网架结构设计

1、直接作用（荷载）和间接作用直接作用（荷载）和间接作用网架结构应对网架结构应对使用阶段荷载使用阶段荷载作用下的作用下的内力和内力和位移位移进行计算，并应根据具体情况对进行计算，并应根据具体情况对地震作地震作用、温度变化、支座沉降用、温度变化、支座沉降等间接作用及等间接作用及施工施工安装荷载安装荷载引起的内力和位移进行计算引起的内力和位移进行计算3.3 3.3 网架的计算要点网架的计算要点网架结构设计应满足行业标准网架结构设计应满足行业标准网架结构设计与网架结构设计与施工规程施工规程JGJ7-91的要求的要求3.3.13.3.1网架荷载计算网架荷载计算 直接作用直接作用永久荷载永久荷载 网架自重网

2、架自重( (双层网架的自重可按经验公式估算双层网架的自重可按经验公式估算 见教材见教材P120P120公式（公式（3-23-2）) ) 屋面（楼面）自重屋面（楼面）自重 吊顶材料的重量吊顶材料的重量 设备管道材料的重量设备管道材料的重量 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 屋面屋面 ( (或楼面或楼面) )活荷载活荷载 雪荷载雪荷载 ( (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合雪荷载不应与屋面活荷载同时组合) ) 风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小风荷载。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计算风载时可不考虑风振系数的影响 积灰荷载积灰荷载 吊车荷载吊车荷载 ( (工业

3、建筑有吊车时考虑工业建筑有吊车时考虑) )。 可变荷载可变荷载地震作用（竖向）地震作用（竖向）在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为6 6度或度或7 7度的地区，网架屋盖结构可不度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8 8度或度或9 9度的地区，度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。 地震作用（水平）地震作用（水平）在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为7 7度的地区，可不进行网架结构水平抗度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算；在抗震设防烈度为震验算；在抗震设防烈度为8 8度的地区，对于周边支承的度的地区，对于周

4、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 9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水度的地区，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、位移可采用平地震作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法空间桁架位移法计计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。 温度作用温度作用网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于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，且侧移值不小支座节

5、点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：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周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱；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在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计算值计算值) 1038. 0(2ftEEALum教材教材P120公式公式(3-3)如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空空间桁架位移法间桁架位移法，或，或近似计算方法近似计算方法。对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应

6、组合应按国家标准家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2001GB 50009-2001的规的规定进行计算。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抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB 50011-2001GB 50011-2001的规的规定。定。 荷载效应组合或见教材荷载效应组合或见教材P121-122P121-1223.3.23.3.2网架内力分析方法网架内力分析方法 网架结构的外荷载按网架结构的外荷载按静力等效原则静力等效原则，将节点从属面积，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。内的荷载集中作

7、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。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。架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。(1)(1)空间桁架位移法空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种平面、各种支承条件的网架计算。种类型、各

8、种平面、各种支承条件的网架计算。(2)(2)交叉梁系差分法交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在，简化计算方法，用于跨度在40m40m以下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。的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。(3)(3)拟夹层板法拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在，简化计算方法，用于跨度在40m40m以下，由以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。平面桁架系或角锥体组成的网架计算。(4)(4)假想弯矩法假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，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。棋盘形四角锥网架的估算。空间杆系有限元法也称空间杆

9、系有限元法也称空间桁架位移法空间桁架位移法。空间杆系有限元法是目前杆系结构计算精度最高的空间杆系有限元法是目前杆系结构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。等工况均可计算。能考虑网架与下部支承结构的共同工作能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。计算程序见下图：计算程序见下图：3.43.4空间杆系有限元法空间杆系有限元法-空间桁架位移法空间桁架位移法 网架杆件网架杆件节点位移节点位移单元刚度矩阵单元刚度矩阵总刚度矩阵总刚度矩阵总刚

10、度方程总刚度方程节点位移值节点位移值杆件内力杆件内力单元内力与节点位移间关系单元内力与节点位移间关系引入边界条件引入边界条件各节点平衡及变形协调条件各节点平衡及变形协调条件基本单元基本未知量结构的节点荷载和节点位移间关系对杆件单元进行分析对杆件单元进行分析,由虎克定律建立由虎克定律建立单元杆件内力与节点位移之间的关系单元杆件内力与节点位移之间的关系,形成单元刚度矩阵形成单元刚度矩阵网架计算基本假定网架计算基本假定: : 网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，

11、符合小变形理论符合小变形理论; ; 结构材料为完全弹性，符合虎克定律。结构材料为完全弹性，符合虎克定律。 目前国内网架计算程序很多，功能也很齐全，但目前国内网架计算程序很多，功能也很齐全，但应选用经过技术鉴定认可的、实践证明行之有效的应选用经过技术鉴定认可的、实践证明行之有效的程序。程序。网架杆件可采用网架杆件可采用钢管、热轧型钢钢管、热轧型钢和和冷弯薄壁型冷弯薄壁型钢钢。在截面积相同的条件下，在截面积相同的条件下，钢管截面钢管截面具有回转半具有回转半径大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等径大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优点，钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目优点，钢管端部封闭后，内

12、部不易锈蚀，是目前网架杆件常用的截面形式。前网架杆件常用的截面形式。管材可采用管材可采用高频焊管高频焊管或或无缝钢管无缝钢管，有条件时也，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235Q235钢及钢及Q345Q345钢。钢。 3.5 3.5 网架杆件设计网架杆件设计u网架杆件的长细比不宜超过下列数值网架杆件的长细比不宜超过下列数值受压杆件：受压杆件：180180受拉杆件：受拉杆件：(1)(1)一般杆件一般杆件400400(2)(2)支座附近处杆件支座附近处杆件300300(3)(3)直接承受动力荷载的杆件直接承受动力荷载的杆件250250网架杆件主要受轴力作用，

13、截面强度及稳定计网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计算应满足钢结构设计规范的要求。普通角钢截算应满足钢结构设计规范的要求。普通角钢截面杆件的面杆件的最小截面尺寸不宜小于最小截面尺寸不宜小于50mm50mm3mm3mm。钢管钢管不宜小于不宜小于48482mm2mm。无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于于a类和类和b类截面。类截面。网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的钢量的20202525，节点构造的好坏，对结构，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当性能、制造安装、耗钢量和

14、工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：用的节点形式主要有：v节点节点： (1)(1)焊接空心球焊接空心球节点节点 (2)(2)螺栓球节点螺栓球节点； (3)(3)焊接钢板节点；焊接钢板节点； (4)(4)焊接钢管节点焊接钢管节点 (5)(5)杆件直接汇交节点杆件直接汇交节点3.63.6节点设计节点设计焊接空心球节点焊接空心球节点焊接空心球焊接空心球螺栓球连接节点螺栓球连接节点螺栓球螺栓球焊接钢板节点焊接钢板节点焊接钢管节点焊接钢管节点管件直接汇交节点管件直接汇交节点u网架的节点构造应满足下列要求网架的节点构造应满足下

15、列要求(1)(1)受力合理，传力明确；受力合理，传力明确；(2)(2)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；(3)(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；构造简单，制作安装方便，耗钢量小；(4)(4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿 气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。封闭。3.6.13.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球节点构造焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢简单，适用于连接钢管杆件，球面与管件管杆件，球面与管件接时，只需将钢管沿接时，只需将钢管沿正截面切断

16、，施工方正截面切断，施工方便。便。 焊接空心球节点焊接空心球节点焊接空心球是由两块钢板焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，经加热压成两个半球，然后然后相焊相焊而成。分加肋而成。分加肋、不加肋。不加肋。（a） 无肋无肋（b ）有肋）有肋空心球径等于或大于空心球径等于或大于300300，且杆件内力较大，需，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋。要提高承载力时，球内可加环肋。 钢管杆件与空心球钢管杆件与空心球 连接处，管端应开连接处，管端应开 坡口，并在钢管内坡口，并在钢管内 加衬管，在管端与加衬管，在管端与 空心球之间焊缝可空心球之间焊缝可 按对接焊缝考虑，按对接焊缝考虑， 焊缝质

17、量应达到二焊缝质量应达到二 级要求级要求, ,否则只能按否则只能按 斜角角焊缝计算斜角角焊缝计算 。 加衬管连接加衬管连接 3.6.23.6.2螺栓球节点螺栓球节点 螺栓球节点的构造螺栓球节点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成钉）和锥头（或封板）等零件组成，适用于连适用于连接钢管杆件。接钢管杆件。螺栓球连接节点示意图螺栓球连接节点示意图锥头锥头封板封板高强螺栓高强螺栓杆件杆件当杆件管径较大时采用锥头连接，管径当杆件管径较大时采用锥头连接，管径较小时采用封板连接。较小时采用封板连接。高强度螺栓应符合高强度螺栓应符合

18、8.8或或10.9级的要求。级的要求。 3.6.3 3.6.3 焊接钢板节点焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成十字焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成十字节点板，宜由两块带企口的钢板对插而成节点板，宜由两块带企口的钢板对插而成（图（图a）, ,也可由三块板正交焊成也可由三块板正交焊成（图（图b）焊接钢板节点焊接钢板节点焊接钢板节点可焊接钢板节点可用于两向网架和用于两向网架和由四角锥体组成由四角锥体组成的网架。常用焊的网架。常用焊接形式如右接形式如右图和图和下页图下页图所示。所示。网架弦杆应同时网架弦杆应同时与盖板和十字节与盖板和十字节点板连接，使角点板连接，使角钢两肢都能直接钢两

19、肢都能直接传力。传力。两向网架节点构造两向网架节点构造四角锥体组成的网架节点构造四角锥体组成的网架节点构造焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。面的形心与杆件形心相重合。节点板厚度可根据网架最大杆件内力由下节点板厚度可根据网架最大杆件内力由下表表确确定定杆件内杆件内力力（kNkN） 1501602502603904005906008808901275节点板节点板厚度厚度（）88101012121414161618节点板厚度选用表节点板厚度选用表3.

20、6.43.6.4支座节点支座节点支座节点的构造支座节点的构造形式应受力明确、形式应受力明确、传力简捷、安全传力简捷、安全可靠，并可靠，并应符合应符合计算假定。计算假定。 常用支座节点有常用支座节点有以下几种构造形以下几种构造形式：式： 平板压力或拉力平板压力或拉力支座，只适用于支座，只适用于较小跨度网架较小跨度网架, ,如如右图所示。右图所示。平板压力或拉力支座平板压力或拉力支座a a 角钢杆件角钢杆件b b 钢管杆件钢管杆件（角位移受到很大的约束）（角位移受到很大的约束）单面弧形压力支座，适用于单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架中小跨度网架 单面弧形压力支座单面弧形压力支座a 两个螺栓连接两个螺栓连接b 四个螺栓连接四个螺栓连接（角位移未受约束）（角位移未受约束）单面弧形拉力支单面弧形拉力支座适用于座适用于较大跨较大跨度网架。度网架。适用于有些在角适用于有些在角部支座处产生垂部支座处产生垂直拉力的网架。直拉力的网架。如两向正交斜放如两向正交斜放网架。网架。单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座双面弧形压力支双面弧形压力支座座，在支座和底，在支座和底板间设有弧形块，板间设有弧形块，