平板网架结构08改ppt课件

1、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 70年代初，辽宁体育馆、上海文化广场4.80年代初，专业消费网架厂家出现，构成专业化消费3.1981年，公布，世界 第一个由国家颁发的网架构造技术规范 99X112.2m,正交斜放网架，高6m,15X17格，网格尺寸6.6m 16Mn钢角钢杆件，板式螺栓节点高强M22)，65kg/m2 三向网架，直径110m,外挑2X7.3m,高6m, 网格边长6.28m 16Mn钢钢管杆件，空心球节点，47kg/m25.单层工业厂房的大面积运用，网

2、架构造的开展进入新 的阶段。 80年代初，唐山地震灾祸重建，唐山齿轮厂结合厂房、唐山机车车辆厂客车总装车间均采用上万米网架构造具有较好的抗震性能 90年代初，天津无缝钢管厂管加工车间60000平方米、长春第一汽车厂轿车总装厂房80000平方米、哈尔滨东安发动机装配车间厂房(60000平方米) 90年代后期，年建立网架100万平方米以上，“网架王国1.网架构造在中国的开展一、网架的类型1.平面桁架系网架2.四角锥体系网架3.三角锥体系网架1.平面桁架系网架下弦杆腹杆上弦杆支撑杆 斜腹杆应布置成使杆件受拉方向比较有利1两向正交正放网架 两向节间应布置成偶数。 支承平面内应设置斜杆，传送程度荷载。2

3、两向正交斜放网架 各榀桁架刚度各异，构成良好空间作用有角柱无角柱3两向斜交斜放网架 适用于矩形平面，构造复杂，受力欠佳，有特殊建筑要求时采用4三向网架 适用跨度较大(L60m),平面为三角形、六边形、多边形和圆形 空间刚度大、受力性能好、支座受力较均匀，节点构造复杂(Nmax=13)5单向折线形网架由一系列平面桁架斜交成V形，也可看成正放四角锥网架取消了纵向上下弦杆单向受力，不需求支撑周边增设部分联络杆件，添加整体刚度，构成空间构造)下弦杆腹杆上弦杆1正放四角锥网架 受力均匀，空间刚度大，运用最广2正放抽空四角锥网架 杆件数目少、构造简单、经济效果好 下弦杆件受力不均匀，刚度较小，用于较小跨度

4、、轻屋面、无吊顶3斜放四角锥网架 上弦杆短、下弦杆长、节点构造简单 运用较广泛4棋盘形四角锥网架 斜放四角锥网架程度转动45度 上弦杆短、下弦杆长 周边满锥时，刚度较好 屋面构造简单5星形四角锥网架 上弦杆短、下弦杆长、竖杆受压、内力等于上弦节点荷载 刚度稍差、适用于中小跨度的周边支承1三角锥网架 受力均匀，空间刚度大 适用于大中跨度及重屋面的建筑物2抽空三角锥网架 整体刚度较差 适用于中小跨度的轻屋面的建筑物3蜂窝形三角锥网架 节点汇交6根，简化节点构造 上弦平面六边形，添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、圆形和矩形平面二、网架构造的支承1.周边支承2.点支

5、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1.周边支承 传力直接、受力均匀，支座支承于柱顶或连梁，最常见2.点支承 受力与无梁楼盖类似柱帽方式3.周边支承与点支承结合 可有效地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4.三边或两边支承 自在边的存在对网架内力分布和挠度都不利 在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中运用5.单边支承 受力与悬挑板类似 多用于挑篷构造网架支承位置(A)上弦支承(B)下弦支承(C)混合支承(D)下弦支承三、网架构造的选型 网架的选型应根据建筑平面外形和跨度大小、支承方式、荷载大小、屋面构造和资料、制造方法等方面因综合确定 矩形平

6、面、周边支承：长宽比小于或等于1.5时，宜选用斜放四角锥、棋盘形四角锥、正放抽空四角锥网架，也可以思索两向正交斜放网架，两向正交正放网架。 正放四角锥网架钢量较其他网架高，但杆件规范化程度比其他网架好，目前采用较多。对于中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。 当边长比大于1.5时，宜先用两向正交正放网架，正放四角锥网架和正放抽空四角锥网架。当平面狭长时，可采用单向折线形网架。三、网架构造的选型 对于平面外形为矩形、点支承情况，宜采用两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架。 对于平面外形为圆形、多边形等，宜采用三向网架，三角锥网架，抽空三角锥网架。 对于大跨度建筑，实

7、践工程的阅历证明，三角锥网架和三向网架其耗钢量反而比其他网架省。 对于矩形平面，三边支承或二边支承情况，只需对开口边进展处置，即可按四边支承情况选用网架方式。开口边有两种处置方法，一是将整个网架的高度适当增高，开口边杆件的截面加大，使网架整体刚度得到改善；另一种方法是在其开口边部分添加网架层数。四、网架高度和网格尺寸 网架高度与 1屋面荷载和设备尺寸；2平面外形；3支承条件；4建筑尺寸要求包括跨度等要素有关 网格尺寸取决于屋面资料的选用，假设屋面采用无檩体系，即采用钢丝网水泥板或带肋钢筋混凝土屋面板，网格尺寸不宜超越4m，否那么屋面板将很笨重；如采用有檩体系，受檩条经济跨度影响，网格尺寸不宜超

8、越6m。 网格尺寸s与网架高度h)有亲密关系，s/h之比越大，斜腹杆与上、下弦平面夹角越小，通常应使斜腹杆与弦杆夹角为40 55 。网格尺寸和网架高度都与网架跨度、支承情况、建筑平面、屋面资料、荷载大小等要素有关。四、网架高度和网格尺寸网架的上弦网格数和跨高比优化结果钢 筋 混 凝 土 屋 面 体 系钢 檩 条 体 系网 架 形 式网 格 数跨 高 比网 格 数跨 高 比两 向 正 交 正 放 网 架 ， 正 放 四 角 锥 网 架 ，正 放 抽 空 四 角 锥 网 架(2 4)+0.2L2两向正交斜放网架、棋盘形四角锥网架 、 斜 放 四 角 锥 网 架 、 星 形 四 角 锥 网 架(6

9、8)+0.08L21014(6 8)+0.07L2(13 17)-0.03L2注 ： 1.L2为 网 架 短 向 跨 度 ， 单 位 ： m 2.当 跨 度 在18m以 下 时 ， 网 格 数 可 适 当 减 少五、网架的整体构造1.网架屋面排水坡的构成(A)网架整体起拱(B)网架变高度(C)设短柱支托设短柱支托构造简单，是采用较多的找坡方法2.网架允许挠度与起拱度 网架构造作屋盖时，f=L/250,L为短向跨度 网架构造作楼盖时，f= L/300,L为短向跨度 网架起拱呵斥网架制造复杂，普通网架可不起拱，要求起拱时，拱度f=L/300, L为短向跨度一、网架计算根本假定1.节点为铰接，杆件只

10、接受轴力2.按小挠度实际计算3.按弹性方法分析 网架是一种空间杆系构造，杆件之间经过铰接节点衔接，可忽略节点刚度的影响。仅能接受节点集中荷载。4.仅接受节点集中荷载二、网架构造计算模型和分析方法1. 铰接杆件计算模型2. 梁系计算模型3. 平板计算模型计算模型分析方法a. 有限元法b. 差分法c. 力法d. 微分方程解法1. 空间桁架位移法。一种铰接杆系构造的有限元分析法，适宜计算机运用，是准确方法，是一切方法中计算精度最高的。2. 交叉梁系梁元法。适用于由平面桁架系组成网架的一种方法，以单元网片等代为梁元，是简化方法中精度较高的一种，误差5%。3. 交叉梁系力法两向平面桁架系， 误差10%-

11、20%。4. 交叉梁系差分法平面桁架系或正放四角锥，误差10%-20%。5. 混合法平面桁架系组成的网架，适宜40m以下，误差0%-10%。6. 假想弯矩法斜放四角锥及棋盘四角锥，适宜中小跨度， 误差15%-30%。7. 网板法正放四角锥， 误差10%-20%。8. 下弦内力法计算蜂窝形三角锥网架， 误差0-5%。9. 拟板法平面桁架系及由角锥体组成的网架，误差10%-20%。10. 拟夹层板适宜40m以下网架， 误差5%-10%。三、空间桁架位移法1. 根本方程及单元刚度矩阵(A) 杆件节点线位移(B) 杆件节点力单元部分坐标系中根本方程)1(eeepuk部分坐标单元刚度矩阵)2(1111i

12、jelEAk坐标转换)4()3(eeeeRPpRUu转换矩阵)5(00nmlrrrR方向余弦ijijijijijijlZZZxnlYYYxmlXXXxl)cos()cos()cos(整体坐标系中根本方程)6(PUKPRUkRRPRUkeeeeeTeee整体坐标单元刚度矩阵)7(lnlnlnln222222222nmnnmnmlmmnmlmllmlnmnmlmllEAKije称对)8(PKU 有限元集合体的根本方程组K网架构造总体刚度矩阵；U网架结点在整体坐标系中位移列阵；P在整体坐标系中网架的外荷载列阵； 支座约束类型：自 由 弹性约束 固定约束 强迫位移四、边境条件 构造在整体坐标系中的总刚

13、度K是奇特的，尚需引入边境条件以消除刚体位移。根据边境条件来修正总刚度矩阵以使总刚度矩阵成为正定阵四、边境条件 弹性约束：在某自在度i方向有弹性约束且弹簧刚度系数为si，将弹簧刚度系数si叠加到总刚度矩阵中相应自在度方向的主元kii上即可； 固定约束或强迫位移：在某自在度i方向有强迫位移i，将总刚度矩阵中相应自在度方向的主元kii乘以一个充分大的数R，R为1081012； ki1U1+ki2U2+kiiRUi+kinUn=kiiR i五、内力计算及平衡算核) 9 ()()()(ijijijijijijeeewwnvvmuulLEANRUuUNijNij为杆件内力，受拉为正、受压为负，方向与部分

14、坐为杆件内力，受拉为正、受压为负，方向与部分坐标系的标系的x x轴方向一致轴方向一致 假设假设j j为支座结点，那么为支座结点，那么RjRj为支座反力，否那么为支座反力，否那么Rj Rj 应为应为零以此进展校核零以此进展校核 计算了每个杆件内力Nij后，可求出每个结点按静力平衡条件求结点不平衡力向量Rj。设共有s个杆件汇交于结点j，其中有r个杆件，其部分坐标x轴指向结点j，而其他q个杆件其部分坐标x轴的正向背叛结点j。于是结点j的不平衡力向量Rjx，)10() cos() cos() cos() cos() cos() cos(zjrqjkijyjrqjkijxjrqjkijzjyjxjjPz

15、xNzxNPyxNyxNPxxNxxNRRRR六、构造重分析及收敛条件)11(2111110000ANUKAANUKA循环循环n n次，两次截面改动数量相差不超越杆件总数的次，两次截面改动数量相差不超越杆件总数的5%5%即可通常即可通常n n为为3-43-4次次 网架构造为多次超静定构造，需假想构造初始截面二、网架构造温度作用三、网架构造地震作用一、根本荷载四、杆件、节点和支座设计和构造五、网架制造与安装一、根本荷载1. 网架自重程序自动计算永久荷载2. 屋面板/楼面板包括衔接檩条3. 吊顶资料自重4. 悬挂设备、管道等自重一、根本荷载1. 屋面或楼面活荷普通不上人屋面，0.5kN/m2可变荷

16、载2. 雪荷载不与活荷同时思索3. 风荷载4. 积灰荷载5. 吊车荷载6. 温度作用7. 地震作用二、网架构造温度作用 网架是超静定构造，在均匀温度场变化作用下，由于杆件不能自在热胀冷缩，杆件内会产生应力，这种应力称为网架的温度应力。温度场变化范围是指施工安装终了网架支座与下部构造衔接固定结实时的气温与当地年年最高或最低气温之差。它的计算方法有采用空间桁架位移法的准确分析法和把网架简化为平面构架的近似分析法 当温度变化，网架杆件中以支承平面弦杆的温度应力为最大，随着支座法向约束的减弱而减少。当支座法向约束减弱到一定程度后，即可不思索温度应力的影响(杆件温度应力小于0.05f，可不思索温度作用)

17、。1. 网架不思索温度应力的条件 网架规程中规定，符合以下条件之一者，可不思索温度内力：1、支座节点的构造允许网架侧移时，其值应等于或大于计算值；2、当周边支承的网架、且网架验算方向跨度小于40m时，支承构造为独立柱或砖壁柱；3、在单位力作用下，柱顶位移值大于或等于下式计算值：1038. 02ftEaEALum根本原理：1 首先将网架各节点加以约束，求出因温度变化而引起的杆件固端内力和各节点的节点不平衡力2 而后取消约束，将节点不平衡力反向作用在节点上，用空间桁架位移法求由节点不平衡力引起的杆件内力3 最后，将杆件固端内力与由节点不平衡力引起的杆件内力叠加，即求得网架的杆件温度应力2.网架温度

18、应力的准确计算法：空间桁架位移法)12(ijijttaAEpE、a分别为钢材的弹性模量和线膨胀系数 Aij ij杆的截面面积 t 温度差C，以升温为正1 因温度变化而引起的杆件固端内力 当网架一切节点均被约束时，因温度变化而引起ij杆的固端内力为)13()cos()cos()cos(ZxtaAEpYxtaAEpXxtaAEpijZiijyiijxi 同时，杆件对节点产生固端节点力，其大小与杆件的固端内力一样，方向与它相反。设ij杆在i端有杆端内力ptij，那么i端的杆端内力在构造坐标系上的分量 pxipyipzi分别为ij杆的I端内力在整体坐标系中的分力1 因温度变化而引起的杆件固端内力2 节

19、点不平衡力引起的杆件内力 设与第i节点相连的杆件有m根以下图，那么由杆端内力引起的节点不平衡力的分力为：)14(coscoscos111mkikikiztmkikikiytmkikikixttaAEptaAEptaAEpm相交于节点i上的杆件数 各节点上的节点不平衡力反向作用在网架各节点上，即建立由节点不平衡力引起的有限元几何体根本方程组，其表达式：)14(tPKU2 节点不平衡力引起的杆件内力 思索了边境条件后，解得由节点不平衡力产生的各节点的位移值 ij杆有节点不平衡力引起杆件内力为)15(1tPKU)16()(cos()(cos()(cos(ijijijijijijtwwZxvvYxuu

20、XxLEAN2 节点不平衡力引起的杆件内力3 网架杆件的温度应力架杆件的温度应力由杆件固端内力与由节点不平衡架杆件的温度应力由杆件固端内力与由节点不平衡力引起的杆件内力叠加而得，即力引起的杆件内力叠加而得，即)17(ijtijtijPNN 空间桁架位移法与近似法比较，除精度较高外，还可思索网架各个部位温差不同。这给一些工业厂房因工艺要求对网架各部位取不同温度变化提供计算上能够性3 网架杆件的温度应力)18()(cos()(cos()(cos(aLwwZxvvYxuuXxEANtijijijijijij三、网架构造地震作用 地震发生时，由于剧烈的地面运动而迫使网架构造产生振动，受迫振动的网架，其

21、惯性作用普通来说是不容忽视的。正是这个由地震引起的惯性作用使网架构造产生很大的地震内力和位移，从而有能够呵斥构造破坏或倒塌，或者失去构造任务才干。因此在地震设防区必需对网架构造进展抗震计算。 多自在度体系无阻尼自在振动运动方程为1 自振特性0UKUM 可得到构造体系的3n阶自振频率和3n阶振型。 普通取二十阶最低自振频率进展动力分析即可满足工程设计精度要求。 多采用子空间迭代法来计算网架构造的前数阶低频的自振频率和相应的振型。 节点凝聚质量采用重力荷载代表值。K=2M 1 自振特性自振频率和振型的特点 频谱相当密集 可分为程度振型与竖向振型两类，普通竖向分量大 各种不同类型网架的竖向振型曲面根

22、本上类似 不同类型但具有一样跨度的网架根本周期比较接近 网架在地震作用时的运动方程为2 竖向地震反响分析时程分析法)19(guMKUUCUM 2 竖向地震反响分析振型分解反响谱法 计算网架竖向地震内力时，可以先求出各振型最大地震作用，然后作为静荷载作用于构造，再用空间桁架位移法求各振型竖向地震内力，最后再组合求出地震内力规范值。也可以直接求振型最大位移，然后再计算振型竖向地震内力，最后进展组合。 振型参与系数j TjjTjjMHM （20）)21(k 是地震影响系数，它综合代表了地震的影响2 竖向地震反响分析振型分解反响谱法 为动力系数，它反映了构造的最大绝对加速度反响与地面运动最大加速度的关

23、系 K为地震系数，它反映了地面运动最大加速度与重力加速度之间的关系)23(maxgguk 2 竖向地震反响分析振型分解反响谱法maxmax(22)gguuu 地震影响系数那么为 对于网架构造的抗震计算首先要求计算构造的竖向地震反响因此需求竖向地震反响谱。目前在抗震计算中普通取竖向反响谱为程度反响谱的1/22/3，在网架构造的竖向地震反响计算中可取2/3)24(maxgguu 2 竖向地震反响分析振型分解反响谱法2 竖向地震反响分析振型分解反响谱法 可计算出第j阶振型最大位移。 Uj = jj (Tj) 由Uj计算j振型竖向地震内力Rj。 振型组合有多种不同的方案，其中被以为相对比较合理的方法是

24、“平方和开方，构造的地震反响)25(12njjRRRjjjjG 3 竖向地震作用规范适用方法(26)EVjjjjFG G网架节点重力荷载代表值 aj相应于第j振型的地震影响系数 j相应于第j振型并思索地面运动竖向分量作用时 的振型参与系数 j振型在地面运动竖向分量作用下的最大地震作用 组合得网架的地震作用)27(12njjEvEvkFF3 竖向地震作用规范适用方法 i节点上的恒荷载取100；雪荷载及屋面积灰荷载取 50；不思索屋面活荷载，v为竖向地震作用系数 将所得地震作用等效反算并简化后，计算作用在网架第i节点上的地震作用规范值)28(ivEvkGF3 竖向地震作用规范适用方法), 2 ,

25、1(miSSSiEii 定义地震作用系数：场 地 类 别设 防 烈 度-89-0.150. 080.150. 100.203 竖向地震作用规范适用方法 平面复杂或重要的大跨度网架构造,还是应采用振型分解反响谱法或时程分析法分析和验算。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。计算重力荷载代表值时，对普通民用建筑可取楼层活荷裁的50。3 竖向地震作用规范适用方法1 杆件资料和截面方式 钢材种类主要为Q235钢和Q345钢 网架杆件的截面方式a)圆管 b)等肢角钢 c)不等肢角钢 d)单角钢 e)H型钢 f)方管 圆管截面具有回转半径大和截面特性无方向性等特点，是目前最常用截面方式,圆钢管截面有高频电焊钢管及无缝钢管两种。在设计中应尽量采用高频电焊钢管，较无缝钢管造价廉价且管壁较薄。 薄壁方管截面具