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网架结构概述一、网架与网壳（1）网架是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板形或微曲形空间杆系结构，主要承受整体弯曲内力。
（2）网壳是按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的曲面状空间杆系结构或梁系结构，主要承受整体薄膜内力。
二、常见网架的网格形式（1）交叉桁架体系主要有图10-1～图10-4四种网格形式。
（2）四角锥体系主要有图10-5～图10-8四种网格形式。
图10-1 两向正交正放网架图10-2 两向正交斜放网架图10-3 两向斜交斜放网架图10-4 三向网架图10-5 正放四角锥网架图10-6 正放抽空四角锥网架图10-7 斜放四角锥网架图10-8 棋盘形四角锥网架三、常见网壳的网格形式（1）单层圆柱面网壳网格主要有图10-9～图10-12四种网格形式。
（2）单层球面网壳主要有图10-13～图10-16四种网格形式。
图10-9 单向斜杆正交正放网格图10-10 交叉斜杆正交正放网格图10-11 联方网格图10-12 三向网格图10-13 肋环形网格图10-14 肋环斜杆形网格图10-15 三向网格图10-16 扇形三向网格四、杆件与节点1.杆件网架的杆件可采用普通型钢或薄壁型钢。
管材宜采用高频焊管或无缝钢管。
2.节点网架的节点可分为螺栓球节点、焊接空心球节点和支座节点等。
目前，大多数的网架采用螺栓球节点和焊接空心球节点。
（1）螺栓球节点。
螺栓球节点是通过螺栓将管形截面杆件与钢球连接起来的节点，一般由高强度螺栓、钢球等零件组成，如图10-17所示。
图10-17 螺栓球节点1—钢球；2—高强度螺栓；3—套筒；4—紧固螺栓；5—锥头；6—封板（2）焊接空心球节点。
焊接空心球是由两个压制的半球焊接而成的。
其可分为加肋空心球和不加肋空心球两种。
这种节点形式构造简单、受力明确，但是节点的用钢量较大，是螺栓球节点的两倍，现场焊接工作量大，而且仰焊、立焊占很大比重。
（3）支座节点。
网架结构通过支座支撑于柱顶或梁上。
网架典型结构形式1、交叉桁架体系：如两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架（图1）。
2、四角椎体系：如正放四角椎网架（图2）、正放抽空四角椎网架、斜放四角椎网架、星形四角椎网架、棋盘形四角椎网架等。
3、三角椎体系：如三角椎网架（图3）、抽空三角椎网架、蜂窝形三角椎网架等。
4、曲面网架体系：如球壳（图4）、筒壳、扭壳、锥体等。
5、其它体系：如六角锥网架、蛛网式网架、折板型网架、组合网架、斜拉网架（图5）等。
网架支承方式1、周边支承网架（图6）：该形式传力直接，受力均匀，是采用最普通的一种支承形式。
2、点支承网架（图7）：可置于4个或多个支点上，采用上弦、下弦或柱帽支承（图8）。
3、周边与中间点支承相结合的网架（图9）：该形式特别适用于大面积的工业厂房或其它类似建筑。
4、三边支承一边开口（图10）或两边开口的网架（图11）：一般应对非支承边（即自由边）作特殊处理，如在自由边附近境加网架层次，加设托梁或托架，增加网架高度等方法。
按结构形式可分为：1、普通网架与网壳结构2、斜拉网架与网壳结构斜拉网架与网壳结构通常由塔柱、拉索、网架与网壳结构组合而成，是大中跨度建筑一种形式新颖、协同工作的杂交空间结构体系，它具有增加结构支点、减小结构挠度、降低杆件内力、发挥高强拉索优势等特点，也是一种内部空间宽广、造型新奇、颇有景点特色的大跨度建筑。
3、预应力网架与网壳结构把现代预应力技术引用到网架与网壳结构中去，可起到提高整个结构的刚度、减小结构挠度、改善内力分布、压低应力峰值的作用，从而可降低材料耗量，具有明显的技术经济效果。
因此，预应力网架与网壳结构是一种新型的有广阔发展前景的空间结构。
4、组台网壳、网架结构当在单层钢网壳结构上敷设的预制带肋混凝土面板在连接灌缝形成整体后不仅起围护作用，而且起承重作用，从而形成由钢网壳与钢筋混凝土带助壳两种不同材料与不同结构形式组合而成的新型空间结构——组合网壳。
大跨网架结构分类及计算怎么看？一、结构形式大跨结构按照几何形状、组合方式、结构材料及受力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。
平面结构体系：梁式结构〔平面桁架、空间桁架〕，平面刚架和拱式结构。
空间结构体系：平板网架结构，网壳结构，大局部悬索结构，斜拉结构，张拉结构等。
二、网架的形式网架按照弦杆的层数可分为双层网架和三层网架。
三层钢架增加网架高度，减少弦杆内力、减小网架尺寸和腹杆长度，当网架跨度较大时三层网架用钢量减少，但杆件和节点的增加，比拟复杂。
1、网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结合可变性。
得满足以下条件：w=3j-m-r≦02、双层网架的常用形式：2.1、平面桁架系网架：上下弦杆完全对应并与腹杆位于同一竖向平面内，竖向受压，斜杆受拉。
〔两向正交正放网架、两向正交斜放网架、三向网架〕2.2、四角锥体系网架：由假设干倒置的四角锥按照一定规律组成。
〔正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘型四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架〕2.3、三角锥体系网架：根本单元是锥底为正三角形的倒置三角锥。
〔三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝型三角锥网架〕3、网架的选型：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支撑情况和造价等因素综合分析确定。
按照?网架结构设计与施工规程?〔JGJ7-91〕的划分：大跨度为60m以上；中跨度为30-60m；小跨度30m以下。
3.1网架结构的支承：网架的支承方式有周边支承、点支承、周边支承与点支承结合，两边和三边支承等3.2网架高度及网格尺寸：网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。
3.3网架的扰度要求及屋面排水坡度：允许扰度不得超过以下数值，用作屋盖-L2/250；用作楼面-L2/300.L2为网架的短向跨度。
屋面排水一般为3%-5%。
三、网架的计算特点网架的结构设计满足行业标准?网架结构设计与施工规程?〔JGJ7-91〕的要求。
网架结构形式
有11种形式的网架结构在我国得到不同程度的应用，下面从构成和特点两方面对这11种形式的网架加以介绍。
一、交叉桁架体系网架
第一大类是由两组或三组平面桁架组成的网架结构，称之为交叉桁架体系网架（如图）。
这是一种最简单的，也是最早得到采用的网架结构形式之一。
它是在交叉梁的基础上发展而来和演变而来。
这类网架的上、下弦杆等长。
腹杆一般可设计为“拉杆体系”，即长杆（斜杆）受拉，短杆（竖杆）受压，斜杆与弦杆夹角宜在40度到60度之间。
其中，竖杆为各组平面桁架所共用。
这类网架常用的有2种形式。
其中交叉桁架体系又分为：两向网架和三向网架。
二、三角锥体系网架
第二大类适合于正方形、矩形、三角形、梯形、六边形、八边形和圆形等平面形状的建筑。
其中分为：三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架。
三、四角锥体系网架
第三大类是由四角椎体组成的网架结构，有五种形式，分别是：正方四角锥网架、正方抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架和星型形四角锥网架。
四、六角锥体系网架
第四大类是由六角锥体（七面体）组成的网架结构，称为六角锥体系网架。
它的基本单位元为6根弦杆，6根弦杆构成的六角锥体（可
倒置或正置）。
这类网架的一种主要形式即为六角锥网架。
空间网架结构1、网架的特点和形式网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的。
常应用在屋盖结构。
通常将平板型的空间网格结构称为网架,将曲面型的空间网格结构简称为网壳。
网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层,而网壳有单层和双层两种。
平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式.（1）网架特点①网架结构是高次超静定空间结构。
空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。
②网架结构的自重轻，用钢量省;③既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋；④同时也适用于各种平面形式的建筑,如:矩形、圆形、扇形及多边形。
⑤网架结构取材方便，一般采用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式有钢管和角钢两类，以钢管采用较多，并可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）。
⑥网架结构其杆件规格统一,适宜工厂化生产，为提高工程进度提供了有利的条件和保证。
由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的平板空间结构.具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。
具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。
（2）网架的形式①网架按弦杆层的形式：按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。
(a) (b)图3—1 双层及三层网架②双层网架的形式a.平面桁架系网架：包括两向正交正放网架、两向正交斜放、斜交斜放网架和三向网架。
特点：由平面桁架相互交叉所组成,其上、下弦杆长度相等，杆件类型少,且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。
一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。
斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～60°之间。
常见网架结构型式与建模技巧
建筑结构通常分平面结构和空间结构两大类。
应用最广泛的空间结构是空间网格结构，根据组成形状分为网架结构和网壳结构。
当网格结构为平板型时即为网架结构，当网格结构为曲面形状并具有网壳的结构特性时即为网壳结构。
网架结构，首先按网格单元分为平面桁架系网架，四角锥体系网架、三角锥体系网架。
其次，按网架的支承情况分为周边支承网架、点支承网架、周边支承与点支承相结合的网架，三边支承或两边支承网架。
实际工程中，我们常用的是四角锥和三角锥体系网架。
网壳结构有很多种分类方法和种类，仅介绍常用类型，首先按结构型式分球面网壳、柱面网壳、双面抛物面网壳、折板型网壳、应力表皮网壳。
其次，按支承条件分无水平推力网壳、有水平推力网壳。
按层数分单层网壳、双层网壳等，详见附表。
开始设计网架工程时，应综合比较选择一个优化的结构类型，然后开始建模。
建模是将工程模型转化为数字模型的一个过程。
首先，根据建筑造型选择网格组成单元，划分网格尺寸。
然后根据跨度、支承方式、荷载大小等，确定网架厚度。
完成几何形状后，再根据支承柱的刚度给支座赋值。
最后调整荷载、进行结构分析和设计。
这样，反复比较几个网架方案，最终确定一个优化设计方案作为设计方案。
网架建模关键步骤如下：
第一、网格单元：目前常用的组成单元中四角锥体应用最普遍。
因为，四角锥网架造型整齐、美观、刚度大。
当网架几何尺寸为正方
形或接近正方形时，多采用斜放类锥体网架。
当几何尺寸为多边形即六边形或八边形时，可采用三角锥网架，它形成的结构单元和网架整体很有规律，传力途径简洁，受力合理。
当网架几何尺寸为圆形、弧形，可采用三角锥体，也可采用四角锥体系。
第二、网格尺寸和厚度：首先根据网架跨度和荷载大小确定网格数和网格尺寸。
通过周边支承平板网架工程计算结果，总结如下最优网格数与跨高比的经验公式：
注：L2为短向跨度，单位为m。
以上公式仅为参考数据，实际工程设中应上下浮动10％进行试算比较，确定一个较佳的网格数作为工程数据。
其次，网格尺寸还和屋面材料有关，当屋面为压型钢板时，网格一般不应大于3m。
否则，一般压型钢板都要增加副檩条。
当屋面夹芯板时，可以大于3m。
当屋面为采光板时，应根据玻璃、阳光板规格确定，一般不大于2m。
第三、支座假定：支座约束可分为自由、弹性、固定和强迫位移等四种。
弹性支承是网架结构中普遍存在的约束条件。
如果能计算出网架下部支承结构在某自由度方向的刚度，这样可以近似地计算出网
架与下部结构之间的共同作用，与实际相吻合。
网架规程中已经给出独立柱的刚度计算公式：K C＝3E C I C/L C3。
通过该公式计算的刚度输入网架程序即可计算。
但输出的支座反力和位移与实际用该反力计算的柱顶点侧向挠度有一定的出入。
因此，实际工程中，要将该计算刚度值放大或缩小一个数量等级各试算几次，取不利的结果作为设计数据。
第四、荷载输入：恒载、活载均布荷载输入程序即可自动生成节点荷载。
风载应按荷载规范详细计算，每一个风向均应输入计算。
地震力：6度、7度地区可以不进行结构计算，但网架对下部结构肯定会产生地震力，因此，在给主体结构设计单位提出资料时，应特殊加以说明。
8度地区仅计算竖向力，9度地区既计算竖向力，又计算水平力。
对于连模、悬挑跨网架应考虑活载最不利组合。
对于多支点支承网架还应计算温度应力。
第五、分析设计后还应该对结果进行分析。
首先分析网架挠度，应满足1/250，再分析最大位移节点，支座节点位移，也应满足侧移要求。
其次，分析比较输出的荷载组合是否与现行规范相吻合，否则应重新输入荷载情况，重新调整荷载，多次反复计算取最不利工况设计。
最后，分析球、杆件、螺栓的大小和种类等，是否符合现有生产加工水平的要求。
以上仅是从理论上概述设计建模的几个主要问题，只有在实际工作中不断摸索，反复研究网架程序的特点，才能将网架工程设计做得更好。
下面结合工程实例简单介绍一下网架设计中的几个技巧。
1、一九九七年设计的佳丽广场顶部钢结构工程，包含钢结构平台、网架避雷针针等，属超高层建筑，风载是主要控制荷载。
建模时，先用三角锥单元做好一个面，再通过镜像合并而成，经比较，三角锥单元刚度较好，与整体造型也相对应。
2、一九九八年设计的喷泉大厦宝顶网架工程，采用正放四角锥单元，通过弯折、镜像，合并而成，为了增加整体刚度，中间增加了一个平台，外侧为隐形玻璃幕墙。
3、一九九九年设计的武汉市第十一中学食堂工程，造型为椭圆型网壳，中部和两端分别用圆拱形网架弯折而成。
为了消除支座推力，利用了橡胶垫支座。
4、一九九九年设计的远东绿世纪多功能厅网架工程，采用四角锥网架单元，端部用圆拱形网架弯折而成，中部圆柱形网架与之拼接，为了减少支座推力，圆柱开口部分增加了封端。
5、二OO一年设计的襄樊银行营业楼顶部钢结构工程，底部为钢架，顶部为半球形网架，用四角锥网架弯折而成，外侧为铝板。
这样加工、安装都很方便，板材利用率也很高，胶缝比较整齐美观，可以满足建筑造型。
6、二OO一年设计的江汉大学网架工程，由几段圆拱形网架连接而成，屋面为压型钢板，局部为阳光板采光带。
7、二OOO年设计的汉口体育中心体育场网架工程，A区为悬挑网架，由圆拱形网架弯折成圆弧形状。
B区为椭圆形网壳，该部分采用四角锥网架单元，在AUTCAD环境下形成曲面，然后转化为DXF再
导入到SFCAD进行编辑、整理加载等。
屋面为压型钢板。
8、二OO一年设计的三环集团黄石智能生产基地单品厂房网架工程，跨度43.2m，长86.4m，两块对称网架。
结构找坡，下弦起拱，屋面支托第二次找坡，这种方法处理大跨度网架比较合理。
以上介绍仅是本人工作中的一点体会，仅起到抛砖引玉的作用。
论述中可能有不完善的地方，希望各位多提宝贵意见。
江苏天地钢结构工程集团有限公司
武汉分公司
李伟
二OO二年二月二日。
