网架空心球及支座节点设计
焊接球节点网架焊接专项技术方案设计
中航通用飞机有限责任公司205总装厂房网架焊接专项方案编制：审核：审批：一、工程概况本工程为205号总装厂房主厂房屋面网架的安装。
主厂房平面尺寸180m×111m，跨度54m+57m（两个区域）；区域一（54m 跨，A轴线～B轴线）下弦标高18m，区域二（57m跨，B轴线～C轴线）下弦标高12m。
屋盖采用单层正放四角锥网架结构，焊接球节点，下弦周边支撑。
支承系统为钢筋混凝土柱加柱间支撑系统，区域一和区域二在两侧分别为A轴线和C轴线上的混凝土框架柱支撑，B轴线混凝土框架柱为两个区域共用。
结构A、B、C轴线框架柱柱距为12m。
主厂房屋盖设有多台10t、3t多支点悬挂吊车。
屋面网架安装区域为横向180m，纵向为111m，结构安装高度最高达22m。
结构自重较大，且杆件众多。
建设地点：珠海机场西二、焊接材料要求（1）钢网架安装的钢材、连接材料、焊条、焊丝、焊剂等，应符合设计的要求，并应有出厂合格证。
（2）钢网架安装用的空心焊接球、加肋焊接球、半成品小拼单元、杆件，以及橡胶支座等半成品，应符合设计要求及相应的国家标准的规定。
三、网架焊接操作工艺该工程焊接以全位置焊缝为主，部分接头存在俯焊，竖焊和仰焊相结合，根据我们单位多年来对网架施工经验，决定采用手工电弧焊封底和盖面。
采用上述焊接工艺的目的是由于手工电弧焊,在高空作业方便灵活。
焊接工艺流程图1、焊接机具手工电弧焊机，磨光机，焊条烘箱，碳弧气刨。
2、焊接材料焊条：E5016，直径ø3.2mm～ø4.0mm;3、网架上下弦管对接焊接工艺（1）网架上下弦及腹杆材质为Q345B钢材，焊接方式为手工电弧焊，上下弦杆对接及网架杆件与焊接球焊接是该工程焊接的重点，必须从焊前清理、组对、校正复验、预留焊接收缩量、定位焊、焊前防护、焊前清理、焊前预热、焊接、焊后处理与无损检测等工序严格控制，才能确保焊接质量全面达标。
（2）具体方法如下述1)清理、组对组对前用卡具对钢管同心度、圆率、纵向曲度认真复查核对，确认合格后，采用锉刀和砂布将坡口处管内外壁处仔细磨去锈蚀及污物。
网架空心球及支座节点设计
网架空心球及支座节点设计（一）：空心球节点设计1. 设计条件汇交于网架上弦中间节点的杆件截面、夹角和内力如图所示，节点采用焊接空心球连接，钢球及杆件所用材料均为Q235钢，焊条为E43⨯⨯型焊条，手工焊接。
2.节点连接设计与计算1） 空心钢球的设计与计算（1） 空心钢球外径的确定腹杆与上弦杆轴线间的夹角为 45=θ上弦杆与腹杆外径之和：mm d d 149608921=+=+。
由表6-2查得空心钢球的最小外径：mm D 228=。
（2） 空心钢球壁厚的确定按构造要求，单层网壳空心球的外径与壁厚之比宜取20~35.由于钢球外径为mm D 228=，所以壁厚为6.5~11.4mm.且空心球壁厚与主钢管的壁厚之比宜取1.5~2.0，因此取壁厚为8mm.（3） 空心钢球的承载力设计值计算当空心球直径为120mm~900mm 时，其受压和受拉承载力设计值)(N N R 可按下式计算：tdf D d N o R πη)54.029.0(+=。
得240837215898)2288954.029.0(0.1=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=πR N )(N )(241KN ≈)(662.175KN 。
符合要求。
（4） 空心钢球的连接焊缝空心钢球采用焊接成型，其连接焊缝采用完全焊透的坡口对接焊缝。
2） 钢管杆件与空心钢球的连接焊缝计算上弦杆与空心钢球的连接，腹杆与空心钢球的连接，均采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，此时视焊缝与母材等强度，不必进行焊缝的强度计算。
（二）：支座节点设计1.支座地板的计算1） 地板面积计算根据构造要求，支座地板尺寸如图所示。
支座反力：R=153.05472 KN ≈153 KN设屋架支座地板宽度 a=2800mm ，地板长度 b=2800mm 。
地板承压面积：227045625.22828cm A pb =⨯⨯-⨯-⨯=π地板下混凝土（C20）的分布压力由公式得到：22/96.0/22.0704153cm KN f cm KN A R cc pb c ==== σ 地板承受的弯矩根据:mm a 198140140221=+= mm b 992/1981==由=11/a b 99/198=0.5 查表4-3得 a=0.06由公式（4-16）得到：cm KN a M c ∙=⨯⨯==17.58.1922.006.0221max ασ2） 地板厚度的计算由公式（4-15）得到：cm f M t pb 20.15.2117.566max =⨯===12mm →按构造取mm t pb 16= 3） 支座节点板的计算由于支座节点板的侧向垂直加劲肋的厚度一般可按支座底板厚度的0.7倍采用，因此节点板的厚度为 t=0.7*16=11.2mm4) 支座节点板和加劲肋与支座底板的连接焊缝计算设焊缝的焊脚尺寸 f h =6mm ，则=wH l （28-1.0）⨯2+（13.5-2.0-1.0）⨯4=96cm由公式（4-21）得到：79.3966.07.01537.0=⨯⨯==∑wH f f l h Rσ KN/2cm f W f =16 KN/2cm5) 支座加劲肋与节点板的连接焊缝计算加劲肋受力：V=R/4=153/4=38.25KNM=38.25（25.014-）=258.2 KN ∙cm 设 f h =6mm ，则cm l wv 120.10.215=--=由公式（4-18）得到：=⨯+⨯=222)7.026()7.02(wv f wv f fs l h M l h V σ=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯222)126.07.022.2586()126.07.0225.38( 5.22 KN/2cm f W f =16 KN/2cm 符合要求。
网架结构杆件和节点的设计与构造
(2) 拉力支座节点
常用的拉力支座节点有下列两种型式： 1）平板拉力支座节点 对于较小跨度网架，支座拉力较小，可采
用与平板压力支座相同的构造，利用连接 支座与支承校的锚栓来承受拉力。 2）弧形拉力支座节点 弧形拉力支座节点的构造与弧形压力支座 相似。
6mm时，圆钢管杆件与空心球之间可采用 角焊缝连接，圆钢管内可不加设短衬管。 此时，按与杆件截面等强的条件可计算所
需角焊缝焊脚尺寸hf：
角焊缝的焊角尺寸hf还应符合以下要
求：
① 当t≤4mm时，hf≤1.5t，且不宜小于
4mm；
② 当t＞4mm时，hf≤1.2t，且不宜小于 6mm。t为与空心球相连的圆钢管杆件的壁
3）螺栓球节点的设计
（1）螺栓钢球体的设计 螺栓钢球体直径的大小主要取决于高强度
螺栓的直径，高强度螺栓拧入球体的长度 及相邻两杆件轴线之间的夹角。 当网架中各杆件所需高强度螺栓直径确定 以后，螺栓钢球直径的大小应同时满足两 个条件： ① 保证相邻两螺栓在球体内不相碰； ② 保证套筒与钢球之间有足够的接触面。
式中，Nmax——网架杆件（弦杆或腹杆）中的最大拉力
设计值，N；
Nbt——高强度螺栓的抗拉承载力设计值，N；
ψ——螺栓直径对承载力影响系数，当螺栓直径<30mm时， ψ=1.0；
当螺栓直径>30mm时，ψ=0.93。
fbt——高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值：对40Cr
钢、40B钢、20MnTiB钢为430N/mm2；对45号钢为 365N/mm2；
网架杆件的最小截面尺寸应根据网架跨度 及网格大小确定，
角钢不宜小于∟50×3， 圆钢管不宜小于Φ48×2。 薄壁型钢的壁厚不应小于2mm。
五、网架结构的节点设计与构造
网架结构杆件和节点的设计与构造(谷风参考)
一、杆件材料及截面型式
网架结构的杆件一般采用Q235钢和Q345 钢
钢杆件截面型式分为圆钢管、角钢、薄 壁型钢三种。
杆件截面型式的选择与网架的节点形式 有关。
网架杆件的截面应根据承载力和稳定性 的计算确定。
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二、网架杆件的计算长度
杆件的计算长度与汇集于节点的杆件受力 状况及节点构造有关。
3）按节点的构造型式可分为板节点、半球节点、 球节点、钢管圆筒节点、钢管鼓节点等。
网架节点设计的要求是：受力合理，传力明确， 便于制造、安装，节省钢材。
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2. 螺栓球节点
1）螺栓球节点的组成、材料、特点 螺栓球一般由钢球、高强度螺栓、紧固螺
钉（或销子）、套筒和锥头或封板等零件 组成，适合与连接圆钢管杆件。
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未拧紧的状态
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拧紧后的状态
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滑槽长度可按下式计算：
式中， a——滑槽深度，mm；
dξ——高强度螺栓伸入钢球的长度，mm；
c——高强度螺栓露出的套筒外的长度，一 般=4～6mm，且不应少于两个螺距； c
sd——紧固螺钉的直径，一般为M4、M5、
M6、M8、M10。
预应力的大小与拧紧程度成正比。 此时螺栓受预拉力，套筒受预压力；在节点上形
成自相平衡的内力，而杆件不受力。 当网架承受荷载后，拉杆内力通过螺栓受拉传递，
随着荷载的增加，套筒预压力逐渐减小；到破坏 时，杆件压力全由套筒承受。
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3）螺栓球节点的设计
（1）螺栓钢球体的设计
螺栓钢球体直径的大小主要取决于高强度 螺栓的直径，高强度螺栓拧入球体的长度 及相邻两杆件轴线之间的夹角。
网架结构设计
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。
直接作用 ➢ 永久荷载
➢ 可变荷载
永久荷载 可变荷载 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 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
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。
⑤吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。
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。
网架结构节点设计
网架结构节点设计
网架结构节点设计
浅谈网架结构节点设计
[摘要] 随着空间结构的发展，网架结构广泛用于体育馆、展览厅、餐厅、候车室、仓库及单层多跨工业厂房等屋盖承重结构，设计时采用什么节点形式变得非常重要。
[关键词] 焊接空心球；螺栓球；锥头；封板
网架节点的按构造形式可分为：焊接空心球节点、螺栓球节点、
水雷式螺栓球节点、钢管圆筒节点或钢管鼓节点。
1、焊接空心球节点设计
焊接空心球节点是天津大学土木系刘锡良教授研究成功和发明创
造的，并于1966年8月在全国首先应用在天津科学宫礼堂屋盖(现天津市科委礼堂) 上。
从那时至今已将这项发明推广应用于数千座网架工程之中，它对开创我国网架结构事业的发展，起到了重大的网架连接节点的空心钢球，可采用焊接成型或铸造成型。
在工程
实践中，普遍采用焊接成型的空心钢球。
焊接空心球节点有着许多独特优点：首先加工简单，由两个半球焊接而成；其次是杆件与球焊接自然对中，避免了节点偏心；三是受力合理、安全可靠，并且造价低廉，这也是便于推广的主要原因。
焊接成型的空心钢球是将按要求确定的两块圆钢板经热压或冷压
成两个半圆球壳(一般采用钢板热压成型的加工方法) ，而后再对焊成一个整球(无肋空心球) ；或是由两个半圆球壳中间加设一块环形。
球形网架结构施工方案
裙楼网架施工专项方案创新中心续建工程（公共服务平台）项目编号：SJ1F.1703-10 创新中心续建工程（公共服务平台）项目裙楼网架施工方案编制人：审核人：批准人：日期：目录一、工程概况 (2)二、建筑结构的设计等级及设计使用年限 (2)三、施工工期： (2)四、施工前期准备 (3)五、网架施工工序 (3)六、钢结构屋面安装： (9)七、人员组织机构现场组织管理网络： (10)八、机具与设备配备一览表 (11)九、工程进度保证措施 (11)十、安全施工与文明生产 (12)十一、竣工验收 (13)一、工程概况本工程为太原不锈钢产业园区创新中心续建工程整个研发中心的裙房部分网架结构，该网架为正放四角锥焊接空心球结构，上弦多点支承，网架短向跨26.0米，长向跨度35.7米,厚度1.5米。
二、建筑结构的设计等级及设计使用年限1.建筑结构安全等级：二级2.设计使用年限：50年3.建筑抗震设防类别：丙类4.耐火等级：二级三、施工工期：材料进厂后25天鉴于该工程杆件、球节点数量多，结构形式复杂，技术质量要求高，承接该工程施工必须具有技术素质较高的专业化施工队伍，我公司有能力保质保量按时完成该工程的施工任务，达到合格工程。
四、施工前期准备1、根据工程规模和工期要求，组织高素质的管理和技术人员，成立专项工程项目经理部，由项目经理负责成立施工管理组织机构，配备精湛的、有丰富施工经验的施工队伍。
2、会同建设单位、设计单位、土建和监理对施工方案进行审查和完善，依既定施工方案商定施工顺序与交叉作业等配合事宜。
3、根锯现场情况，落实施工现场的临建、库房，材料的堆放贮存场地和机具设备的安置。
4、按照设计图纸及工期要求，编制工程材料用量计划，由公司供应部门迅速定货选购，及时发运。
5、按照施工方案，制定工程施工所需机具和设备使用计划，由公司设备管理枓按计划准备，对设备进行测试，确保机具设备以优良性能按时投入使用。
6、制定现场人员管理组织机构，由项目经理负责，落实生产岗位责任制，要求在场人员遵守规章制度，听从指挥，恪守职责、密切配合。
球型网架工程施工设计
一、工程概况本工程为某体育馆球型网架工程，网架直径为60米，采用空间网格结构，主要用于体育馆的屋盖。
网架结构采用三角形网格，材料为Q345B钢材。
本工程位于城市中心区域，周边环境复杂，施工场地狭小，施工难度较大。
二、施工设计原则1. 确保工程质量，满足设计要求。
2. 合理安排施工顺序，确保施工进度。
3. 优化施工方案，降低施工成本。
4. 保障施工安全，减少施工风险。
5. 尽量减少对周边环境的影响。
三、施工方案1. 施工准备（1）场地平整：对施工场地进行平整，确保施工场地满足施工要求。
（2）材料准备：提前采购网架钢材、焊接材料、连接件等，确保材料质量符合设计要求。
（3）设备准备：准备施工所需的吊装设备、焊接设备、切割设备等。
2. 施工顺序（1）网架节点制作：在地面制作网架节点，确保节点质量。
（2）网架单元组装：将节点组装成网架单元，并进行焊接。
（3）网架单元吊装：利用吊装设备将网架单元吊装至施工现场。
（4）网架单元拼接：将吊装的网架单元进行拼接，形成完整的网架。
（5）网架表面处理：对网架表面进行除锈、防腐处理。
3. 施工工艺（1）节点制作：采用焊接工艺，确保节点质量。
（2）单元组装：采用现场组装方式，确保单元尺寸准确。
（3）吊装：采用吊车吊装，确保吊装安全。
（4）拼接：采用焊接工艺，确保拼接质量。
（5）表面处理：采用喷砂除锈、防腐涂料涂装工艺。
四、施工质量控制1. 材料质量：严格控制钢材、焊接材料、连接件等材料的质量，确保符合设计要求。
2. 施工工艺：严格按照施工工艺进行施工，确保施工质量。
3. 焊接质量：采用先进的焊接技术，确保焊接质量。
4. 表面处理：严格控制表面处理质量，确保防腐效果。
五、施工安全1. 施工现场安全：加强施工现场安全管理，确保施工安全。
2. 机械设备安全：定期检查机械设备，确保机械设备安全运行。
3. 人员安全：加强人员安全教育培训，提高人员安全意识。
4. 应急预案：制定应急预案，确保突发事件得到及时处理。
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网架空心球及支座节点设计
（一）：空心球节点设计
1. 设计条件
汇交于网架上弦中间节点的杆件截面、夹角和内力如图所示，节点采用焊接空心球连接，钢球及杆件所用材料均为Q235钢，焊条为E43⨯⨯型焊条，手工焊接。
2.节点连接设计与计算
1） 空心钢球的设计与计算
（1） 空心钢球外径的确定
腹杆与上弦杆轴线间的夹角为 45=θ
上弦杆与腹杆外径之和：mm d d 149608921=+=+。
由表6-2查得空心钢球的最小外径：mm D 228=。
（2） 空心钢球壁厚的确定
按构造要求，单层网壳空心球的外径与壁厚之比宜取20~35.由于钢球外径为mm D 228=，所以壁厚为6.5~11.4mm.且空心球壁厚与主钢管的壁厚之比宜取1.5~2.0，因此取壁厚为8mm.
（3） 空心钢球的承载力设计值计算
当空心球直径为120mm~900mm 时，其受压和受拉承载力设计值)(N N R 可按下式计算：tdf D d N o R πη)54
.029.0(+=。
得
240837215898)2288954.029.0(0.1=⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=πR N )(N )
(241KN ≈
)(662.175KN 。
符合要求。
（4） 空心钢球的连接焊缝
空心钢球采用焊接成型，其连接焊缝采用完全焊透的坡口对接焊缝。
2） 钢管杆件与空心钢球的连接焊缝计算
上弦杆与空心钢球的连接，腹杆与空心钢球的连接，均采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，此时视焊缝与母材等强度，不必进行焊缝的强度计算。
（二）：支座节点设计
1.支座地板的计算
1） 地板面积计算
根据构造要求，支座地板尺寸如图所示。
支座反力：R=153.05472 KN ≈153 KN
设屋架支座地板宽度 a=2800mm ，地板长度 b=2800mm 。
地板承压面积：227045625.22828cm A pb =⨯⨯-⨯-⨯=π
地板下混凝土（C20）的分布压力由公式得到：
22/96.0/22.0704
153cm KN f cm KN A R cc pb c ==== σ 地板承受的弯矩根据:
mm a 198140140221=+= mm b 992/1981==
由=11/a b 99/198=0.5 查表4-3得 a=0.06
由公式（4-16）得到：cm KN a M c ∙=⨯⨯==17.58.1922.006.0221max ασ
2） 地板厚度的计算
由公式（4-15）得到：
cm f M t pb 20.15
.2117.566max =⨯===12mm →按构造取mm t pb 16= 3） 支座节点板的计算
由于支座节点板的侧向垂直加劲肋的厚度一般可按支座底板厚度的0.7倍采用，因此节点板的厚度为 t=0.7*16=11.2mm
4) 支座节点板和加劲肋与支座底板的连接焊缝计算
设焊缝的焊脚尺寸 f h =6mm ，则
=wH l （28-1.0）⨯2+（13.5-2.0-1.0）⨯4=96cm
由公式（4-21）得到：
79.3966.07.01537.0=⨯⨯==∑wH f f l h R
σ KN/2cm f W f =16 KN/2cm
5) 支座加劲肋与节点板的连接焊缝计算
加劲肋受力：V=R/4=153/4=38.25KN
M=38.25（2
5.014-）=258.2 KN ∙cm 设 f h =6mm ，则cm l wv 120.10.215=--=
由公式（4-18）得到：
=⨯+⨯=222)7.026()7.02(wv f wv f fs l h M l h V σ
=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯222)12
6.07.022.2586()126.07.0225.38( 5.22 KN/2cm f W f =16 KN/2cm 符合要求。
6） 节点板的尺寸根据杆件截面尺寸和连接所需的焊缝实际长度
及构造要求放样确定：锚栓按构造设置，采用2 20。