空間網(wǎng)架結構課件

第二章空間網(wǎng)架結構

2.1網(wǎng)架的形式由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連結而成的平板空間結構。具有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點；網(wǎng)架結構廣泛用作體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等的屋蓋結構。具有工業(yè)化程度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點。缺點是匯交于節(jié)點上的桿件數(shù)量較多，制作安裝較平面結構復雜。第二章空間網(wǎng)架結構2.1網(wǎng)架的形式由多根桿件11.網(wǎng)架按弦桿層的形式按弦桿層數(shù)不同可分為雙層網(wǎng)架和三層網(wǎng)架1.網(wǎng)架按弦桿層的形式按弦桿層數(shù)不同可分為雙層網(wǎng)架和三層網(wǎng)22.雙層網(wǎng)架的常用形式

（1）平面桁架系網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交斜放、斜交斜放網(wǎng)架三向網(wǎng)架特點：由平面桁架相互交叉所組成，其上、下弦桿長度相等，桿件類型少，且上、下弦桿和腹桿在同一平面內(nèi)。一般應使斜腹桿受拉，豎桿受壓。斜腹桿與弦桿間的夾角宜在40°～60°之間。

2.雙層網(wǎng)架的常用形式（1）平面桁架系網(wǎng)架特點：由平面3兩向正交正放網(wǎng)架

由兩組分別與邊界平行的平面桁架互成90°交叉組成。同一方向的各平面桁架長度一致。

網(wǎng)架本身屬幾何可變體系。適用于建筑平面為正方形或接近正方形且跨度較小的情況。兩個方向的桿件內(nèi)力差別不大，受力較均勻。

兩向正交正放網(wǎng)架由兩組分別與邊界平行的平面桁架互成94兩向正交斜放網(wǎng)架

短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利。角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式。比正交正放網(wǎng)架空間剛度大，受力均勻，用鋼省。適用于建筑平面為矩形的情況。兩向正交斜放網(wǎng)架短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利。5三向網(wǎng)架

特點：幾何不變體系，網(wǎng)架空間剛度大，受力性能好，內(nèi)力分布也較均勻。桿件數(shù)量多，節(jié)點構造比較復雜。三向網(wǎng)架適用于大跨度且建筑平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形的情況。

三向網(wǎng)架特點：幾何不變體系，網(wǎng)架空間剛度大，受6（2）四角錐體系網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架棋盤形四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架星形四角錐網(wǎng)架（2）四角錐體系網(wǎng)架正放四角錐網(wǎng)架7正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架

桿件受力較均勻，空間剛度比其它類型的四角錐網(wǎng)架及兩向網(wǎng)架好。適用于建筑平面接近正方形的周邊支承及點支承情況。

周邊網(wǎng)格錐體不動外，跳格地抽掉一些四角錐單元中的腹桿和下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺寸擴大一倍。適用于中、小跨度或屋面荷載較輕的周邊支承、點支承以及周邊支承與點支承結合的網(wǎng)架。

正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架桿件受力較均勻，空間8棋盤形四角錐網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放。上弦桿比下弦桿短，受力合理?？朔诵狈潘慕清F網(wǎng)架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

棋盤形四角錐網(wǎng)架9斜放四角錐網(wǎng)架上弦桿比下弦桿短，受力合理。桿件數(shù)量少，屋面板類型多，屋面組織排水較困難。適用于中、小跨度周邊支承，或周邊支承與點支承相結合的矩形平面情況。

斜放四角錐網(wǎng)架10星形四角錐網(wǎng)架

由兩個倒置的三角形小桁架相互正交單元組成。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

星形四角錐網(wǎng)架由兩個倒置的三角形小桁架相互正交單元組11（3）三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架抽空三角錐網(wǎng)架蜂窩形三角錐網(wǎng)架

（3）三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架12三角錐網(wǎng)架

上、下弦平面均為三角形網(wǎng)格。桿件受力均勻，本身為幾何不變體，整體抗扭、抗彎剛度好。適用于大中跨度及重屋蓋建筑物，當建筑平面為三角形、六邊形和圓形時最為適宜。

三角錐網(wǎng)架13抽空三角錐網(wǎng)架

抽去部分三角錐單元的腹桿和下弦桿。下弦桿內(nèi)力較大，用鋼量省，但空間剛度較三角錐網(wǎng)架小。適用于中、小跨度的三角形、六邊形和圓形等平面的建筑。

抽空三角錐網(wǎng)架14蜂窩形三角錐網(wǎng)架

上弦為正三角形和正六邊形網(wǎng)格，下弦為正六邊形網(wǎng)格。本身幾何可變。其上弦桿短，下弦桿長，受力合理。適用于中、小跨度周邊支承的情況，可用于六邊形、圓形或矩形平面。

蜂窩形三角錐網(wǎng)架152.2網(wǎng)架選型

根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小，支承方式、荷載大小、屋面構造和材料、制作安裝方法等因素。

《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》JGJ7-91

大跨度為60m以上中跨度為30～60m小跨度為30m以下

2.2網(wǎng)架選型根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小，支承方161網(wǎng)架結構的支承及其選型支承方式:周邊支承點支承周邊支承與點支承相結合兩邊和三邊支承等。1網(wǎng)架結構的支承及其選型支承方式:17周邊支承點支承周邊支承點支承18點支承網(wǎng)架受力與鋼筋混凝土無梁樓蓋相似。

為減小跨中正彎矩及撓度，設計時應盡量帶有懸挑，多點支承網(wǎng)架的懸挑長度可取跨度的1／4～1／3。

周邊支承與點支承結合

點支承網(wǎng)架受力與鋼筋混凝土無梁樓蓋相似。周邊支承與點支承結19各種柱帽形式點支承網(wǎng)架與柱子相連宜設柱帽以減小沖剪作用。柱帽可設置于下弦平面之下(圖a)，也可設置于上弦平面之上(圖b)。當柱子直接支承上弦節(jié)點時，也可在網(wǎng)架內(nèi)設置傘形柱帽(圖c)，這種柱帽承載力較低，適用于中小跨度網(wǎng)架。

各種柱帽形式點支承網(wǎng)架與柱子相連宜設柱帽以減小沖剪作用。20空間網(wǎng)架結構課件212網(wǎng)架高度及網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)架的高度與屋面荷載、跨度、平面形狀、支承條件、設備管道等因素有關。

2網(wǎng)架高度及網(wǎng)格尺寸網(wǎng)架的高度與屋面荷載、跨度、平223網(wǎng)架的撓度要求及屋面排水坡度容許撓度：用作屋蓋—L2/250，用作樓蓋—L2/300

排水坡度：3%～5%

起拱要求：L2/300

3網(wǎng)架的撓度要求及屋面排水坡度容許撓度：用作屋蓋—L2/232.3網(wǎng)架的計算要點

1.直接作用（荷載）和間接作用

對使用階段荷載作用下的內(nèi)力和位移進行計算，并應根據(jù)具體情況對地震作用、溫度變化、支座沉降等間接作用及施工安裝荷載引起的內(nèi)力和位移進行計算。（1）永久荷載：①網(wǎng)架自重；②屋面（或樓面）材料重力；③吊頂材料的重力；④設備管道的重力。雙層網(wǎng)架自重gok（kN/m2）

式中，gok——網(wǎng)架自重（kN/m2）；

L2——網(wǎng)架的短向跨度（m）；

qw——除網(wǎng)架自重外的屋面荷載或樓面荷載的標準值（kN/m2）；

ξ——系數(shù)。對桿件采用鋼管的網(wǎng)架取ξ=1.0；

采用型鋼的網(wǎng)架取ξ=1.2。2.3網(wǎng)架的計算要點1.直接作用（荷載）和間接作用式中24（2）可變荷載：活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載及吊車荷載

（3）抗震驗算：

豎向抗震驗算設防烈度為8度或9度的地區(qū)，周邊支承及多點支承和周邊支承相結合的網(wǎng)架

v

為豎向地震作用系數(shù)。

（2）可變荷載：活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載及吊車荷載25

懸挑長度較大的網(wǎng)架屋蓋結構以及用于樓層的網(wǎng)架結構，當設防烈度為8度或9度時，其豎向地震作用標準值可分別取該結構重力荷載代表值的10%或20%。設計基本地震加速度為0.3g時，可取該結構重力荷載代表值的15%。計算重力荷載代表值時，永久荷載取100%，雪荷載和屋面積灰荷載取50%，不計屋面活荷載。水平抗震驗算

在抗震設防烈度為8度的地區(qū)，對于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架可不進行水平抗震驗算；在抗震設防烈度為9度的地區(qū)，對各種網(wǎng)架結構均應進行水平抗震驗算。懸挑長度較大的網(wǎng)架屋蓋結構以及用于樓層的網(wǎng)架結構26（4）溫度內(nèi)力：不計算的條件①支座節(jié)點的構造允許網(wǎng)架側移，且側移值不小于下式的計算值（例如板式橡膠支座）；②周邊支承的網(wǎng)架，當網(wǎng)架驗算方向跨度小于40m，且支承結構為獨立柱或磚壁柱；③在單位力作用下，柱頂位移大于或等于下式的計算值

需要計算時，采用空間桁架位移法，或近似計算方法。

（4）溫度內(nèi)力：不計算的條件27（5）荷載及荷載效應組合

對非抗震設計，《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009；對抗震設計，《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011

2.網(wǎng)架內(nèi)力分析方法

按彈性階段計算

（1）空間桁架位移法（空間桿系有限元法）（2）交叉梁系差分法是一種簡化計算方法（3）擬夾層板法是又一種簡化計算方法（4）假想彎矩法也屬簡化計算方法（5）荷載及荷載效應組合282.4空間桿系有限元法

以網(wǎng)架的桿件為基本單元，以節(jié)點位移為基本未知量。先由桿件內(nèi)力與節(jié)點位移之間的關系建立單元剛度矩陣，然后根據(jù)各節(jié)點平衡及變形協(xié)調條件建立結構的節(jié)點荷載和節(jié)點位移間關系，形成結構總剛度矩陣和總剛度方程?？倓偠确匠淌且怨?jié)點位移為未知量的線性方程組。引入邊界條件后，求解出各節(jié)點位移值。最后由桿件單元內(nèi)力與節(jié)點位移間關系求出桿件內(nèi)力。

1.基本假定（1）網(wǎng)架的節(jié)點為空間鉸接節(jié)點，桿件只承受軸力；（2）結構材料為完全彈性，在荷載作用下網(wǎng)架變形很小，符合小變形理論。2.4空間桿系有限元法以網(wǎng)架的桿件為基本單元，以節(jié)點位292.空間桿系有限元法要點（1）單元剛度矩陣

空間桿系有限單元：每個桿件共有6個自由度：對應6個桿端力：它們之間的關系是2.空間桿系有限元法要點30式中即單元剛度矩陣。和結構力學的矩陣位移法一致，只是相應于剪力的各項均為零。式中31（2）坐標轉換

桿單元在整體坐標系中的位置

（2）坐標轉換桿單元在整體坐標系中的位置32坐標轉換矩陣[T]為：

坐標轉換矩陣[T]為：33（3）結構總剛度矩陣及總剛度方程

（4）結構總剛矩陣中邊界條件的處理方法位移為零：劃行劃列法和乘大數(shù)法。彈性約束：將彈簧剛度K0疊加到總剛矩陣中對應的主對角元上。指定位移：主對角元和右端項乘以大數(shù)R

（3）結構總剛度矩陣及總剛度方程（4）結構總剛矩陣中邊界條34（5）網(wǎng)架的邊界條件及對稱性利用

當網(wǎng)架結構（包括支座）和外荷載有n個對稱面時，可利用對稱條件只分析網(wǎng)架的1/(2n)。對稱面內(nèi)各桿件的截面積應取原截面面積的一半，n個對稱面交線上的中心豎桿，其截面面積應取原截面面積的1/(2n)。在對稱荷載作用下，對稱面內(nèi)網(wǎng)架節(jié)點的反對稱位移為零；在反對稱荷載作用下，對稱面內(nèi)網(wǎng)架節(jié)點的對稱位移應取為零。

（5）網(wǎng)架的邊界條件及對稱性利用35（6）斜邊界處理根據(jù)邊界點的位移情況設置具有一定截面積的附加桿對斜邊界上的節(jié)點位移做坐標變換（7）桿件內(nèi)力展開為：（6）斜邊界處理（7）桿件內(nèi)力363.空間桿系有限元法計算步驟（1）計算簡圖，對節(jié)點和桿件進行編號；（2）計算桿件單元長度及桿件與整體坐標軸夾角余弦；（3）初選各桿的截面積；（4）建立局部和整體坐標系下的單元剛度矩陣；（5）集合總剛矩陣；（6）建立荷載列陣；（7）引入邊界條件對總剛度方程進行處理；（8）求解總剛度方程，得出各節(jié)點位移值；（9）根據(jù)節(jié)點位移計算桿件內(nèi)力；（10）按桿件內(nèi)力調整桿件截面，并重新計算，迭代次數(shù)宜不超過4～5次。3.空間桿系有限元法計算步驟（1）計算簡圖，對節(jié)點和桿件進行372.5網(wǎng)架桿件設計截面鋼管、熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼

計算長度（l為桿件幾何長度）

2.5網(wǎng)架桿件設計截面38容許長細比（1）受壓桿件：[]=180（2）受拉桿件：一般桿件[]=400，支座附近處桿件[]=300，直接承受動力荷載桿件[]=250。

容許長細比39網(wǎng)架節(jié)點型式主要有：（1）按節(jié)點在網(wǎng)架中的位置可分為：中間節(jié)點和支座節(jié)點。（2）按節(jié)點的連接方式可分為：焊接連接節(jié)點、高強螺栓連接節(jié)點、焊接和高強螺栓混合連接節(jié)點。（3）按節(jié)點的構造形式可分為：焊接空心球節(jié)點；螺栓球節(jié)點；焊接鋼板節(jié)點；焊接鋼管節(jié)點；桿件直接匯交節(jié)點。我國常用的是鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點。2.6節(jié)點設計網(wǎng)架節(jié)點型式主要有：2.6節(jié)點設計40

焊接空心球節(jié)點螺栓球節(jié)點焊接鋼板節(jié)點焊接鋼管節(jié)點桿件直接匯交節(jié)點

焊接空心球節(jié)點41網(wǎng)架的節(jié)點構造應滿足下列要求受力合理，傳力明確；保證桿件匯交于一點，不產(chǎn)生附加彎矩；構造簡單，制作安裝方便，耗鋼量小；避免難于檢查、清刷、涂漆和容易積留濕氣或灰塵的死角或凹槽，管形截面應在兩端封閉。網(wǎng)架的節(jié)點構造應滿足下列要求42焊接空心球節(jié)點是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q345鋼）經(jīng)熱壓或冷壓成兩個半球后對焊而成的。鋼球外徑一般為160㎜～500㎜。分加肋與不加肋兩種（圖），當焊接空心球的直徑大于300，且桿件內(nèi)力較大時，采用加肋球。肋板厚度不應小于球壁等厚。焊接空心球的優(yōu)點是傳力明確，構造簡單，造型美觀，連接方便，適應性強。1.焊接空心球節(jié)點焊接空心球節(jié)點是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q3443空間網(wǎng)架結構課件44空間網(wǎng)架結構課件45空間網(wǎng)架結構課件46空間網(wǎng)架結構課件47焊接空心球直徑：D＝（d1＋2a＋d2）/θ空心球節(jié)點桿件間縫隙

焊接空心球直徑：D＝（d1＋2a＋d2）/θ空心球節(jié)點桿件間48焊接空心球節(jié)點構造

焊接空心球節(jié)點構造49受壓空心球承載力設計值：

受拉空心球承載力設計值：

焊縫可按對接焊縫計算，質量應達到Ⅱ級要求：否則只能作為斜角角焊縫按下式計算：

受壓空心球承載力設計值：受拉空心球承載力設計值：焊縫可按50螺栓球節(jié)點由鋼球、高強螺栓、緊固螺栓、套筒、錐頭或封板等零件組成，適合于連接圓鋼管桿件。螺栓球節(jié)點的優(yōu)點是節(jié)點小，重量輕，節(jié)點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10％?？捎糜谌魏涡问降木W(wǎng)架，特別適合于四角錐、三角錐體系的網(wǎng)架。這種節(jié)點安裝極為方便，可拆卸，安裝質量宜達到保證?？梢愿鶕?jù)具體情況采用散裝、分條拼裝和整體拼裝等安裝方法。螺栓球節(jié)點的缺點是，球體加工復雜，零部件多，加工精度高；價格貴；所需鋼號不一，工序復雜。2.螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點由鋼球、高強螺栓、緊固螺栓、套筒、錐頭或封板等零件51螺栓球連接節(jié)點圖示

螺栓球連接節(jié)點圖示52空間網(wǎng)架結構課件53空間網(wǎng)架結構課件54空間網(wǎng)架結構課件55空間網(wǎng)架結構課件56空間網(wǎng)架結構課件57空間網(wǎng)架結構課件58鋼球尺寸

螺栓不碰要求：套筒接觸面要求：鋼球直徑取式以上兩式的較大值。鋼球尺寸螺栓不碰要求：套筒接觸面要求：鋼球直徑取式以上兩式59當相鄰兩桿夾角θ＜30°時，還要保證相鄰兩根桿件（管端為封板）不相碰要求：當相鄰兩桿夾角θ＜30°時，還要保證相鄰兩根桿件（管端為封板60螺栓尺寸

螺栓尺寸61當桿件管徑較大時采用錐頭連接。管徑較小時采用封板連接。連接焊縫以及錐頭的任何截面應與連接鋼管等強。桿件端部連接焊縫錐頭和封板當桿件管徑較大時采用錐頭連接。管徑較小時采用封板連接。連接焊62套筒通常開有縱向滑槽(圖)，滑槽寬度一般比銷釘直徑大1.5-2mm。套筒應進行承壓驗算：套筒端部到開槽端部(或釘孔端)距離應使該處有效截面抗剪力不低于銷釘(或螺釘)抗剪力，且不小于1.5倍開槽的寬度或6mm。套筒端部要保持平整，內(nèi)孔L徑可比螺栓直徑大1mm。

套筒幾何尺寸套筒通常開有縱向滑槽(圖)，滑槽寬度一般比銷釘直徑大1.5-633.焊接鋼板節(jié)點

3.焊接鋼板節(jié)點64鋼板節(jié)點的構造及設計鋼板節(jié)點的節(jié)點板及蓋板所采用的鋼材應與網(wǎng)架桿件一致。鋼板節(jié)點的構造及設計要點如下：（1）桿件重心線在節(jié)點處宜交與一點，否則應考慮其偏心影響（2）桿件與節(jié)點連接焊縫的分布，應使焊縫截面的重心與桿件重心重合，否則應考慮其偏心影響；（3）便于制作和拼裝。網(wǎng)架弦桿應與蓋板和節(jié)點板共同連接，當網(wǎng)架跨度較小時，弦桿也可只與節(jié)點板連接；（4）節(jié)點板厚度的選擇與平面桁架的方法相同，應根據(jù)網(wǎng)架最大桿件內(nèi)力確定。節(jié)點板厚度應比連接桿件的厚度大2㎜，且不得小于6㎜。節(jié)點板的平面尺寸應適當考慮制作和裝配的誤差。鋼板節(jié)點的構造及設計65（5）當網(wǎng)架桿件和節(jié)點板間采用高強螺栓或角焊縫連接時，連接計算應根據(jù)連接桿件內(nèi)力確定，且宜減少節(jié)點類型。當角焊縫強度不足時，在施工質量確有保證的情況下，可采用槽焊與角焊縫相結合并以角焊縫為主的連接方案，槽焊強度應由實驗確定。（6）焊接鋼板節(jié)點上，為確保施焊方便，弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間以及弦桿端部與節(jié)點中心線之間的間隙a均不宜小于20mm。(7)十字型節(jié)點板的豎向焊縫為雙向的復雜受力狀態(tài)，為確保焊縫有足夠的承載力，宜采用V型或K型坡口的對接。（5）當網(wǎng)架桿件和節(jié)點板間采用高強螺栓或角焊縫連接時，連接計664.支座節(jié)點

平板壓力或拉力支座角位移受到很大的約束，只適用于較小跨度網(wǎng)架

4.支座節(jié)點平板壓力或拉力支座67單面弧形壓力支座

角位移未受約束，適用于中小跨度網(wǎng)架

單面弧形壓力支座68單面弧形拉力支座

適用于較大跨度網(wǎng)架。在承受拉力的錨栓附近應設加勁肋以增強節(jié)點剛度

單面弧形拉力支座69雙面弧形壓力支座

支座和底板間設有弧形塊，上下面都是柱面，支座既可轉動又可平移

雙面弧形壓力支座70球鉸壓力支座

只能轉動而不能平移，適用于多支點支承的大跨度網(wǎng)架

球鉸壓力支座71板式橡膠支座

通過橡膠墊的壓縮和剪切變形，支座既可轉動又可平移。如果在一個方向加限制，支座為單向可側移式，否則為兩向可側移式

板式橡膠支座72謝謝謝謝73第二章空間網(wǎng)架結構

2.1網(wǎng)架的形式由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連結而成的平板空間結構。具有空間受力、重量輕、剛度大、抗震性能好等優(yōu)點；網(wǎng)架結構廣泛用作體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等的屋蓋結構。具有工業(yè)化程度高、自重輕、穩(wěn)定性好、外形美觀的特點。缺點是匯交于節(jié)點上的桿件數(shù)量較多，制作安裝較平面結構復雜。第二章空間網(wǎng)架結構2.1網(wǎng)架的形式由多根桿件741.網(wǎng)架按弦桿層的形式按弦桿層數(shù)不同可分為雙層網(wǎng)架和三層網(wǎng)架1.網(wǎng)架按弦桿層的形式按弦桿層數(shù)不同可分為雙層網(wǎng)架和三層網(wǎng)752.雙層網(wǎng)架的常用形式

（1）平面桁架系網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交斜放、斜交斜放網(wǎng)架三向網(wǎng)架特點：由平面桁架相互交叉所組成，其上、下弦桿長度相等，桿件類型少，且上、下弦桿和腹桿在同一平面內(nèi)。一般應使斜腹桿受拉，豎桿受壓。斜腹桿與弦桿間的夾角宜在40°～60°之間。

2.雙層網(wǎng)架的常用形式（1）平面桁架系網(wǎng)架特點：由平面76兩向正交正放網(wǎng)架

由兩組分別與邊界平行的平面桁架互成90°交叉組成。同一方向的各平面桁架長度一致。

網(wǎng)架本身屬幾何可變體系。適用于建筑平面為正方形或接近正方形且跨度較小的情況。兩個方向的桿件內(nèi)力差別不大，受力較均勻。

兩向正交正放網(wǎng)架由兩組分別與邊界平行的平面桁架互成977兩向正交斜放網(wǎng)架

短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利。角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式。比正交正放網(wǎng)架空間剛度大，受力均勻，用鋼省。適用于建筑平面為矩形的情況。兩向正交斜放網(wǎng)架短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利。78三向網(wǎng)架

特點：幾何不變體系，網(wǎng)架空間剛度大，受力性能好，內(nèi)力分布也較均勻。桿件數(shù)量多，節(jié)點構造比較復雜。三向網(wǎng)架適用于大跨度且建筑平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形的情況。

三向網(wǎng)架特點：幾何不變體系，網(wǎng)架空間剛度大，受79（2）四角錐體系網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架棋盤形四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架星形四角錐網(wǎng)架（2）四角錐體系網(wǎng)架正放四角錐網(wǎng)架80正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架

桿件受力較均勻，空間剛度比其它類型的四角錐網(wǎng)架及兩向網(wǎng)架好。適用于建筑平面接近正方形的周邊支承及點支承情況。

周邊網(wǎng)格錐體不動外，跳格地抽掉一些四角錐單元中的腹桿和下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺寸擴大一倍。適用于中、小跨度或屋面荷載較輕的周邊支承、點支承以及周邊支承與點支承結合的網(wǎng)架。

正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架桿件受力較均勻，空間81棋盤形四角錐網(wǎng)架

正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放。上弦桿比下弦桿短，受力合理?？朔诵狈潘慕清F網(wǎng)架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

棋盤形四角錐網(wǎng)架82斜放四角錐網(wǎng)架上弦桿比下弦桿短，受力合理。桿件數(shù)量少，屋面板類型多，屋面組織排水較困難。適用于中、小跨度周邊支承，或周邊支承與點支承相結合的矩形平面情況。

斜放四角錐網(wǎng)架83星形四角錐網(wǎng)架

由兩個倒置的三角形小桁架相互正交單元組成。適用于中、小跨度周邊支承方形或接近方形平面的網(wǎng)架。

星形四角錐網(wǎng)架由兩個倒置的三角形小桁架相互正交單元組84（3）三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架抽空三角錐網(wǎng)架蜂窩形三角錐網(wǎng)架

（3）三角錐體系網(wǎng)架三角錐網(wǎng)架85三角錐網(wǎng)架

上、下弦平面均為三角形網(wǎng)格。桿件受力均勻，本身為幾何不變體，整體抗扭、抗彎剛度好。適用于大中跨度及重屋蓋建筑物，當建筑平面為三角形、六邊形和圓形時最為適宜。

三角錐網(wǎng)架86抽空三角錐網(wǎng)架

抽去部分三角錐單元的腹桿和下弦桿。下弦桿內(nèi)力較大，用鋼量省，但空間剛度較三角錐網(wǎng)架小。適用于中、小跨度的三角形、六邊形和圓形等平面的建筑。

抽空三角錐網(wǎng)架87蜂窩形三角錐網(wǎng)架

上弦為正三角形和正六邊形網(wǎng)格，下弦為正六邊形網(wǎng)格。本身幾何可變。其上弦桿短，下弦桿長，受力合理。適用于中、小跨度周邊支承的情況，可用于六邊形、圓形或矩形平面。

蜂窩形三角錐網(wǎng)架882.2網(wǎng)架選型

根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小，支承方式、荷載大小、屋面構造和材料、制作安裝方法等因素。

《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》JGJ7-91

大跨度為60m以上中跨度為30～60m小跨度為30m以下

2.2網(wǎng)架選型根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小，支承方891網(wǎng)架結構的支承及其選型支承方式:周邊支承點支承周邊支承與點支承相結合兩邊和三邊支承等。1網(wǎng)架結構的支承及其選型支承方式:90周邊支承點支承周邊支承點支承91點支承網(wǎng)架受力與鋼筋混凝土無梁樓蓋相似。

為減小跨中正彎矩及撓度，設計時應盡量帶有懸挑，多點支承網(wǎng)架的懸挑長度可取跨度的1／4～1／3。

周邊支承與點支承結合

點支承網(wǎng)架受力與鋼筋混凝土無梁樓蓋相似。周邊支承與點支承結92各種柱帽形式點支承網(wǎng)架與柱子相連宜設柱帽以減小沖剪作用。柱帽可設置于下弦平面之下(圖a)，也可設置于上弦平面之上(圖b)。當柱子直接支承上弦節(jié)點時，也可在網(wǎng)架內(nèi)設置傘形柱帽(圖c)，這種柱帽承載力較低，適用于中小跨度網(wǎng)架。

各種柱帽形式點支承網(wǎng)架與柱子相連宜設柱帽以減小沖剪作用。93空間網(wǎng)架結構課件942網(wǎng)架高度及網(wǎng)格尺寸

網(wǎng)架的高度與屋面荷載、跨度、平面形狀、支承條件、設備管道等因素有關。

2網(wǎng)架高度及網(wǎng)格尺寸網(wǎng)架的高度與屋面荷載、跨度、平953網(wǎng)架的撓度要求及屋面排水坡度容許撓度：用作屋蓋—L2/250，用作樓蓋—L2/300

排水坡度：3%～5%

起拱要求：L2/300

3網(wǎng)架的撓度要求及屋面排水坡度容許撓度：用作屋蓋—L2/962.3網(wǎng)架的計算要點

1.直接作用（荷載）和間接作用

對使用階段荷載作用下的內(nèi)力和位移進行計算，并應根據(jù)具體情況對地震作用、溫度變化、支座沉降等間接作用及施工安裝荷載引起的內(nèi)力和位移進行計算。（1）永久荷載：①網(wǎng)架自重；②屋面（或樓面）材料重力；③吊頂材料的重力；④設備管道的重力。雙層網(wǎng)架自重gok（kN/m2）

式中，gok——網(wǎng)架自重（kN/m2）；

L2——網(wǎng)架的短向跨度（m）；

qw——除網(wǎng)架自重外的屋面荷載或樓面荷載的標準值（kN/m2）；

ξ——系數(shù)。對桿件采用鋼管的網(wǎng)架取ξ=1.0；

采用型鋼的網(wǎng)架取ξ=1.2。2.3網(wǎng)架的計算要點1.直接作用（荷載）和間接作用式中97（2）可變荷載：活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載及吊車荷載

（3）抗震驗算：

豎向抗震驗算設防烈度為8度或9度的地區(qū)，周邊支承及多點支承和周邊支承相結合的網(wǎng)架

v

為豎向地震作用系數(shù)。

（2）可變荷載：活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載及吊車荷載98

懸挑長度較大的網(wǎng)架屋蓋結構以及用于樓層的網(wǎng)架結構，當設防烈度為8度或9度時，其豎向地震作用標準值可分別取該結構重力荷載代表值的10%或20%。設計基本地震加速度為0.3g時，可取該結構重力荷載代表值的15%。計算重力荷載代表值時，永久荷載取100%，雪荷載和屋面積灰荷載取50%，不計屋面活荷載。水平抗震驗算

在抗震設防烈度為8度的地區(qū)，對于周邊支承的中小跨度網(wǎng)架可不進行水平抗震驗算；在抗震設防烈度為9度的地區(qū)，對各種網(wǎng)架結構均應進行水平抗震驗算。懸挑長度較大的網(wǎng)架屋蓋結構以及用于樓層的網(wǎng)架結構99（4）溫度內(nèi)力：不計算的條件①支座節(jié)點的構造允許網(wǎng)架側移，且側移值不小于下式的計算值（例如板式橡膠支座）；②周邊支承的網(wǎng)架，當網(wǎng)架驗算方向跨度小于40m，且支承結構為獨立柱或磚壁柱；③在單位力作用下，柱頂位移大于或等于下式的計算值

需要計算時，采用空間桁架位移法，或近似計算方法。

（4）溫度內(nèi)力：不計算的條件100（5）荷載及荷載效應組合

對非抗震設計，《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009；對抗震設計，《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011

2.網(wǎng)架內(nèi)力分析方法

按彈性階段計算

（1）空間桁架位移法（空間桿系有限元法）（2）交叉梁系差分法是一種簡化計算方法（3）擬夾層板法是又一種簡化計算方法（4）假想彎矩法也屬簡化計算方法（5）荷載及荷載效應組合1012.4空間桿系有限元法

以網(wǎng)架的桿件為基本單元，以節(jié)點位移為基本未知量。先由桿件內(nèi)力與節(jié)點位移之間的關系建立單元剛度矩陣，然后根據(jù)各節(jié)點平衡及變形協(xié)調條件建立結構的節(jié)點荷載和節(jié)點位移間關系，形成結構總剛度矩陣和總剛度方程?？倓偠确匠淌且怨?jié)點位移為未知量的線性方程組。引入邊界條件后，求解出各節(jié)點位移值。最后由桿件單元內(nèi)力與節(jié)點位移間關系求出桿件內(nèi)力。

1.基本假定（1）網(wǎng)架的節(jié)點為空間鉸接節(jié)點，桿件只承受軸力；（2）結構材料為完全彈性，在荷載作用下網(wǎng)架變形很小，符合小變形理論。2.4空間桿系有限元法以網(wǎng)架的桿件為基本單元，以節(jié)點位1022.空間桿系有限元法要點（1）單元剛度矩陣

空間桿系有限單元：每個桿件共有6個自由度：對應6個桿端力：它們之間的關系是2.空間桿系有限元法要點103式中即單元剛度矩陣。和結構力學的矩陣位移法一致，只是相應于剪力的各項均為零。式中104（2）坐標轉換

桿單元在整體坐標系中的位置

（2）坐標轉換桿單元在整體坐標系中的位置105坐標轉換矩陣[T]為：

坐標轉換矩陣[T]為：106（3）結構總剛度矩陣及總剛度方程

（4）結構總剛矩陣中邊界條件的處理方法位移為零：劃行劃列法和乘大數(shù)法。彈性約束：將彈簧剛度K0疊加到總剛矩陣中對應的主對角元上。指定位移：主對角元和右端項乘以大數(shù)R

（3）結構總剛度矩陣及總剛度方程（4）結構總剛矩陣中邊界條107（5）網(wǎng)架的邊界條件及對稱性利用

當網(wǎng)架結構（包括支座）和外荷載有n個對稱面時，可利用對稱條件只分析網(wǎng)架的1/(2n)。對稱面內(nèi)各桿件的截面積應取原截面面積的一半，n個對稱面交線上的中心豎桿，其截面面積應取原截面面積的1/(2n)。在對稱荷載作用下，對稱面內(nèi)網(wǎng)架節(jié)點的反對稱位移為零；在反對稱荷載作用下，對稱面內(nèi)網(wǎng)架節(jié)點的對稱位移應取為零。

（5）網(wǎng)架的邊界條件及對稱性利用108（6）斜邊界處理根據(jù)邊界點的位移情況設置具有一定截面積的附加桿對斜邊界上的節(jié)點位移做坐標變換（7）桿件內(nèi)力展開為：（6）斜邊界處理（7）桿件內(nèi)力1093.空間桿系有限元法計算步驟（1）計算簡圖，對節(jié)點和桿件進行編號；（2）計算桿件單元長度及桿件與整體坐標軸夾角余弦；（3）初選各桿的截面積；（4）建立局部和整體坐標系下的單元剛度矩陣；（5）集合總剛矩陣；（6）建立荷載列陣；（7）引入邊界條件對總剛度方程進行處理；（8）求解總剛度方程，得出各節(jié)點位移值；（9）根據(jù)節(jié)點位移計算桿件內(nèi)力；（10）按桿件內(nèi)力調整桿件截面，并重新計算，迭代次數(shù)宜不超過4～5次。3.空間桿系有限元法計算步驟（1）計算簡圖，對節(jié)點和桿件進行1102.5網(wǎng)架桿件設計截面鋼管、熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼

計算長度（l為桿件幾何長度）

2.5網(wǎng)架桿件設計截面111容許長細比（1）受壓桿件：[]=180（2）受拉桿件：一般桿件[]=400，支座附近處桿件[]=300，直接承受動力荷載桿件[]=250。

容許長細比112網(wǎng)架節(jié)點型式主要有：（1）按節(jié)點在網(wǎng)架中的位置可分為：中間節(jié)點和支座節(jié)點。（2）按節(jié)點的連接方式可分為：焊接連接節(jié)點、高強螺栓連接節(jié)點、焊接和高強螺栓混合連接節(jié)點。（3）按節(jié)點的構造形式可分為：焊接空心球節(jié)點；螺栓球節(jié)點；焊接鋼板節(jié)點；焊接鋼管節(jié)點；桿件直接匯交節(jié)點。我國常用的是鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點。2.6節(jié)點設計網(wǎng)架節(jié)點型式主要有：2.6節(jié)點設計113

焊接空心球節(jié)點螺栓球節(jié)點焊接鋼板節(jié)點焊接鋼管節(jié)點桿件直接匯交節(jié)點

焊接空心球節(jié)點114網(wǎng)架的節(jié)點構造應滿足下列要求受力合理，傳力明確；保證桿件匯交于一點，不產(chǎn)生附加彎矩；構造簡單，制作安裝方便，耗鋼量??；避免難于檢查、清刷、涂漆和容易積留濕氣或灰塵的死角或凹槽，管形截面應在兩端封閉。網(wǎng)架的節(jié)點構造應滿足下列要求115焊接空心球節(jié)點是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q345鋼）經(jīng)熱壓或冷壓成兩個半球后對焊而成的。鋼球外徑一般為160㎜～500㎜。分加肋與不加肋兩種（圖），當焊接空心球的直徑大于300，且桿件內(nèi)力較大時，采用加肋球。肋板厚度不應小于球壁等厚。焊接空心球的優(yōu)點是傳力明確，構造簡單，造型美觀，連接方便，適應性強。1.焊接空心球節(jié)點焊接空心球節(jié)點是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q34116空間網(wǎng)架結構課件117空間網(wǎng)架結構課件118空間網(wǎng)架結構課件119空間網(wǎng)架結構課件120焊接空心球直徑：D＝（d1＋2a＋d2）/θ空心球節(jié)點桿件間縫隙

焊接空心球直徑：D＝（d1＋2a＋d2）/θ空心球節(jié)點桿件間121焊接空心球節(jié)點構造

焊接空心球節(jié)點構造122受壓空心球承載力設計值：

受拉空心球承載力設計值：

焊縫可按對接焊縫計算，質量應達到Ⅱ級要求：否則只能作為斜角角焊縫按下式計算：

受壓空心球承載力設計值：受拉空心球承載力設計值：焊縫可按123螺栓球節(jié)點由鋼球、高強螺栓、緊固螺栓、套筒、錐頭或封板等零件組成，適合于連接圓鋼管桿件。螺栓球節(jié)點的優(yōu)點是節(jié)點小，重量輕，節(jié)點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10％。可用于任何形式的網(wǎng)架，特別適合于四角錐、三角錐體系的網(wǎng)架。這種節(jié)點安裝極為方便，可拆卸，安裝質量宜達到保證。可以根據(jù)具體情況采用散裝、分條拼裝和整體拼裝等安裝方法。螺栓球節(jié)點的缺點是，球體加工復雜，零部