钢结构设计之平板网架结构设计

第五章平板网架结构设计5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系内容提要5.1网架结构的特点5.2网架结构的型式及选型5.3网架结构的几何尺寸及屋面做法5.4网架结构的计算5.5网架结构的杆件和节点设计5.6空间结构简介5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系第五章平板网架结构设计5.1网架结构的特点5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.1网架结构的特点…1

空间网架及网壳是一种空间网格结构，它以大致相同的格子或尺寸较小的单元重复组成，实质为一种空间受力的桁架结构，与平面结构比较，由于在荷载作用下三向受力，避免了在平面结构中的层层传力现象，且结构的刚度也较平面结构大。

空间结构中以网架和网壳结构应用最广，分为：

平板网架——平板型的空间网格结构；网壳——曲面型的空间网格结构。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.1网架结构的特点…2网架及网壳结构的特点（1）三维受力、能承受来至各个方向的荷载；（2）网架结构系高次超静定结构，整体性及稳定性好、空间刚度大；（3）体系稳定、抗震性能好，在7度及7度以下地区可不进行抗震验算；（4）结构高度小（约是平面桁架高度的2/3)、自重轻、节约钢材；（5）杆件及配套零件规格化、便于工业化生产，但制造精度要求高；（6）适应性强、平面布置灵活。

5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系第五章平板网架结构设计5.2网架结构的形式与设计特点5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…1平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较为简便，可适用于大、中、小各种跨度的屋盖结构体系。网架结构的形式较多。按结构组成，通常分为双层或三层网架；按支承情况分，有周边支承、点支承、周边支承与点支承混合、三边支承一边开口等形式；按网架组成情况，可分为由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥体组成的空间桁架角锥体系等等。网架结构的形式5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…2

按支承情况分类

（1）周边支承网架

网架的所有节点均搁置在柱或梁上，因传力直接、受力均匀，是采用较多的一种形式。当网架周边支承于柱顶时，网格宽度可与柱距一致。网架周边支承于圈梁时，网格的划分比较灵活，可不受柱距的约束。

5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…3

（2）点支承网架点支承网架可置于四个或多个支承上。a图称为四点支承网架，b图称为多点支承网架。（a）（b）5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…4

点支承网架主要用于大柱距工业厂房、仓库以及展览厅等大型公共建筑。由于支承点较少，支点反力较大。为了使通过支点的主桁架及支点附近的杆件内力不致过大，宜在支承点处设置柱帽以扩散反力。点支承网架周边应有适当悬挑以减少网架跨中挠度与杆件的内力。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…5

(3)

周边支承与点支承混合网架在点支承网架中，当周边设有维护结构和抗风柱时，可采用周边支承与点支承混合的形式。这种支承方式适用于工业厂房和展览厅等公共建筑。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…6

(4)

三边支承或两边支承网架由于建筑功能的要求，需要在一边或两对边上开口，因而使网架仅在三边或两对边上支承，另一边或两对边处理成自由边。自由边的存在对网架的受力是不利的,为此一般应对自由边作出特殊处理。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…7

普遍的做法是，在自由边附近增加网架的层数（见a图），或者在自由边加设托梁、托架（见图b）。对中、小型网架亦可选择增加网架高度或局部加大杆件截面等方法。

5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…8

按网格组成分类

1交叉桁架体系这类网架由若干平面桁架相互交叉组成。竖向平面桁架的形式与一般平面桁架相似，根据平面桁架布置方式及交角的不同，可分为几种形式。

（1）两向正交正放网架5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系

两向正交正放网架的构成特点是：两个方向的平面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。这种网架的上、下弦平面呈正方形，基本单元为六面体，属几何可变。为保证结构的几何不变性以及增加空间刚度，应适当设置水平支撑，以有效传递水平力。对周边支承网架，水平支撑宜在上弦或下弦网格内沿周边设置；对点支承网架，水平支撑则应在通过支承点的主桁架附近设置。5.2网架结构的形式与设计特点…95/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…10

两向正交正放网架的受力状况取决于平面尺寸及支承情况。对于周边支承、正方形平面的网架，其受力类似于双向板。两向正交正放网架沿两个方向的杆件内力差别不大，受力比较均匀。但随着边长比的变化，单向传力作用渐趋明显，两方向杆件内力差别也随之加大。对于点支承网架，支承附近的杆件及主桁架跨中弦杆的内力最大，其它部位杆件的内力很小。两向正交正放网架适用于正方形或接近正方形以及狭长矩形的建筑平面。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…11

（2）两向正交斜放网架两向正交斜放网架的构成特点是：两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，且与边界成45°夹角。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…12

两向正交斜放网架中平面桁架与边界斜交，各片桁架长短不一，靠近角部的短桁架相对刚度较大，对与其垂直的长桁架有一定的弹性支承作用，从而减小了长桁架中部的正弯矩。在周边支承情况下，它较两向正交正放网架刚度大、用料省。对矩形平面其受力也较均匀。当长桁架直通角柱时，四个角支座会产生较大向上拉力，设计中应予注意。如采用图b所示布置方式，拉力可由两榀桁架承受。适用于正方形和长方形的建筑平面。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.2网架结构的形式与设计特点…13

（3）

三向网架三向网架的构成特点是：三个方向的竖向平面桁架互成60°角斜向交叉。在三向网架中，上、下弦平面的网格均为正三角形，因此这种网架是以若干稳定的三棱体作为基本单元所组成的几何不变体系。5/17/2023昆明理工大学建工学院土木系5.馆2网架蜓结构米的形进式与别设计野特点…142四角阵锥体急系这类网悉架以四狡角锥为道其组成晨单元。肝网架的版上、下弦平庙面均抵为正凤方形稳网格戏，上、择下弦打网格曲相互仓错开半泪格使丙下弦轿平面它正方形的六四个顶钉点对应于上弦然平面正惠方形的形心足，并泳以腹漂杆连容接，即形杰成若巧干四芽角锥沉体。5/4赢/20血23昆明鲁理工绑大学脏建工惠学院忍土木恭系5.衔2网架泰结构声的形途式与搬设计够特点…15正放补四角轨锥网虫架正放胁四角展锥网裤架的构凑成特拖点是汇：以揭倒四角锥眠体为组口成单元跑，上、腥下弦耀杆均茅与相规应边界消平行竿。正火放四哄角锥网架晴的上、雾下弦节点均分址别连接逐八根杆件。5/4询/20规23昆明理怨工大学弄建面工学院菜土成木系5.2网架结马构的形蛾式与设蹈计特点…1廉6正放绵四角拐锥网炒架的亲杆件灯受力惑比较奥均匀我，空架间刚厚度较膛其它袭类型版四角廊锥网武架及殿两向顺网架喊为好穴。当赵采用去钢筋毙混凝糖土板欲作屋凑面板玻时，懂板的财规格挪单一猛，便赚于起络拱，播屋面升排水先相对我容易柔处理傲。但据因杆伯件数字目较即多其赵用钢师量可携能略疤高些租。正放练四角塌锥网扶架一萝般适盖用于弯建筑庄平面滚呈正这方形畜或接聋近于劳正方衔形的椅周边我支承夫、点或支承著（有躲柱帽良或无局柱帽就）大习柱距异、以井及设誉有悬烫挂吊愚车的仁工业即厂房墓与有钟较大目屋面堂荷载轨的情健况。5/4母/20炒23昆明役理工惧大学值建工滤学院柔土木撒系5.2网架玻结构援的形菠式与缸设计硬特点…17正放众抽空史四角密锥网吼架构成趋特点船：在衣正放捷四角锥辉网架挣的基含础上忍，除研周边网职格不航动外缩慧，适寄当抽偏掉一些霜四角掩锥单蹲元中劫的腹亭杆和下秃弦杆承，使择下弦困网格美尺寸比上衣弦网格很尺寸大辣一倍。其受力担与正交知正放交炉叉梁系相似嚼。5/驴4/扰20踩23昆明理幕工大学船建廊工学院饺土慨木系5.易2网架班结构兼的形宜式与煌设计饺特点…1桶8正放何抽空首四角圆锥网盒架的价杆件郑数目萍较少睡，构倡造简医单，影经济出效果舌好，捧起拱岭比较园方便碎。不陵过抽萝空以生后，吊下弦富杆内足力的及均匀猴性较砌差，述刚度贼比未忆抽空暖的正骄放四肚角锥引网架妥小些款，但摧能够码满足案工程第要求字。正放最抽空淹四角纷锥网纯架适尽用于渔中、撇小跨硬度或巴屋面舌荷载共较轻倒的周惰边支响承、础点支隶承以稠及周盖边支僚承与讲点支筝承混堂合等科情况羊。5/株4/福20滑23昆明理株工大学柴建亏工学院搜土盲木系5.2网架滩结构唐的形进式与俗设计铺特点…1集9斜放政四角枣锥网颗架斜放湖四角电锥网厕架的构成岗特点：王以倒四角锥体燃为组成轿单元，由锥底析构成的陆上弦杆与边方界成45段°夹角，而连接运各锥顶败的下弦杆则串与相沟应边析界平舒行。5/乳4/衫20问23昆明绸理工猾大学羞建工静学院勺土木慕系5.2网架潮结构腰的形仆式与塌设计闪特点…2规0斜放四袋角锥网先架上弦贩杆长度线比下弦厦杆长度性小，在猜周边支积承的情耐况下，伍通常是悠上弦杆济受压，掀下弦杆需受拉，医因而杆匠件受力券合理。蛾此外，城节点处手汇交的卧杆件（窝上弦节报点六根天，下弦拦节点八烤根）相神对较少黄，用钢飘量较省炮。周边壮支承下的斜贴放四洒角锥含网架侵，在典支承肚沿周潮边切滨向无哨约束眨时，突四角约锥体录可能佣绕Z轴旋鸣转而相造成关网架纸的几撞何可卖变，孤因此董必须迅在网好架周食边布隆置刚返性边覆梁；萄点支津承的字斜放遍四角得锥网自架，节可在厘周边早设置松封闭咽的边缎桁架袍。5/灰4/切20脾23昆明理骄工大学决建佣工学院援土双木系5.2网架结草构的形倍式与设钥计特点…213三角皮锥网攻架三角锥绞网架的构成特未点是：怜以等腰三厌角锥临体为搅组成单元，哑由于三末角形的稳定圣性，因敏而整体抗弯捏、抗扭蛋刚度好。5/例4/女20肌23昆明腾理工皆大学渗建工离学院粱土木援系5.2网架私结构饺的形奸式与葡设计利特点…22抽空司三角爸锥网悉架构成特创点是：注在三角锥墨网架的斤基础上，除创周边网能格不动外妖，适则当抽输掉一些三角油锥单元酱中的腹杆和么下弦杆雕。5/4估/20缠23昆明理果工大学拜建限工学院初土阴木系5.2网架结扮构的形采式与设芝计特点…23网架几摆何不变掩性分析网架帐结构摘在外姨力作熊用下衬必须宵是几悠何不杠变体待系，肾但是爆许多挣形式胆的网次架就扯其结务构本绞身而榴言是华结构术几何顽可变艇的，揪只有盟加上撑适当注的支神座约论束后膝才成点为几俩何不但变体朱系。辨因此予，对蕉网架陈的机抱动分填析非舅常重优要。5/4相/20唤23昆明理混工大学翼建另工学院惭土完木系5.驰2网架蔑结构完的形馆式与洞设计桥特点…2绒4网架几放何不变背的必要拌条件网架的退力学模泼型是一负个铰接忧的空间闲杆系结透构，因帜为一个周刚体在节空间的蜜自由度门为6，一个须空间简誓单铰的膛自由度仙为3，故网口架任一客节点有3个自由烫度。对凶于具有J个节言点m根杆件劫的网架浪，支承衬于有r根连杆舒的支座姥上时，披其几何还不变的坚必要条党件可由绘下式计套算：m重+必r么-谅3J0或m3J驰-r当m顾=丧3仆J振-锋r时为静定誓结构娃，当m>更3J刺-沉r时为寒超静定结动构，m放<皆3幅J柳-歼r时为几何身可变沃体系辜。5/4愧/20绸23昆明朋理工锈大学江建工梨学院昼土木货系5.纵2网架结义构的形刷式与设锦计特点…25若将网架作绞为一个盆刚体考卡虑，则阅最少的娃支座约豪束链杆蚀数为6，即上健式中的r6。如网瞎架不换与支晒座连糖接，软仅考凯虑网垫架内抓部是计否几俭何可千变，柔则由玻下式战计算棒：K=议3逝J雨-半m歼-烟6当K=打0时，网笛架杆件孩数恰好柴满足其德内部几豪何不变线的必要翻条件；凳当K<靠0时，移内部业有多壳余杆剃件；舌当K灾>莲0时，内退部几何斗可变。5/4否/20伞23昆明理挣工大学宁建钱工学院飘土检木系5.2网架结驻构的形阀式与设横计特点…26网架玩几何她不变颠的充判分条巧件三角雅形是抽几何旧不变哀的，痒因此跌，以健三根乒不共他面的评杆件肝交出会一个召新节挣点所奏构成持的网慎架单学元也浪为几求何不防变体盐系。装当网幅架杆家系组效成的测形体枣是由弟三角贵形界桑面组蚁成的径多面珍体时烦，亦破是几陵何不祥变的胶。故魔对网逗架结旺构几沃何不孕变问法题的叙分析讯可变累成平跟面问刘题进草行。网架几故何可变妥单元可随通过加营设杆件已或适当桑加设支锈承链杆甚使其成汇为几何惧不变体沸系。用程疯序计涂算时葱，如骂出现驰挠度鸣特别烟大等名不合彻理情盟况，含则该炮网架盆有可腔能为广几何羊可变循。5/虏4/职20页23昆明理祖工大学摸建扁工学院者土迫木系5.2网架污结构魔的形江式与再设计货特点…2难75/4锁/20闲23昆明旧理工把大学甲建工赢学院戏土木钟系5.简2网架结寺构的形巷式与设肌计特点…28网架结励构的设袜计特点（1）网架徐结构的晶选型根据建恩筑的造薄型、平颜面形状呆和尺寸照、支承东情况、存荷载大仁小、屋历面材料裕等综合伪考虑。从材料岭用量考冰虑宜采辫用：斜放摘四角素锥行正放造四角倒锥捉两向搞正交臣正放三向浸交叉板梁系以上型眼式当跨谨度及荷胆载都大事时较合本理，刚岂度也比叮较大。假当平面棒为矩形榜时两向涂正交斜软放与斜陪放四角污锥网架抵最经济纸。5/德4/枝20巧23昆明理企工大学田建紧工学院陕土游木系5.争2网架听结构棋的形各式与留设计针特点…29从平面番形状和虾大小考饶虑，当严为周边坛简支时乔建议：①公平面晚为方雨形或撕接近叠方形度、中书小跨斑度（60m)：两向正瓦交斜放烂交叉桁友架、正器放四角酷锥、斜挥放四角钟锥②对平面皇为矩榜形：两向正阳交斜放谅交叉桁游架或斜智放四角犯锥③斤平面员为圆姐形、串正多德边形怀、扇税形：三向交隙叉梁系维或三角颤锥当为塞四点蜓支承克的连谊续网命架：两向客正交聋正放时或正魔放四廉角锥半。5/起4/须20自23昆明理槽工大学畏建预工学院南土贝木系5.洁2网架结碰构的形饶式与设消计特点…3谋0（2）网虎架结洪构的牛网格筝尺寸叫和高压度网格大裕小直接航影响网皮架的经系济性，酬应综合存考虑。狼网架高比度应使债腹杆与孝弦杆的露夹角在45左右。网格尺仔寸影响犬因素:网架恭跨度统大小芦、柱摊距模考数、责屋面扫板种女类，庙杆件貌材料亚。网架望高度滑的影旬响因毕素：历网架缺跨度丹、屋厘面荷管载、洒节点倡形式沉、平蛋面形命状、鼻支撑搂条件岁。5/4寒/20赴23昆明理镰工大学蝴建冶工学院觉土筋木系（3）网托架结奋构的倾杆件黑设计杆件戒截面见：圆椅钢管盲、角铅钢、秩方钢述管、H型钢等感。计算长虾度：螺胳栓球：1.狼0l弦杆0.桥9l焊接厚球：腹杆0.8量l长细比狸：压杆18藏0拉杆听30伸0（支座间及附近野）、400（一离般）5/隙4/储20石23昆明理北工大学冬建闲工学院桃土岛木系5.2网架结肯构的形历式与设角计特点…31（4）网架舟节点设愈计与构平造要点网架杆誓件通过载节点（悉焊接钢率板节点朋、焊接危空心球些节点、姜螺栓球闪节点、汇焊接短地钢管节孕点等）雀把杆件元联系在山一起组巡寿成空间皂形体。都节点上罚汇交的阅杆件数看量随网贫格形式劲而不同涉，一般812根，务至少务有6根。且矩节点的些重量一抢般为网漂架总重舌量的20～25益%，所占抢用钢量坐的比重输较大，辟因节点底破坏而信造成工胸程事故教的例子坛也不少删，所以免节点设反计是关帜键。5/坝4/爆20滤23昆明塘理工道大学红建工益学院将土木鼻系5.2网架结柴构的形剩式与设胸计特点…32①焊接独空心谁球节滤点空心选球可吸分为婆不加袍肋和盲加肋咸两种歉，用条圆板蒸经压煎制成处型作它成半宰球，锡再由铃两个姓半球扇对焊谦而成崭。这为种节留点适墙用于坟连接饿钢管历杆件苗。节断点构记造是饼将钢浆管杆记件直谅接焊妇接连滩接于邀空心暑球体划上，害具有侄自动戚对中暗和‘绒万向杜’性构质。5/4细/20担23昆明理凳工大学怠建妈工学院急土访木系5.难2网架安结构季的形齿式与陶设计临特点…33直径D为12别0～50票0m赶m的焊骄接空煤心球统其抗章压承嗽载力拜设计箭值Nc可按下盖式计算投：D─空心球牲外径（mm）；t─空心球些壁厚（mm）；d─钢管蛋外径岔（mm）；ηc─受压空待心球加南肋承载工力提高犯系数，斑加肋ηc=1.洋4，不加仰肋ηc=1.拦0。5/4泉/20兽23昆明艘理工踢大学红建工叶学院沫土木镇系5.2网架结陕构的形弹式与设忌计特点…34直径D为120～500繁mm的焊接储空心球慈其抗拉惹承载力作设计值Nt可按舍下式麻计算棋：Nt─受拉地空心役球轴殃向拉浮力设结计值脏（N）；f─钢管材洁料强度椅设计值（N/m造m2）；ηt─受拉晌空心肃球加膀肋承脚载力固提高选系数败，加倾肋ηt=1为.1，不加肋ηt=1魔.0。5/4喘/20篮23昆明理眼工大学驱建泻工学院条土丙木系5.2网架污结构芝的形博式与狡设计币特点…3青5一般斯空心累球外安径D=（25～45）t；空心球旱壁厚t与钢犁管最票大壁受厚的强比值蜘宜为1.2～2.0；另外冶，空心泊球壁厚t不宜小意于4mm。在确定困空心球而外径时立，球面准上网架我相连接惩杆件与咸杆件之躲间的缝芬隙a不宜仆小于10m鲜m。空心义球直覆径也扯可初委步按残下式量估算合：D=（d1+d2+a）/θθ─汇集旨于空鱼心球轮节点壁任意两钢飘管杆肺件间域的夹线角；d1、d2─组成θ角的类钢管毕外径；5/引4/教20贡23昆明赏理工哈大学凳建工道学院鹊土木慈系5.2网架您结构道的形腰式与源设计肚特点…36②螺栓缴球节额点由螺惩栓、烈钢球跪、销淡子（张或止院紧螺律钉）绩、套散筒和唱锥头膀或封本板组劲成，饰适用奴于连装接钢准管杆嫂件。5/盯4/享20骨23昆明袖理工槐大学寄建工介学院告土木缠系5.2网架结寨构的形薯式与设窗计特点…37螺栓悄球节盼点的坡套筒晋、锥脚头和杏封板温采用Q23优5系列、Q34食5系列港钢材愉；钢球采用45号钢；螺栓、坑销子或在止紧螺透钉采煤用高颠强度钢躲材如45号钢、40B钢、40递Cr钢、20M婶nTi舟B钢等。5/4押/20辞23昆明理魄工大学丽建倦工学院遥土剧木系5.圆2网架结庙构的形邻式与设弟计特点…38螺栓伏直径宜一般葬由网昌架中月最大纤受拉灵杆件奇的内斯力控哪制，皂一个释螺栓口受拉奏承载命力设局计值冲按下傲式计毫算：Ntb≤ψAeftbNtb─高强画度螺控栓的忍拉力揪设计碌值（N）；ψ─螺栓直卷径对承莲载力影睡响系数罚；当螺崭栓直径隆小于30mm时，ψ=宜1.矛0；当螺棕栓直且径大茶于等熊于30mm时，ψ=塑0.蕉93；Ae─高强旷度螺钟栓的灰有效冶截面颤面积间（mm2）；即螺栓螺伙纹处的检截面积嗽；ftb─高强咽度螺耽栓经讽热处斯理后露的抗斥拉强杯度设娃计值疼。5/帆4/房诚20横23昆明理语工大学阵建仙工学院骑土后木系5.葡2网架盐