第6章平板网架结构

空间网格结构空间网格结构之定义由多根杆件根据建筑体型的要求，按照一定规律进行布置，通过节点连接起来的三维空间杆系结构。空间网格结构之特点与平面桁架、刚架不同之处在于连接构造是空间的，具有各向受力的性能，各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定结构。主要承受节点荷载，各杆件主要承受轴力，能够充分发挥材料强度和空间传力的优越性，结构的技术经济指标较好。适宜于覆盖大跨度建筑。绝大部分网格结构采用钢管或型钢材料制作而成。空间网格结构空间网格结构之分类双层（或三层）平板网格结构网架结构或网架单层或双层的曲面网格结构网壳总称网格结构。第6章平板网架结构6.1概述6.2平板网架的结构体系及形式6.3网架结构的支承方式6.4网架结构的受力特点及其选型6.5网架结构主要几何尺寸的确定6.6网架结构的构造6.7组合网架结构（略）6.8网架实例6.1概述网架结构在最近30年来得到了很大的发展，在国内外度得到了广泛的应用。网架结构平面布置灵活，空间造型美观，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，不同功能需求的建筑物。特别在大中跨度的屋盖结构中，网架结构更显示出其优越性，大量应用于体育建筑（体育馆、训练馆、体育场看台罩棚等）、公共建筑（展览馆、影剧院、车站、码头、候机楼等）、工业建筑（仓库、厂房、飞机库等）以及一些景观造型设施等。近年来，随着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日益进步。为网架结构的发展提供了物质和技术上的保证。1概述1.空间受力，较平面结构自重轻，节省钢材(相比桁架节省可达30%)。2.整体刚度大，稳定性好，安全储备高，能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、施工时的提升差异和地基不均匀沉降有较强的适应能力，并具有良好的抗震整体性。3.网格尺寸小，上弦便于设置轻屋顶，下弦便于设置悬挂吊车。4.平板网架无水平推力或拉力，一般简支在支座上，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。1平板网架结构的优点1概述5.应用范围广，对建筑的适应性强。对于各种跨度的公共建筑、工业建筑、体育建筑，平面无论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的结构布置。它既适用于周边支承，也适用于三边支承一边开口，或两边支承两边开口、或四点及不规则多点支承的情况。用于大柱网的工业厂房，可灵活布置工艺流程。6.占用空间小，并可利用上、下弦之间的空间布置各种设备及管道，从而降低层高，降低造价，获得良好的经济效果。1平板网架结构的优点1概述1平板网架结构的优点7.建筑造型美观、大方、轻巧，形式新颖。8.采光方便，可设置点式采光、块式采光或井式采光，采光的方式可设置升起的平天窗或侧天窗，采光材料一般用玻璃钢制品或玻璃制品。9.网架结构的屋盖通风方便，既可采用侧窗通风，也可在屋面上开洞设轴流风机。10.便于定型化、工业化、工厂化、商品化生产，便于集装箱运输，零件尺寸小，重量轻，便于存放、装卸、运输和安装，现场安装不需要大型起重设备。2平板网架的分类按结构组成双层网架上下两层弦杆，是最常用的网架结构形式。三层网架上中下三层弦杆，强度和刚度都比双层网架提高很大。跨度l＞50m，酌情考虑；当跨度l＞80m时，应优先考虑。组合网架根据不同材料各自的物理力学性质，使用不同的材料组成网架的基本单元，继而形成网架结构。一般是利用钢筋混凝土板良好的受压性能替代上弦杆。刚度大，适宜于建造活动荷载较大的大跨度楼层结构2平板网架的分类按照跨度分类跨度L≤30m的网架称之为小跨度网架；跨度30mL≤60m时为中跨度网架；跨度L60m为大跨度网架。随着网架跨度的不断增大，出现了特大跨度和超大跨度的说法。L90m或120m时称为特大跨度；L150m或180m时为超大跨度。6.2平板网架的结构体系及形式按照杆件的布置规律及网格的格构原理交叉桁架体系交叉桁架体系由两向或三向交叉的平面桁架组成角锥体系角锥体系则分别由四角锥、三角锥、六角锥组成。两者相比，角锥体系因其良好的受力性能而得到更广泛的应用。6.2.1交叉桁架体系定义交叉桁架体系网架结构是由许多上、下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状结构。网架的结点构造与平面桁架类似。整个网架可由两向或三向的平面桁架交叉而成。两向相交的桁架的夹角可为任意角度，一般90°；三向相交的桁架的夹角一般为60°。分类两向正交正放网架（井字形网架）两向正交斜放网架两向斜交斜放网架三向交叉网架两向正交正放网架定义两向正交由两个相互交叉成90°方向的桁架组成。正放两个方向的桁架分别平行于建筑平面边线。网架结构平面布置图例两向正交正放网架两向正交正放网架特点构造比较简单。一般适用于正方形或接近正方形的矩形建筑平面。其受力与混凝土楼盖体系中的井字梁体系类似。两个方向的桁架跨度相等或接近，才能共同受力发挥空间作用。两向正交正放网架结构布置对于中等跨度（50m）左右的正方形建筑平面，采用两向正交正放网架较为有利。实际工程中，这种型式的网架用得较少。当网架周边支承时，不如两向正交斜放网架刚度大，用钢量也较多。四点支承时，比正交斜放的网架有利，但此时其周边一般均向外悬挑，以减小桁架的跨中内力和挠度，悬挑长度以1/4柱距为宜。四点支承的两向正交正放网架，从平面图形看是几何可变的，为了保证网架的几何不变性和有效传递水平力，必须适当设置水平支撑。两向正交斜放网架定义两向正交由两个方向相互交叉成90°的桁架组成，斜放两个方向的桁架与其相应的建筑平面边线的交角为45°。两向正交斜放网架特点不仅适用于正方形建筑平面，而且也适用于任意尺寸的矩形建筑平面。使用范围较广泛。桁架长度不等，从受力角度看，短桁架对长桁架其支承作用，从而降低长桁架的内力。在周边支承的情况下，与正交正放网架相比，不仅空间刚度较大，而且用钢量也较省。特别在大跨度时，其优越性更为明显。两向正交斜放网架结构布置两向正交斜放网架用于较长的矩形建筑平而时，布置方法如图所示。L1结构布置其平面桁架长度为其相应的直角边的倍，桁架最大的长度为建筑短边长度l1的倍。即：桁架长度与平面长边的长度无关。22两向正交斜放网架结构布置屋面起坡脊线的构造处理较为复杂。当需四坡起拱时，长桁架通往角柱是有利的。两向斜交斜放网架定义两向斜交由两个方向的桁架斜向相交组成，斜放桁架弦杆与其相应的建筑平面边线成斜角。两向斜交斜放网架特点这类网架在网格布置、构造、计算分析和制作安装上都比较复杂，而且受力性能也比较差，除了特殊情况外，一般不宜使用。三向交叉网架定义由三个方向的桁架互相交叉夹角60°而成的，上下弦网格均为三角形。三向交叉网架特点空间刚度比两向网架好，杆件内力比较均匀。但结点汇交的杆件较多，结点构造比较复杂。适用于大跨度建筑，特别是平面为三角形、六边形和圆形时最为合适。三向交叉网架结构布置6.2.2角锥体系定义由三角锥、四角锥或六角锥的锥体单元组成的空间网架结构。特点锥体网架因为不是桁架交叉组成，故网架的上下层网格之间没有竖向腹杆。上下网格之间的腹杆也就是锥体的棱角斜杆。四角锥体系网架下弦杆腹杆上弦杆(1)四角锥体系一般四角锥体网架的上下弦平面均为方形网格，上、下弦错开半格，用斜腹杆连接上、下弦的网格交点，形成一个个相连的四角锥体。四角锥体网架上弦不另设置再分杆。网格尺寸受限制，不宜太大。适用于中、小跨度。常用的四角锥体网架有两种正放四角锥网架斜放四角锥体网架正放四角锥网架定义正放指锥的底边与相应的建筑平面周边平行。正放四角锥网架组成正放四角锥网架可以由倒四角锥（锥尖向下）单元组成。锥的底边相连成为网架的上弦杆，锥尖的连杆成为下弦杆，上、下弦杆平面错开半个网格，锥体的棱角杆件为腹杆正放四角锥网架组成正放四角锥网架也可以由正四角锥单元组成。锥的底边相连成为网架的下弦杆，锥尖的连杆为上弦杆，上、下弦杆平面也错开半个网格。正放抽空四角锥网架定义在正放四角锥网架的基础上，除周边网格不动外，适当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。正放抽空四角锥网架特点杆件数目较少，降低了用钢量，下弦内力较正放四角锥约放大一倍，内力均匀性、刚度有所下降，仍能满足工程要求。适用于屋面荷载较轻的中、小跨度网架。斜放四角锥体网架定义斜放四角锥单元的底边与建筑物周边夹角为45°。斜放四角锥体网架特点比正放三角锥体网架受力更为合理。因为四角锥体斜放以后，上弦杆短对受压有利，下弦杆虽长但为受拉杆件，这样可以充分发挥材料的强度。斜放四角锥体网架特点形式新颖，经济指标好，结点汇集的杆件数目少，构造简单，因此近年来用的较多。适用于中小跨度和矩形平面的建筑。斜放四角锥体网架特点其支承方式可以是周边支承与点支承结合，当为点支承时，要注意在周边布置封闭的边桁架以保证网架的稳定性。棋盘形四角锥体网架定义在斜放四角锥网架的基础上，将整个网架水平旋转45º角，并加设平行于边界的周边下弦。平面图形类似于国际象棋的棋盘。棋盘形四角锥体网架特点上下弦杆错开45度角，且具有短压杆、长拉杆的特点，受力合理；由于周边满锥，它的空间作用得到保证，受力均匀。棋盘形四角锥体网架特点棋盘形四角锥网架的杆件较少；屋面板规格单一，用钢指标良好。适用于小跨度周边支承的建筑。星形四角锥体网架定义网架的单元体形似星体，星体单元由两个倒置的三角形小桁架相互交叉而成。两个小桁架底边构成网架上弦，它们与边界成45º角。在两个小桁架交汇处设有竖杆，各单元顶点相连即为下弦杆。星形四角锥体网架特点上弦为正交斜放，下弦为正交正放，斜腹杆与上弦杆在同一竖直平面内；具有短压杆、长拉杆的特点，受力合理；但在角部的上弦杆可能受拉。该处支座可能出现拉力；星形四角锥体网架特点网架的受力情况接近交叉梁系，刚度稍差于正放四角锥。适用于中、小跨度周边支承的网架。(2)三角锥体系定义网架的基本单元是一倒置的三角锥体。组成锥底的正三角形的三边为网架的上弦杆，其棱为网架的腹杆。特点网架受力均匀，刚度较好，大跨度建筑中广泛采用的一种型式。适用于矩形、三角形、梯形、六边形和圆形等建筑平面。分类随着三角锥单元体布置的不同，上下弦网格可为正三角形或六边形，从而构成不同的三角锥网架三角锥网架定义三角锥网架上下弦平面均为三角形网格，下弦三角形网格的顶点对着上弦三角形网格的形心。（1）三角锥网架三角锥网架特点受力均匀，整体抗扭、抗弯刚度好；节点构造复杂，上下弦节点交汇杆件数均为9根。适用于建筑平面为三角形、六边形和圆形的情况。抽空三角锥网架定义在三角锥网架的基础上，抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦而形成。下弦由三角形和六边形网格组成时，称为抽空三角锥网架Ⅰ型；下弦全为六边形网格时，为抽空三角锥网架Ⅱ型。抽空三角锥网架特点杆件数量减少，用钢量省，但空间刚度也较三角锥网架小。上弦网格较密，便于铺设屋面板，下弦网格较疏，以节省钢材。适用于荷载较小、跨度较小的三角形、六边形和圆形平面的建筑。蜂窝形三角锥网架定义由一系列的三角锥组成。上弦平面为正三角形和正六边形网格，下弦平面为正六边形网格，腹杆与下弦杆在同一垂直平面内。蜂窝形三角锥网架特点上弦杆短、下弦杆长，受力合理，每个节点只汇交6根杆件。是常用网架中杆件数和节点数最少的一种。上弦平面的六边形网格增加了屋面板布置与屋面找坡的困难。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。(3)六角锥体网架定义由六角锥单元组成。当锥尖向下时，上弦为正六方形网格，下弦为正三角形网格；当锥尖向上时，上弦为正三角形网格，下弦为正六角形网格。(3)六角锥体网架特