大跨度作业

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浅谈大跨度空间网架设计
摘要:本文根据网架结构的力学和材料特点,以及参考国内外已建成网架结构,提出网架结构在设计中需要注意的问题,为将来网架结构的设计施工提供参考。

网架结构是以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状高次超静定空间杆系结构。

杆件多以钢制的管材或型钢为主。

网架结构因具有空间刚度好、用材经济、工厂预制、现场安装、施工方便等优点而得到广泛的应用。

网架结构的选型
网架结构是一个空间铰接杆系结构,在任意外力作用下都不允许发生几何可变。

因此,进行网架结构选型时,要考虑结构的几何可变性。

三角锥和四角锥是网架结构中最常用的几何不变单元。

目前,国内外大部分网架结构都采用了基本的三角锥单元和四角锥单元,形成了三角锥网架体系和四角锥网架体系两种主要的网架结构形式。

2 网架结构的材料选择
2.1 材料选择
空间网架结构大多数采用钢材,主要是Q235B 钢或Q345 钢,一般网架结构采用Q235B 级钢即可。

大跨度网架结构中主要采用Q345 钢。

焊接球、封板、锥头同样可采用Q235B 级钢或Q345钢,其钢号宜与杆件统一。

高强度螺栓采用40Cr 钢较好,螺栓球宜采用45 号钢。

2.2 材料强度取值
钢管在出厂时难免存在结构缺陷,所以在设计时常将钢材设计强度乘以折减系数0.9,不锈钢材料设计强度取值在此基础上再乘以折减系数0.9。

如果网架中同时存在不锈钢,有两种计算方法可供选择: 第一,将不锈钢杆件附近的Q235B 钢或Q345 钢杆件截面按不锈钢杆件材料设计。

第二,网架中不锈钢部分均采用Q235B 钢或Q345 钢外包不锈钢形式,材料强度依然按Q235B 钢或Q345 钢取值。

3网架结构的支承
网架结构搁置在柱、梁、桁架等下部结构上,根据搁置的方式,分为周边支承、点支承、周边支承与点支承结合、三边和两边支承等情况。

3.1周边支承传力直接,受力均匀,是最常用的支承方式。

3.2点支承的网架与无梁楼盖受力相似,都具有一定长度的悬挑网格。

计算表明,对单跨多点支承网架,其悬挑网格的长度宜取中间跨度的1/3。

对多点支承的连续跨网架,其悬挑网格的长度宜取中间跨的1/4。

点支承主要适用于体育馆、展览厅等大跨度公共建筑。

3.3周边支承与点支承相结合的网架是在周边支承的基础上,在建筑物内部增设中间支承,这样可以有效地减少网架杆件的内力峰值和挠度。

这种支承的网架适用于大柱网工业厂房、仓库和展览馆等。

3.4在矩形建筑平面中,由于工艺和建筑功能的要求,在网架的一边或两边不允许设柱子时,则需将网架设计成三边支承一边自由或两边支承两边自由的形式。

自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利,应对自由边进行适当的处理,以改善网架的受力状态。

这种支承在飞机库、影剧院和工业厂房等建筑中使用。

4 杆件设计
4.1 杆件截面设计
网架结构的杆件截面形式有圆形钢、方形钢、轧制型钢、冷弯薄壁型钢等。

其中圆形钢截面光滑,端部密封之后具有较好的防腐性,它各方向惯性矩相同,回转半径大,对受压受扭均有利,其受力性能比其他形式截面要好,在网架结构设计中被广泛采用。

4.2 杆件长细比控制
在网架支座附近的杆件,其受力较复杂,拉压性质有可能发生变化,因此建议其长细比限值都取[λ]= 180,这样可以有效保证其刚度的连续性。