空间网架结构ppt课件

1、 由多根杆件按照一定的网格方式经过节点连结而成的平由多根杆件按照一定的网格方式经过节点连结而成的平板空间构造。具有空间受力、分量轻、刚度大、抗震性能板空间构造。具有空间受力、分量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架构造广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、好等优点；网架构造广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖构造。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观构造。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。缺陷是汇交于节点上的杆件数量较多，制造安装的特点。缺陷是汇交于节点上的杆件数量较多，制造安装较

2、平面构造复杂。较平面构造复杂。 按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架 1 平面桁架系网架平面桁架系网架两向正交正放网架两向正交正放网架 两向正交斜放、斜交斜放网架两向正交斜放、斜交斜放网架 三向网架三向网架 特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。普通应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹普通应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在角宜在4060之间。之间。 由两组分别与边境平行的平面

3、桁架互成90交叉组成。同一方向的各平面桁架长度一致。 网架本身属几何可变体系。适用于建筑平面为正方形或接近正方形且跨度较小的情况。两个方向的杆件内力差别不大，受力较均匀。 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。角部产生拔力，常取无角部方式。比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省。适用于建筑平面为矩形的情况。 特点：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。杆件数量多，节点构造比较复杂。三向网架适用于大跨度且建筑平面为三角形、六边形、多边形和圆形的情况。 正放四角锥网架正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架 棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架 斜放四角锥网架斜放四

4、角锥网架 星形四角锥网架星形四角锥网架 正放四角锥网架正放四角锥网架正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架 杆件受力较均匀，空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架好。适用于建筑平面接近正方形的周边支承及点支承情况。 周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩展一倍。适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架。 棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架 正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间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。隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。上弦杆比下

5、弦杆短，受力合理。抑制了斜放四角锥上弦杆比下弦杆短，受力合理。抑制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陷。网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺陷。适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。网架。 斜放四角锥网架斜放四角锥网架 上弦杆比下弦杆上弦杆比下弦杆短，受力合理。杆短，受力合理。杆件数量少，屋面板件数量少，屋面板类型多，屋面组织类型多，屋面组织排水较困难。适用排水较困难。适用于中、小跨度周边于中、小跨度周边支承，或周边支承支承，或周边支承与点支承相结合的与点支承相结合的矩形平面情况。矩形平面情况。 星形四角锥网架星形四

6、角锥网架 由两个倒置的三角形小桁架相互正交单元组成。适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。 三角锥网架三角锥网架 抽空三角锥网架抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架 三角锥网架三角锥网架 上、下弦平面均为三上、下弦平面均为三角形网格。杆件受力均角形网格。杆件受力均匀，本身为几何不变体，匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。整体抗扭、抗弯刚度好。适用于大中跨度及重屋适用于大中跨度及重屋盖建筑物，当建筑平面盖建筑物，当建筑平面为三角形、六边形和圆为三角形、六边形和圆形时最为适宜。形时最为适宜。 抽空三角锥网架抽空三角锥网架 抽去部分三角锥抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦

7、单元的腹杆和下弦杆。下弦杆内力较杆。下弦杆内力较大，用钢量省，但大，用钢量省，但空间刚度较三角锥空间刚度较三角锥网架小。适用于中、网架小。适用于中、小跨度的三角形、小跨度的三角形、六边形和圆形等平六边形和圆形等平面的建筑。面的建筑。 蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架 上弦为正三角形和正上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网格，下弦为正六边形网格。本身几何六边形网格。本身几何可变。其上弦杆短，下可变。其上弦杆短，下弦杆长，受力合理。适弦杆长，受力合理。适用于中、小跨度周边支用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面。形、圆形或矩形平面。 根据建筑平面外

8、形和跨度大小，支承方式、荷载大小、屋面构造和资料、制造安装方法等要素。 JGJ 7-91 大跨度为60m以上 中跨度为3060m 小跨度为30m以下 点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖类似。点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖类似。 为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，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多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1 14 41 13 3 。 各种柱帽方式各种柱帽方式 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。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柱帽可设置于下弦平面之下( (图图a)a)

9、，也可设置于上弦平面之上，也可设置于上弦平面之上( (图图b)b)。 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽( (图图c)c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。 常用网架选型表 支承方式 平面形状 跨度 网架形式 60m 斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、正放抽空四角锥网架、蜂窝形三角锥网架、星形四角锥网架 L1/L21.5 60m 两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放四角锥网架、斜放四角锥网架 1.5L1/L22 两向正交正放

10、网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架 矩 形 L1/L22 两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、单向折线形网架 60m 三向网架、三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架 周 边 支 承 圆形、多边形 60m 三向网架、三角锥网架 三边支承 参照上述周边支承矩形平面网架进行选型，但其开口边可采取增加网架层数或适当增加整个网架高度等办法，网架开口边必须形成竖直的或倾斜的边桁架 四点支承及多点支承 正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架 周边支承与点支承结合 矩 形 正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架或斜放

11、四角锥网架 注：1当网架跨度 L1、L2两个方向的支承距离不等时，可选用两向斜交斜放网架。 2L1为网架长向跨度；L2为网架短向跨度。 网架的高度与屋面荷载、跨度、平面外形、支承条件、设备管道等要素有关。 允许挠度：用作屋盖允许挠度：用作屋盖L2/250，用作楼盖，用作楼盖L2/300 排水坡度：排水坡度：3%5% 起拱要求：起拱要求：L2/300 1.直接作用荷载和间接作用 对运用阶段荷载作用下的内力和位移进展计算，并应根据详细情况对地震作用、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展计算。1永久荷载：网架自重；屋面或楼面资料重力；吊顶资料的重力；设备管道的重力。 双层网

12、架自重gokkN/m2 200/2Lqgwok2 2可变荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载可变荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载 3 3抗震验算：抗震验算： 竖向抗震验算竖向抗震验算 设防烈度为设防烈度为8 8度或度或9 9度的地域，周边支承及多点支承和周边支承相度的地域，周边支承及多点支承和周边支承相结合的网架结合的网架 v v 为竖向地震作用系数。为竖向地震作用系数。 ivEvkiGF竖竖向向地地震震作作用用系系数数 场地类别 设防烈度 、 8 可不计算（0.10） 0.08（0.12） 0.10（0.15） 9 0.15 0.15 0.20 注：括号中数值用于

13、设计基本地震加速度为 0.3g 地区 悬挑长度较大的网架屋盖构造以及用于楼层的网架构造 ，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用规范值可分别取该构造重力荷载代表值的10%或20%。设计根本地震加速度为0.3g时，可取该构造重力荷载代表值的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。程度抗震验算 在抗震设防烈度为8度的地域，对于周边支承的中小跨度网架可不进展程度抗震验算；在抗震设防烈度为9度的地域，对各种网架构造均应进展程度抗震验算。4 4温度内力：不计算的条件温度内力：不计算的条件支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小支座节点的构造允许网

14、架侧移，且侧移值不小于下式的计算值例如板式橡胶支座；于下式的计算值例如板式橡胶支座；周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m40m，且支承构造为独立柱或砖壁柱；且支承构造为独立柱或砖壁柱；在单位力作用下，柱顶位移大于或等于下式的在单位力作用下，柱顶位移大于或等于下式的计算值计算值 需求计算时，采用空间桁架位移法，或近似计需求计算时，采用空间桁架位移法，或近似计算方法。算方法。 1038. 02ftEEALum5 5荷载及荷载效应组合荷载及荷载效应组合 对非抗震设计，对非抗震设计， GB GB 50009 50009 ； 对抗震设计对抗震设计 ， GB

15、GB 50011 50011 2. 2. 网架内力分析方法网架内力分析方法 按弹性阶段计算按弹性阶段计算 1 1空间桁架位移法空间杆系有限元法空间桁架位移法空间杆系有限元法2 2交叉梁系差分法是一种简化计算方法交叉梁系差分法是一种简化计算方法3 3拟夹层板法是又一种简化计算方法拟夹层板法是又一种简化计算方法4 4假想弯矩法也属简化计算方法假想弯矩法也属简化计算方法 以网架的杆件为根本单元，以节点位移为根本未知量。先由杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵，然后根据各节点平衡及变形协调条件建立构造的节点荷载和节点位移间关系，构成构造总刚度矩阵和总刚度方程。总刚度方程是以节点位移为未知量的线

16、性方程组。引入边境条件后，求解出各节点位移值。最后由杆件单元内力与节点位移间关系求出杆件内力。 1.根本假定1网架的节点为空间铰接节点，杆件只接受轴力；2构造资料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形实际。1单元刚度矩阵单元刚度矩阵 空间杆系有限单元：空间杆系有限单元： 每个杆件共有每个杆件共有6个自在度：个自在度： 对应对应6个杆端力：个杆端力： 它们之间的关系是它们之间的关系是 Tj zj yj xi zi yi xeFFFFFFF Tjjjiiiewvuwvu eeeKF式中式中即单元刚度矩阵。和构造力学的矩阵位移法一致，只即单元刚度矩阵。和构造力学的矩阵位移法一致，只是相应于

17、剪力的各项均为零。是相应于剪力的各项均为零。 000000000000001001000000000000001001ijelEAK2坐标转换坐标转换 ijxyzxyz杆单元在整体坐标系中的位置杆单元在整体坐标系中的位置 ijijijijijijlzznlyymlxxlcoscoscosFeTFe ； FeTTFe eTe ； eTTe 222)()()(ijijijijzzyyxxlT22211211TTTT 坐标转换矩阵坐标转换矩阵TT为：为： 222222222222110nllnlmnnnlmnlnnllmlTTT12T210 3构造总刚度矩阵及总刚度方程构造总刚度矩阵及总刚度方程 e

18、jiejjjiijiiejiKKKKFFKP 4构造总刚矩阵中边境条件的处置方法构造总刚矩阵中边境条件的处置方法 位移为零：划行划列法和乘大数法。位移为零：划行划列法和乘大数法。弹性约束：将弹簧刚度弹性约束：将弹簧刚度K0叠加到总刚矩阵中对应的叠加到总刚矩阵中对应的主对角元上。主对角元上。指定位移：主对角元和右端项乘以大数指定位移：主对角元和右端项乘以大数R 5网架的边境条件及对称性利用网架的边境条件及对称性利用 当网架构造包括支座和外荷载有当网架构造包括支座和外荷载有n个对个对称面时，可利用对称条件只分析网架的称面时，可利用对称条件只分析网架的1/(2n)。 对称面内各杆件的截面积应取原截面

19、面积的对称面内各杆件的截面积应取原截面面积的一半，一半，n个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面面积的应取原截面面积的1/(2n)。在对称荷载作用下，。在对称荷载作用下，对称面内网架节点的反对称位移为零；在反对称荷对称面内网架节点的反对称位移为零；在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零。载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零。 6斜边境处置斜边境处置根据边境点的位移情况设置具有一定截面积的附加杆根据边境点的位移情况设置具有一定截面积的附加杆对斜边境上的节点位移做坐标变换对斜边境上的节点位移做坐标变换 7杆件内力杆件内力 展开为：

20、展开为：FeTTK ee )(cos)(cos)(cosijijijijwwvvuulEAN1计算简图，对节点和杆件进展编号；计算简图，对节点和杆件进展编号；2计算杆件单元长度及杆件与整体坐标轴夹角余弦；计算杆件单元长度及杆件与整体坐标轴夹角余弦；3初选各杆的截面积；初选各杆的截面积；4建立部分和整体坐标系下的单元刚度矩阵；建立部分和整体坐标系下的单元刚度矩阵；5集合总刚矩阵；集合总刚矩阵；6建立荷载列阵；建立荷载列阵；7引入边境条件对总刚度方程进展处置；引入边境条件对总刚度方程进展处置；8求解总刚度方程，得出各节点位移值；求解总刚度方程，得出各节点位移值；9根据节点位移计算杆件内力；根据节点

21、位移计算杆件内力；10按杆件内力调整杆件截面，并重新计算，迭代次数宜按杆件内力调整杆件截面，并重新计算，迭代次数宜不超越不超越45次。次。截面截面 钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢 计算长度计算长度l为杆件几何长度为杆件几何长度 网架杆件计算长度 l0 节 点 杆 件 螺栓球 焊接空心球 板节点 弦杆及支座腹杆 l 0.9l l 其它腹杆 l 0.8l 0.8l 允许长细比允许长细比1受压杆件：受压杆件：=1802受拉杆件：普通杆件受拉杆件：普通杆件=400，支座附近处杆件，支座附近处杆件=300，直接接受动力荷载杆件，直接接受动力荷载杆件=250。 网架节点型式主要有

22、：网架节点型式主要有：1 1按节点在网架中的位置可分为：中间节点和支座节点。按节点在网架中的位置可分为：中间节点和支座节点。2 2按节点的衔接方式可分为：焊接衔接节点、高强螺栓衔按节点的衔接方式可分为：焊接衔接节点、高强螺栓衔接节点、焊接和高强螺栓混合衔接节点。接节点、焊接和高强螺栓混合衔接节点。3 3按节点的构造方式可分为：焊接空心球节点；螺栓球节按节点的构造方式可分为：焊接空心球节点；螺栓球节点；焊接钢板节点；焊接钢管节点；杆件直接汇交节点。点；焊接钢板节点；焊接钢管节点；杆件直接汇交节点。我国常用的是钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点。我国常用的是钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点。

23、 焊接空心球节焊接空心球节点点 螺栓球节点螺栓球节点 焊接钢板节点焊接钢板节点 焊接钢管节点焊接钢管节点 杆件直接汇交杆件直接汇交节点节点 网架的节点构造应满足以下要求网架的节点构造应满足以下要求受力合理，传力明确；受力合理，传力明确；保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；构造简单，制造安装方便，耗钢量小；构造简单，制造安装方便，耗钢量小；防止难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角防止难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封锁。或凹槽，管形截面应在两端封锁。 焊接空心球节点是用两块圆钢板钢号焊接空心球节点是用两块圆钢板钢

24、号Q235钢或钢或Q345钢经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。钢球钢经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。钢球外径普通为外径普通为160500。分加肋与不加肋两种图，。分加肋与不加肋两种图，当焊接空心球的直径大于当焊接空心球的直径大于300，且杆件内力较大时，采用，且杆件内力较大时，采用加肋球。肋板厚度不应小于球壁等厚。加肋球。肋板厚度不应小于球壁等厚。 焊接空心球的优点是传力明确，构造简单，外型美观，焊接空心球的优点是传力明确，构造简单，外型美观，衔接方便，顺应性强。衔接方便，顺应性强。Dd12ad2/空心球节点杆件间缝隙空心球节点杆件间缝隙 （a）无肋空心球 （b）有肋空心球 A D 30

25、30o 2 2 A 焊接空心球节点构造焊接空心球节点构造 （a）无肋空心球 （b）有肋空心球 D D/2D/3 30o 30o 2 2t/3 B B NcDdttdc223 .13400 受压空心球承载力设计值：受压空心球承载力设计值： NcDdttdc223 .13400 受拉空心球承载力设计值：受拉空心球承载力设计值： Ntfdtt55. 0 fedhNwff NcDdttdc223 .13400 焊缝可按对接焊缝计算，质量应到达焊缝可按对接焊缝计算，质量应到达级要求：否那么级要求：否那么只能作为斜角角焊缝按下式计算：只能作为斜角角焊缝按下式计算： 螺栓球节点由钢球、高强螺栓、紧固螺栓、套

26、筒、锥头螺栓球节点由钢球、高强螺栓、紧固螺栓、套筒、锥头或封板等零件组成，适宜于衔接圆钢管杆件。或封板等零件组成，适宜于衔接圆钢管杆件。螺栓球节点的优点是节点小，分量轻，节点用钢量约占螺栓球节点的优点是节点小，分量轻，节点用钢量约占网架用钢量的网架用钢量的1010。可用于任何方式的网架，特别适宜于。可用于任何方式的网架，特别适宜于四角锥、三角锥体系的网架。这种节点安装极为方便，可四角锥、三角锥体系的网架。这种节点安装极为方便，可装配，安装质量宜到达保证。可以根据详细情况采用散装装配，安装质量宜到达保证。可以根据详细情况采用散装、分条拼装和整体拼装等安装方法。螺栓球节点的缺陷是、分条拼装和整体拼

27、装等安装方法。螺栓球节点的缺陷是，球体加工复杂，零部件多，加工精度高；价钱贵；所需，球体加工复杂，零部件多，加工精度高；价钱贵；所需钢号不一，工序复杂。钢号不一，工序复杂。2. 螺栓球节点螺栓球节点螺栓球衔接节点图示螺栓球衔接节点图示 钢球尺寸钢球尺寸 D21221122sinddctgdd D212212sindctgdd 螺栓不碰要求：螺栓不碰要求：套筒接触面要求：套筒接触面要求：钢球直径取式以上两式的较大值。钢球直径取式以上两式的较大值。D211221212)(4sindDSDctgDD 当相邻两杆夹角当相邻两杆夹角3030时，还要保证相邻两根杆时，还要保证相邻两根杆件管端为封板不相碰要

28、求：件管端为封板不相碰要求：螺栓尺寸螺栓尺寸 btNbtefA Sdlb（340） 图 338 高强螺栓几何尺寸 式中 螺栓伸入钢球的长度与螺栓直径之比，一般1.1； 0.65d lb 1.56d d 当杆件管径较大时采用锥头衔接。管径较小时采用封板衔当杆件管径较大时采用锥头衔接。管径较小时采用封板衔接。衔接焊缝以及锥头的任何截面应与衔接钢管等强。接。衔接焊缝以及锥头的任何截面应与衔接钢管等强。 杆件端部衔接焊缝锥头和封板锥头和封板 套筒通常开有纵向滑槽套筒通常开有纵向滑槽( (图图) )，滑槽宽度普通比销钉直径大，滑槽宽度普通比销钉直径大1.5-2mm1.5-2mm。套筒应进展承压验算：。套

29、筒应进展承压验算： 套筒端部到开槽端部套筒端部到开槽端部( (或钉孔端或钉孔端) )间隔应使该处有效截面抗间隔应使该处有效截面抗剪力不低于销钉剪力不低于销钉( (或螺钉或螺钉) )抗剪力，且不小于抗剪力，且不小于1.51.5倍开槽的倍开槽的宽度或宽度或6mm6mm。套筒端部要坚持平整，内孔。套筒端部要坚持平整，内孔L L径可比螺栓直径径可比螺栓直径大大1mm1mm。 套筒几何尺寸套筒几何尺寸3. 焊接钢板节点焊接钢板节点 钢板节点的构造及设计钢板节点的构造及设计钢板节点的节点板及盖板所采用的钢材应与网架杆钢板节点的节点板及盖板所采用的钢材应与网架杆件一致。钢板节点的构造及设计要点如下：件一致。

30、钢板节点的构造及设计要点如下：1杆件重心线在节点处宜交与一点，否那么应杆件重心线在节点处宜交与一点，否那么应思索其偏心影响思索其偏心影响2杆件与节点衔接焊缝的分布，应使焊缝截面杆件与节点衔接焊缝的分布，应使焊缝截面的重心与杆件重心重合，否那么应思索其偏心影响；的重心与杆件重心重合，否那么应思索其偏心影响；3便于制造和拼装。网架弦杆应与盖板和节点便于制造和拼装。网架弦杆应与盖板和节点板共同衔接，当网架跨度较小时，弦杆也可只与节点板共同衔接，当网架跨度较小时，弦杆也可只与节点板衔接；板衔接；4节点板厚度的选择与平面桁架的方法一样，节点板厚度的选择与平面桁架的方法一样，应根据网架最大杆件内力确定。节点板厚度应比衔接