钢结构识图知识培训精典课件

3.1结构形式3.2网架的结构形式3.3网架的计算要点3.4空间杆系有限元法3.5网架杆件设计3.6节点设计3.7网壳新加坡滨海艺术中心

第三章大跨屋盖结构3.1结构形式新加坡滨海艺术中心第三章大跨屋盖结构1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3.1结构形式大跨度结构的分类平面结构体系梁式结构（平面、空间桁架）2梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系3平板网架网壳结构平板网架网壳结构4图1(a)平行布置预应力双层索系；图1(a)平行布置预应力双层索系；5斜拉结构(图1c)MaysvilleBridge斜拉结构(图1c)MaysvilleBridge6图2张拉整体结构图2张拉整体结构7网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3a)，是最常用的网架形式。图3a双层网架3.2网架的形式网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。图3a双层网架8特点：三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图3b)。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。选用原则：网架跨度较大时，采用。图3b三层网架特点：选用原则：图3b三层网架9青岛极地海洋世界效果图青岛极地海洋世界效果图10青岛极地海洋世界鱼头部分模型青岛极地海洋世界鱼头部分模型113.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。网架结构几何不变的必要条件是：式中J——网架点数；m——网架的杆件数；r——支座约束链杆数，r≥63.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架为一空间铰接杆12当W>0网架为几何可变体系；

W=0网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构；

W<0网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结构。当W>0网架为几何可变体系；133.2.2双层网架的常见形式

平面桁架网架四面锥体系网架三角锥体体系网架

两向正交正放网架

两向正交斜放网架

三向网架

正放四角锥网架

正放抽空四角锥网架

棋盘四角锥网架

斜放四角锥网架

星形四角锥网架

三角锥网架

抽空三角锥网架

蜂窝形三角锥网架3.2.2双层网架的常见形式平面桁架网架两向正交正放网14图3.4两向正交正放网架

水平斜撑杆选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。图3.4两向正交正放网架水平斜撑杆选用原则：在矩15图3.5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图3.5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16图3.6两向正交斜放网架两向正交斜放

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。两向斜交斜放

适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂图3.6两向正交斜放网架两向正交斜放短桁架对长桁架有嵌17三向网架三个方向的平面桁架相互交角60比两向网架刚度大，适合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在某些平面形状会出现不规则杆件图3.7三向网架三向网架图3.7三向网架18图3.8正放四角锥网架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，宜采用周边支承。

图3.8正放四角锥网架正放四角锥网架空间刚度较好，但192008奥运会场馆（正放四角锥）2008奥运会场馆（正放四角锥）20运动场看台运动场看台21特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。图3.10正放抽空四角锥网架特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。图3.10正22特点：保持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。克服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点。图3.11棋盘形四角锥网架特点：图3.11棋盘形四角锥网架23图3.12斜放四角锥网架特点：上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。

适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。

图3.12斜放四角锥网架特点：24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。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。

图3.13星形四角锥网架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25三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。当网架高度为网格尺寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。

图3.14三角锥网架

三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件26图3.15抽空三角锥网架

保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆。

抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中小跨度建筑。

图3.15抽空三角锥网架保持三角锥网架的上弦网格不变，按27上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适用于周边支承，中小跨度屋盖。蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借助于支座水平约束来保证其几何不变。

图3.16蜂窝三角锥网架

上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。图3.16蜂窝28原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定。按照《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91的划分：大跨度为60m以上；中跨度为30—60m；小跨度为30m以下。3.2.3网架的选型原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的29平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，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网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥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，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或30平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜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形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。

平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽31

网架的支承方式：

周边支承

点支承

周边支承与点支承相结合两边和三边支承网架结构的支承网架的支承方式：周边支承网架结构的支承32周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图3.17a，b)，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。为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图17(c)

图3.17周边支承周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图3.17a33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，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3(图3.18)。

图3.18点支撑点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。图3.18点支撑34图3.19各种柱帽形式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(图3.19a)，也可设置于上弦平面之上(图3.19b)。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3.19c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。图3.19各种柱帽形式点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲35图3.20周边支撑与点支承结合

特点：

平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度(图3.20)

图3.20周边支撑与点支承结合特点：36网架高度确定原则网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。网架高度确定原则网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条37网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体系时，檩条长度一般超过6m。对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表3-1选用。网格尺寸确定原则网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在40038

注：1．L2为网架短向跨度，单位为米；2．当跨度在18m以下时网格数可适当减少。

钢结构识图知识培训精典课件39网架的挠度要求及屋面排水坡度

网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖——L2／250；用作楼面——L2／300。L2为网架的短向跨度。网架屋面排水坡度一般为3％-5％，可采用下列办法找坡：(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图3.22a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性；网架的挠度要求及屋面排水坡度网架结构的容许挠度不应超过下列40(b)对整个网架起拱(图3.22b)；(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。(3)有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1／300。

(b)对整个网架起拱(图3.22b)；41图3.22网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起坡图3.22网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起坡42施工中的网架施工中的网架43直接作用（荷载）和间接作用网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、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行计算3.3网架的计算要点直接作用（荷载）和间接作用3.3网架的计算要点44直接作用永久荷载

网架自重屋面（楼面）材料重力吊顶材料的重力设备管道的重力

永久荷载

可变荷载

①屋面(或楼面)活荷载②雪荷载(雪荷载不应与屋面活荷载同时组合)③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④积灰荷载⑤吊车荷载(工业建筑有吊车时考虑)。

可变荷载直接作用永久荷载网架自重永久荷载①屋面(或楼面)45地震作用（竖向）在抗震设防烈度为6度或7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8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。

对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架结构，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用标准值可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。设计基本地震加速度为0.3g时，可取该结构重力荷载代表值的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。地震作用（竖向）在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结46地震作用（水平）在抗震设防烈度为7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8度的地区，对于周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9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、位移可采用空间桁架位移法计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。

地震作用（水平）在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构47温度作用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支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，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计算值温度作用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48如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定进行计算。抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定。

如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或493.3.2网架内力分析方法

网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。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。

3.3.2网架内力分析方法网架结构的外荷载按静力等效原则，50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。(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m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。(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。(4)假想弯矩法，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。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51网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。在截面积相同的条件下，管截面具有回转半径大，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，是目前网架杆件常用的截面形式。管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345钢。

3.5网架杆件设计网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。3.5网架杆52网架杆件的长细比不宜超过下列数值受压杆件：180受拉杆件：(1)一般杆件400(2)支座附近处杆件300(3)直接承受动力荷载的杆件250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。普通角钢截面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm×3mm。钢管不宜小于ф48×2mm。无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于a类和b类截面。网架杆件的长细比不宜超过下列数值53网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％~25％，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：

(1)焊接空心球节点；(2)螺栓球节点；(3)焊接钢板节点；(4)焊接钢管节点(5)杆件直接汇交节点3.6节点球设计网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％~25％54图3.28焊接钢管节点图3.29管件直接汇交节点图3.28焊接钢管节点图3.29管件直接汇交节点55网架的节点构造应满足下列要求(1)受力合理，传力明确；(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；(4)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，管形截面应在两端封闭。网架的节点构造应满足下列要求563.6.1焊接空心球节点

焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件（图3.30）球面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，施工方便。图3.30焊接空心球节点3.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点构造简单，适用于连接57焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋、不加肋（图3.31）。图3.31焊接空心球节点a无肋b有肋焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加58

空心球外径D

a——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜（图3.32）θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d1，d2

——组成θ角的钢管外径图3.32空心球节点空隙空心球外径D图3.32空心球节点空隙59空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为120~500㎜时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算

（a）受压空心球（b）受拉空心球

空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时60空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在

D／t=24~25范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在1.2~2.0之间。钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内加衬管（图3.33），在管端与空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算图3.33加衬管连接空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的61

3.6.2螺栓球结点

螺栓球结点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成（图3.34），适用于连接钢管杆件。图3.34螺栓球连接节点示意图3.6.2螺栓球结点螺栓球结点的构造图3.34螺62螺栓球节点及马道焊接球节点螺栓球节点及马道焊接球节点63

钢球尺寸钢球大小取决于相邻杆件的夹角、螺栓的直径和螺栓伸入球体的长度等因素。由图35，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为

由图36，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D为钢球尺寸64

D-----钢球直径（㎜）θ-----两个螺栓之间的最小夹角（㎜）d1，d

2-----螺栓直径（㎜），d1＞d2ε-----螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例η-----套筒外接圆直径与螺栓直径的比例D-----钢球直径（㎜）65当相邻两杆夹角θ＞30º，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）不相碰，由图3.37，导出钢球直径D还须满足下式要求D1，D2--相邻两根杆件的外径θ--相邻两根杆件的夹角d1--相应于D1杆件所配螺栓直径η--套筒外接圆直径与螺栓直径之比S--套筒长度图3.37带封板管件的几何关系当相邻两杆夹角θ＞30º，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）66螺栓，套筒

高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：螺栓杆长度Lb由构造确定(图3.38)，其值为：

图3.38高强螺栓几何尺寸螺栓，套筒高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个67套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径大1.5-2mm。套筒端部到开槽端部(或钉孔端)距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉(或螺钉)抗剪力，且不小于1.5倍开槽的宽度或6mm。套筒端部要保持平整，内孔L径可比螺栓直径大1mm。

图3.39套筒几何尺寸套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径68套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为套筒长度可按下式计算采用滑槽时69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。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。图3.40杆件端部连接焊缝锥头和封板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。连接焊70封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度可按近似方法计算，如图3.41

沿环向单位宽度上板承受的力为

图3.41封板封板厚度应按实际受力大小计算图3.41封板71封板周边单位宽度径向弯距近似为

当达到塑性铰弯距，封板达到极限承载力，由可导出

N-----钢管杆件设计拉力

R-----钢管的内半径S-----螺帽和封板接触的圆环面的平均半径f-----钢材强度设计值-----封板厚度封板周边单位宽度径向弯距近似为72锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图3.42）锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图3.42锥头构造锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图3.42）图3.42锥头构造73

3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图3.43a）,也可由三块板正交焊成（图3.43b）图3.43焊接钢板节点3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板74焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如图3.44、图3.45所示。网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。图3.44两向网架节点构造焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形75图3.45四角锥体组成的网架节点构造图3.45四角锥体组成的网架节点构造76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表3-5确定节点板厚度选用表表3-5杆件内力（kN）

≤150160~250260~390400~590600~880890~1275节点板厚度（㎜）88~1010~1212~1414~1616~18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773.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。

常用支座节点有以下几种构造形式：

平板压力或拉力支座，只适用于较小跨度网架,如图3.46。图3.46平板压力或拉力支座a角钢杆件b钢管杆件3.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安78单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.47单面弧形压力支座a两个螺栓连接b四个螺栓连接单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.4779单面弧形拉力支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将拉力传递到支座上，在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。图3.48单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将80双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。

图3.49双面弧形压力支座双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上81球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。

图3.50球铰压力支座球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支82板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。图3.51板式橡胶支座板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压83平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。

平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，84单面弧形制作设计（图3.52）

弧形支座置于底板之上其平面尺寸为a1·b1≥R/f

R--支座反力f---钢材（或铸钢）抗压强度设计值a1，b1---弧形支座宽度、长度图3.52弧形支座尺寸单面弧形制作设计（图3.52）图3.52弧形支座尺寸85弧形支座板厚度（图3.52）弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R／(a1.b1)弧形板中央截面最大弯距为

由强度条件得出f-----钢材（或铸钢）抗弯强度设计值

弧形支座板厚度（图3.52）86弧形板的半径由下式确定

r-----弧面半径f-----钢材（或铸钢）抗压设计强度E-----钢材的弹性模量弧形板的半径由下式确定87橡胶制作设计橡胶制作设计橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表3-6~表3-8的要求

胶料类型硬度（邵氏）拉断应力（Mpa）伸长率（％）300％定伸长度（Mpa）拉断永久变形适用温度不低于氯丁橡胶60±5≥8.631≥450≥7.84≤25-25℃天然橡胶60±5≥18.63≥500≥8.82≤20-40℃胶料的物理机械性能表3-6橡胶制作设计橡胶制作设计胶料硬度拉断伸长率300％定伸长度（88

橡胶垫板的力学性能

表3-7

E-β关系

表3-8

允许抗压强度[б](Mpa)极限破坏强度（Mpa）抗压弹性模量E（Mpa）抗剪弹性模量G（Mpa）摩擦系数µ7.84~9.80＞58.82由形状系数β按表3-8查得0.98~1.47与（钢）0.2（与混凝土）0.3β456789101112E（Mpa）196265333412490579657745843β1314151617181920E（Mpa）9321040115712851422155917061863橡胶垫板的力学性能89橡胶垫板的计算橡胶垫板的底面积A可根据承压条件按下式计算A≥Rmax/[σ]

A-----垫板承压面积a,b---分别为橡胶垫板短边与长边Rmax----荷载标准值在支座引起的反力

[б]---橡胶垫板的允许抗压强度

橡胶垫板的计算90橡胶垫板厚度应根据橡胶厚度与中间各层钢板厚度确定（图3.53）。橡胶层厚度可由上下表层及各钢板间的橡胶片厚度之和确定。d0=2dt+ndid0-----橡胶层厚度dt，di-----分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度n-----中间橡胶片的层数图3.53橡胶垫板构造橡胶垫板厚度应根据图3.53橡胶垫板构造91根据橡胶剪切变形条件中d0tana≥u及构造要求，并取tana=0.7，橡胶层厚度应满足下式要求：0.2a≥d0≥1.43µ

µ-----由于温度变化等原因在网架支座处引起的水平位移

1.43-----为tana的倒数，tana为橡胶层最大容许剪切角的正切根据橡胶剪切变形条件中d0tana≥u及构造要求，并取92橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板与支座底板部分脱开而形成局部承压，也不能过小。橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件0.05d0≥ωm≥θa

θ---结构在支座处的最大转角(rad)

平均压缩变形ωm可按下式计算ωm=σmd0/E

бm---平均压应力：σm=Rmax／A

橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板与支座93在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验算μRg≥GAu/d0

µ，d0----水平位移，厚度

µ----橡胶垫板与钢板或混凝土间的摩擦系数，按表3-7采用

Rg---乘以荷载分项系数0.9的永久荷载标准值引起的支座反力

G----橡胶垫板的抗剪弹性模量，按表3-7采在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验算94对气温不低于-25℃地区，可采用氯丁橡胶垫板。对气温不低于-30℃地区，可采用耐寒氯丁橡胶垫板。对气温不低于-40℃地区，可采用天然橡胶垫板。橡胶垫板的长边应与网架支座切线方向平行放置。橡胶垫板与支柱或基座的钢板或混凝土间可采用502胶等胶粘剂固定。橡胶垫板的构造要求对气温不低于-25℃地区，可采用氯丁橡胶垫板。对气温不低于-95橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期使用后因橡胶老化而需更换的条件。在橡胶垫板四周可涂以防止老化的酚醛树脂，并粘结泡沫塑料。橡胶垫板在安装、使用过程中应避免与油脂等油类物质以及其他对橡胶有害的物质接触。

橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期963.7.1网壳结构形式网壳按组成层数分为单层网壳（图3.54）和双层网壳（图3.55）图3.54单层柱面网壳3.7网壳3.7.1网壳结构形式图3.54单层柱面网壳3.7网97图3.55双层柱面网壳图3.55双层柱面网壳98按曲面外形分类则有球面网架（图3.56）柱面网壳（图3.54）图3.56单层球面网壳按曲面外形分类则有图3.56单层球面网壳99日本名古屋网壳穹顶日本名古屋网壳穹顶100双曲扁网壳（图3.57）图3.57双曲扁网壳双曲扁网壳（图3.57）图3.57双曲扁网壳101扭曲面网壳（图3.58）图3.58扭曲面网壳扭曲面网壳（图3.58）图3.58扭曲面网壳102单块扭网壳（图3.59）图3.59单块扭网壳单块扭网壳（图3.59）图3.59单块扭网壳103双曲抛物面网壳（图3.60）图3.60双曲抛物面网壳双曲抛物面网壳（图3.60）图3.60双曲抛物面网壳104切割或组合形成曲面网壳（图3.61，图3.62）图3.61球面切割网壳图3.62平板组合球面网壳切割或组合形成曲面网壳（图3.61，图3.62）图3.61105网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及整体稳定计算除工作荷载之外，还应根据具体情况包括地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等效应。网壳的永久荷载有：1）网壳自重；2）屋面材料的重力；3）吊顶材料的重力;4)设备管道的重力。网壳结构的可变荷载有：1）屋面活荷载2)雪荷载;3)风荷载。3.7.2网壳的一般计算原则网壳结构在直接和间接作用下的内力、位移及整体稳定计算除工作荷106网壳结构具有很强的非线性性能，抗震分析宜采用时程分析法。双层网壳符合下列条件之一者可不考虑温度应力的影响：1）支座节点的构造允许网壳侧移且其侧移值等于或大于公式的计算值；2）周边支承于独立柱，且网壳在验算方向跨度小于40m；3）支承网壳的柱在单位水平力作用于柱顶时，柱顶位移大于或等于式公式的计算值

网壳结构具有很强的非线性性能，抗震分析宜采用时程分析法。107不符合上述条件时，网壳应考虑温度应力的影响。设计中考虑的温度应力情况一般有两种：1）整个网壳有温度变化；2）双层网壳上下层有温度差△t。网壳应按最不利的荷载效应组合进行设计。对于非抗震设计荷载效应组合应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）进行计算。对抗震设计，荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001）进行计算不符合上述条件时，网壳应考虑温度应力的影响。设计中考虑的温度108

网壳的设计及计算网壳的内力分析网壳是一个准柔性的高次超静定结构目前网壳计算主要是考虑几何非线性的有限单元法考虑与不考虑几何非线性的有限单元法的区别在于前者考虑网壳变形对内力的影响网壳的设计及计算网壳的内力分析109

网壳的稳定性

网壳的稳定性计算可采用非线性有限单元法，取结构刚度矩阵的行列式之值等于零作为确定临界荷载的准则，即：det[K]=0刚度矩阵[K]应包含所有的非线性因素，使det[K]=0的荷载即为临界荷载{P}cr。注意：在设计工作中需要引进临界荷载的折减系数不同的网壳不能用相同的折减系数网壳的稳定性110网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（3-9）~（3-11）采用。

单层网壳杆件计算长度表3-9

壳体平面内壳体平面外0.9LL网壳杆件及节点设计网壳杆件的计算长度和容许长细比可按表（3-9）~（3-11）111

连接形式

弦杆腹杆支座腹杆其他腹杆螺栓球点lll焊接球结点0.9l0.9l0.9l板节点ll0.9l

网壳类别

压杆拉杆静荷载动荷载双层网壳200300250单层网壳150300250网壳杆件容许长细比表3-11

双层网壳杆件计算长度表3-10

腹杆支座腹杆1123.1结构形式3.2网架的结构形式3.3网架的计算要点3.4空间杆系有限元法3.5网架杆件设计3.6节点设计3.7网壳新加坡滨海艺术中心

第三章大跨屋盖结构3.1结构形式新加坡滨海艺术中心第三章大跨屋盖结构113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3.1结构形式大跨度结构的分类平面结构体系梁式结构（平面、空间桁架）114梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系梁式结构平面刚架结构拱式结构返回平面结构体系115平板网架网壳结构平板网架网壳结构116图1(a)平行布置预应力双层索系；图1(a)平行布置预应力双层索系；117斜拉结构(图1c)MaysvilleBridge斜拉结构(图1c)MaysvilleBridge118图2张拉整体结构图2张拉整体结构119网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3a)，是最常用的网架形式。图3a双层网架3.2网架的形式网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。图3a双层网架120特点：三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图3b)。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。选用原则：网架跨度较大时，采用。图3b三层网架特点：选用原则：图3b三层网架121青岛极地海洋世界效果图青岛极地海洋世界效果图122青岛极地海洋世界鱼头部分模型青岛极地海洋世界鱼头部分模型1233.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。网架结构几何不变的必要条件是：式中J——网架点数；m——网架的杆件数；r——支座约束链杆数，r≥63.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架为一空间铰接杆124当W>0网架为几何可变体系；

W=0网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构；

W<0网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结构。当W>0网架为几何可变体系；1253.2.2双层网架的常见形式

平面桁架网架四面锥体系网架三角锥体体系网架

两向正交正放网架

两向正交斜放网架

三向网架

正放四角锥网架

正放抽空四角锥网架

棋盘四角锥网架

斜放四角锥网架

星形四角锥网架

三角锥网架

抽空三角锥网架

蜂窝形三角锥网架3.2.2双层网架的常见形式平面桁架网架两向正交正放网126图3.4两向正交正放网架

水平斜撑杆选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。图3.4两向正交正放网架水平斜撑杆选用原则：在矩127图3.5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图3.5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128图3.6两向正交斜放网架两向正交斜放

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。两向斜交斜放

适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂图3.6两向正交斜放网架两向正交斜放短桁架对长桁架有嵌129三向网架三个方向的平面桁架相互交角60比两向网架刚度大，适合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在某些平面形状会出现不规则杆件图3.7三向网架三向网架图3.7三向网架130图3.8正放四角锥网架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，宜采用周边支承。

图3.8正放四角锥网架正放四角锥网架空间刚度较好，但1312008奥运会场馆（正放四角锥）2008奥运会场馆（正放四角锥）132运动场看台运动场看台133特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。图3.10正放抽空四角锥网架特点：将正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。图3.10正134特点：保持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。克服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点。图3.11棋盘形四角锥网架特点：图3.11棋盘形四角锥网架135图3.12斜放四角锥网架特点：上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。

适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。

图3.12斜放四角锥网架特点：136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。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。

图3.13星形四角锥网架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137三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。当网架高度为网格尺寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。

图3.14三角锥网架

三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件138图3.15抽空三角锥网架

保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆。

抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中小跨度建筑。

图3.15抽空三角锥网架保持三角锥网架的上弦网格不变，按139上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适用于周边支承，中小跨度屋盖。蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借助于支座水平约束来保证其几何不变。

图3.16蜂窝三角锥网架

上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。图3.16蜂窝140原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定。按照《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91的划分：大跨度为60m以上；中跨度为30—60m；小跨度为30m以下。3.2.3网架的选型原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的141平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，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网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥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，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或142平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜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形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。

平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽143

网架的支承方式：

周边支承

点支承

周边支承与点支承相结合两边和三边支承网架结构的支承网架的支承方式：周边支承网架结构的支承144周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图3.17a，b)，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。为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图17(c)

图3.17周边支承周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图3.17a145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，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3(图3.18)。

图3.18点支撑点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。图3.18点支撑146图3.19各种柱帽形式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(图3.19a)，也可设置于上弦平面之上(图3.19b)。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3.19c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。图3.19各种柱帽形式点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲147图3.20周边支撑与点支承结合

特点：

平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度(图3.20)

图3.20周边支撑与点支承结合特点：148网架高度确定原则网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。网架高度确定原则网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条149网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体系时，檩条长度一般超过6m。对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表3-1选用。网格尺寸确定原则网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在400150

注：1．L2为网架短向跨度，单位为米；2．当跨度在18m以下时网格数可适当减少。

钢结构识图知识培训精典课件151网架的挠度要求及屋面排水坡度

网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖——L2／250；用作楼面——L2／300。L2为网架的短向跨度。网架屋面排水坡度一般为3％-5％，可采用下列办法找坡：(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图3.22a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性；网架的挠度要求及屋面排水坡度网架结构的容许挠度不应超过下列152(b)对整个网架起拱(图3.22b)；(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。(3)有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1／300。

(b)对整个网架起拱(图3.22b)；153图3.22网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起坡图3.22网架屋面找坡（a）用小立柱（b）起坡154施工中的网架施工中的网架155直接作用（荷载）和间接作用网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、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行计算3.3网架的计算要点直接作用（荷载）和间接作用3.3网架的计算要点156直接作用永久荷载

网架自重屋面（楼面）材料重力吊顶材料的重力设备管道的重力

永久荷载

可变荷载

①屋面(或楼面)活荷载②雪荷载(雪荷载不应与屋面活荷载同时组合)③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④积灰荷载⑤吊车荷载(工业建筑有吊车时考虑)。

可变荷载直接作用永久荷载网架自重永久荷载①屋面(或楼面)157地震作用（竖向）在抗震设防烈度为6度或7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8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。

对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架结构，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用标准值可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。设计基本地震加速度为0.3g时，可取该结构重力荷载代表值的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。地震作用（竖向）在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结158地震作用（水平）在抗震设防烈度为7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8度的地区，对于周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9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、位移可采用空间桁架位移法计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。

地震作用（水平）在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构159温度作用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支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，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计算值温度作用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160如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定进行计算。抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2001的规定。

如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或1613.3.2网架内力分析方法

网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。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。

3.3.2网架内力分析方法网架结构的外荷载按静力等效原则，162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。(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m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。(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。(4)假想弯矩法，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。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163网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。在截面积相同的条件下，管截面具有回转半径大，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，是目前网架杆件常用的截面形式。管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345钢。

3.5网架杆件设计网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。3.5网架杆164网架杆件的长细比不宜超过下列数值受压杆件：180受拉杆件：(1)一般杆件400(2)支座附近处杆件300(3)直接承受动力荷载的杆件250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。普通角钢截面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm×3mm。钢管不宜小于ф48×2mm。无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于a类和b类截面。网架杆件的长细比不宜超过下列数值165网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％~25％，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：

(1)焊接空心球节点；(2)螺栓球节点；(3)焊接钢板节点；(4)焊接钢管节点(5)杆件直接汇交节点3.6节点球设计网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％~25％166图3.28焊接钢管节点图3.29管件直接汇交节点图3.28焊接钢管节点图3.29管件直接汇交节点167网架的节点构造应满足下列要求(1)受力合理，传力明确；(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；(4)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，管形截面应在两端封闭。网架的节点构造应满足下列要求1683.6.1焊接空心球节点

焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件（图3.30）球面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，施工方便。图3.30焊接空心球节点3.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点构造简单，适用于连接169焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋、不加肋（图3.31）。图3.31焊接空心球节点a无肋b有肋焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加170

空心球外径D

a——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜（图3.32）θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d1，d2

——组成θ角的钢管外径图3.32空心球节点空隙空心球外径D图3.32空心球节点空隙171空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为120~500㎜时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算

（a）受压空心球（b）受拉空心球

空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时172空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在

D／t=24~25范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在1.2~2.0之间。钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内加衬管（图3.33），在管端与空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算图3.33加衬管连接空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的173

3.6.2螺栓球结点

螺栓球结点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成（图3.34），适用于连接钢管杆件。图3.34螺栓球连接节点示意图3.6.2螺栓球结点螺栓球结点的构造图3.34螺174螺栓球节点及马道焊接球节点螺栓球节点及马道焊接球节点175

钢球尺寸钢球大小取决于相邻杆件的夹角、螺栓的直径和螺栓伸入球体的长度等因素。由图35，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为

由图36，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D为钢球尺寸176

D-----钢球直径（㎜）θ-----两个螺栓之间的最小夹角（㎜）d1，d

2-----螺栓直径（㎜），d1＞d2ε-----螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例η-----套筒外接圆直径与螺栓直径的比例D-----钢球直径（㎜）177当相邻两杆夹角θ＞30º，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）不相碰，由图3.37，导出钢球直径D还须满足下式要求D1，D2--相邻两根杆件的外径θ--相邻两根杆件的夹角d1--相应于D1杆件所配螺栓直径η--套筒外接圆直径与螺栓直径之比S--套筒长度图3.37带封板管件的几何关系当相邻两杆夹角θ＞30º，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）178螺栓，套筒

高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：螺栓杆长度Lb由构造确定(图3.38)，其值为：

图3.38高强螺栓几何尺寸螺栓，套筒高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个179套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径大1.5-2mm。套筒端部到开槽端部(或钉孔端)距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉(或螺钉)抗剪力，且不小于1.5倍开槽的宽度或6mm。套筒端部要保持平整，内孔L径可比螺栓直径大1mm。

图3.39套筒几何尺寸套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径180套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为套筒长度可按下式计算采用滑槽时181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。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。图3.40杆件端部连接焊缝锥头和封板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。连接焊182封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度可按近似方法计算，如图3.41

沿环向单位宽度上板承受的力为

图3.41封板封板厚度应按实际受力大小计算图3.41封板183封板周边单位宽度径向弯距近似为

当达到塑性铰弯距，封板达到极限承载力，由可导出

N-----钢管杆件设计拉力

R-----钢管的内半径S-----螺帽和封板接触的圆环面的平均半径f-----钢材强度设计值-----封板厚度封板周边单位宽度径向弯距近似为184锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图3.42）锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图3.42锥头构造锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图3.42）图3.42锥头构造185

3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图3.43a）,也可由三块板正交焊成（图3.43b）图3.43焊接钢板节点3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板186焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如图3.44、图3.45所示。网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。图3.44两向网架节点构造焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形187图3.45四角锥体组成的网架节点构造图3.45四角锥体组成的网架节点构造188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表3-5确定节点板厚度选用表表3-5杆件内力（kN）

≤150160~250260~390400~590600~880890~1275节点板厚度（㎜）88~1010~1212~1414~1616~18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1893.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。

常用支座节点有以下几种构造形式：

平板压力或拉力支座，只适用于较小跨度网架,如图3.46。图3.46平板压力或拉力支座a角钢杆件b钢管杆件3.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安190单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.47单面弧形压力支座a两个螺栓连接b四个螺栓连接单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.47191单面弧形拉力支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将拉力传递到支座上，在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。图3.48单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将192双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。

图3.49双面弧形压力支座双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上193球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。

图3.50球铰压力支座球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支194板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。图3.51板式橡胶支座板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压195平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。

平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，196单面弧形制作设计（图3.52）

弧形支座置于底板之上其平面尺寸为a1·b1≥R/f

R--支座反力f---钢材（或铸钢）抗压强度设计值a1，b1---弧形支座宽度、长度图3.52弧形支座尺寸单面弧形制作设计（图3.52）图3.52弧形支座尺寸197弧形支座板厚度（图3.52）弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R／(a1.b1)弧形板中央截面最大弯距为

由强度条件得出f-----钢材（或铸钢）抗弯强度设计值

弧形支座板厚度（图3.52）198弧形板的半径由下式确定

r-----弧面半径f-----钢材（或铸钢）抗压设计强度E-----钢材的弹性模量弧形板的半径由下式确定199橡胶制作设计橡胶制作设计橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表3-6~表3-8的要求

胶料类型硬度（邵氏）拉断应力（Mpa）伸长率（％）300％定伸长度（Mpa）拉断永久变形适用温度不低于氯丁橡胶60±5≥8.631≥450≥7.84≤25-25℃天然橡胶60±5≥18.63≥500≥8.82≤20-40℃胶料的物理机械性能表3-6橡胶制作设计橡胶制作设计胶料硬度拉断伸长率300％定伸长度（200

橡胶垫板的力学性能

表3-7

E-β关系

表3-8

允许抗压强度[б]