网架结构

56/86
4）温度应力
钢结构的温度应力为：
温度应力与 支座约束密 切相关。
t E t
— 钢材的线膨胀系数，1.2×10-5 /℃
E— 钢材的弹性模量，2.06×105 N/mm2

对于两端固定的杆件，每变化1℃引起的温度应力约 为2.5N/mm2 对于可自由变形的杆件，每变化1℃引起的温度变形 为1.2×10-5L
15X6.6=99.0
17X6.6=112.2
正交斜放网架，高6m，角钢杆件， 板式螺栓节点，65kg/m2
12/51
工程实例——上海万人体育馆

三向网架，直径110m，外挑7.3m，高6m 钢管杆件，焊接空心球节点，47kg/m2
13/51
工程实例——飞机机库
首都机场四机位机库 1996 (2X153X90m)
(B)网架变高度
(A)网架整体起拱
(C)设短柱支托
49/51
变高度网架
50/51
5.网架起拱与容许挠度 • 起拱的目的是避免视觉和心理上的下垂感， 有时也用于降低网架在永久荷载下的挠度 • 起拱度≤L/300 • 对起拱网架设计时可按不起拱计算 • 容许挠度: 屋盖L/250, 楼盖L/300
51/51
柱帽有下面几种常用形式：
（1） 设置在网架下，形成倒锥形支座。
特点：传力直接，但占据室内空间。
37/51
（2）设置在网架内，柱直接支承在上弦节点上。
特点：不占室内空间；但承载力较 低，适用轻屋盖或中小跨度网架。
（3）设置在网架上，形成局部加高网格区域。
特点：不占室内空间，柱帽上凸 部分可兼作采光天窗。

适用于正方形和长方形建筑平面 角部短桁架对与其垂直的长桁架起
到弹性支承作用

当长桁架直通角柱时，角柱会受到
较大上拔力，设计中应予注意。

在周边支承情况下，较两向正交正 放网架刚度大、用料省。
23/51
（3）三向网架

(Nmax=13)
网格呈正三角形，属几何
不变体系

适用于三角形、六边形、 多边形和圆形平面 空间刚度大、受力性能好 节点汇交杆件多，构造复
35/51
2. 点支承
受力与无梁楼盖相似，应尽可能设计成悬挑形式 单跨多点支承网架，悬挑长度宜取中间跨度的1/3； 悬挑网格可使跨中弯矩和挠度减少，网架内力趋于均匀 多点支承连续跨网架，悬挑长度宜取中间跨度的1/4
36/51
为使支承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。
57/86


温度变化范围是指施工安装完毕时的气温与 当地常年最高或最低气温之差。 网架支承平面弦件的温度应力大于非支承平 面杆件，边缘区域的杆件大于中间区域。

58/86
符合下列条件之一者，可不考虑温度应力：
1. 支座节点的构造允许网架侧移，且允许侧移值大于或
等于网架温度变形值； 2. 网架周边支承、网架验算方向跨度小于40m，且支承 结构为独立柱； 3. 在单位力作用下，柱顶位移值大于或等于下式计算值：
（1）两向正交正放网架
注意：应通过设置水平支撑保 证结构的几何不变性，增加空 间刚度。
21/51
两向正交正放网架适用于正方形或接近正方形的建筑
平面，此时其受力类似于双向板。 当边长比 >2 后，单向传力作用明显，两方向杆件内 力差别较大，受力类似于单向板。
L1
L2
22/51
（2）两向正交斜放网架
（4）积灰荷载（5）吊车荷载
3. 温度应力
4. 地震作用 （水平，竖向）
54/86
★ 补充说明
1）双层网架自重估算
G (kg/m )
100 80
•
网架自重（kg/m2）
2
qw=2.0kN/m
60 40 20 0 20
2 2
L G qw 1.5
qw — 除网架自重外的荷载标准值 （kN/m2） L— 网架的短向跨度（m）
16/51
水立方网格结构示意
3、切割形成平板状 空间网格结构 2、由空心多面体 单元构成的空间网 格 1、由多面体单元 构成的完整空间
17/51
§2 网架结构选型
2.1 网架结构的基本类型 2.2 网架结构的支承设置
2.3 网架结构选型原则
18/51
§2.1 网架结构的基本类型
•按结构组成： 双层网架、三层网架

斜放四角锥网架水平转动45度（上正下斜）
上弦杆短、下弦杆长，受力合理，屋面构造简单
周边满锥时，刚度较好
29/51
3.三角锥体系网架
以等腰三角锥体为组成 单元，由于三角形的稳定 性，因而整体抗弯、抗扭 刚度好。
30/51
（1）三角锥网架

h 2 3s
受力均匀，空间刚度大 适用于三角形、六边形
《大跨空间结构》之
网架结构 (上)
Plate-like Space Truss
内容
1 网架结构概述 2 网架结构选型 3 网架结构分析
4 网架结构设计
5 网架结构施工
1/51
§1 网架结构概述
网架是由多根杆件按一定的网格形式通过节点 连结而成的平板型或微曲面型空间杆系结构。
杆 件
节 点
网架
2/51
2. 第一批有影响的网架 1967年，首都体育馆； 1973年，上海万人体育馆 3. 1981年，《网架结构设计与施工规定》颁布 2010年，《空间网格结构技术规程》颁布 4. 80年代初，专业网架厂家出现；90年代后期，年建 设网架100万平方米以上，成为“网架王国”
11/51
工程实例——首都体育馆
正放四角锥
正放抽空四角锥
45/51
3）矩形平面、点支承 • 不应采用斜放体系。 4）圆形、多边形平面
尽管正放四角锥网 架用钢量略高，但其 标准化程度好，适用 性广，目前采用较多
• 宜采用三向桁架系或三角锥系。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ三向网架
三角锥网架
抽空三角锥网架
46/51
2. 网架高度确定 （1）荷载和设备尺寸（挠度和设备穿行空间） （2）平面形状（空间作用是否显著） （3）支承条件（周边支承优于点支承） （4）建筑尺寸要求（建筑高度） 一般宜取跨度的1/10—1/18，跨度大取小值。
网架结构的优点

属高次超静定结构，空间受力，刚度大,整 体工作性能好,抗倒塌性能好

自重轻、节约钢材 制作安装方便、工业化程度高 形状适应性强、支承布置灵活 结构高度低，便于管道穿越
3/51
管道穿越网架
4/51
网架结构的缺点


杆件密集，视觉上略显“繁杂”
表面积大，防火、防腐问题突出 弯矩抵抗型体系，工作效率不高。
47/51
3. 网格尺寸确定
•
屋面材料 无檩体系，不宜超过4m 有檩体系，不宜超过6m 网架在短向跨度的网格数不宜小于5 相邻杆件间夹角宜大于 45度，不宜小于30度
• •
48/51
4.网架屋面排水方案
• 设短柱支托构造简单，是采用 较多的找坡方法 • 当中间屋脊处小立柱较高时， 应验算其自身稳定性 • 对于大跨度网架可采取变高度 与小立柱相结合的方法
38/51
3. 周边支承与点支承结合
可有效减少网架杆件
的内力峰值和挠度
适用于大柱网工业厂
房、仓库、展览馆等
39/51
4. 三边或两边支承


在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中应用
自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利，应对其 做特殊处理。
40/51
1)在自由边附近增加网架层数，或加设托梁、托架 2)增加网架高度或局部杆件截面加大(中、小型网架)

矩形平面
33/51
§2.2 网架结构的支承设置
• 网架支承位置
(A)上弦支承
(B)下弦支承
• 网架支承布置
1. 周边支承；2. 点支承；3. 周边支承与点支承结合； 4. 三边或两边支承；5. 单边支承
34/51
1. 周边支承


传力直接、受力均匀，较为常用
当支承于柱顶时，网格宽度要与柱距一致。 当支承于圈梁时，网格的划分可不受柱距的约束。

下弦网格尺寸比上弦网格 尺寸大一倍。 杆件数目少、构造简单、 经济效果好


受力与正交正放交叉梁系
相似 下弦杆件受力不均匀，刚 度略小，适用于中小跨度

27/51
（3）斜放四角锥网架

上弦杆短、下弦杆长 节点构造简单，用钢 量较省（上6下8） 网架周边应布置刚性

边梁
28/51
（4）棋盘形四角锥网架
《大跨空间结构》之
网架结构 (下)
Plate-like Space Truss
§3 网架结构分析
3.1 荷载作用 3.2 有限元分析方法
3.3 几何不变性分析
53/86
§3.1 荷载作用
1．永久荷载 （1）自重（2）屋面（3）吊顶 (4) 设备管道 2．可变荷载 （1）屋面活载（2）屋面雪荷载（3）风荷载
广州白云机场机库 (78X70m)1988
14/51
工程实例——深圳市民中心
（曲面网架，2004）
三层网架，486×154m，网格6×6m，厚9m，焊接球 节点，最大球直径900mm；屋顶面积6.3万平米，重约 9000吨 。
15/51
工程实例——水立方
（异形网格网架，2008）
1887年Kelvin提出：如果将三维空间用等体积单元填 充且接触面积要最小，这些单元应是什么形状？ 1993年Weaire和Phelan提出由 14 面体和12 面体组 合模型，被认为是Kelvin问题的最佳解决方案。