钢结构设计-05平板网架结构设计

平面网架构造及施工图识读一、平面网架基本知识平面网架是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连接而成的平板式空间结构，具有空间受力、质量轻、刚度大、抗震性能好等优点，可用作采光顶、体育馆、展览厅、候车厅、飞机库等大跨度屋盖。

平面网架按组成形式可分为三类：第一类是由平面桁架组成的，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架。

平面网架按节点形式的不同则可分为十字板节点、焊接空心球节点及螺栓球节点三种形式。

十字板节点适用于型钢杆件的网架结构；焊接空心球节点及螺栓球节点适用于钢管杆件的网架结构。

二、平面网架平面网架钢结构施工图主要包括钢结构设计说明、网架预埋件布置图、网架平面布置图、网架杆件截面图、节点详图等图纸，有时还包括屋面檩条布置图和马道布置图。

1.钢结构设计说明在钢结构设计说明（图7-42）中主要包括工程概况、设计依据、设计荷载、结构设计、材料的选用、制作与安装、防腐防火处理要求及其他需要说明的事项等内容。

（1）工程概况：主要包括建筑功能、平面尺寸、跨度、主体结构体系、周边支撑情况等基本资料，由此可以大体了解建筑的整体情况。

（2）设计依据：主要包括甲方的设计任务书，现行国家、行业和地方规范与规程及标准图集等，施工时也必须以此为依据。

（3）设计荷载：主要包括恒载、活载、风荷载、雪荷载及抗震设防烈度等有关参数。

在施工和后期使用过程中结构上的荷载均不得超过所给出的荷载值。

（4）结构设计：结构设计中主要包括结构使用年限、安全等级和结构计算原则、结构布置以及主要节点构造，由此可以了解结构的整体情况。

（5）材料的选用：主要包括钢材、螺栓、焊条、钢球、钢管等有关材料的强度等级及其应符合的有关标准等。

在材料采购时必须以这些作为依据和标准进行。

浅谈平板网架结构浅谈平板网架结构科技信息O建筑与工程O2007年第34期浅谈平板网架结构罗f宁夏轻工业设计研究院晖宁夏银川750001)【摘要J简要介绍了网架结构中较常用的平板网架的形式及特点,网架平面尺寸及高度的确定以及网架的屋面构造.【关键词】网架结构;平板网架结构网架结构是由一系列杆件沿着几个方向有规律的组合而成的高次超静定的网状空间杆系结构,它是大跨度结构的重要形式之一,网架结构按照其外形可以分为曲面的网壳和平面的平板网架两大类,本文仅介绍平板网架结构.1.平板网架结构的形式及特点目前常用的平板网架主要有平面桁架系平板网架和空间桁系平板网架两大类.1.1平面桁架系平板网架平面桁架系平板网架是由两向交叉或三向交叉的平面桁架组成的平板网架.它的主要特点是组成平板网架的各平面桁架均为平行弦桁架,其上下弦杆和腹杆均在同一竖直平面内,斜腹杆通常设计成拉杆,竖杆设计成压杆,斜腹杆与弦杆问夹角以40.一6o.为宜,节点构造类似于平面面桁架1.2空间桁架系平板网架,所谓空间桁架系平板网架实际上是由一系列三角锥,四角锥或六角锥体组合而成的平板网架,它是真正的空间结构,比平面桁架平板网架刚度大,受力性能好.空间桁架系平板网架可分为四角锥体系平板网架和三角锥体系平板网架(1)四角锥体系平板网架,由一系列四角锥按一定规律组合而成的平板网架称为四角锥体系平板网架,它的主要特点是上下弦杆均为正方形网架,除星形四角锥之外.下弦平面正方形网格的四个节点分别对应于上弦平面正方形网格的重心.即下弦网格的节点与对应的上弦网格错开半个网格,下弦网格节点与对应的四个弦网格节点分别由四根斜腹杆相连.(2)三角锥体系平板网架,由一系列三角锥组合而成的平板网架称为三角锥体系平板网架.在三角锥网架中.其上,下弦杆在自身平面内均组成正三角形.且下弦平面内所有正三角形的节点正好对着上弦平面的正三角形重心,下弦平面的正三角形的每个节点都由三根杆件与和该节点相邻的上弦平面正三角形的三个节点分别相连. 将三角锥网架按一定规律抽去一些锥体的腹杆和下弦杆而形成的上弦网格仍为三角形.下弦网格为三角形和六角形的网格即为抽空三角锥网架.以三角锥为为基础,组合而成的上弦网格为三角形和六角形.下弦网格为六角形的网架称为蜂窝形三角锥网架.2.网架几何尺寸的确定网架的几何尺寸是指网架上弦的网格尺寸和网架高度. 2.1网格尺寸的确定网格尺寸的大小会直接影响到网架的经济性.因为网格大,节点数就会减少,便于施工,网格dx~tl相反,当屋里采用钢筋混凝土重屋面时网架尺寸不能大.否则会因屋面板重量增大而使用网架节点荷载增大,近而导致网架耗钢量及屋面板吊装难度的增大,当采用压型锥板, 预制铝合金等轻型屋面或有檩方案时,网格尺寸应尽量大些,节点数则少些,从而使杆件断面能更有效地发挥作用,减少用钢量,总之,网格尺寸要根据跨度大小,柱网尺寸,屋面材料及构造要求和建筑功能等因素综上所述合考虑,它在很大程度上取决于屋面板的规格和种类,通常为(1/20—1/6)L2(L2为网架短向跨度).2.2网架高度的确定为了保证网架的高度,必须使所设计的网架具有适当的高度.网架高度通常为网架短向跨度的1/20-1/10.它由下列因素决定: (1)屋面荷载,屋面荷载大时,网架的挠度将增大,为保证网架的挠度不超过20o,必须使用网架有一定的高度.(2)支承条件和平面形状.平面形状为圆形,方形或接近正方形时,网架高度可小些,平面形状狭长者,由于其挠度比相同跨度(指短跨)的正方形网架大,故网架高度应取大些,用边支承时,网架高度应小些,点支承时应小些.(3)起拱,有起拱时,网架下挠减小,网架高度可小些.(4)节点构造,当小跨度网架采用螺栓节点时,网架高度可大些, 以使弦杆内力小些,尽量接近腹杆内力,从而统一杆件和零件. 3.网架结构的屋面构造网架结构屋盖的屋面分有檩方案和无檩方案两种.有檩方案采用角钢,槽钢,工形钢等轻型钢檩条搁置于网架节点的支托上.其上铺设彩钢板,这属于轻屋面.无檩方案通常采用钢丝网水泥屋面板,预应力混凝土屋面板或钢筋混凝土膜形扁壳等重型屋面.至少三点焊牢于网架节点的支托上,抹完找平屋后做一毡二油隔气层,上铺保温材料做防水层.为解决屋面排水问题.需在屋面上设计1%一-4%的坡度.对于中, 小跨度网架,由于其跨度不大不需起拱网架.故只需在网架节点处设小立柱以便屋面找坡,对于大跨度网架或屋面荷载很大时,网架须起拱,不为找坡而设计的起拱一般应为L]300(L2为网架短向跨度);为找坡而设计的起拱,可起拱3%左右,此时网架内力变化可忽略不计, 但施工比较麻烦.4.结语国内外的工程实践及网架结构的科研发展表明:平板网架结构的主要发展方向是网架生产的定型化,单元化,商吕化;尽可能地采用钢管球节点(焊接空心球或螺栓球);网架上面采用压型钢板,铝合金预制板等轻型屋面.加强网架上弦杆与其上支撑的屋面板之间的相互作用;继续探索钢材的塑性变形,塑性稳定等问题,充分发挥网架节点的材料承载能力,推广网架结构的优化设计.l(上接第109页)五,结论1.非岩溶地区岩质地基中分布破碎带,软弱夹层等不良地质的可能性是存在的.在工程建设中进行施工勘察对保证基础工程质量和安全意义十分重大,尤其是对复杂地质条件或有特殊使用要求的建筑物更为重要.2.勘察单位在进行详勘时,就应严格控制野外施工质量,不要以为在非岩溶地区只要钻进到稳定基岩就可以马虎了,必须严格按规范控制施工.不要把在详勘阶段就能发现的问题,留到施工勘察去做. 3.现场验槽,验桩是发现局部不良地质条件的主要途径,勘察单位必须高度重视.严格把关,发挥主导作用.因为地基验槽是以勘察为主的,要唱主角,不要人云亦云,以防漏失问题,留下隐患. l36 [责任编辑:张艳芳]4.施工勘察是工程建设的一个过程,也体现了现行地基基础规范的精神,业主,勘察,设计,监理及施工单位要加强沟通,互相配合,以保证建设工程质量.【参考文献】[1]浙江省华厦工程勘察院:《金华市金发豪园岩土工程勘察报告》.2004.8.《金华市金发豪园2#楼施工勘察报告)2005.11.[2]周立峰.浙赣铁路电气化改造工程临浦特大桥250号墩地质情况说明2005.2.f3]周立峰,陈玉萍.天然地基验槽方法及局部加固措施.浙江能源20o4.1. [责任编辑:志隽]。

例题平面网架的分析设计2 例题. 平面网架的分析设计概要此例题将介绍利用midas Gen做平面网架的分析设计过程，以及查看结果的方法。

此例题的步骤如下:1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.建立网架的一个锥体4.形成平面网架5.生成柱6.定义边界条件7.加荷载8.输入反应谱分析数据9.将荷载转换为质量10.运行分析11.荷载组合12.查看振型形状及各振型所对应的周期13.查看反力、位移及内力14.一般设计参数15.钢构件截面验算16.查看钢构件设计结果简图17.查询及材料统计例题 平面网架的分析设计31.简介本例题介绍使用midas Gen 进行平面网架结构的分析和设计的方法。

基本数据如下：上弦：P140×4.5 下弦: P102×3.5 腹杆：P50×2.5 柱： HW200×204×12/12 钢材： Q235 柱高： 5m设防烈度：8º（0.20g ） 场地：Ⅱ类图 1 平面图 图 2 立面图例题平面网架的分析设计4图3 标准视图2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名“平板网架”并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN例题 平面网架的分析设计5图4 定义单位体系4．主菜单选择 特性>材料>材料特性值添加：定义Q235钢材材料号：1 名称：Q235 设计类型：钢材 规范：GB03(S) 数据库：Q235 材料类型：各向同性 点击确认按钮注：也可以通过程序右下角随时更改单位图5 定义材料注：也可以通过程序左侧树形菜单“模型>材料和截面特性>材料”来定义材料。

同样，其他操作也可通过左侧树形菜单实现。

例题平面网架的分析设计6 5．主菜单选择特性>截面>截面特性值添加：定义上弦、下弦和腹杆、柱截面尺寸上弦：P140×4.5下弦: P102×3.5腹杆：P50×2.5柱： HW200×204×12/12图6定义截面注：快捷键可通过主菜单“工具>用户自定义>自定义>键盘”实现。

midasGen-平板网架的分析设计1例题平面网架的分析设计2 例题. 平面网架的分析设计概要此例题将介绍利用midas Gen做平面网架的分析设计过程，以及查看结果的方法。

此例题的步骤如下:1.简介2.设定操作环境及定义材料和截面3.建立网架的一个锥体4.形成平面网架5.生成柱6.定义边界条件7.加荷载8.输入反应谱分析数据9.将荷载转换为质量10.运行分析11.荷载组合12.查看振型形状及各振型所对应的周期13.查看反力、位移及内力14.一般设计参数15.钢构件截面验算16.查看钢构件设计结果简图17.查询及材料统计例题平面网架的分析设计31.简介本例题介绍使用midas Gen 进行平面网架结构的分析和设计的方法。

基本数据如下：上弦：P140×4.5 ? 下弦: P102×3.5 ? 腹杆：P50×2.5 ? 柱：HW200×204×12/12 ? 钢材： Q235 ? 柱高： 5m设防烈度：8o（0.20g ）场地：Ⅱ类图 1 平面图图 2 立面图例题平面网架的分析设计4图3 标准视图2.设定操作环境及定义材料和截面在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面1.主菜单选择文件>新项目2.主菜单选择文件>保存:输入文件名“平板网架”并保存3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN例题平面网架的分析设计5图4 定义单位体系4．主菜单选择特性>材料>材料特性值添加：定义Q235钢材材料号：1 名称：Q235 设计类型：钢材规范：GB03(S) 数据库：Q235 材料类型：各向同性点击确认按钮注：也可以通过程序右下角随时更改单位图5 定义材料注：也可以通过程序左侧树形菜单“模型>材料和截面特性>材料”来定义材料。

同样，其他操作也可通过左侧树形菜单实现。

例题平面网架的分析设计65．主菜单选择特性>截面>截面特性值添加：定义上弦、下弦和腹杆、柱截面尺寸上弦：P140×4.5下弦: P102×3.5腹杆：P50×2.5柱：HW200×204×12/12图6定义截面注：快捷键可通过主菜单“工具>用户自定义>自定义>键盘”实现。

网架结构的制作
网架结构的制作包括节点制作和杆件制作，均在工厂进行。

一、焊接钢板节点的制作
制作时，首先根据图纸要求在硬纸板或镀锌薄钢板上足尺放样，制成样板，样板上应标出杆件、螺孔等中心线，节点钢板即可按此样板下料，宜采用剪板机或砂轮切割下料。

节点钢板按图纸要求角度先施焊定位，然后以角尺或样板为标准，用锤轻击逐渐矫正，最后进行全面焊接。

焊接时应采取措施，减少焊接变形和焊接应力，如选用适当的焊接顺序，采用小电流和分层焊接等。

为使焊缝左右均匀，宜采用如图10-20所示的船形位置施焊。

图10-20 焊接钢板节点的制作
（a）焊接顺序；（b）不正确；（c）正确
二、焊接空心球节点的制作
三、螺栓球节点的制作
制作时，首先将坯料加热后模锻成球坯，然后正火处理，最后进行精加工。

加工前，应先加工一个高精度的分度夹具。

球在车床上加工时，应先加工平面螺孔，再用分度夹具加工斜孔。

四、杆件的制作
钢管应用机床下料，角钢宜用剪床、砂轮切割机或气割下料。

下料长度应考虑焊接收缩量，焊接收缩量与许多因素有关，如焊缝厚度、焊接时电流强度、气温、焊接方法等。

可根据经验结合网架结构的具体情况确定，缺乏经验时应通过试验确定。

螺栓球节点网架的杆件还包括封板、锥头、套筒和高强度螺栓。

封板经钢板下料、锥头经钢材下料、胎模锻造毛坯后进行正火处理和机械加工，再与钢管焊接，焊接时应将高强度螺栓放在钢管内；套筒制作需经钢材下料、胎模锻造毛坯、正火处理、机械加工和防腐处理；高强度螺栓由螺栓制造厂供应。

网架的所有部件都必须进行加工质量和几何尺寸检查，并按要求进行检验。

平板网架结构的加固分析与设计【摘要】以网架结构的加固改造为工程背景，对平板网架结构的2种计算方法进行了比较，对网架结构杆件的加固方法及加固设计、施工过程中存在的问题进行了探讨．最后得出了一些结论供工程设计与研究参考．关键词：平板网架；加固设计；杆件加固引言：网架是一种承重结构，属于多次超静定空间结构体系，它改变了一般平面架结构的受力状态，能够承受来自各方面的荷载。

本文就一个平板网架结构的加固的实例，来分析该设计。

平板网架结构工程概况某火车站进站大厅上方，结构形式为7 m×7 m 网格的双向正交斜放平板网架，双向跨度为42 m×42 m，网架高度为3 m，周边柱点支承，网架位于支座上方．由于网架上弦杆节间有集中荷载，增设了再分式腹杆．网架屋面排水坡度的形式是采用整个网架起拱，三坡排水，中心部分初始起拱高度为0.63 m．网架杆件材料均采用A2 号钢、双等肢角钢T 型截面，少数竖杆采用4 根等肢角钢十字型截面；节点构造采用焊接钢板节点，由十字节点板和盖板组成．该网架原设计是按《钢结构设计规范》的要求采用梁系差分法进行设计的，1977 年设计施工并投入使用，2001 年11 月进行可靠性检测鉴定．检测结果表明，跨中挠度小于规定的允许挠度，但与支座相连的部分原设计为零应力的杆件发生了平面外变形，杆件内部产生了压应力，杆件长细比不满足稳定性要求．本文对用于分析双向正交斜放平板网架的交叉梁系差分法和空间桁架位移法进行了比较，指出了交叉梁系差分法存在的问题．以现行规程[2]和计算分析结果为依据，网架杆件的截面根据承载力和稳定性的计算和验算确定．该网架2001 年12 月进行加固改造，此时部分荷载已卸除，包括吊顶荷载，马道荷载和吊灯荷载．本文加固改造是基于上述条件下进行的．网架结构的计算方法网架是一种高次超静定空间杆系结构，要完全精确地分析它的内力和变形是相当复杂和困难的．常需采用一些假定，忽略某些次要因素的影响，使计算工作得以简化．网架杆件之间的连接可假定为铰接，且忽略节点刚度的影响，不计次应力对杆件内力所引起的的变化．模型试验和工程实践都已表明：对空间网架结构构件的铰接假定是完全许可的，所带来的误差可忽略不计，现已为国内外分析计算平板形网架结构普遍采用．由于一般网架均属于平板形的，受荷后网架在板平面内的水平变位都小于网架的挠度，而挠度远小于网架的高度，是属于小挠度范畴内的．也就是说，不必考虑因大变位、大挠度所引起的结构几何非线性性质．此外，网架结构的材料都按处于弹性受力状态而未进入弹塑性状态和塑性状态计算，亦即不考虑材料的非线性性质(当研究网架的极限承载能力时要考虑此因素)．因此，对网架结构的一般静动力计算，其基本假定可归纳为：节点为铰接，杆件只承受轴向力；(b)按小挠度理论计算；©按弹性方法分析．网架的计算模型大致划分为 3 种：铰接杆系计算模型；梁系计算模型；平板计算模型．铰接杆系计算模型是离散型的计算模型，比较符合网架本身离散构造的特点，这种计算模型把网架看成为铰接杆件的集合，未引入其它任何假定，具有较高的计算精度．后 2 种是连续化的计算模型，在分析计算中，必然要增加从离散折算成连续，再从连续回代到离散这样 2 个过程，而这种折算和回代过程通常会影响结构计算的精度．为了求出网架的内力和变位，网架结构的分析方法大致可分为：(a)有限元法，包括铰接杆元法、梁元法等；(b)力法；©差分法；(d)微分方程近似解法．3.种方法计算结果的比较本文采用了交叉梁系差分法和空间桁架位移法对该网架结构进行了计算分析．交叉梁系差分法可用于由平面桁架系组成的网架计算．我国在没有大量专用程序电算网架之前，工程设计中遇到这类网架的计算，几乎都普遍采用这种简化为梁系差分的分析法．其基本假定如下：将网架中的每榀平面桁架简化为等刚度的梁，梁的高度与网架高度相等；2 交叉梁在相交处的竖向位移相等；网架全部荷载集中在各交叉点处；不考虑梁的剪切变形的影响，并认为梁的抗扭刚度为0；假定网架节点均为铰接，所有杆件只承受轴向力，梁的弯矩由网架的上、下弦杆承担，其剪力由腹杆承担．用差分方程近似地代替微分方程及其边界条件，把微分方程的求解改变为线性方程组的求解，以简化解题工作．该方法一般不计剪切变形和刚度变化，可以直接查用计算图表．空间桁架位移法是一种铰接杆系结构的有限元分析法，以网架节点的3 个线位移为未知数，采用适合于电子计算机运算的矩阵表达式来分析网架结构，该方法的使用范围不受网架类型、平面形状、支承条件和刚度变化的影响，而其计算精度也是现在所有计算方法中最高的，并常以此法作为各种简化计算方法计算精度比较的基础．双向正交斜放网架的 2 个方向桁架的跨度长短不一，节间数有多有少，靠近角部的短桁架刚度较大，对与其垂直的长桁架起支承作用，减少长桁架跨中弦杆受力，使长桁架在其端部产生负弯矩，使跨中弯矩减少，对网架受力有利．网架 4 角隅处的支座产生拔力，应按拉力支座进行设计．但网架支座设在上弦节点和下弦节点有所区别，尤其对与支座相连的下弦杆的受力影响较大．采用交叉梁系差分法进行应力分析的结果表明，与支座相连的下弦杆件为零应力杆；在双向正交斜放网架设计中，这些杆件的截面面积往往很小，长细比较大．而采用空间桁架位移法分析时，这些杆件一部分受压，另一部分受拉，应分别按压杆和拉杆进行设计．因而，本文认为，交叉梁系差分法不适于分析双向正交斜放网架的受力性能．对采用 2 种方法计算分析的与支座相连下弦杆的应力结果比较如图1 所示，图中的应力系数为没有考虑稳度系数的应力值。