钢结构构造与识图（第2版） 课件 单元19 网架结构构造与识图

拱结构立体桁架结构网壳结构网架结构膜结构悬索结构桥梁结构大跨度钢结构单元19-网架结构构造与识图大型展厅网架结构的应用北京首都国际机场3号（T3）航站楼网架结构的应用邢台体育馆网架结构的应用网架结构的应用邢职体育馆学生自制网架模型仓库车库展厅车间网架结构的应用教学要点和教学要求:☆知识点

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网架结构形式（各种分类）和构成特点、节点构造

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两种典型网架的构造与设计图识图★要求

理解:

1．网架结构形式、构成特点和适用范围

掌握：1．网架屋面材料和找坡形式

2.网架杆件、节点构造、支座

3.螺栓球网架及焊接球网架的设计图识读单元19-网架结构构造与识图本节课主要内容1、了解：空间结构的力学特性2、理解：网架结构形式（按不同情况分类）及构成特点单元19-网架结构构造与识图0网架结构概述空间网格结构网架网壳（平板型）（曲面型）以大致相同的格子或尺寸较小的单元(重复)组成的。双层三层单层双层“全能”大型公共建筑（工业、民用体育建筑）发展最快设计、加工、施工简便一、空间结构特性

（一）优越的力学性能传统结构屋盖

(如：梁式、框架式及拱式体系)每一构件:截面大小、分担职能的轻重，鲜明主次关系如：檩条（次梁）主梁（受力由小到大）空间结构（如网架、网壳）多次超静定体系每一构件:均是整体结构的一部分，主次关系不鲜明按照空间的几何特性分担承受荷载任务优良力学性能三度空间三向受力呈空间工作状态杆件截面远比平面结构的小良好的抗震性能b、大变形问题a、轴力为主单元19-网架结构构造与识图

（二）良好的经济性、安全性与适用性经济性好三度空间三向受力呈空间工作状态适应各种荷载（集中、均布；静力、动力）抗震性好b、减重a、节材安全性高高次超静定结构良好的内力重分布能力额外安全储备，可靠度较高适用性强不同跨度、不同支承条件正方形、矩形、多边形、圆形、扇形、三角形以及彼此组合一、空间结构特性单元19-网架结构构造与识图介绍最常用的几种按结构组成：通常分为双层或三层网架；按支承情况：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；按网格组成：两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、三角锥体或四角锥体组成的空间桁架角锥体系等共计13种。二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（一）按结构组成分类上弦腹杆下弦下弦中弦上腹杆下腹杆上弦按（弦杆层数）不同——分为?1．双层网架

2．三层网架

（a）双层网架(最常用)

（b）三层网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（二）按支承情况分类1．周边支承网架所有节点均搁置在柱或梁上、传力直接、受力均匀——采用较多（a）网格宽度=柱距（b）周边支承于圈梁不受柱距约束周边支承网架应设置侧向边桁架或刚性系杆二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（二）按支承情况分类2、点支承网架点支承网架可置于四个或多个支承上。

——主要用于大柱距工业厂房、仓库、加油站、展览厅（a）四点支承网架（b）多点支承网架点支承网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（二）按支承情况分类3、周边支承+点支承混合网架适用在点支承网架中：当周边设有围护结构和抗风柱时。

——适用于工业厂房和展览厅等公共建筑。周边支承与点支承混合网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（二）按支承情况分类4、三边支承/两边支承网架

在矩形平面建筑中，网架仅在三边或两对边上支承、

另一边或两对边成自由边三边支承或两边支承网架（a）三边支承

（b）两边支承二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（二）按支承情况分类4、三边支承/两边支承网架自由边的特殊处理——普遍做法如图：自由边的处理（a）增加网架层数（b）设置边托梁、托架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图

（三）按网格组成分类**1、交叉桁架体系（竖向平面桁架交叉）网架由若干相互交叉的竖向平面桁架组成

（注意：正交、斜交、正放、斜放的含义）（1）两向正交正放网架（2）两向正交斜放、（两向斜交斜放网架）（3）三向网架特点：a、由竖向平面桁架相互交叉组成，上、下弦杆长相等；上、下弦杆和腹杆在同一平面内，杆件类型少。

b、一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。

c、斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～60°之间。二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系（1）两向正交正放网架*构成特点：两组平面桁架互成90°交叉组成，分别与边界平行。上、下弦的网格尺寸相同，且在同一方向平面桁架长度一致，制安简便。二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系（1）两向正交正放网架*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，水平支撑应在通过支承的主桁架附近的四周设置。

其他特点：上、下弦平面呈正方形的网格，基本单元为：

一个不全由三角形组成的六面体。

——几何可变。

——应适当设置水平支撑。二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（1）两向正交正放网架*对于周边支承、正方形平面的网架：——受力类似于双向板。（边长比=1：1）——两个方向的杆件内力差别不大。（随着边长比的变化，两个方向的杆件内力差别加大）

两向正交正放网架的受力状况——与平面尺寸、支承情况关系很大对于点支承网架：——支承附近的杆件及主桁架跨中弦杆的内力最大，其他部位杆件的内力很小，两者差别较大。适用范围：矩形的各种支承形式二、平板式空间网架的形式（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系单元19-网架结构构造与识图（2）两向正交斜放网架*构成特点：两向竖向平面桁架——垂直交叉，——与边界成45°短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。角部产生拉力，常取无角部形式（b）。两向正交斜放网架（a）（b）（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（2）两向正交斜放网架受力情况：比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省。适用范围：

建筑平面为矩形的情况二、平板式空间网架的形式（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系单元19-网架结构构造与识图（3）三向网架*构成特点：

三个方向的竖向平面桁架互成60°角斜交叉。a.上、下弦网格：正三角形，稳定三棱体几何不变体系。——受力好，刚度大，传力均匀b.汇交于一个节点杆件达13根，宜用圆钢管+焊接空心球节点。二、平板式空间网架的形式（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系单元19-网架结构构造与识图（3）三向网架*适用范围：三角形、六边形、多边形和圆形等跨度较大的建筑平面。a.三向网架节间较大

——有时可达6m以上b.圆形平面时

——周边不规则网格需处理二、平板式空间网架的形式（三）按网格组成分类1、交叉桁架体系上海万人体育馆-1975年屋面网架提升单元19-网架结构构造与识图2四角锥体系网架正放四角锥网架*

正放抽空四角锥网架斜放四角锥网架*棋盘形四角锥网架星形四角锥网架二、平板式空间网架的形式（三）按网格组成分类单元19-网架结构构造与识图（三）按网格组成分类2四角锥体系网架—概述四角锥为组成单元网架上、下弦平面均为正方形网格上、下弦网格相互错开半格下弦平面正方形四个顶点对应于上弦平面正方形形心以腹杆连接上、下弦节点，形成四角锥体。可形成多种形式。一般只有斜腹杆，不设竖腹杆。二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图构成特点：组成单元：倒四角锥体

锥底四边—上弦杆

锥棱—腹杆

各锥顶相连—下弦杆（三）按网格组成分类2四角锥体系网架（1）正放四角锥网架*二、平板式空间网架的形式上、下弦杆均//边界。上、下弦节点连接8根杆件当腹杆与下弦平面夹角45°——网架的所有杆件等长。单元19-网架结构构造与识图适用范围：平面接近正方形；较大荷载和大柱距悬挂吊车工业厂房屋盖。

杆件受力：较均匀，空间刚度好。（比其它类型四角锥网架及两向网架）。（三）按网格组成分类2四角锥体系网架（1）正放四角锥网架*二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（2）正放抽空四角锥网架构成特点：周边网格锥体不动，跳格抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍。其他特点：杆件较少起拱方便抽空后，

下弦杆内力的均匀性较差适用范围：中、小跨度屋面荷载较轻的各种支承网架。

（三）按网格组成分类2四角锥体系网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（3）斜放四角锥网架*构成特点：组成单元：倒四角锥体，锥底上弦杆与边界成45°角各锥顶连接的下弦杆与边界平行上弦网格呈正交斜放，下弦网格呈正交正放。适用范围：中、小跨度周边支承、混合支承矩形平面情况（三）按网格组成分类2四角锥体系网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（3）斜放四角锥网架*其他特点1：杆件较少上弦点6根，下弦点8根）受力合理：上短压；下长拉（三）按网格组成分类2四角锥体系网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（3）斜放四角锥网架*其他特点2：宜用压型钢板、压型铝板屋面

——解决排水难题。（三）按网格组成分类2四角锥体系网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图（3）斜放四角锥网架*其他特点3：

周边支承，支承沿周边切向无约束时——必须在网架周围布置刚性边梁；点支承，在周边设置封闭的边桁架以保持网架的几何不变。（三）按网格组成分类2四角锥体系网架二、平板式空间网架的形式单元19-网架结构构造与识图另外还有一些可以参考了解：单向折线形网架（属交叉桁架体系）棋盘形四角锥网架星形四角锥网架棋盘形四角锥网架正放四角锥网架的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。星形四角锥网架

组成：两个倒置的三角形小桁架相互正交。适用：中、小跨度周边支承矩形接近方形平面。

三角锥体系网架三角锥网架抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架

三角锥网架

上、下弦平面均为三角形网格。杆件受力均匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。适用于大中跨度、重屋盖建筑物三角形、六边形和圆形平面最佳

抽空三角锥网架

抽去部分腹杆和下弦杆。下弦杆内力较大，用钢量省，空间刚度较三角锥网架小。适用于中、小跨度三角形、六边形和圆形平面。

蜂窝形三角锥网架

上下弦为正三角形和正六边形网格上弦短，下弦长，受力合理。适用：中、小跨度周边支承的情况六边形、圆形或矩形平面。

小结1、理解：网架结构形式（按结构形式、支承）2、理解：网架按网格组成分类及构成特点3、了解空间结构的特性

1、网架结构按结构形式分类？

2、网架结构按支承情况分类？

3、网架结构按网格组成分类？

作业本节主要内容知识点：网架结构的计算方法及特点（补充，了解）网架选型基本规定

1、选型2、屋面材料和找坡形式

3、杆件4、节点5、图纸要求：1、掌握:网架结构屋面材料和找坡形式2、掌握:网架结构常用杆件截面、节点组成3、了解:网架选型基本规定4、了解:网架结构的支座分类5、看懂:网架结构常见的杆件和球节点构造6、熟读：两种网架结构的设计图网架结构

三、网架结构的构造设计特点*（一）计算方法要点1、一般计算原则网架结构设计计算应遵循现行有关国家或行业标准规定。

《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010《建筑结构荷载规范》《钢结构设计规范》《冷弯薄壁型钢结构技术规范》《建筑抗震设计规范》

网架外荷载按静力等效原则：节点承受辖区内荷载假定节点铰接杆件只受轴力

*当杆件上作用有局部荷载

(悬挂吊车)，还须考虑局部弯矩影响。1、一般计算原则

三、网架结构的构造设计特点*（一）计算方法要点（1）空间桁架位移法*（精确法，流行）（2）差分法与拟夹层板法（近似法，渐少）2、计算方法及特点实质：矩阵位移法适用：各种条件均可电算：ANSYS、SAP、MST、PKPM系列适用范围较小，有一定误差10~20%，可查图表计算

三、网架结构的构造设计特点*（一）计算方法要点总原则：根据建筑平面形状和跨度大小，支承方式、荷载大小、屋面构造和材料、制作安装方法等因素。

《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010

大跨度：60m~120m

中跨度：30～60m

小跨度：30m以下1、选型（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（1）常用形式：（三大体系、共13种）平面桁架系组成：两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线形网架。四角锥体组成：正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架。三角锥体组成：三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*1、选型选型的（2）~（7）为网架选型考虑的具体因素；应根据工程实际情况选择。归纳如下表：（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*1、选型

三、网架结构的构造设计特点*（二）构造选型及一般设计规定（二）构造选型及一般设计规定支承方式平面形状宜选用网架周边支承（三边支承一边开口可参照选型，须注意开口边的做法）

矩形长宽比≤1.5中小跨度(≤60m)斜放四角锥网架两向正交斜放网架两向正交正放网架棋盘形四角锥网架正放抽空四角锥网架正放四角锥网架星形四角锥蜂窝形三角锥网架大跨度(＞60m)两向正交正放网架两向正交斜放网架正放四角锥网架斜放四角锥网架长宽比＞1.5且≤2两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架长宽比＞2两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、单向折线形网架圆形、三角形、多边形中小跨度(≤60m)

抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网三向网架、三角锥网架大跨度(＞60m)三向网架、三角锥网架四点支承、多点支承矩形正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架周边支承与点支承混合两向正交正放网架、斜放四角锥网架1、网架结构选型表（8）对跨度不大于40m多层建筑的楼层及跨度不大于60m的屋盖，可采用以钢筋混凝土板代替上弦的组合网架结构。

组合网架宜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、斜放四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。1、选型（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（9）网架可采用上弦或下弦支承方式，

当采用下弦支承时

——应在支座边形成竖直或倾斜的边桁架。（10）网架网格尺寸和高度可根据:

网架形式、跨度大小、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。对于周边支承的网架，可按规范表格选用。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*1、选型表

网架的上弦网格数和跨高比—周边支承时网架形式钢筋混凝土屋面体系钢檩条屋面体系网格数跨高比网格数跨高比两向正交正放网架、

正放四角锥网架、

正放抽空四角锥网架（2~4）+0.2L210~14（6~8）+0.07L2（13~17）+0.03L2两向正交斜放网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架（6~8）+0.08L2注：1.L2为网架短向跨度，单位为m。

2.当跨度在18m以下时，网格数可适当减少。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（11）起拱度要求

（12）网架的挠度要求起拱要求：当短跨跨度L2

＞60m，须起拱；起拱度≤L2/300

。容许挠度：用作屋盖时，≤L2/250

用作楼盖时，≤L2/300

（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*2、网架结构体系的屋面（1）屋面材料：综合考虑各种因素有檩体系：“檩条+轻质屋面”的方案

——采用较多无檩体系：（混凝土屋面板、钢丝网水泥板）

——越来越少。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*2、网架结构体系的屋面（2）找坡形式：*(常用坡度2%~5%)网架屋面找坡的形式（四种）：a.上弦节点上加小立柱找坡b.网架变高度；c.整个网架起拱；d.支撑柱变高度。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（1）杆件截面：

（圆钢管、双角钢）

圆钢管（无缝钢管）——性能最优，使用最广泛（2）杆件材料：常用Q235或Q345钢材（另：不锈钢）3、网架杆件（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（3）杆件的计算长度l0（l为杆件几何长度，一般取两杆端球节点中心距）3、网架杆件（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（1）受压杆件：[

]=180（2）受拉杆件：一般杆件：[

]=400

支座附近处杆件：[

]=300

直接承受动力荷载杆件：[

]=250。

（4）容许长细比3、网架杆件（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*

为了保证网架杆件的承载力和必要的刚度，限制杆件的最小截面规格：

不得小于：

钢管φ48×2

角钢L50×3（5）杆件最小截面规格3、网架杆件（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*4、网架节点构造要求：（补充）受力合理，传力明确杆轴线交于一点*构造简单，施工方便*避免死角，杆件两端应封闭（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*网架节点形式：焊接空心球节点*

螺栓球节点*

焊接钢板节点4、网架节点（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*焊接空心球节点构造

空心球当球直径设计为D时：——用下料为1.414D直径的圆板经压制成型做成半球，再由两个半球对焊而成材料为Q235钢或Q345钢。（1）焊接空心球节点4、网架节点（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*焊接空心球节点构造

内部具体构造图:不加肋(a)和加肋(b)（1）焊接空心球节点4、网架节点

（a）无肋空心球

（b）有肋空心球

A

D

30o

30o

2

2

A

D

D/2~D/3

30o

30o

2

2t/3

B

B

（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*空心球节点杆件间缝隙a≥10mm（1）焊接空心球节点4、网架节点应用广泛“万向对中”（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*焊接空心球（1）焊接空心球节点4、网架节点钢管与钢球焊接构造图（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*焊接球节点网架设计图（２）螺栓球节点4、网架节点螺栓球节点由螺栓、钢球、销子(或止紧螺钉)、套筒、锥头或封板组成，适用连接钢管杆件（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*（２）螺栓球节点4、网架节点螺栓球节点的套筒、锥头和封板采用Q235、Q345钢材；钢球采用45号钢；螺栓、销子或止紧螺钉采用高强度钢材如45号钢等。（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*螺栓：节点中最关键的传力部件，一根钢管杆件的两端各设置一颗螺栓。螺栓直径：一般由网架中最大受拉杆件内力控制（２）螺栓球节点4、网架节点（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*钢球直径D：直径大小要满足按要求拧入球体的任意相邻两个螺栓不碰、套筒接触面不相碰条件然后用规范公式确定球直径（２）螺栓球节点4、网架节点（二）构造选型及一般设计规定

三、网架结构的构造设计特点*套筒——六角形的无纹螺母

——用以拧紧螺栓、传递杆件轴向压力。套筒壁厚按网架最大压杆内力计算确定，

——需要验算开槽处截面承压强度。止紧螺钉是套筒与螺栓连系的媒介