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建筑结构选型10_空间网架结构空间网架结构是一种由杆件和节点构成的均匀分布的网格系统，可在三维空间中形成稳定的结构。
它的优点包括承载能力大、自重轻、施工方便和空间利用率高，因此在建筑工程中被广泛应用。
本文将介绍空间网架结构的特点、分类及应用，并探讨其选型的相关考虑因素。
一、特点和分类1.特点（1）承载能力大：空间网架结构由大量的杆件和节点组成，形成均匀分布的网格系统，使得结构具有较大的承载能力，能够承受较大的荷载。
（2）自重轻：由于空间网架结构采用轻质的钢材或铝材构成，自重相对较轻，有助于减少结构的自重负荷。
（3）施工方便：空间网架结构可以预制加工，并在现场进行拼装，减少了现场施工的复杂性，提高了施工效率。
（4）空间利用率高：空间网架结构的各个杆件之间互相支撑，形成大空间的覆盖，可以让建筑物的内部空间得到更好的利用。
2.分类空间网架结构可以根据结构类型的不同进行分类。
常见的分类包括金字塔型、球型、圆筒型、球体型等。
这些分类主要根据结构形态和几何形状来划分。
二、应用领域空间网架结构可以在多个领域得到应用，包括：1.体育场馆：空间网架结构可用于搭建体育场馆的顶棚结构，能够覆盖大跨度的空间，为观众提供舒适的观赛环境。
2.展览馆：空间网架结构可以用于搭建展览馆的临时或永久性结构，提供宽敞的展示空间，给观众带来良好的观展体验。
3.会议中心：空间网架结构可用于搭建会议中心的大厅和会议室，提供开放式的空间，满足灵活多变的会议需求。
4.车站和机场：空间网架结构可以用于搭建车站和机场的候车厅和大厅，为旅客提供干净、宽敞的候车环境。
5.商业建筑：空间网架结构可用于搭建商业建筑的购物中心、办公楼等，提供更灵活的内部空间布局。
三、选型考虑因素在选择空间网架结构时，需要考虑以下因素：1.跨度要求：根据建筑物的功能和使用需求，确定空间网架结构的跨度要求。
跨度越大，所需的结构材料和工程成本会相应增加。
2.荷载要求：根据建筑物的使用要求，确定空间网架结构需要承受的荷载类型和大小。
网架结构集中荷载计算公式在工程结构设计中，网架结构是一种常见的结构形式，它由许多杆件和节点组成，能够承受各种荷载。
在实际工程中，经常会遇到需要计算网架结构承受集中荷载的情况。
为了有效地进行结构设计和分析，工程师需要掌握网架结构集中荷载的计算公式。
网架结构集中荷载的计算公式可以通过力学原理和结构分析方法得到。
在本文中，我们将介绍网架结构集中荷载的计算公式及其推导过程，以帮助工程师更好地理解和应用这些公式。
1. 简支梁集中荷载计算公式。
首先，我们来看一种常见的网架结构形式——简支梁。
简支梁是由两个支座支撑的梁结构，通常用于跨越较小跨度的结构。
当简支梁承受集中荷载时，可以使用以下公式进行计算：\[P = \frac{4M}{L}\]其中，P表示集中荷载的大小，M表示梁的弯矩，L表示梁的跨度。
这个公式是根据简支梁的力学性质和受力分析得到的，能够准确地计算出梁结构承受集中荷载的情况。
2. 悬臂梁集中荷载计算公式。
另一种常见的网架结构形式是悬臂梁。
悬臂梁是一种梁结构，其中一端固定，另一端悬挑在空中，通常用于支撑悬挑式结构。
当悬臂梁承受集中荷载时，可以使用以下公式进行计算：\[P = \frac{2M}{L}\]其中，P表示集中荷载的大小，M表示梁的弯矩，L表示梁的悬挑长度。
这个公式是根据悬臂梁的力学性质和受力分析得到的，能够准确地计算出梁结构承受集中荷载的情况。
3. 空间网架结构集中荷载计算公式。
除了简支梁和悬臂梁外，空间网架结构也是工程中常见的一种结构形式。
空间网架结构由许多杆件和节点组成，能够承受复杂的荷载。
当空间网架结构承受集中荷载时，可以使用以下公式进行计算：\[P = \frac{6M}{L}\]其中，P表示集中荷载的大小，M表示结构的弯矩，L表示结构的跨度。
这个公式是根据空间网架结构的力学性质和受力分析得到的，能够准确地计算出结构承受集中荷载的情况。
4. 计算公式的应用举例。
为了更好地理解这些计算公式的应用，我们举一个简单的例子。
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。
空间网格结构第六章网架结构空间网架（格）结构是由许多杆件根据建筑形体要求，按照一定的规律进行布置，通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构，它具有三向受力的性能，故也称三向网架。
其各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定的空间结构，在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，因而能够充分发挥材料强度，结构的技术经济指标较好。
空间网格结构的外形可以为平板状，也可以呈曲线状。
前者称为平板网架，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。
6.1 概述网架结构在最近30年来得到了很大的发展，在国内外得到了广泛的应用。
网架结构平面布置灵活，空间造型美，便于建筑造型处理和装饰、装修，能适应不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物。
特别是在大、中跨度的屋盖结构中网架结构更显示出其优越性，被大量应用于大型体育建筑、公共建筑、工业建筑中，同时在一些小型建筑的屋盖中应用也比较广泛，如门厅、加油站、收费站、大型雨篷。
近年来，随着电子计算机的广泛应用和计算技术的发展，使网架结构的设计效率大大提高。
网架结构的施工安装和质量检测技术也日益提高，出现了许多专业生产厂家和公司，实现了设计、制作、安装一体化。
为网架结构推广普及提高了物质上和技术上的保证。
网架（平板）结构具有以下优点：1．网架为三向受力空间结构，比平面结构自重轻、节省钢材。
2．网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高，能够有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动荷载的作用，对局部超载、施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力，并有良好的抗震整体性。
通过适当的连接构造，还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平总横向的刹车力作用。
网架（平板）结构具有以下优点：3．网架是一种无水平推力或拉力的空间结构，一般简支在制作上，这能使边梁大为简化，也便于下部承重结构的布置，构造简单，节省材料。
4．网架结构应用范围广泛，平面布置灵活，对于各种宽度的工业建筑、体育建筑、公共建筑，平面上不论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的布置。
空间网架结构所适宜的范围
网架结构是目前国内大型体育场馆、工业厂房、影剧院、侯车厅等建筑常用的屋盖形式。
这种新样式结构的方法是依赖钢体自身的受力，用螺栓球把一根根钢柱连接在一起相互交错支撑，网结成各种形态不一的屋盖空间。
从小至几米的会议室到大至跨度几百米的工业厂房，这些都是空间网架结构所适宜的范围。
网架结构具有以下优点：
1、空间工作，传力途径简捷，对大跨度，大柱网屋盖结构比较合适。
2、结构重量轻，经济指标好。
与同等跨度的平面钢屋架相比，当跨度＜30m时，可节省用钢量5~10%；当跨度＞30m时，可节省10~20%。
3、空间刚度大，结构自重小，抗震性能好。
4、施工安装简便。
网架杆件和节点类型少，尺寸不大。
运输、储存、装卸、拼装都比较方便。
5、网架的平面布置灵活，屋盖系统平整，有利于吊顶，管道和设备安装。
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。
两向正交正放网架：由两组分别与边界平行的平面桁架互成90°交叉组成。
同一方向的各平面桁架长度一致。
网架本身属几何不变体系。
适用于建筑平面为正方形或接近正方形且跨度较小的情况。
两个方向的杆件内力差别不大，受力较均匀。
两向正交正放网*两向正交斜放网架：短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。
角部产生拔力，常取无角部形式。
比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省。
适用于建筑平面为矩形的情况。
*三向网架特点：几何不变体系，网架空间刚度大，受力性能好，内力分布也较均匀。
杆件数量多，节点构造比较复杂。
三向网架适用于大跨度且建筑平面为三角形、六边形、多边形和圆形的情况。
两向正交正放网架两向正交斜放网架b．四角锥体系网架四角锥体系网架包括：正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架和星形四角锥网架。
正放四角锥网架：杆件受力较均匀，空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架好。
适用于建筑平面接近正方形的周边支承及点支承情况。
正放抽空四角锥网架除周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍。
适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架。
棋盘形四角锥网架：正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。
上弦杆比下弦杆短，受力合理。
克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点。
适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。
棋盘形四角锥网架斜放四角锥网架斜放四角锥网架：上弦杆比下弦杆短，受力合理。
杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。
适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面情况。
星形四角锥网架星形四角锥网架三角锥网架c. 三角锥体系网架包括：三角锥网架、抽空三角锥网架和蜂窝形三角锥网架。
三角锥网架：上、下弦平面均为三角形网格。
杆件受力均匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。
适用于大中跨度及重屋盖建筑物，当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜。
抽空三角锥网架：抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。
下弦杆内力较大，用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小。
适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面的建筑。
蜂窝形三角锥网架：上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网格。
本身几何可变。
其上弦杆短，下弦杆长，受力合理。
适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面。
蜂窝形三角锥网架2、网架选型根据建筑平面形状和跨度大小，支承方式、荷载大小、屋面构造和材料、制作安装方法等因素进行选型。
按照《网架结构设计与施工规程》JGJ 7-91，网架划分为：大跨度网架（为60m跨以上）、中跨度网架(30～60m跨)和小跨度网架(30m跨以下)。
（1）网架结构的支承及其选型A．支承方式：分为周边支承、点支承、周边支承与点支承相结合和两边和三边支承等。
点支承周边支承周边支承与点支承结合点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。
为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1／4～1／3 。
各种柱帽形式点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。
柱帽可设置于下弦平面之下(图a)，也可设置于上弦平面之上(图b)。
当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽(图c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。
B．网架选型网架结构选型的基本原则：对于大跨度结构：优选三向交叉网架和三角锥网架；对于平面交叉桁架体系而言，平面形状为方形或接近方形宜采用正交正放形式；平面形状为矩形时，宜采用正交斜放形式；不推荐采用斜交斜放形式；对四角锥体系网架而言，正放受力均匀，刚度最好；正放抽空节约钢材，便于采光、通风；斜放和星形有利于充分发挥材料的强度；当平面形状为三边形、六边形或圆形时，三角锥体系网架是首选。
其中，三角锥网架刚度最大；抽空三角锥次之，但用料节省、构造简单；蜂窝形刚度最差，选用时应与周边支承相结合。
平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。
对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。
平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。
当边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架。
平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。
对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。
平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。
对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。
支承方式选择：周边支承适用于大、中跨网架；点支承布置灵活，适用于大柱距的厂房、仓库；混合支承适用于飞机库或装配车间。
E.网架节点网架节点型式主要有：①按节点在网架中的位置可分为：中间节点和支座节点；②按节点的连接方式可分为：焊接连接节点、高强螺栓连接节点、焊接和高强螺栓混合连接节点；③按节点的构造形式可分为：焊接空心球节点；螺栓球节点；焊接钢板节点；焊接钢管节点；杆件直接汇交节点。
我国常用的是钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点。
焊接空心球节点有：①螺栓球节点；②焊接钢板节点；③焊接钢管节点；④杆件直接汇交节点。
网架的节点构造应满足下列要求：①受力合理，传力明确；②保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；③构造简单，制作安装方便，耗钢量小；④避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。
* 焊接空心球节点焊接空心球节点是用两块圆钢板（钢号Q235钢或Q345钢）经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。
钢球外径一般为160㎜～500㎜。
分加肋与不加肋两种（图），当焊接空心球的直径大于300，且杆件内力较大时，采用加肋球。
肋板厚度不应小于球壁等厚。
焊接空心球的优点是传力明确，构造简单，造型美观，连接方便，适应性强。
* 螺栓球节点螺栓球节点由钢球、高强螺栓、紧固螺栓、套筒、锥头或封板等零件组成，适合于连接圆钢管杆件。
螺栓球节点的优点是节点小，重量轻，节点用钢量约占网架用钢量的10％。
可用于任何形式的网架，特别适合于四角锥、三角锥体系的网架。
这种节点安装极为方便，可拆卸，安装质量宜达到保证。
可以根据具体情况采用散装、分条拼装和整体拼装等安装方法。
螺栓球节点的缺点是，球体加工复杂，零部件多，加工精度高；价格贵；所需钢号不一，工序复杂。
焊接钢板节点* 钢板节点的构造及设计钢板节点的节点板及盖板所采用的钢材应与网架杆件一致。
钢板节点的构造及设计要点如下：①杆件重心线在节点处宜交与一点，否则应考虑其偏心影响②杆件与节点连接焊缝的分布，应使焊缝截面的重心与杆件重心重合，否则应考虑其偏心影响；③便于制作和拼装。
网架弦杆应与盖板和节点板共同连接，当网架跨度较小时，弦杆也可只与节点板连接；④节点板厚度的选择与平面桁架的方法相同，应根据网架最大杆件内力确定。
节点板厚度应比连接杆件的厚度大2㎜，且不得小于6㎜。
节点板的平面尺寸应适当考虑制作和装配的误差。
⑤当网架杆件和节点板间采用高强螺栓或角焊缝连接时，连接计算应根据连接杆件内力确定，且宜减少节点类型。
当角焊缝强度不足时，在施工质量确有保证的情况下，可采用槽焊与角焊缝相结合并以角焊缝为主的连接方案，槽焊强度应由实验确定。
⑥焊接钢板节点上，为确保施焊方便，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间以及弦杆端部与节点中心线之间的间隙a均不宜小于20mm。
⑦十字型节点板的竖向焊缝为双向的复杂受力状态，为确保焊缝有足够的承载力，宜采用V型或K型坡口的对接。
*平板压力或拉力支座单面弧形压力支座角位移受到很大的约束，只适用于较小跨度网架角位移未受约束，适用于中小跨度网架。
单面弧形拉力支座双面弧形压力支座前者适用于较大跨度网架。
在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。
后者支座和底板间设有弧形块，上下面都是柱面，支座既可转动又可平移。
前者只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。
后者通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。
如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。
