
永久荷载
可变荷载
①屋面 (或楼面)活荷载 ②雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合); ③风荷载。由于网架刚度较大,自振周期较小 计算风载时可不考虑风振系数的影响; ④积灰荷载 ⑤吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。
地震作用(竖向)
在抗震设防烈度为6度或7度的地区,网架屋盖结 构可不进行竖向抗震验算;在抗震设防烈度为8度 或9度的地区,网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。 对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的 网架结构,当设防烈度为8度或9度时,其竖向地 震作用标准值可分别取该结构重力荷载代表值的 10%或20%。设计基本地震加速度为0.3g时,可 取该结构重力荷载代表值的15%。计算重力荷载 代表值时,永久荷载取100%,雪荷载和屋面积灰 荷载取50%,不计屋面活荷载。
(b)对整个网架起拱(图22b); (c)采用变高度网架,增大网架跨中高度, 使上弦杆形成坡度,下弦杆仍平行于地面, 类似梯形桁架。 (3)有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶 段的挠度),其拱度可取不大于短向跨度的1 /300。
(a)用小立柱
(b)起坡
图22 网架屋面找坡
施工的网架
第三章 大跨屋盖结构
目录
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 结构形式 网架的结构形式 网架的计算要点 空间杆系有限元法 网架杆件设计 节点设计 网壳
广州新白云机场钢构工程
新加坡滨海艺术中心
3.1结构形式
大跨度结构的分类 平面结构体系
梁式结构(平面、空间桁架) 平面刚架结构 拱式结构
图18 点支撑
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 (图18)。
图19 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19a),也可设置于 上弦平面之上(图19b)。 当柱子直ຫໍສະໝຸດ Baidu支承上弦节点时,也可在网架内设置伞 形柱帽(图19c),这种柱帽承载力较低,适用于中 小跨度网架。
3.3 网架的计算要点
直接作用(荷载)和间接作用 网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和 位移进行计算,并应根据具体情况对地震作 用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工 安装荷载引起的内力和位移进行计算
直接作用
永久荷载 可变荷载 网架自重 屋面(楼面)材料重力 吊顶材料的重力 设备管道的重力
相关文档
最新文档