第三章 网架结构
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什么是网架结构?网架结构是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。
网架是一种面系结构,可以认为是板体挖去了部分材料,形成的大面积的空心的板结构。
网架结构与板结构的关系,相当于桁架结构对梁结构的关系。
网架结构的分类?网架结构按外形可分为平面桁架与壳型网架;网架结构按网架的弦杆的层数还可分为单层网架和双层(多层);网架结构按材料可分为钢结构网架、混凝土结构网架、木结构网架等;1、平面网架结构是指网架的上下面均为平面的网架,其又有以下几种:(1)第一类是由平面桁架系组成,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四种形式;(2)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五种形式;(3)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三种形式。
2、壳型网架结构按壳面形式分主要有柱面壳型网架、球面壳型网架、双曲抛物面壳型网架、组合异性网架。
3、网架还可分为单层网架和双层(多层)网架,单层网架仅用于壳型网架结构,由于壳型曲面形状能保持自身稳定,网架杆件能平面外自稳定,可实现单层杆件结构,单层网架的杆件和节点需承受一定的弯矩。
但平面网架结构不能采用单层网架形式;4、网架结构按所用材料分有钢网架、钢筋混凝土网架以及钢与钢筋混凝土组成的组合网架,其中以钢网架用得较多。
网架结构的应用?网架结构具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点;网架结构可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、厂房仓库等建筑的屋盖以及异性空间结构等。
网架结构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。
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。
中华人民共和国行业标准网架结构设计与施工规程(JGJ 7-91)第一章总则第1.0.1条为了在网架结构的设计与施工中,做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量、特制定本规程。
第1.0.2条本规程适用工业与民用建筑屋盖与楼层的平板型网架结构(简称网架结构),其中屋盖跨度不宜大于120m,楼层跨度不宜大于40m。
第1.0.3条本规程是遵照国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84、《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》GBJ83-85、《建筑结构荷载规范》GBJ9-87、《建筑抗震设计规范》GBJ11-89、《钢结构设计规范》GBJ17-88、《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GBJ18-87和《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205,结合网架结构的特点而编制的。
在设计与施工中,除符合本规程的要求外,尚应遵守《网架结构工程质量检验评定标准》JGJ78-91及其他有关规范的规定。
第1.0.4条对受高温及强烈腐蚀等作用、有防火要求的网架结构,或承受动力荷载的楼层网架结构,应符合现行有关专门规范或规程的要求。
直接承受中级或重级工作制的悬挂吊车荷载并需进行疲劳验算的网架结构,其疲劳强度及构造应经过专门的试验确定。
第1.0.5条网架的选型及构造应综合考虑材料供应和施工条件与制作安装方法,以取得良好的技术经济效果。
网架结构中的杆件和节点,宜减少规格类型,以便于制作安装。
第二章设计的一般规定第2.0.1条网架结构可选用下列常用形式(附录一):一、有平面桁架系组成的两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线型网架。
二、由四角锥体组成的正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘型四角锥网架、斜放四角锥网架、星型四角锥网架。
三、由三角锥体组成的三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝型三角锥网架。
第2.0.2条网架的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。
网架和网壳总称为空间网格结构。
这种空间网格结构是由多根杆件按照某种有规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构,它可以充分发挥三维空间的优越性,传力路径更见简捷特别适用于大跨度建筑。
由双层或多层平板形网格组成的结构称为网架结构(简称网架),由单层或双层曲面形网格结构称为网壳。
一、网架结构的组成1)第一类是由平面桁架系组成的网架结构两向正交正放网架:这是由两组平面桁架系组成的网架,桁架系在平面上的投影轴线互成90°交角,且与边界平行或垂直,所形成网格可以是矩形的,也可以是正方形的。
两向正交斜放网架:它可由梁向正交正放网架在水平面上旋转45°而得,其交角也是9 0°,但每片桁架不与建筑物轴线平行,而是成45°的交角,故成为两向正交斜放网架。
三向网架:比两向网架的刚度大,适合在大跨度结构中采用,其平面适用于三角形,梯形及正六边形,在圆形平面中也可采用。
2)第二类是由四角锥体组成的网架由四根上弦组成正方形锥底,锥顶位于正方形的形心下方,由正方形四角节点向锥顶连接四根腹杆即形成一个四角锥体,将各个四角锥体按一定规律连接起来,便成为四角锥体网架。
正放四角锥网架:四角锥底边分别与建筑物的轴线相平行,各个四角锥体的底边相互连接形成网架的上弦杆,连接各个四角锥体的锥顶形成下弦杆并与建筑物的轴线平行。
这种网架的上下弦杆长度相等,并相互错开半个节间。
斜放四角锥网架:这种网架是将各四角锥体的锥底角与角相连,上弦(即锥底边)与建筑物轴线成45°交角,连接锥顶而形成的下弦仍与建筑物轴线平行。
这种网架受压的上弦杆长度小于受拉的下弦杆,因而受力比较合理,每个节点交汇的杆件数量少,因此用钢量较少。
缺点:是屋面板种类较多,屋面排水坡的形成比较困难。
棋盘四角锥网架:将整个斜放四角锥网架水平转动45°角,使网架上弦与建筑物轴线平行,下弦与建筑物轴线成45°交角,即得棋盘四角锥网架。
网架结构设计与施工规定JGJ 7-80主编单位:中国建筑科学研究院批准单位:中华人民共和国国家建筑工程总局试行日期:1 9 8 1 年5 月1 日通知(80)建工施字第519号为了适应网架结构设计与施工的需要,由中国建筑科学研究院组织有关单位共同编写的《网架结构设计与施工规定》(JGJ7-80)已编审完毕,同意自一九八一年五月一日起试行。
试行中的经验和意见,希随时函告中国建筑科学研究院,以便修订时参考。
国家建筑工程总局一九八○年八月二十七日说明我国推广应用网架结构十多年来,在网架结构的选型,计算方法、设计构造、制作安装等方面都积累了较丰富的经验,并在某些方面具有我国自己的特色。
为此,在总结我国网架结构的设计、施工的实践和科研成果的基础上,编制了这本《网架结构设计与施工规定》,供设计与施工应用。
本规定由中国建筑科学研究院(结构所、标准所)、上海民用建筑设计院、一机部第七设计院、河北农业大学、天津大学、河北省建筑设计院、同济大学、江苏省建筑科学研究所、杭州市设计院、浙江大学、北京市机械施工公司、湖南机械化施工公司、华南工学院、北京工业大学等单位组成的编写组共同编写,并经专门审查会议审查定稿。
网架结构的设计与施工技术还在不断发展,有不少新的技术问题尚待今后进一步研究和解决。
本规定虽经多次讨论和修改,但仍需从实践中不断地补充修订与完善。
在试行中如发现需要修改和补充之处,请随时将意见及有关资料寄北京安定门外小黄庄中国建筑科学研究院建筑结构研究所。
中国建筑科学研究院一九八○年七月第一章总则第 1 条本规定适用于工业与民用建筑屋盖结构中跨度不大于120米的平板型钢网架结构(简称网架结构)。
第 2 条网架结构的设计与施工除应符合本规定的要求外,还应遵守《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ9--74)、《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)、《钢结构设计规范》(TJ17-74)、《薄壁型钢结构技术规范》(TJ18-75)和《钢结构工程施工及验收规范》(GBJ18-66)(修订本)以及其他有关规范的规定。