大跨网架结构的特点与应用及制作与安装

第三章网架结构一、网架结构的特点与应用二、网架结构形式三、网架结构形式选择四、网架结构内力分析五、网架结构抗震分析六、网架结构杆件设计七、网架结构节点设计八、网架结构制作与安装九、网架结构的发展第三章网架结构一、网架结构的特点与应用1、结构特点①多杆件从两个或几个方向有规律地组成的高次超静定结构，属空间结构体系；②二力杆结构，空间刚度大，整体性好，具有良好的抗震性能；③用小规格、短杆件构成大跨度结构，节点连接简便（2～4种），建筑造型灵活多样，分析计算成熟，制造和安装定型化、标准化。④结构内力分布不均匀，边缘杆件“强度过剩”；节点用钢量大。第三章网架结构一、网架结构的特点与应用2、发展过程①国外开始于20世纪初，40年代开发出MERO体系，标志着网架结构商品化的开始。②我国网架结构的研究与应用开始于60年代，但发展很快，后来居上。标志性事件有： 1964年上海师范学院球类房（31.5×40.5m，角钢，板节点）； 1966年天津科学宫，第一座焊接球节点网架，14.8x23.3m; 1981年建工总局《网架结构设计与施工规定》（JGJ7-80）； 1991年建设部《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91），《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78-91）；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用2、发展过程材料：碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金结构、组合结构；节点：焊接球、螺栓球、板节点；杆件：角钢、钢管、工字钢；结构类型：十二种结构体系；应用领域：大型公共建筑，工业厂房，塔架廊栈、装饰、改扩建。第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都体育馆（1967）：矩形平面，122×99×6m，平行弦桁架，用钢量65kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用上海体育馆（1973）：圆形平面，110×6m，平行弦桁架，用钢量47kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用天津无缝钢管厂（1992）：6万m2（108×564m），柱网36×18m，用钢量32kg/m2；一汽大众轿车厂（1991）：8万m2(189.4×421.6m)，柱网21×12m，用钢量31kg/m2；第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都机场四机位机库(1996)：（153+153）×90m，四角锥网架厦门机场太古机库(1999)：155×70m第三章网架结构一、网架结构的特点与应用3、工程应用首都机场四机位机库（153+153）×90m第三章网架结构第三章网网架结构一、网架结构构的特点与应应用3、工程应用首都机场空客客A380机库（在建):（176+176）×110m第三章网网架结构一、网架结构构的特点与应应用3、工程应用第三章网网架结构二、网架结构构形式结构组成:双层网架(上弦杆、下下弦杆、腹杆杆)三层网架(上弦杆、中中弦杆、下弦弦杆、腹杆)，减小杆杆件长度，降降低内力，增增加高度，大大跨(L>80)组合网架(钢筋混凝土板板代替上弦杆杆)1、分类第三章二、网架结构构形式1、分类②支承方式多跨，单跨四点支承，多多点支承周边支承，混混合支承支承条件不同同，会改变网网架内力分布布状态，总体体看平板网架架具有平板的的受力状态。。第三章网网架结构二、网架结构构形式1、分类③网格形式空间桁架体系系：由角锥体系形形成的空间桁桁架组成，杆件较小，用用钢经济，刚刚度也较大，，可抽去部分分杆件，杆件件更少。平面桁架体系系：由平行弦桁架架组成，杆件件较多，刚度度较大，适用用于各种跨度度；第三章网网架结构二、网架结构构形式2、交叉桁架体系系平行弦桁架相互交叉叉组成；较长的斜腹杆杆受拉，较短短的竖杆受压压，上下弦杆杆等长；斜腹杆与弦杆杆间的夹角宜宜取40-60°；桁架的节间长长度即为网格格尺寸。结构组成第三章网网架结构二、网架结构构形式2、交叉桁架体系系两组平面桁架架互相垂直，，与边界平行行，上下弦杆网格格尺寸相同，，桁架长度相相同，几何可可变，应设支支撑，正方形形平面内力分分布均匀。①两向正交正放放网架第三章网网架结构二、网架结构构形式2、交叉桁架体系系桁架垂直相交交，弦杆与边边界成45°，各榀桁架长度度不同，刚度度大，对角桁桁架支座受拉拉②两向正交斜放放网架桁架斜向相交交，构造复杂杂，受力性能能不好③两向斜交斜放网架第三章网网架结构二、网架结构构形式2、交叉桁桁架体体系三组桁桁架60°相交，，受力力均匀匀，节节点交交汇杆杆多（（13根），，构造造复杂杂，大大跨度度，圆圆形，，三角角形或或多边边形平平面④三向网架第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式2、交叉桁桁架体体系⑤单向折折线形形网架由平面面桁架架互相相倾斜斜交成成V形面构构成，，呈单单向受受力状状态，，较单单纯的的平面面刚架架刚度度大，，不需需支撑撑体系系第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系上下弦弦为正正方形形网格格，相相互错错开半半格，，下弦弦网格格节点点对准准上弦弦正方方形中中心，，上下下弦网网格节节点用用腹杆杆相连连结构组组成第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系上下弦弦杆等等长，，受力力均匀匀，刚刚度大大，用用钢量量大，，适合合于周周边支支承①正放四四角锥锥网架架第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系正放四四角锥锥网架架局部抽抽空，形形成交交叉梁梁，用用钢量量省，，中小小跨度度②正放抽空四角锥锥网架架第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系上弦斜斜放，，与边边界成成45°，下弦弦正放放，上上弦短短，下下弦长长，节节点交交汇杆杆件少少，用用钢量量省，，加刚刚性边边框③斜放四角角锥网网架第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系两个倒倒三角角桁架架相互互交叉叉，三三角桁桁架顶顶点相相连为为下弦弦杆，，上弦弦斜放放，与与边界界成45°，下弦弦正放放，上上弦短短，下下弦长长，中中小跨跨度，，用钢钢量省省，周周边支支承④星形四四角锥锥网架架第三章章网网架架结构构二、网网架结结构形形式3、四角锥锥体系上弦弦正正放放，，下下弦弦斜斜放放，，与与边边界界成成45°，上弦弦短短，，下下弦弦长长，，中中小小跨跨度度，，用用钢钢量量省省⑤棋盘盘形形四四角角锥锥网网架架第三三章章网网架架结结构构二、、网网架架结结构构形形式式4、三角角锥锥体系系结构构组组成成上弦弦下下弦弦为为三三角角形形网网格格，，下下弦弦节节点点对对准准上上弦弦三三角角形形中中心心第三三章章网网架架结结构构二、、网网架架结结构构形形式式4、三角角锥锥体系系①三三角角锥锥网网架架上下下弦弦杆杆等等长长，，三三角角形形，，每每个个节节点点9根杆杆，，受受力力均均匀匀，，刚刚度度大大，，适适合合于于多多边边形形平平面面第三三章章网网架架结结构构二、、网网架架结结构构形形式式4、三角角锥锥体系系②抽空空三角角锥锥网网架架局部部抽抽空空，，上上弦弦三三角角形形，，下下弦弦六六边边形形，，刚刚度度小小，，中中小小跨跨度度，，省省钢钢第三三章章网网架架结结构构二、、网网架架结结构构形形式式4、三角角锥锥体系系③蜂窝窝形形三角角锥锥网网架架上弦弦三三角角形形和和六六边边形形，，下下弦弦六六边边形形，，节节点点杆杆件件交交汇汇少少，，刚刚度度小小，，中中小小跨跨度度第三三章章网网架架结结构构三、、网网架架结结构构形形式式选选择择建筑筑物物的的平平面面形形状状和和尺尺寸寸，，支支承承方方式式，，荷荷载载大大小小，，屋屋面面构构造造，，建建筑筑要要求求，，制制造造和和安安装装方方法法，，材材料料供供应应情情况况1、考虑虑因因素素第三三章章网网架架结结构构三、、网网架架结结构构形形式式选选择择四角角锥锥网架架，两两向向正正交交网架架：平面面形形状状为为矩矩形形，，周周边边支支承承边边长长比比≤≤1.5的的网网架架;平面面形形状状为为矩矩形形，，周周边边支支承承边边长长比比＞＞1.5的的网网架架;平面面形形状状为为矩矩形形，，三三边边支支承承一一边边开开口口网网架架;平面面形形状状为为矩矩形形，，多多点点和和点点边边混混合合支支承承网网架架;2、选型型原原则则：：(参照照《《网网架架结结构构设设计计与与施施工工规规范范》》)第三三章章网网架架结结构构三、、网网架架结结构构形形式式选选择择2、选型型原原则则：：(参照照《《网网架架结结构构设设计计与与施施工工规规范范》》)三角角锥锥网网架架，，三三向向网网架架：平面面形形状状为为圆圆形形，，正正六六边边形形及及接接近近正正六六边边形形，，周周边边支支承承网网架架;多层层建建筑筑的的楼楼层层或或L≤≤50m的屋屋盖盖，，以以及及钢钢筋筋砼砼板板代代替替上上弦弦的的组组合合网网架架；；第三三章章网网架架结结构构三、、网网架架结结构构形形式式选选择择（1））网格格尺尺寸寸①网格格尺尺寸寸：直接接影影响响网网架架的的经经济济性性，网格格大大，，节节点点少少，，但但砼砼面面板板重重量量大大；；网网格格上上加加檩檩条条可可采采用用大大网网格格，，但但檩檩条条长长度度宜宜≤6m;②确定因素：柱网尺寸，屋屋面材料，建建筑和构造要要求，施工条条件等；③网格数n的确定：钢砼板屋面体体系：n=(2-4)+0.2L2（两向正交正放放，正放四角角锥，正放抽抽空四角锥)；n=(6-8)+0.08L2（两向正交斜放放，棋盘形四四角锥，斜放放四角锥，星星形四角锥)钢檩条屋面体体系：n=(6-8)+0.07L2，其中L2为网架短向跨跨度。3、网架的主要尺尺寸及构造第三章网网架结构三、网架结构构形式选择3、网架的主要尺尺寸及构造（2）网架高度①网架高度：：影响刚度，上、下弦杆的内内力和腹杆的的经济性；②确定原则：：一般使腹杆杆与弦杆的夹夹角为40-60°；③高跨比：钢钢砼板屋面体体系10-14,钢钢檩条屋屋面体系(13-17)-0.03L2第三章网网架结构三、网架结构构形式选择3、网架的主要尺尺寸及构造（3）屋面起拱和排排水①一般情况下下，网架刚度度大，不需起起拱；当L2≥60m时，采用不大大于1/300的起拱度度；②屋面排水坡坡度的做法：：(一般取1-4%)上弦节点加小小立柱找坡；；网架变高度；；整个网架起坡坡；支承柱变高度度；第三章网网架结构四、网架结构构内力分析①精确计算法：：空间杆系有有限元法，弹弹性分析，小小变形理论，，铰接，可考考虑支承结构构影响；单元平衡方程程[k]{d}={F}整体平衡方程[K]{d}={P}[K]稀疏矩阵，3n×3n对称正定，矩矩阵存储与方方程组解法1、内力分析方法法第三章网网架结构四、网架结构构内力分析1、内力分析方法法②简化计算法法：交叉梁系系分析法；拟拟板法(拟夹夹层板法)；；假想弯矩法法等。③专用软件，，设计参数输入，网格自动生成成，节点坐标、节节点荷载自动动计算，优化计算，减少截面种类类。（天大、浙大、同济、、哈工大、建研院、海军军局、航空院院等）④容许挠度1/250(屋盖)或1/300（楼盖）。第三章网网架结构四、网架结构构内力分析2、荷载和特殊作用①自重估算：30~60kg/m2，②温度应力：高高次超静定，，空间桁架位位移法；③竖向地震作用：简化计算，振型分解，时时程分析；④安装荷载：验验算内力、挠挠度和动力效效应；⑤支座沉降和位位移。第三章网网架结构四、网架结构构内力分析3、温度应力计算算①不用计算温度度应力支座节点构造造允许侧移；；周边柱支承，，跨度小于40m；柱顶侧移较限限定值大。第三章网网架结构四、网架结构构内力分析3、温度应力计算算②温度应力计算算方法A计算杆件温度度变化产生的的固端力Noij=-EDtaAijB计算节点不平平衡力Pix=-SEDtaAikcosaik,Piy=-SEDtaAikcosbik,Piz=-