建筑结构选型--------网架结构课件

建筑结构选型第7章 网架结构2024/6/161内容提要概述平板网架的结构体系及其形式 网架结构的支承方式网架结构的受力特点及其选型网架结构主要几何尺寸的确定网架结构的构造组合网架结构 网架结构的工程实例 2024/6/162概述空间网格结构的定义空间网格结构是一种高次超静定的空间网格结构是一种高次超静定的三维杆系网状结构三维杆系网状结构空间网格结构的特点1.1.在节点荷载作用下杆件以轴压为在节点荷载作用下杆件以轴压为主，材料强度得到充分发挥；主，材料强度得到充分发挥；2.2.各向受力，各杆相互支撑，整体各向受力，各杆相互支撑，整体性较好。性较好。空间网格结构的分类1.1.网架：网架：即平面为平板状的网架结即平面为平板状的网架结构；构；2.2.网壳：网壳：即外形为曲面或壳形的网即外形为曲面或壳形的网架结构架结构。网架网架网壳网壳本章主要讲述的是平板状的网架结构本章主要讲述的是平板状的网架结构2024/6/163概述平板网架结构的优点1.1.三向受力，轻重省材三向受力，轻重省材2.2.整体性好，适用性强整体性好，适用性强非对称荷载非对称荷载可适应的荷载类型可适应的荷载类型集中荷载集中荷载动荷载动荷载局部超载局部超载施工时不同步提升施工时不同步提升地基不均匀沉降地基不均匀沉降2024/6/164概述平板网架结构的优点2.2.整体性好，适用性强整体性好，适用性强地震荷载地震荷载可适应的荷载类型可适应的荷载类型吊车制动力吊车制动力3.3.无水平推或拉力，无水平推或拉力，支承构造简单支承构造简单4.4.平面布置灵活，平面布置灵活，应用广泛应用广泛可适用圆、扇、方、矩、可适用圆、扇、方、矩、多边形平面以及工业、公多边形平面以及工业、公共、体育、场馆类建筑共、体育、场馆类建筑5.5.易于标准化生产和现场拆装易于标准化生产和现场拆装6.6.占用空间小，可利用上下弦占用空间小，可利用上下弦间布置管线间布置管线2024/6/165概述平板网架结构的优点7.7.造型轻巧美观，可用造型轻巧美观，可用其中杆件拼图其中杆件拼图平板网架结构应用实例1.1.大型体育建筑大型体育建筑体育馆体育馆练习馆练习馆2024/6/166概述平板网架结构应用实例1.1.大型体育建筑大型体育建筑体育场看台雨蓬体育场看台雨蓬2.2.公共建筑公共建筑展览馆展览馆影剧院影剧院2.2.公共建筑公共建筑车站车站2024/6/167概述平板网架结构应用实例2.2.公共建筑公共建筑码头码头候机楼候机楼3.3.工业工业建筑建筑仓库仓库厂房厂房飞机库飞机库2024/6/168平板网架的结构体系及其形式 平板网架结构的分类1.1.按层数分按层数分一般为双层，有时为三层一般为双层，有时为三层2.2.按照杆件的布置规律及网格的按照杆件的布置规律及网格的格构原格构原理分理分 交叉桁架体系（交叉又可分为双、三向）交叉桁架体系（交叉又可分为双、三向）角锥体系（角锥又可分角锥体系（角锥又可分为三、四、六角等）为三、四、六角等）早期交叉体系因易于拼早期交叉体系因易于拼装而流行，后来角锥体装而流行，后来角锥体系因受力性能良好、施系因受力性能良好、施工技术发展而受欢迎工技术发展而受欢迎2024/6/169平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式1.1.两向正交正放网架两向正交正放网架 总平面总平面上弦布置上弦布置下弦布置下弦布置腹杆及上腹杆及上（圆）下（圆）下（点）弦节（点）弦节点布置点布置剖面剖面2.2.两向正交斜放网架两向正交斜放网架 后图平面布置含义同此后图平面布置含义同此由于四角短桁架（刚度较大）由于四角短桁架（刚度较大）的嵌固作用，长桁架在四角的嵌固作用，长桁架在四角将产生上拔支座力将产生上拔支座力2024/6/1610平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式3.3.两向斜交斜放网架两向斜交斜放网架 用于建筑平面中两相邻用于建筑平面中两相邻边的柱距不等的情况边的柱距不等的情况4.4.三向交叉网架三向交叉网架A.A.上下弦上下弦 杆在平面中组成正三角形；杆在平面中组成正三角形；B.B.空间刚度大、杆件空间刚度大、杆件 内力均匀，故适合在内力均匀，故适合在大跨度工程中采用，但杆件种类多，节点构大跨度工程中采用，但杆件种类多，节点构造复杂，在中小跨度中不造复杂，在中小跨度中不 经济；经济；C.C.特别适用于三角形、梯形、正六边形、多特别适用于三角形、梯形、正六边形、多边形及边形及 圆形平面的建筑。圆形平面的建筑。2024/6/1611平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式5.5.单向折线形网架单向折线形网架A.A.单向受力；单向受力；B.B.较适宜较小跨度特别较适宜较小跨度特别是狭长的建筑平面是狭长的建筑平面;C.C.为加强结构的整体刚为加强结构的整体刚度，一般需沿建筑平面度，一般需沿建筑平面周边增设部分上弦杆件。周边增设部分上弦杆件。四角锥网架1.1.正放四角锥网架正放四角锥网架四角锥单元体四角锥单元体（由（由4 4根弦杆和根弦杆和腹杆组成）腹杆组成）上下弦杆长度上下弦杆长度相等，相互错相等，相互错开半个网格，开半个网格，锥体的棱角杆锥体的棱角杆件为斜件为斜腹腹杆。杆。2024/6/1612平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架2.2.正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架为了降低用钢量，简化构造，为了降低用钢量，简化构造，采光通风，当跨度较小时，采光通风，当跨度较小时，可适当抽掉一些四角锥体，可适当抽掉一些四角锥体，便成为正便成为正 放抽空四角锥网架放抽空四角锥网架3.3.斜放四角锥网架斜放四角锥网架缺点：缺点：A.A.屋面板种类较多屋面板种类较多(边、角、中边、角、中三种三种)，屋面排水坡的，屋面排水坡的形成也较形成也较困难困难，因而给，因而给屋屋面构造设计带来一面构造设计带来一 定的定的不便不便；B.B.同时，当为点支承时，要在周边布置封闭的边同时，当为点支承时，要在周边布置封闭的边桁桁架架以保证网架的稳定性。以保证网架的稳定性。优点：优点：A.A.上弦压杆短，下弦上弦压杆短，下弦拉杆长，受力比正拉杆长，受力比正放四角锥更为合理；放四角锥更为合理；B.B.每个节点交汇的杆每个节点交汇的杆件数量较少，因此件数量较少，因此用钢量较少；用钢量较少；2024/6/1613平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架4.4.棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架A.A.构成构成：将斜放四角锥网架将斜放四角锥网架 水平水平转动转动4545而成，四角锥体而成，四角锥体的连接方式不变。的连接方式不变。B.B.优点：优点：克服了斜放四角锥网架屋克服了斜放四角锥网架屋面板种类多、屋面排水坡面板种类多、屋面排水坡形成困难的缺点。形成困难的缺点。5.5.星形四角锥网架星形四角锥网架星形星形四四角锥单元角锥单元 星形四角锥单元可以看成星形四角锥单元可以看成是由两个倒置的是由两个倒置的 三角形小三角形小格架正交形成，在交点处格架正交形成，在交点处共用一根竖杆共用一根竖杆应用：应用：一般适用于中一般适用于中 小跨度且为周边支承的屋盖。小跨度且为周边支承的屋盖。受力特点：受力特点：A.A.上弦杆短，下弦杆长，上弦杆短，下弦杆长，受力合理；受力合理；B.B.竖杆受压，其内力等竖杆受压，其内力等于上弦节点荷载；于上弦节点荷载；2024/6/1614平板网架的结构体系及其形式 三角锥网架1.1.三角锥网架三角锥网架三角锥单元体三角锥单元体三角锥体的底面三角锥体的底面呈正三角形，锥呈正三角形，锥顶向下，顶点位顶向下，顶点位于正三角形底面于正三角形底面的重心线上。由的重心线上。由底面正三角形的底面正三角形的三个角向锥顶连三个角向锥顶连接三根接三根腹腹杆，即杆，即构成一个三角锥构成一个三角锥单元体单元体组成特点：组成特点：A.A.由倒置的三角锥排列而成，其上下由倒置的三角锥排列而成，其上下 弦杆弦杆形成的网格图案均为正三角形形成的网格图案均为正三角形;B.B.如果网架的高度如果网架的高度h=sh=sSQRT(2/3)(sSQRT(2/3)(s为弦杆为弦杆长度长度)，则，则 网架的全部杆件均等长；网架的全部杆件均等长；C.C.锥体间为角锥体间为角-角相连。角相连。受力及刚度特点：受力及刚度特点：三角锥网架受力比较均匀，整体刚度也较三角锥网架受力比较均匀，整体刚度也较 好。好。应用：应用：一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物。一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物。2024/6/1615平板网架的结构体系及其形式 三角锥网架2.2.抽空三角锥网架抽空三角锥网架组成特点：组成特点：上弦杆仍呈正三角形，上弦杆仍呈正三角形，下弦杆则随抽锥方式下弦杆则随抽锥方式的不同而呈三角形、六边形等多种图案。的不同而呈三角形、六边形等多种图案。经济效果：经济效果：因杆件数与节点因杆件数与节点 数都比三角锥网架少，所以数都比三角锥网架少，所以用钢量也较少。用钢量也较少。刚度特点及应用：刚度特点及应用：刚度较差，适用于屋刚度较差，适用于屋盖荷载较轻、跨度较盖荷载较轻、跨度较小的情况。小的情况。3.3.蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架构图特点：构图特点：A.A.由各倒置的三角锥体底面的由各倒置的三角锥体底面的 角与角相角与角相接而形成接而形成；B.B.上弦杆呈三角形和六边形，下弦杆呈上弦杆呈三角形和六边形，下弦杆呈六边形；六边形；C.C.每个节点均有六根杆每个节点均有六根杆 件交汇，是常见件交汇，是常见的几种网架中节点汇集杆件最少的一种。的几种网架中节点汇集杆件最少的一种。受力、经济特点及应用：受力、经济特点及应用：上弦短，下弦长，受力较合理；节点和上弦短，下弦长，受力较合理；节点和杆件数均较少，因而其用钢量较少；适杆件数均较少，因而其用钢量较少；适用于用于 轻型的中小跨度的屋盖。轻型的中小跨度的屋盖。2024/6/1616平板网架的结构体系及其形式 六角锥网架六角锥单元六角锥单元组成特点：组成特点：A.A.当锥尖向下时，上弦为正当锥尖向下时，上弦为正 六边形网格，下六边形网格，下弦为正三角形网格；弦为正三角形网格；B.B.当锥尖向上时，上弦为正三角形网格，下当锥尖向上时，上弦为正三角形网格，下弦为正六边形网格；弦为正六边形网格；C.C.杆件多，节点构造复杂。杆件多，节点构造复杂。应用：应用：在实际工程中较少采用。在实际工程中较少采用。2024/6/1617网架结构的支承方式两类支承1.1.刚性支承刚性支承特点：特点：无竖向位移，但可有水平位移。无竖向位移，但可有水平位移。实例形式：实例形式：如将网架直接支承在柱、墙或大刚如将网架直接支承在柱、墙或大刚度的梁上。度的梁上。梁支承梁支承柱支承柱支承墙支承墙支承2024/6/1618网架结构的支承方式两类支承2.2.弹性支承弹性支承特点：特点：有竖向位移。有竖向位移。一般含义及实例：一般含义及实例：一般指三边支承网架中的自由边设一般指三边支承网架中的自由边设反梁支承、桁反梁支承、桁 架支承、拉索支承等架支承、拉索支承等拉索支承拉索支承桁架支承桁架支承（本章主要（本章主要讲刚性支承）讲刚性支承）2024/6/1619网架结构的支承方式周边支承网架1.1.特点特点A.A.周边节点均设计为支座节点周边节点均设计为支座节点；B.B.受力均匀，刚度大；受力均匀，刚度大；C.C.因可不设边桁架，故用钢量少因可不设边桁架，故用钢量少2.2.应用应用最广泛最广泛3.3.类型类型A.A.每个周边每个周边节点均直接节点均直接支承于柱上支承于柱上传力直接，受传力直接，受力均匀，适用力均匀，适用于大跨度及中于大跨度及中等跨度的网架等跨度的网架B.B.周边节点周边节点支承于柱支承于柱顶顶连梁连梁上上受力较均匀，受力较均匀，平、立面布置平、立面布置灵活灵活C.C.周边节点支周边节点支承于承于承重墙顶承重墙顶部的圈梁部的圈梁上上较经济，适用较经济，适用于中小跨度于中小跨度2024/6/1620网架结构的支承方式三边支承网架1.1.支承特点支承特点仅在仅在三边三边设置设置支承，支承，另一另一边自边自由由2.2.自由边处理自由边处理A.A.不设支撑系统不设支撑系统（用于中小跨度）（用于中小跨度）为增强刚度、为增强刚度、改善受力，可改善受力，可适当提高网架适当提高网架截面高度、自截面高度、自由边杆件截面由边杆件截面或在自由边悬或在自由边悬挑部份网架挑部份网架B.B.设支撑系统设支撑系统（跨度较大时较合理）（跨度较大时较合理）设支撑系统也设支撑系统也称为加反梁，称为加反梁，可为托梁、桁可为托梁、桁架或局部增加架或局部增加网架层数网架层数3.3.应用应用飞机库或制造飞机库或制造修理车间、造修理车间、造船厂、影剧院船厂、影剧院或有可能扩建或有可能扩建的建筑物，厂的建筑物，厂房变形缝处房变形缝处2024/6/1621网架结构的支承方式两边支承网架1.1.支承特点支承特点只有其相对两边上的只有其相对两边上的节点设计成支座节点，节点设计成支座节点，其余两边为自由边其余两边为自由边2.2.应用应用极少极少若把平行于支座边的上、下弦杆去掉，则可形若把平行于支座边的上、下弦杆去掉，则可形成单向网架或称折板形网架成单向网架或称折板形网架2024/6/1622网架结构的支承方式点支承网架四点支承四点支承多点支承多点支承1.1.支承特点支承特点A.A.支座点可布置在四个或多个支承支座点可布置在四个或多个支承柱上柱上；B.B.承点多对称布置，并在周边设置承点多对称布置，并在周边设置悬臂段，以平衡一部分跨中弯矩，悬臂段，以平衡一部分跨中弯矩，减少跨中挠度。减少跨中挠度。2.2.应用应用主要用于体育馆、展览厅等大跨主要用于体育馆、展览厅等大跨度公共建筑度公共建筑多点支承多点支承四点支承四点支承2024/6/1623网架结构的支承方式周边支承与点支承相结合1.1.支承特点支承特点在周边支承的基础上，在建筑内部增设中间支承节点在周边支承的基础上，在建筑内部增设中间支承节点2.2.优点优点减小跨度和内力，增加刚度，节约钢材减小跨度和内力，增加刚度，节约钢材3.3.应用应用大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。2024/6/1624网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 1.1.受力特点受力特点正交正放交叉桁架体系正交正放交叉桁架体系网架结构可以看成是网架结构可以看成是两个方向的平面桁架结构的组合，荷载沿桁两个方向的平面桁架结构的组合，荷载沿桁架方向向周边架方向向周边 支座传递支座传递2024/6/1625网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 1.1.受力特点受力特点正交斜放交叉正交斜放交叉桁架体系桁架体系网架网架结构荷载仍沿结构荷载仍沿桁架方向向支桁架方向向支座周边传递，座周边传递，但由于端部桁但由于端部桁架较短，刚度架较短，刚度较大，致使长较大，致使长桁架端部产生桁架端部产生负弯矩和支座负弯矩和支座拔拉力。拔拉力。为减小支座拉力，可把角柱去掉，为减小支座拉力，可把角柱去掉，但其结果是屋面起坡脊线构造复杂。但其结果是屋面起坡脊线构造复杂。2024/6/1626网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型A.A.用钢量比较用钢量比较正放四角锥最高正放四角锥最高斜放四角锥最少斜放四角锥最少棋盘形四角锥高于斜放四角锥棋盘形四角锥高于斜放四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥双向桁架双向桁架2024/6/1627网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型A.A.用钢量比较用钢量比较三向桁架三向桁架蜂窝形三角锥最少蜂窝形三角锥最少抽空三角锥第二少抽空三角锥第二少三向网架和三三向网架和三角锥网架比以角锥网架比以上两种大上两种大注：图中为网格、荷载、支承均相同的比较结果。注：图中为网格、荷载、支承均相同的比较结果。对大跨度建筑，对大跨度建筑，此此四种网架的单位面积用钢量接近。当跨度近百米四种网架的单位面积用钢量接近。当跨度近百米时时，由于刚度，由于刚度的要求，三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种的要求，三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种的要的要小小2024/6/1628网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型B.B.刚度比较刚度比较正放四角锥最高正放四角锥最高斜放四角锥最少斜放四角锥最少星形四角锥高于棋盘形四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥周边支承的方形或矩形平周边支承的方形或矩形平面的两向正交正放、两向面的两向正交正放、两向正交斜放、正放四角锥、正交斜放、正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘形四角锥和星角锥、棋盘形四角锥和星形四角锥等形四角锥等七种网架结构七种网架结构的刚度差别不大，但以图的刚度差别不大，但以图中三种刚度最好。中三种刚度最好。双向桁架双向桁架2024/6/1629网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型B.B.刚度比较刚度比较三向桁架三向桁架三向网架（左）三向网架（左）和三角锥网架和三角锥网架（右）较大（右）较大（用钢量大刚（用钢量大刚度大）度大）蜂窝形和抽空三角锥网架较小（用钢量小刚度小）蜂窝形和抽空三角锥网架较小（用钢量小刚度小）2024/6/1630网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型C.C.结构选型结构选型斜放四角锥斜放四角锥棋盘形四角锥棋盘形四角锥星形四角锥星形四角锥正方形或接近正方形的周正方形或接近正方形的周边支承网架应优先考虑右边支承网架应优先考虑右图三种网架结构方案图三种网架结构方案2024/6/1631网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.2.结构选型结构选型C.C.结构选型结构选型圆形或多边形的周边支圆形或多边形的周边支承网架，当荷载和跨度承网架，当荷载和跨度较大时，应选用刚度较较大时，应选用刚度较好的右图两种方案好的右图两种方案三角锥网架三角锥网架三向网架三向网架2024/6/1632网架结构的受力特点及其选型四点及多点支承网架 1.1.受力特点受力特点正交正放方正交正放方案因传力路案因传力路径较短而受径较短而受力更佳力更佳正交正放正交正放正交斜放正交斜放2.2.结构选型结构选型点支承宜选点支承宜选用正交正放用正交正放方案方案三边支承网架 可参照周边支承选型可参照周边支承选型2024/6/1633网架结构主要几何尺寸的确定网格尺寸 1.1.限定范围限定范围网格尺寸，主要是指上弦杆网格的网格尺寸，主要是指上弦杆网格的几何尺寸。几何尺寸。2.2.影响因素影响因素跨度、柱距、屋面构造、杆件材料、跨度、柱距、屋面构造、杆件材料、结构型式结构型式3.3.与短跨的关系与短跨的关系见下表见下表4.4.一般原则一般原则在可能情况下，尽量大些在可能情况下，尽量大些5.5.具体实例具体实例（1 1）与）与屋面材料屋面材料的关系的关系A.A.钢筋混凝钢筋混凝 土板土板：3m3mB.B.轻型屋面材料轻型屋面材料:可为可为檩檩条间距的倍数条间距的倍数（2 2）与）与桁架杆件类型的关系桁架杆件类型的关系A.A.钢管钢管：网格尺寸可大些；网格尺寸可大些；B.B.角钢或小规格钢材角钢或小规格钢材：网格尺寸应小些。网格尺寸应小些。6.6.设计操作设计操作先定网格数，后定网格尺寸先定网格数，后定网格尺寸2024/6/1634网架结构主要几何尺寸的确定截面高度1.1.截面高度对网架性能的影响截面高度对网架性能的影响截面高，刚度大，内力小，但腹杆截面高，刚度大，内力小，但腹杆长度和围护高度大长度和围护高度大2.2.影响因素影响因素主要为跨度，还有荷载大小、节点主要为跨度，还有荷载大小、节点形式、平面形状、支承条件、起拱形式、平面形状、支承条件、起拱因素、建筑功能与造型等因素、建筑功能与造型等3.3.与短跨的关系与短跨的关系见下表见下表5.5.具体实例具体实例（1 1）网架截面应高些的情况网架截面应高些的情况A.A.屋面荷载较大或有悬挂式吊车时屋面荷载较大或有悬挂式吊车时B.B.采用螺栓球节点时采用螺栓球节点时C.C.平面为长矩形时平面为长矩形时（2 2）网架截面可小些的情况网架截面可小些的情况A.A.平面接近方形时平面接近方形时B.B.有柱帽的点支承时有柱帽的点支承时2024/6/1635网架结构主要几何尺寸的确定弦杆层数1.1.何时需采用多层（弦杆）网架何时需采用多层（弦杆）网架A.A.屋盖跨度屋盖跨度100m100m时时B.B.网架的整体刚度和变形难以满足要求时网架的整体刚度和变形难以满足要求时C.C.工业厂房的悬挂吊车行走困难时工业厂房的悬挂吊车行走困难时2.2.多层（弦杆）网架优点多层（弦杆）网架优点A.A.刚度好，内力均匀刚度好，内力均匀B.B.杆件短，钢材强度得到充分发挥杆件短，钢材强度得到充分发挥C.C.杆件细，球铰小，节约钢材杆件细，球铰小，节约钢材3.3.多层（弦杆）网架缺点多层（弦杆）网架缺点A.A.杆件和节点数量增多，增加了安装工作量杆件和节点数量增多，增加了安装工作量B.B.交汇杆件增多，球铰变大，杆件交角变小交汇杆件增多，球铰变大，杆件交角变小4.4.克服多层（弦杆）网架缺点的办克服多层（弦杆）网架缺点的办法法局部单元抽空，加大中间弦杆间距局部单元抽空，加大中间弦杆间距5.5.多层（弦杆）网架工程实例多层（弦杆）网架工程实例见右图见右图我国首都机场波音我国首都机场波音747747机库机库 2024/6/1636网架结构主要几何尺寸的确定腹杆体系1.1.倾角倾角以以4545为宜为宜2.2.布置布置布成受拉腹杆受力较合理布成受拉腹杆受力较合理斜杆受拉斜杆受拉斜杆受压斜杆受压3.3.减小杆件计算长度或减小杆件计算长度或跨中弯矩的措施跨中弯矩的措施采用再分式腹杆，但要保证采用再分式腹杆，但要保证其平面外稳定其平面外稳定平面桁架再分式腹杆平面桁架再分式腹杆四角锥网架再分式腹杆四角锥网架再分式腹杆2024/6/1637网架结构主要几何尺寸的确定悬臂长度1.1.悬臂设计范围悬臂设计范围点支承网架宜设计悬臂段点支承网架宜设计悬臂段2.2.悬臂段长度悬臂段长度一般为跨度的一般为跨度的1/31/3（单跨）（单跨）1/41/4（多跨）（多跨）单跨悬臂段长度单跨悬臂段长度多跨悬臂段长度多跨悬臂段长度2024/6/1638网架结构的构造杆件截面 1.1.型钢的定义型钢的定义型钢是指有一定截面形式和型钢是指有一定截面形式和尺寸的条形钢材。尺寸的条形钢材。2.2.型钢的分类型钢的分类型钢型钢普通型钢普通型钢优质型钢优质型钢大型大型中型中型小型小型工字钢工字钢槽钢槽钢角钢角钢扁钢扁钢圆钢圆钢方钢方钢六角钢六角钢工字钢工字钢槽钢槽钢角钢角钢扁钢扁钢圆钢圆钢角钢角钢扁钢扁钢圆钢圆钢方钢方钢碳素结构钢碳素结构钢合金结构钢合金结构钢冷弯型钢冷弯型钢是制作轻型钢结构的主要材料，采用钢板或是制作轻型钢结构的主要材料，采用钢板或钢带冷弯成型制成。它的壁厚可以制得很薄钢带冷弯成型制成。它的壁厚可以制得很薄均可热轧均可热轧还可煅制、冷拉还可煅制、冷拉按是否开口分按是否开口分按截面形状分按截面形状分开口开口 闭口闭口 半闭口半闭口槽钢槽钢 角钢角钢 Z型钢型钢 方管方管 矩形管矩形管 异型管异型管2024/6/1639网架结构的构造杆件截面 3.3.补充知识补充知识钢材成型工艺钢材成型工艺热热轧轧煅煅制制冷弯冷弯冷冷拉拉冷拔（轧）冷拔（轧）2024/6/1640网架结构的构造杆件截面 3.3.补充知识补充知识常见型钢常见型钢热轧工字钢热轧工字钢热轧槽钢热轧槽钢热轧热轧角钢角钢热轧扁钢热轧扁钢热轧圆钢热轧圆钢热热轧轧方方钢钢热轧六角钢热轧六角钢冷弯槽钢冷弯槽钢冷弯冷弯C C型钢型钢冷弯角钢冷弯角钢冷弯冷弯Z Z型钢型钢冷弯方、矩形钢冷弯方、矩形钢冷弯冷弯异异型钢型钢无缝管（壁厚一般无缝管（壁厚一般5mm5mm）高频电焊管（壁厚高频电焊管（壁厚一般一般5mmL50L503 3；圆管：圆管：48482 2。单角钢和双角钢截面单角钢和双角钢截面角钢拼成的十字形截面角钢拼成的十字形截面角钢拼成的箱形截面角钢拼成的箱形截面2024/6/1642网架结构的构造节点1.1.焊接钢板节点焊接钢板节点 A.A.组成组成十字节点板十字节点板+盖板盖板十字节点板十字节点板+盖板盖板+中心加强钢管中心加强钢管B.B.应用应用特点适合于型钢体系特点适合于型钢体系用于交叉桁架体系用于交叉桁架体系用于四角锥体系用于四角锥体系也可用于钢管四角锥体系也可用于钢管四角锥体系C.C.优点优点刚度大，用钢少，造价低，易制作刚度大，用钢少，造价低，易制作D.D.缺点缺点焊接工作量大，且有仰焊和立焊等困难操焊接工作量大，且有仰焊和立焊等困难操作，对焊接技术要求高作，对焊接技术要求高2024/6/1643网架结构的构造节点2.2.焊接空心球节点焊接空心球节点 A.A.构成构成不加肋不加肋加肋加肋（可提高承载（可提高承载力力10%40%10%40%）肋板肋板肋板挖空减轻肋板挖空减轻自重及用钢量自重及用钢量焊接空心球节点由两个半球对焊焊接空心球节点由两个半球对焊而成，分为不加肋和加肋两种。而成，分为不加肋和加肋两种。B.B.优点优点构造简单，受力明确，连接方便，构造简单，受力明确，连接方便，不易产生偏心，可任意方向连接不易产生偏心，可任意方向连接C.C.应用应用特别适用于连接钢管杆件特别适用于连接钢管杆件2024/6/1644网架结构的构造节点3.3.螺栓球节点螺栓球节点 A.A.组成组成由螺栓、钢球、销子由螺栓、钢球、销子(或螺钉或螺钉)、套简和锥头套简和锥头(或封板或封板)等零件组成等零件组成B.B.优点优点适用性强（可用于桁、塔、网架适用性强（可用于桁、塔、网架 壳壳 等）；标准化程度等）；标准化程度高；运输高；运输安装方便；无现场焊接，不产生安装方便；无现场焊接，不产生焊接形变和应力；无偏心。焊接形变和应力；无偏心。C.C.缺点缺点构造复杂，机械加工量大构造复杂，机械加工量大D.D.应用应用适用于连接钢管杆件适用于连接钢管杆件2024/6/1645网架结构的构造支座形式1.1.压力支座压力支座A.A.类型类型用于钢板节点用于钢板节点用于球节点用于球节点B.B.优点优点构造简单，制作方便，用钢量少构造简单，制作方便，用钢量少C.C.缺点缺点支座不能转动或移动，反力分布不均匀，与计算假定相差较大支座不能转动或移动，反力分布不均匀，与计算假定相差较大D.D.应用应用一般只用于小跨度的网架一般只用于小跨度的网架(1)(1)平板压力支座平板压力支座(2)(2)单面弧形压力支座单面弧形压力支座A.A.构成构成在平板压力支座的基础上，在平板压力支座的基础上，在支座底板与支承面顶板在支座底板与支承面顶板之间加设一呈弧形的支座之间加设一呈弧形的支座垫块而成垫块而成B.B.优点优点可以转动，反力均匀可以转动，反力均匀C.C.类型类型如右图如右图二螺栓连接二螺栓连接四螺栓连接四螺栓连接D.D.应用应用用于中小跨度用于中小跨度转动灵活转动灵活反力较大时使用反力较大时使用2024/6/1646网架结构的构造支座形式1.1.压力支座压力支座(3)(3)双面弧形压力支座双面弧形压力支座A.A.构成构成在支座底板与支承面顶板在支座底板与支承面顶板间设置一块两面为弧形的间设置一块两面为弧形的铸钢块，并在其两侧设有铸钢块，并在其两侧设有从支座底板与支承面顶板从支座底板与支承面顶板上分别焊出开有椭圆形孔上分别焊出开有椭圆形孔的梯形钢板，然后用螺栓的梯形钢板，然后用螺栓将它们连成一体（如右图）将它们连成一体（如右图）B.B.优点优点可转动和一定侧移可转动和一定侧移D.D.应用应用适用于跨度大且下部支承结适用于跨度大且下部支承结构刚度较大，或温度变化较构刚度较大，或温度变化较大、要求支座节点既能转动大、要求支座节点既能转动又能滑移的网架又能滑移的网架C.C.缺点缺点构造复杂，造价较高，只能构造复杂，造价较高，只能单向转动单向转动侧视侧视正视正视(4)(4)球铰压力支座球铰压力支座A.A.构成构成由一个置于支承面上的凸形实心半球与一个连于节点由一个置于支承面上的凸形实心半球与一个连于节点支支承承底底板板上的上的凹凹形半球相互嵌合，并以锚栓相连而成形半球相互嵌合，并以锚栓相连而成双面弧形双面弧形压力支座压力支座B.B.优点优点可沿各方向转动而无水平可沿各方向转动而无水平位移，与理想铰支座吻合位移，与理想铰支座吻合较好，有利于抗震较好，有利于抗震C.C.缺点缺点构造复杂构造复杂D.D.应用应用适用于点支承网架适用于点支承网架球铰压力支座球铰压力支座2024/6/1647网架结构的构造支座形式(5)(5)板式橡胶支座板式橡胶支座A.A.构成构成在平板压力支座中增设一块由多层橡在平板压力支座中增设一块由多层橡胶片与薄钢片粘合、压制而成的橡胶胶片与薄钢片粘合、压制而成的橡胶垫板，并以锚栓相连。垫板，并以锚栓相连。B.B.优点优点可转动和一定侧移，可适应温度和可转动和一定侧移，可适应温度和地震作用；构造简单、安装方便、地震作用；构造简单、安装方便、节省钢材、造价较低节省钢材、造价较低C.C.缺点缺点橡胶易老化，节点构造须考虑以后更换的可能橡胶易老化，节点构造须考虑以后更换的可能性；橡胶垫块必须由专业工厂生产制作性；橡胶垫块必须由专业工厂生产制作D.D.应用应用适于具有水平位移及转动要求的大中跨度网架适于具有水平位移及转动要求的大中跨度网架2.2.拉力支座拉力支座(1)(1)平板拉力支座平板拉力支座A.A.构成构成平板拉力支座的构造形式与平板压力支座相似，平板拉力支座的构造形式与平板压力支座相似，不同之处是平板拉力支座的锚栓承受拉力不同之处是平板拉力支座的锚栓承受拉力用于钢板节点用于钢板节点用于球节点用于球节点B.B.应用应用适用于跨度和支座拉力较小的网架适用于跨度和支座拉力较小的网架2024/6/1648网架结构的构造支座形式2.2.拉力支座拉力支座(2)(2)单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座A.A.构成构成在单面弧形压力支座的基础上，加设适在单面弧形压力支座的基础上，加设适当的水平钢板和竖向加劲肋而成，拉力当的水平钢板和竖向加劲肋而成，拉力也是靠受拉锚栓传递。也是靠受拉锚栓传递。C.C.应用应用适用于大中跨度适用于大中跨度的网架。的网架。B.B.优点优点可满足节点转动要求可满足节点转动要求柱帽1.1.作用作用扩散点支承的反力扩散点支承的反力2.2.形式形式(1)(1)柱帽在下弦平面之柱帽在下弦平面之下下B.B.优点优点反力扩散快反力扩散快C.C.缺点缺点占用室内空间占用室内空间柱帽在下弦之下柱帽在下弦之下柱帽在上弦之上柱帽在上弦之上上弦节点在柱顶上弦节点在柱顶(2)(2)柱帽在上弦平面之柱帽在上弦平面之上上B.B.优点优点不占室内空间，可兼不占室内空间，可兼做采光，放置灯光、做采光，放置灯光、音响设备等音响设备等(3)(3)上弦节点在柱顶上弦节点在柱顶B.B.优点与应用优点与应用不占室内空间，构造简单，多用于轻型或中不占室内空间，构造简单，多用于轻型或中小跨度网架小跨度网架2024/6/1649网架结构的构造屋面1.1.屋面排水坡度的形成屋面排水坡度的形成(1)(1)上弦节点上加小立柱找坡上弦节点上加小立柱找坡 A.A.构成构成在上弦节点上加小立柱形成排水坡在上弦节点上加小立柱形成排水坡C.C.应用应用尤其适用于空心球节点或螺栓球节点的尤其适用于空心球节点或螺栓球节点的网架网架B.B.优点优点构造简单，方法灵活，可形成两、四、构造简单，方法灵活，可形成两、四、多坡排水屋面多坡排水屋面D.D.注意事项注意事项对于大跨度网架，当小立柱高度较大时，对于大跨度网架，当小立柱高度较大时，应验算小立柱自身的受压稳定性应验算小立柱自身的受压稳定性(2)(2)网架变高度找坡网架变高度找坡A.A.构成构成上弦节点位于不同上弦节点位于不同 标高，下弦节点仍位标高，下弦节点仍位于同一水平面内于同一水平面内B.B.优点优点网架内力趋于均匀网架内力趋于均匀C.C.缺点缺点杆件类型增多，制作安装不便杆件类型增多，制作安装不便(3)(3)整个网架起坡整个网架起坡 (4)(4)支承柱变高度支承柱变高度 2024/6/1650网架结构的构造屋面2.2.天窗架天窗架(1)(1)锥体天窗架采光锥体天窗架采光局部形成三层网架，杆件多按构造确定局部形成三层网架，杆件多按构造确定(2)(2)平面天窗架采光平面天窗架采光将天窗架设计成平面结构，可省去大量将天窗架设计成平面结构，可省去大量锥杆，仅需局部布置支撑即可锥杆，仅需局部布置支撑即可天窗架平面布置图天窗架平面布置图剖面图剖面图(3)(3)锯齿形天窗架采光锯齿形天窗架采光对于有北向采光要求的厂房，可采用锯对于有北向采光要求的厂房，可采用锯齿形天窗齿形天窗2024/6/1651网架结构的构造屋面3.3.屋面构造屋面构造(1)(1)无檩屋面无檩屋面网架角点直接支承钢丝网水泥板、钢筋混凝土肋形板等，自重较大。网架角点直接支承钢丝网水泥板、钢筋混凝土肋形板等，自重较大。(2)(2)有檩屋面有檩屋面有有檩屋檩屋面是在网格上布置薄壁面是在网格上布置薄壁 型钢型钢檩檩条和在木条和在木椽（椽（“船船”音）音）上铺木望上铺木望板（平铺在椽子上的板（平铺在椽子上的木板）木板），再铺保温材料及，再铺保温材料及铝铝板板或铁皮防水。或铁皮防水。有檩屋面与无檩屋面有檩屋面与无檩屋面椽子，架在房檩承托屋面板和瓦的长木条。椽子，架在房檩承托屋面板和瓦的长木条。椽桷椽桷(承屋瓦用的圆木与方木。圆的叫椽承屋瓦用的圆木与方木。圆的叫椽,方方的叫桷。泛指椽子的叫桷。泛指椽子)2024/6/1652组合网架结构 概述1.1.构成构成以钢筋混凝土肋形板代替网架结构上弦以钢筋混凝土肋形板代替网架结构上弦杆和屋面板而形成的三维空间结构杆和屋面板而形成的三维空间结构立体图立体图剖面图剖面图2.2.优点优点（1 1）力学上）力学上由于以屋面板代替上弦压杆，因此抗压由于以屋面板代替上弦压杆，因此抗压稳定性好，刚度大（提高稳定性好，刚度大（提高3050%3050%），抗），抗需性能好，跨度大，截面高度小；需性能好，跨度大，截面高度小；（2 2）经济上）经济上节约钢材（节约钢材（1525%1525%），网架截面高度范），网架截面高度范围内可做设备层，安装维修方便围内可做设备层，安装维修方便3.3.缺点缺点上弦节点构造复杂上弦节点构造复杂4.4.注意事项注意事项网架边缘所有节点均应与竖向抗侧力结构有网架边缘所有节点均应与竖向抗侧力结构有可靠连接可靠连接2024/6/1653组合网架结构 受力特点1.1.受力特点受力特点（1 1）上弦板）上弦板既有平面内力又有弯曲内力既有平面内力又有弯曲内力（2 2）上弦板肋）上弦板肋既有轴力、既有轴力、又有弯矩及扭矩。又有弯矩及扭矩。2.2.上弦节点构造要求上弦节点构造要求上弦平面内必须为刚接，平上弦平面内必须为刚接，平面外可为铰接面外可为铰接3.3.计算方法计算方法（1 1）有限元法）有限元法上弦板肋用梁元，上弦板用壳元，其它上弦板肋用梁元，上弦板用壳元，其它杆件用杆元来模拟杆件用杆元来模拟（2 2）拟夹层板法）拟夹层板法网架的上下弦分别看成是夹层的上下表网架的上下弦分别看成是夹层的上下表层，网架腹杆看成是夹层的夹心层层，网架腹杆看成是夹层的夹心层（3 3）空间桁架位移法）空间桁架位移法根据能量原理，把上弦板等代为四组或三组根据能量原理，把上弦板等代为四组或三组 上弦平面内的平面交叉杆系，使组合网架转上弦平面内的平面交叉杆系，使组合网架转化为一个等代的空间铰接杆系结构化为一个等代的空间铰接杆系结构结构型式1.1.两向正放类两向正放类包括两向正交正放组合网架、正放四角锥组合网包括两向正交正放组合网架、正放四角锥组合网架、正放抽架、正放抽 空四角锥组合网架及棋盘形四角锥空四角锥组合网架及棋盘形四角锥组合网架组合网架2.2.两向斜放类两向斜放类包括两向正交斜放组合网架、斜放四角锥组合网包括两向正交斜放组合网架、斜放四角锥组合网架及星形四架及星形四 角锥组合网架。角锥组合网架。3.3.三向类三向类包括三向组合网架、三角锥组合网架及抽空三角包括三向组合网架、三角锥组合网架及抽空三角锥组合网架。锥组合网架。4.4.蜂窝形三角锥类蜂窝形三角锥类各类组合网架对应的上弦板各类组合网架对应的上弦板2024/6/1654组合网架结构 施工方法1.1.高空散装法高空散装法各元件在高空定位，逐一安装。该法需各元件在高空定位，逐一安装。该法需设满堂支架设满堂支架2.2.高空滑移法高空滑移法组合网架在地面组装成条状，吊装后在组合网架在地面组装成条状，吊装后在高空滑移就位。高空滑移就位。3.3.整体提升法整体提升法组合网架在地面组装成形再整体提升，组合网架在地面组装成形再整体提升，但起重量较大，主但起重量较大，主 要适合于多层及高要适合于多层及高层建筑楼盖结构。层建筑楼盖结构。高空散装法高空散装法高空滑移法高空滑移法整体提升法整体提升法2024/6/1655组合网架结构 上弦节点构造型式1.1.焊接十字板节点焊接十字板节点。（1 1）注意事项）注意事项A.A.板肋底部预埋钢板肋底部预埋钢 板应与十字节点板的盖板焊接板应与十字节点板的盖板焊接牢固；牢固；B.B.必要时盖板上可焊接必要时盖板上可焊接u u形短钢筋，埋入灌缝中的形短钢筋，埋入灌缝中的后浇细石混凝土内，缝中宜配置通长钢筋；后浇细石混凝土内，缝中宜配置通长钢筋；C.C.当组合网架用于楼层时，宜采用配筋后当组合网架用于楼层时，宜采用配筋后 浇细石浇细石混凝土面层。混凝土面层。（2 2）应用与实例）应用与实例主要用于角钢组合网架。工程实例有新乡百货大主要用于角钢组合网架。工程实例有新乡百货大楼扩建工程、长沙纺织大厦等。楼扩建工程、长沙纺织大厦等。新乡百货大楼新乡百货大楼焊接十字板节点焊接十字板节点2024/6/1656组合网架结构 上弦节点构造型式2.2.焊接球缺节点焊接球缺节点（1 1）构成）构成由冲压成型的球缺由冲压成型的球缺(一般不足半球一般不足半球)与钢盖板焊接与钢盖板焊接而成而成（2 2）优点）优点刚度大、加工制作简单、旗杆连接方向性强刚度大、加工制作简单、旗杆连接方向性强3.3.螺栓盘节点螺栓盘节点构成构成螺栓盘与网格中心的埋件采用对穿高强度螺栓连螺栓盘与网格中心的埋件采用对穿高强度螺栓连接，接，腹腹杆与螺栓杆与螺栓盘盘的连接方式的连接方式 与一般螺旋球节点与一般螺旋球节点相同。预制上弦板之间采用螺栓将角钢相同。预制上弦板之间采用螺栓将角钢锚锚件连接件连接定位，并在槽形截面定位，并在槽形截面灌灌 缝中后缝中后浇浇细石混凝上。细石混凝上。螺栓盘节点螺栓盘节点（用于抽空四角锥组合网架）（用于抽空四角锥组合网架）焊接球缺节点焊接球缺节点2024/6/1657组合网架结构 上弦节点构造型式4.4.对锚直焊式节点对锚直焊式节点（1 1）构成）构成三角形的上弦节点板在对角处通过三角形的上弦节点板在对角处通过一根螺栓锚接，使上弦构成六角形一根螺栓锚接，使上弦构成六角形与三角形相间的网格。腹杆与三角与三角形相间的网格。腹杆与三角形板的埋件直接相连焊接形板的埋件直接相连焊接（2 2）应用与实例）应用与实例主要用于蜂窝形三角锥组合网架。主要用于蜂窝形三角锥组合网架。工程实例有徐州夹河煤矿食堂等。工程实例有徐州夹河煤矿食堂等。组合网架结构的工程实例1.1.山东金乡影视中心山东金乡影视中心采用螺栓球节点组合网架结构，网格尺寸采用螺栓球节点组合网架结构，网格尺寸3m3m3m3m，截面高度，截面高度2.196m2.196m ；上弦肋板尺寸；上弦肋板尺寸2970mm2970mm2970mm2970mm，板厚为，板厚为30mm30mm，肋间距，肋间距750mm750mm，边肋截面为，边肋截面为90mm90mm200mm200mm，中肋截面，中肋截面为为60mm60mm190mm 190mm 对锚直焊式节点对锚直焊式节点2024/6/1658组合网架结构 组合网架结构的工程实例2.2.新乡百货大楼新乡百货大楼新乡百货大楼及其剖面新乡百货大楼及其剖面采用斜放四角锥网架，上弦网格尺寸为采用斜放四角锥网架，上弦网格尺寸为3m3m3m3m，下，下弦网格尺寸为弦网格尺寸为4 4.25m25m4.4.25m25m。高度为高度为2 2.5m5m。上弦上弦采用钢筋混凝土预制板，有正方形和采用钢筋混凝土预制板，有正方形和 三角形两种三角形两种形式，下弦及腹杆均采用角钢、焊接钢板节点。上形式，下弦及腹杆均采用角钢、焊接钢板节点。上弦板缝间用弦板缝间用400400号细石混凝土灌号细石混凝土灌缝缝，内掺万分之一，内掺万分之一膨胀剂，膨胀剂，再做再做40mm40mm厚厚200200号细石混凝土现浇层，号细石混凝土现浇层，内配内配6 6200200双向钢筋网。双向钢筋网。2024/6/1659网架结构的工程实例 上海体育馆 采用三向网架结构，焊接空心采用三向网架结构，焊接空心球节点，双面弧形压力支座球节点，双面弧形压力支座2024/6/1660网架结构的工程实例 江南造船厂某车间为消除大跨度对压杆的不利为消除大跨度对压杆的不利影响，采用矩形四角锥实心影响，采用矩形四角锥实心螺栓球钢管三螺栓球钢管三 层网架方案层网架方案上、下层网架尺寸上、下层网架尺寸中层网架尺寸中层网架尺寸三层网架剖面三层网架剖面建筑平、剖建筑平、剖面及网架单面及网架单元尺寸元尺寸2024/6/1661网架结构的工程实例 江南造船厂某车间为节省钢材，减轻自重，为节省钢材，减轻自重，还采用了抽空方案还采用了抽空方案为适应支座转动和温度变化的为适应支座转动和温度变化的影响，采用双向弧形滑动支座影响，采用双向弧形滑动支座支支座座立立面面支支座座平平面面2024/6/1662网架结构的工程实例 首都机场机库采用采用多层四角锥网架和栓焊多层四角锥网架和栓焊钢桥钢桥 相结合的空间结构体系相结合的空间结构体系2024/6/1663网架结构的工程实例 首都机场机库大门处网架边梁设计成一箱大门处网架边梁设计成一箱形的空间桁架两跨连续钢梁形的空间桁架两跨连续钢梁剖面图剖面图2024/6/1664网架结构的工程实例 广州白云机场机库采用高低整体式折线形网架。网架三采用高低整体式折线形网架。网架三边为边为 柱子支承，沿大门一边设置了桁柱子支承，沿大门一边设置了桁架式反梁。在网架高低跨交界处，也架式反梁。在网架高低跨交界处，也布置了一些加强杆使布置了一些加强杆使 之形成箱形粱的之形成箱形粱的作用。作用。2024/6/1665本章结束！2024/6/166667/10/29