网架结构设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,网架结构设计应满足行业标准,网架结构设计与,施工规程,JGJ7-91,的要求,3.3.1,网架荷载计算,直接作用,永久荷载,网架自重,(,双层网架的自重可按经验公式估算,见教材,P120,公式（,3-2,）,),屋面（楼面）自重,吊顶材料的重量,设备管道材料的重量,永久荷载,可变荷载,屋面,(,或楼面,),活荷载,雪荷载,(,雪荷载不应与屋面活荷载同时组合,),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,积灰荷载,吊车荷载,(,工业建筑有吊车时考虑,),。,可变荷载,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。,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。,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,教材,P120,公式,(3-3),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,GB 50009-2001,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,GB 50011-2001,的规定。,荷载效应组合或见教材,P121-122,3.3.2,网架内力分析方法,网架结构的外荷载按,静力等效原则,，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。,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、各种平面、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。,空间杆系有限元法也称,空间桁架位移法,。,空间杆系有限元法是目前杆系结构计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力等工况均可计算。,能考虑网架与下部支承结构的共同工作 。,计算程序见下图：,3.4,空间杆系有限元法,-,空间桁架位移法,网架杆件,节点位移,单元刚度矩阵,总刚度矩阵,总刚度方程,节点位移值,杆件内力,单元内力与节点位移间关系,引入边界条件,各节点平衡及变形协调条件,基本单元,基本未知量,结构的节点荷载和节点位移间关系,对杆件单元进行分析,由虎克定律建立,单元杆件内力与节点位移之间的关系,形成单元刚度矩阵,网架计算基本假定,:,网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；,结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论,;,结构材料为完全弹性，符合虎克定律。,目前国内网架计算程序很多，功能也很齐全，但,应选用经过技术鉴定认可的、实践证明行之有效的,程序。,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，,钢管截面,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求。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,48,2mm,。,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：,节点,：,(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,节点设计,焊接空心球节点,焊接空心球,螺栓球连接节点,螺栓球,焊接钢板节点,焊接钢管节点,管件直接汇交节点,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。,3.6.1,焊接空心球节点,焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件，球面与管件接时，只需将钢管沿正截面切断，施工方便。,焊接空心球节点,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。,（,a,）,无肋,（,b,）有肋,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。,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，在管端与,空心球之间焊缝可,按对接焊缝考虑，,焊缝质量应达到二,级要求,否则只能按,斜角角焊缝计算 。,加衬管连接,3.6.2,螺栓球节点,螺栓球节点的构造,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，适用于连接钢管杆件。,螺栓球连接节点示意图,锥头,封板,高强螺栓,杆件,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。,高强度螺栓应符合,8.8,或,10.9,级的要求。,3.6.3,焊接钢板节点,焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成十字节点板，宜由两块带企口的钢板对插而成（图,a,）,也可由三块板正交焊成（图,b,）,焊接钢板节点,焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如右图和下页图所示。,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。,两向网架节点构造,四角锥体组成的网架节点构造,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下表确定,杆件内力,（,kN,）,150,160250,260,390,400,590,600,880,890,1275,节点板厚度（）,8,810,1012,1214,1416,1618,节点板厚度选用表,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,如右图所示。,平板压力或拉力支座,a,角钢杆件,b,钢管杆件,（角位移受到很大的约束）,单面弧形压力支座，适用于,中小跨度网架,单面弧形压力支座,a,两个螺栓连接,b,四个螺栓连接,（角位移未受约束）,单面弧形拉力支座适用于,较大跨度网架。,适用于有些在角部支座处产生垂直拉力的网架。如两向正交斜放网架。,单面弧形拉力支座,双面弧形压力支座,，在支座和底板间设有弧形块，上下面都是弧形面，支座既可转动又可平移,符合计算假定，但构造复杂，加工难度大。,用于网架跨度大且周边支承的情况。,双面弧形压力支座,球铰压力支座，只能转动而不能平移，抗震比较有利，适用于,多支点支承的大跨度网架。,球铰压力支座,板式橡胶支座,在支座底板和柱顶板间加设一块板式橡胶支座垫板。,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。构造简单、造价较低，安装方便。,板式橡胶支座,支座节点加工,