网架结构简介

1、第六章第六章 平板网架结构平板网架结构目录 6.1 结构形式 6.2 网架的结构形式 6.3 网架的支承方式广州新白云机场钢构工程新加坡滨海艺术中心新加坡滨海艺术中心 6.1结构形式 大跨度结构的分类 平面结构体系空间结构体系 梁式结构（平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构 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拱式结构返回平面结构体系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6.1 概述概述 网架结构网架结构是由很多杆件通过节点按照一定是由很多杆件通过节点按照一定规律组成

2、的网状空间杆系结构。规律组成的网状空间杆系结构。 网架结构根据外形可分为网架结构根据外形可分为平板网架平板网架和和曲面曲面网架网架。 在节点荷载作用下，各在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴杆件主要承受轴力力，经济指标较好。，经济指标较好。网架结构优点：网架结构优点：1、三向受力空间体系，自重轻，节约钢材。三向受力空间体系，自重轻，节约钢材。2、网架结构组合有规律，大量杆件和节点的、网架结构组合有规律，大量杆件和节点的形状、尺寸相同形状、尺寸相同,并且杆件和节间规格较少，并且杆件和节间规格较少，便于大批量生产，现场进行拼接容易，提便于大批量生产，现场进行拼接容易，提高施工速度。高施工速度。3、网

3、架结构是一种无水平推力或拉力的空间、网架结构是一种无水平推力或拉力的空间结构，支座构造简单，简支即可。便于下结构，支座构造简单，简支即可。便于下部支承结构的处理。部支承结构的处理。4、整体刚度大，稳定性好，安全储备高，抗、整体刚度大，稳定性好，安全储备高，抗震性能好。震性能好。5、网架占用空间小，可利用网架上下弦之间、网架占用空间小，可利用网架上下弦之间的空间布置各种设备和管道，更有效利用的空间布置各种设备和管道，更有效利用空间，使用方便。空间，使用方便。6、建筑造型新颖、壮观、轻巧、大方，并能、建筑造型新颖、壮观、轻巧、大方，并能直接利用网架上下弦杆和腹杆的布置形成直接利用网架上下弦杆和腹杆

4、的布置形成一些美丽的天花图案。一些美丽的天花图案。6.2 网架的结构体系及形式网架的结构体系及形式网架分两大类：网架分两大类：1、有不同方向的平行弦桁架相互交叉组成，、有不同方向的平行弦桁架相互交叉组成，称为称为交叉桁架体系网架交叉桁架体系网架。2、由三、四、六角锥等锥体单元组成的空间、由三、四、六角锥等锥体单元组成的空间网架结构，称为网架结构，称为角锥体系网架。角锥体系网架。 在网架结构应用早期，交叉桁架比角在网架结构应用早期，交叉桁架比角锥容易推广。因为交叉桁架体系可先拼装锥容易推广。因为交叉桁架体系可先拼装成平面桁架，然后进行总拼，施工简单。成平面桁架，然后进行总拼，施工简单。但在网架制

5、作越来越专业的时候，角锥体但在网架制作越来越专业的时候，角锥体系因其良好的受力性能而更具有竞争力。系因其良好的受力性能而更具有竞争力。 网架按弦杆层数不同可分为网架按弦杆层数不同可分为双层网架双层网架和和三三层网架层网架。 双层网架是由双层网架是由上弦、下弦和腹杆上弦、下弦和腹杆组成的空组成的空间结构间结构(图图1），是最常用的网架形式。），是最常用的网架形式。图1 双层网架 特点：特点： 三层网架是由三层网架是由上弦、中弦、上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆下弦、上腹杆和下腹杆组组成的空间结构成的空间结构(图图2)。 特点是增加网架高度，减特点是增加网架高度，减小弦杆内力，减小网格尺小弦杆内力

6、，减小网格尺寸和腹杆长度。寸和腹杆长度。 当网架跨度较大时，三层当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。造复杂，造价有所提高。 选用原则：选用原则： 网架跨度较大时，网架跨度较大时，采用。采用。图2 三层网架双层网架的常见形式 平面桁架网架平面桁架网架 四面锥体系网架四面锥体系网架 三角锥体体系网架三角锥体体系网架 两向正交正放网架两向正交正放网架 两向正交斜放网架两向正交斜放网架 三向网架三向网架 正放四角锥网架正

7、放四角锥网架 正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架斜放四角锥网架 星形四角锥网架星形四角锥网架 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一、一、平面桁架网架（交叉桁架体系网架）平面桁架网架（交叉桁架体系网架） 由平面桁架交叉组成。这类网架上下由平面桁架交叉组成。这类网架上下弦长度相等，而且上下弦和腹杆位于同一弦长度相等，而且上下弦和腹杆位于同一垂直面内，一般可计为斜腹杆受拉，竖杆垂直面内，一般可计为斜腹杆受拉，竖杆受压，斜腹杆与弦杆的角度在受压，斜腹杆与弦杆的角度在40-60之间，之间，这类网架有四种形式

8、：这类网架有四种形式： 1、两向正交正放网架两向正交正放网架 由两个方向的平面桁架交叉而成，交叉由两个方向的平面桁架交叉而成，交叉角为角为90度，故称度，故称正交正交。两个方向的桁架分。两个方向的桁架分别平行于建筑物平面的边线，故称别平行于建筑物平面的边线，故称正放正放。 两个方向网格数宜布置成偶数，如为两个方向网格数宜布置成偶数，如为奇数，则在桁架中部节间应做成交叉腹杆。奇数，则在桁架中部节间应做成交叉腹杆。两向正交正放网架两向正交正放网架 水平斜撑杆水平斜撑杆选用原则：在矩形在矩形建筑平面中，建筑平面中，网架的弦杆垂网架的弦杆垂直于及平行于直于及平行于边界。边界。 该网架上下弦组成的网格为

9、矩形，腹杆该网架上下弦组成的网格为矩形，腹杆又在上下弦平面内，属于又在上下弦平面内，属于几何可变几何可变。为能。为能有效传递荷载，对于有效传递荷载，对于周边支撑网架周边支撑网架，宜在，宜在支承平面内沿周边设置水平斜杆。支承平面内沿周边设置水平斜杆。水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆 对于对于点支承网架点支承网架，应在支承平面内沿主，应在支承平面内沿主桁架的两侧设置水平斜杆。桁架的两侧设置水平斜杆。水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆图图 周边支承网架水平斜撑布置方式之一周边支承网架水平斜撑布置方式之一水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆 两向正交正放网架的受力两向正交正放网架的受

10、力类似于两向等刚度类似于两向等刚度交叉梁，交叉梁，随平面尺寸及支承情况而变化随平面尺寸及支承情况而变化。 对对周边支承周边支承，平面尺寸越接近正方形，两个方，平面尺寸越接近正方形，两个方向桁架杆内力越接近，空间作用越明显，但随边向桁架杆内力越接近，空间作用越明显，但随边长比的增大，单向传力作用明显增大；长比的增大，单向传力作用明显增大； 对于对于点支承点支承，支承附近的杆件及主桁架杆件，支承附近的杆件及主桁架杆件内力较大，其他部位内力较小，两者差别较大。内力较大，其他部位内力较小，两者差别较大。2.两向正交斜放网架两向正交斜放网架 1）定义： 由两组相互交叉成由两组相互交叉成90度的平度的平面

11、桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线的交角为的交角为45度。度。可理解为两向正交正放网可理解为两向正交正放网架在建筑平面上放置时转动架在建筑平面上放置时转动45度。度。2）特点：）特点： 网架中各片桁架长短不一。节间数有网架中各片桁架长短不一。节间数有多有少，四角的短桁架刚度较大，对长桁多有少，四角的短桁架刚度较大，对长桁架有一定的嵌固作用，减少长桁架跨中弦架有一定的嵌固作用，减少长桁架跨中弦杆受力，对网架受力有力。杆受力，对网架受力有力。 对于矩形平面，周边支承时，对于矩形平面，周边支承时，可处理成长可处理成长桁架通过角柱和长桁架不通过角柱桁架通过角柱和长桁

12、架不通过角柱。前者。前者将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架支座处设两个边角柱。支座处设两个边角柱。图图 两向正交斜放网架两向正交斜放网架 两向正交斜放两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力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。有利角部产生拔力，常取无角部形式。3、两向斜交斜放网架、两向斜交斜放网架 由两个方向桁架相交由两个方向桁架相交角交叉而成，形角交叉而成，形成棱形网格。成棱形网格。适用于适用于两个方向网格尺寸不两个方向网格尺寸不同，而要求弦杆长度相等

13、。同，而要求弦杆长度相等。 两向斜交斜放两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同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。的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂。4、三向网架、三向网架 三个方向的平面桁架三个方向的平面桁架相互交角相互交角60 比两向网架刚度大，比两向网架刚度大，适合大跨度适合大跨度 常用于正三角形，正常用于正三角形，正六三角形平面六三角形平面 在某些平面形状会出在某些平面形状会出现不规则杆件现不规则杆件图图 三向网架三向网架2、四角锥体系网架、四角锥体系网架 由许多四角锥按一定规律组成，组成由许多四角锥按一定规律组成，组成的基本单元为的基本单元为倒置四角锥倒置

14、四角锥。这类网架上下。这类网架上下平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格的四个节格形心的投影线上，与上弦网格的四个节点用腹杆相连。点用腹杆相连。 若改变上下弦错开的平移值，或相对若改变上下弦错开的平移值，或相对旋转上下弦杆，并适当抽去一些弦杆和腹旋转上下弦杆，并适当抽去一些弦杆和腹杆，即可到各种形式的四角锥。杆，即可到各种形式的四角锥。图 正放四角锥网架l 正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多，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，宜用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采

15、用周边支承。采用周边支承。 1、正放四角锥网架2008奥运会场馆（正放四角锥）运动场看台2、正放抽空四角锥网架、正放抽空四角锥网架在正放四角锥的基础上，为节约钢材，便于在正放四角锥的基础上，为节约钢材，便于采光和通风，可适当抽去一些四角锥单元采光和通风，可适当抽去一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍，形成正放抽空四角锥。一倍，形成正放抽空四角锥。特点：将正放四角锥网特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。和下弦杆。 图图 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 保持正放四角锥网架保持

16、正放四角锥网架周边四角锥不变，中周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。上弦杆呈正交正放。 克服了斜放四角锥网克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的面组织排水较困难的缺点。缺点。图图 棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架图图 斜放四角锥网架斜放四角锥网架 斜放四角锥网架斜放四角锥网架 上弦网格呈正交斜放，上弦网格呈正交斜放，下弦下弦网格为正交网格为正交正放。网架上弦杆短，正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合下弦杆长，受力合理。理。 适用于中小跨度周边适用于中小跨度周边支承，或周边支承与支承，或周边

17、支承与点支承相结合的矩形点支承相结合的矩形平面。平面。 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。中小跨度周边支承情况。 图图 星形四角锥网架星形四角锥网架 三角锥网架上下弦平三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，面均为正三角形网格，上下弦节点各连上下弦节点各连9根根杆件。杆件。 当网架高度为网格尺当网架高度为网格尺寸的倍时，上下弦杆寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适性和抗扭刚度好，

18、适用于平面为多边形的用于平面为多边形的大中跨度建筑。大中跨度建筑。 图 三角锥网架 图 抽空三角锥网架 保持三角锥网架的上保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和规律抽去部分腹杆和下弦杆。下弦杆。 抽杆后，网架空间刚抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。数量减少，内力较大。 抽空三角锥网架适用抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中于平面为多边形的中小跨度建筑。小跨度建筑。 上弦网格为三角形和上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形，下弦网格为六边形。六边形。 腹杆与下弦杆位于同腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、一竖向平面内

19、。节点、杆件数量都较少，适杆件数量都较少，适用于周边支承，中小用于周边支承，中小跨度屋盖。跨度屋盖。 蜂窝形三角锥网架本蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借身是几何可变的：借助于支座水平约束来助于支座水平约束来保证其几何不变。保证其几何不变。 图 蜂窝三角锥网架 原则：网架的选型应结合工程的原则：网架的选型应结合工程的平面形状平面形状、建筑要求建筑要求、荷载和跨度的大小荷载和跨度的大小、支承情况支承情况和和造价造价等因素综合分析确定。等因素综合分析确定。 按照按照网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ 791的划分：的划分：大跨度大跨度为为60m以上；以上；中跨中跨度度为为3060

20、m；小跨度小跨度为为30m以下。以下。6.2.2网架的选型平面形状为矩形的周边支承网架，当其边平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比长比(长边短边长边短边)1.5时时，宜选用正放或，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正斜放四角锥网架，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放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。网架。对中小跨度对中小跨度，也可选用，也可选用星形四角锥星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。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，当其边平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比长比1.5时，时，宜选用宜选用两向正交正放网架，两向正交正放网架

21、，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比当边长比2时时，也可用，也可用斜放四角锥网架。斜放四角锥网架。平面形状为矩形、多点支承的网架，平面形状为矩形、多点支承的网架，可选可选用用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，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正放网架。对多点支承和周边支。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜两向正交斜放网架或斜放四角锥网架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，形且为周边支承网架，可选用三

22、向网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨。对中小跨度也可选用度也可选用蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架。 网架的支承方式：网架的支承方式： 周边支承周边支承 点支承点支承周边支承与点支承相结合周边支承与点支承相结合 两边和三边支承两边和三边支承6.3网架结构的支承网架结构的支承 周边支承是在网架四周周边支承是在网架四周全部或部分边界全部或部分边界节点设置节点设置支座支座(图图17a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上，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。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，如图为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图17(c) 图17 周边支承 点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。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悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1413 (图图18)。 图18 点支承图19 各种柱帽形式 点支承网架与柱子相连宜设点支承网架与柱子相连宜设柱帽柱帽以减小冲剪作用。以减小冲剪作用。 柱帽可设置于下弦平