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1、1/51内 容2.1 网架结构概述2.2 网架结构选型2.3 网架结构分析 2.4 网架结构设计2.5 网架结构施工第1页/共53页2/512.1 网架结构网架结构概述概述 网架是由多根杆件按一定的网架是由多根杆件按一定的网格形式网格形式通过通过节点节点连结而成的平板型或微曲面型连结而成的平板型或微曲面型空间杆系结构空间杆系结构。网架网架杆杆件件节节点点第2页/共53页3/51n属高次超静定结构，空间受力，属高次超静定结构，空间受力，刚度大刚度大,整整体工作性能好体工作性能好,抗倒塌性能好抗倒塌性能好n自重轻自重轻、节约钢材、节约钢材n制作安装方便、制作安装方便、工业化程度高工业化程度高n形状
2、适应性强形状适应性强、支承布置灵活、支承布置灵活n结构高度低结构高度低，便于管道穿越，便于管道穿越网架结构的网架结构的优点优点第3页/共53页4/51管道穿越网架管道穿越网架第4页/共53页5/51n杆件密集，视觉上略显杆件密集，视觉上略显“繁杂繁杂”n表面积大，防火、防腐问题突出表面积大，防火、防腐问题突出n弯矩抵抗型体系，工作效率不高。弯矩抵抗型体系，工作效率不高。网架结构的网架结构的缺点缺点第5页/共53页6/51网架结构的网架结构的发展发展 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）杆件网格划分方式第6页/共53页7/51 以以
3、MERO体系为代表的体系为代表的节点连接体系节点连接体系创新：创新：球形节点球形节点碗形节点碗形节点柱形节点柱形节点碟形节点碟形节点刚性节点刚性节点叉形节点叉形节点第7页/共53页8/51以以Fuller为代表的为代表的网格划分方式网格划分方式创新：创新：第8页/共53页9/51以以Full为代表的为代表的网格划分方式网格划分方式创新：创新：Octec 体系体系Octec TrussOctahedronOctahedron第9页/共53页10/5119701970年大阪世博会喜庆广场空间网架年大阪世博会喜庆广场空间网架108X292m，6柱支承柱支承第10页/共53页11/511.第一个网架第
4、一个网架，1964年，上海师范大学球类馆屋盖年，上海师范大学球类馆屋盖 （31.5m 40.5m、角钢杆件角钢杆件，钢板节点，钢板节点）2.第一批有影响的网架第一批有影响的网架1967年，首都体育馆；年，首都体育馆；1973年，上海万人体育馆年，上海万人体育馆4.80年代初，年代初，专业网架厂家专业网架厂家出现出现；90年代后期，年建年代后期，年建设网架设网架100万平方米以上，成为万平方米以上，成为“网架王国网架王国”3.1981年，年，网架结构设计与施工规定网架结构设计与施工规定颁布颁布 2010年，年，空间网格结构技术规程空间网格结构技术规程颁布颁布我国我国网架结构的网架结构的发展发展第
5、11页/共53页12/51工程实例工程实例首都体育馆首都体育馆 正交斜放网架，高正交斜放网架，高6m，角钢杆件，板式角钢杆件，板式螺栓节点螺栓节点，65kg/m217X6.6=112.215X6.6=99.0第12页/共53页13/51工程实例上海万人体育馆上海万人体育馆n三向网架，直径三向网架，直径110m，外挑，外挑7.3m，高，高6mn钢管杆件，钢管杆件，焊接焊接空心球节点，空心球节点，47kg/m2第13页/共53页14/51首都机场四机位机库 1996(2X153X90m)工程实例飞机机库飞机机库广州白云机场机库(78X70m)1988 第14页/共53页15/51工程实例深圳市民中
6、心深圳市民中心 三层网架，三层网架，486154m，网格，网格66m，厚，厚9m，焊接球节，焊接球节点，最大球直径点，最大球直径900mm；屋顶面积；屋顶面积6.3万平米，重约万平米，重约9000吨吨。（曲面网架，2004）第15页/共53页16/51 1887 1887 1887 1887年年年年KelvinKelvinKelvinKelvin提出：如果将三维空间用等体积单提出：如果将三维空间用等体积单提出：如果将三维空间用等体积单提出：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？元填充且接触面积要最小，这些单元应是什么形状？元填充且接触面积要最小，这些单元应是什么
7、形状？元填充且接触面积要最小，这些单元应是什么形状？1993199319931993年年年年WeaireWeaireWeaireWeaire和和和和PhelanPhelanPhelanPhelan提出由提出由提出由提出由 14 14 14 14 面体和面体和面体和面体和12 12 12 12 面面面面体组合模型，被认为是体组合模型，被认为是体组合模型，被认为是体组合模型，被认为是KelvinKelvinKelvinKelvin问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。问题的最佳解决方案。工程实例水立方水立方（异形网格网架，2008）第16页/共53页17/51水立方网格结构示
8、意水立方网格结构示意 1 1、由多面体单元、由多面体单元构成的完整空间构成的完整空间2 2、由空心多面体单、由空心多面体单元构成的空间网格元构成的空间网格3 3 3 3、切割形成平板状、切割形成平板状、切割形成平板状、切割形成平板状空间网格结构空间网格结构空间网格结构空间网格结构第17页/共53页18/512.2 网架结构网架结构选型选型网架结构的基本类型网架结构的基本类型网架结构的支承设置网架结构的支承设置网架结构选型原则网架结构选型原则第18页/共53页19/51网架结构网架结构的基本类型的基本类型按结构组成：按结构组成：按结构组成：按结构组成：双层网架、三层网架双层网架、三层网架双层网架
9、、三层网架双层网架、三层网架按节点类型：按节点类型：按节点类型：按节点类型：螺栓球网架、焊接球网架螺栓球网架、焊接球网架螺栓球网架、焊接球网架螺栓球网架、焊接球网架按网格组成：按网格组成：按网格组成：按网格组成：交叉桁架体系（两向、三向）交叉桁架体系（两向、三向）交叉桁架体系（两向、三向）交叉桁架体系（两向、三向）角锥体系（三角锥、四角锥）角锥体系（三角锥、四角锥）角锥体系（三角锥、四角锥）角锥体系（三角锥、四角锥）第19页/共53页20/511.1.平面桁架系网架平面桁架系网架 由若干平面桁架相互由若干平面桁架相互交叉组成，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 根据桁架布
10、置方式及交角的不同，主要分为根据桁架布置方式及交角的不同，主要分为3 3种形式种形式注意：注意：斜腹杆应斜腹杆应沿受受拉方向布置。拉方向布置。第20页/共53页21/51（1 1 1 1）两向正交正放网架）两向正交正放网架）两向正交正放网架）两向正交正放网架注意：注意：应通过设置应通过设置水平支撑水平支撑保保证结构的几何不变性，增加空证结构的几何不变性，增加空间刚度。间刚度。第21页/共53页22/51 两两向向正正交交正正放放网网架架适适用用于于正正方方形形或或接接近近正正方方形形的的建建筑筑平面，此时其受力类似于平面，此时其受力类似于双向板双向板。当当边边长长比比2222 后后，单单向向传
11、传力力作作用用明明显显，两两方方向向杆杆件件内内力力差别较大，受力类似于差别较大，受力类似于单向板单向板。L1L2第22页/共53页23/51n n适用于适用于正方形正方形和和长方形长方形建筑平面建筑平面n n角部短桁架对与其垂直的长桁架起角部短桁架对与其垂直的长桁架起到到弹性支承作用弹性支承作用n n当长桁架直通角柱时，角柱会受到当长桁架直通角柱时，角柱会受到较大较大上拔力上拔力，设计中应予注意。，设计中应予注意。n n在周边支承情况下，较两向正交正在周边支承情况下，较两向正交正放网架放网架刚度大刚度大、用料省用料省。（2 2）两向正交斜放网架）两向正交斜放网架第23页/共53页24/51n
12、网格呈正三角形，属几何不变体系n适用于三角形、六边形、多边形和圆形平面n空间刚度大、受力性能好n节点汇交杆件多，构造复杂（3 3）三向网架）三向网架思考：最多的节点汇交杆件是多少？思考：最多的节点汇交杆件是多少？(Nmax=13)第24页/共53页25/51下弦杆腹杆上弦杆2.2.四角锥体系网架四角锥体系网架 网架的上、下弦平面均为正方形网格，上、下弦网网架的上、下弦平面均为正方形网格，上、下弦网格相互错开半格。格相互错开半格。第25页/共53页26/51n受力均匀，空间刚度大，应用最广n上、下弦节点均分别连接8根杆件。（1 1）正放四角锥网架）正放四角锥网架思考：在何条件下网架所有杆件等长？
13、第26页/共53页27/51n下弦网格尺寸比上弦网格下弦网格尺寸比上弦网格尺寸大一倍。尺寸大一倍。n杆件数目少、构造简单、杆件数目少、构造简单、经济效果好经济效果好n受力与正交正放交叉梁系受力与正交正放交叉梁系相似相似n下弦杆件受力不均匀，刚下弦杆件受力不均匀，刚度略小，适用于中小跨度度略小，适用于中小跨度（2 2）正放抽空四角锥网架）正放抽空四角锥网架第27页/共53页28/51n上弦杆短、下弦杆长上弦杆短、下弦杆长n节点构造简单，节点构造简单，用钢用钢量较省量较省（上（上6 6下下8 8）n网架周边应布置刚性网架周边应布置刚性边梁边梁（3 3）斜放四角锥网架）斜放四角锥网架第28页/共53
14、页29/51n斜放四角锥网架水平转动斜放四角锥网架水平转动4545度（上正下斜）度（上正下斜）n上弦杆短、下弦杆长，受力合理，屋面构造简单上弦杆短、下弦杆长，受力合理，屋面构造简单n周边满锥时，刚度较好周边满锥时，刚度较好（4 4）棋盘形四角锥网架）棋盘形四角锥网架第29页/共53页30/513.3.三角锥体系网架三角锥体系网架 以等腰三角锥体为组成以等腰三角锥体为组成单元，由于三角形的稳定单元，由于三角形的稳定性，因而整体抗弯、抗扭性，因而整体抗弯、抗扭刚度好。刚度好。第30页/共53页31/51n受力均匀，空间刚度大受力均匀，空间刚度大n适用于适用于三角形、六边形三角形、六边形或或圆形平面
15、圆形平面n适用于大中跨度及重屋适用于大中跨度及重屋面的建筑物面的建筑物（1 1）三角锥网架）三角锥网架思考：在何条件下网架所有杆件等长？第31页/共53页32/51n除周边网格不动外，按一定规律抽掉一些三角锥单元。除周边网格不动外，按一定规律抽掉一些三角锥单元。n整体刚度较差整体刚度较差n适用于中小跨度的轻屋面的建筑物适用于中小跨度的轻屋面的建筑物（2 2）抽空三角锥网架）抽空三角锥网架第32页/共53页33/51n节点汇交节点汇交6 6根，构造简单根，构造简单n上弦平面六边形，增加屋面上弦平面六边形，增加屋面板布置和找坡的困难板布置和找坡的困难n适用于中小跨度的周边支承适用于中小跨度的周边支
16、承网架，用于六边形、圆形和网架，用于六边形、圆形和矩形平面矩形平面（3 3）蜂窝形三角锥网架）蜂窝形三角锥网架试找出其构成规律。第33页/共53页34/511.周边支承周边支承；2.点支承点支承；3.周边支承与点支承结合周边支承与点支承结合；4.三边或两边支承三边或两边支承；5.单边支承单边支承网架结构的支承设置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 网架支承布置第34页/共53页35/51n传力直接、受力均匀，较为常用传力直接、受力均匀，较为常用n当支承于柱顶时，网格宽度要与柱距一致。当支承于柱顶时，网格宽度要与柱距一致。n当支承于圈梁时，网格的划分可不受柱距的约束。当
17、支承于圈梁时，网格的划分可不受柱距的约束。1.1.周边支承周边支承第35页/共53页36/51n受力与无梁楼盖相似，应尽可能设计成悬挑形式受力与无梁楼盖相似，应尽可能设计成悬挑形式n悬挑网格可使跨中弯矩和挠度减少，网架内力趋于均匀悬挑网格可使跨中弯矩和挠度减少，网架内力趋于均匀2 2.点支承点支承n单跨多点支承网架，悬挑长度宜取中间跨度的单跨多点支承网架，悬挑长度宜取中间跨度的1/31/3；n多点支承连续跨网架，悬挑长度宜取中间跨度的多点支承连续跨网架，悬挑长度宜取中间跨度的1/41/4第36页/共53页37/51柱帽有下面几种常用形式：柱帽有下面几种常用形式：（1 1）设置在网架下，形成倒锥
18、形支座。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。特点：传力直接，但占据室内空间。为使支承点附近的杆件内力不致过大，宜在为使支承点附近的杆件内力不致过大，宜在支承点处设置支承点处设置柱帽柱帽以扩散反力。以扩散反力。第37页/共53页38/51（2 2 2 2）设置在网架内，柱直接支承在上弦节点上。）设置在网架内，柱直接支承在上弦节点上。）设置在网架内，柱直接支承在上弦节点上。）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。低，适用轻屋盖或中小跨度网架。（3 3 3 3）设置在网架上，形成局部加
19、高网格区域。）设置在网架上，形成局部加高网格区域。）设置在网架上，形成局部加高网格区域。）设置在网架上，形成局部加高网格区域。特点：不占室内空间，柱帽上凸部特点：不占室内空间，柱帽上凸部分可兼作采光天窗。分可兼作采光天窗。第38页/共53页39/51n可有效减少网架杆件可有效减少网架杆件的内力峰值和挠度的内力峰值和挠度n适用于大柱网工业厂适用于大柱网工业厂房、仓库、展览馆等房、仓库、展览馆等3 3.周边支承与点支承结合周边支承与点支承结合第39页/共53页40/51n在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中应用在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中应用n自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利，自
20、由边的存在对网架内力分布和挠度都不利，应对其应对其应对其应对其做特殊处理。做特殊处理。做特殊处理。做特殊处理。4 4.三边或两边支承三边或两边支承第40页/共53页41/511)1)在自由边附近增加网架层数，或加设托梁、托架在自由边附近增加网架层数，或加设托梁、托架2)2)2)2)增加网架高度或局部杆件截面加大增加网架高度或局部杆件截面加大(中、小型网架中、小型网架)第41页/共53页42/51n受力与悬挑板相似受力与悬挑板相似n多用于挑篷结构多用于挑篷结构5 5.单边支承单边支承第42页/共53页43/51 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
21、定网架结构的选型原则网架结构的选型原则n耗钢量耗钢量n杆件与节点的造价差异杆件与节点的造价差异n围护结构费用围护结构费用n安装费用安装费用n结构整体刚度结构整体刚度n外观效果外观效果网格形式尺寸确定构造要求第43页/共53页44/511 1.网格形式的选择网格形式的选择1）矩形平面、长宽比）矩形平面、长宽比1.5、周边支承、周边支承两向正交斜放四角锥系和两向正交桁架系均适用。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。斜放体系优于正放体系。棋盘形四角锥斜放四角锥第44页/共53页45/512）矩形平面、长宽比）矩形平面、长宽比1.5、周边支承、周边支承四角锥系和两向正交桁架系均适用。
22、四角锥系和两向正交桁架系均适用。正放体系优于正放体系优于斜斜放体系。放体系。正放抽空四角锥正放四角锥两向正交正放第45页/共53页46/513）矩形平面、点支承）矩形平面、点支承4）圆形、多边形平面）圆形、多边形平面不应采用不应采用斜斜放体系。放体系。宜采用三向桁架系或三角锥系。宜采用三向桁架系或三角锥系。抽空三角锥网架三角锥网架三向网架 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，目前采用较多第46页/共53页47/51（1 1）荷载和设备尺寸（挠度和设备穿行空间）荷载和设备尺寸（挠度和设备穿行空间）（2 2）平面形状（空间作用是否显著）平面形状（空间作用是否显著）（3 3）支
23、承条件（周边支承优于点支承）支承条件（周边支承优于点支承）（4 4）建筑尺寸要求（建筑高度）建筑尺寸要求（建筑高度）2.2.网架高度确定网架高度确定一般宜取跨度的一般宜取跨度的1/101/18，跨度大取小值。，跨度大取小值。第47页/共53页48/51屋面材料 无檩体系，不宜超过无檩体系，不宜超过4m 有檩体系，不宜超过有檩体系，不宜超过6m网架在短向跨度的网格数不宜小于53.3.网格尺寸确定网格尺寸确定相邻杆件间夹角宜大于45度，不宜小于30度第48页/共53页49/51设短柱支托构造简单，是采用设短柱支托构造简单，是采用较多的找坡方法较多的找坡方法当中间屋脊处小立柱较高时，当中间屋脊处小立
24、柱较高时，应验算其自身稳定性应验算其自身稳定性对于大跨度网架可采取变高度对于大跨度网架可采取变高度与小立柱相结合的方法与小立柱相结合的方法4.4.网架屋面排水方案网架屋面排水方案(A)网架整体起拱(B)网架变高度(C)设短柱支托第49页/共53页50/51变高度网架变高度网架第50页/共53页51/515.5.网架起拱与容许挠度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，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有时也用于降低网架在永久荷载下的挠度起拱度起拱度L/300对起拱网架设计时可按不起拱计算对起拱网架设计时可按不起拱计算容许挠度容许挠度:屋盖屋盖L/250,楼盖楼盖L/300第51页/共53页52/51To Be Continue第52页/共53页53/51感谢您的观看。第53页/共53页