大跨结构 网架结构.ppt

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1、第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,二、网架结构形式,三、网架结构形式选择,四、网架结构内力分析,五、网架结构抗震分析,六、网架结构杆件设计,七、网架结构节点设计,八、网架结构制作与安装,九、网架结构的发展,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,1、结构特点,多杆件从两个或几个方向有规律地组成的高次超静定结构，属空间结构体系；二力杆结构，空间刚度大，整体性好，具有良好的抗震性能；,用小规格、短杆件构成大跨度结构，节点连接简便（24种），建筑造型灵活多样，分析计算成熟，制造和安装定型化、标准化。,结构内力分布不均匀，边缘杆件“强度过剩”；节点用钢量大。,第三章 网架结构,一、网架结

2、构的特点与应用,2、发展过程,国外开始于20世纪初，40年代开发出MERO体系，标志着网架结构商品化的开始。我国网架结构的研究与应用开始于60年代，但发展很快，后来居上。标志性事件有：1964年上海师范学院球类房（31.540.5m，角钢，板节点）；1966年天津科学宫，第一座焊接球节点网架，14.8x23.3m;1981年建工总局网架结构设计与施工规定（JGJ7-80）；1991年建设部网架结构设计与施工规程（JGJ7-91），网架结构工程质量检验评定标准（JGJ78-91）；,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,2、发展过程,材料：碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金结构、组合结构；节

3、点：焊接球、螺栓球、板节点；杆件：角钢、钢管、工字钢；结构类型：十二种结构体系；应用领域：大型公共建筑，工业厂房，塔架廊栈、装饰、改扩建。,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,首都体育馆（1967）：矩形平面，122996m，平行弦桁架，用钢量65kg/m2；,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,上海体育馆（1973）：圆形平面，1106m，平行弦桁架，用钢量47kg/m2；,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,天津无缝钢管厂（1992）：6万m2（108564m），柱网3618m，用钢量32kg/m2；一汽大众轿车厂（1991

4、）：8万m2(189.4421.6m)，柱网2112m，用钢量31kg/m2；,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,首都机场四机位机库(1996)：（153+153）90m，四角锥网架,厦门机场太古机库(1999)：15570m,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,首都机场四机位机库（153+153）90m,第三章 网架结构,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,首都机场空客A380机库（在建):（176+176）110m,第三章 网架结构,一、网架结构的特点与应用,3、工程应用,第三章 网架结构,二、网架结构形式,结构组成:双层

5、网架(上弦杆、下弦杆、腹杆)三层网架(上弦杆、中弦杆、下弦杆、腹杆)，减小杆件长度，降低内力，增加高度，大跨(L80)组合网架(钢筋混凝土板代替上弦杆),1、分类,第三章 网架结构,二、网架结构形式,1、分类,支承方式 多跨，单跨 四点支承，多点支承 周边支承，混合支承,支承条件不同，会改变网架内力分布状态，总体看平板网架具有平板的受力状态。,第三章 网架结构,二、网架结构形式,1、分类,网格形式,空间桁架体系：由角锥体系形成的空间桁架组成，杆件较小，用钢经济，刚度也较大，可抽去部分杆件，杆件更少。,平面桁架体系：由平行弦桁架组成，杆件较多，刚度较大，适用于各种跨度；,第三章 网架结构,二、网

6、架结构形式,2、交叉桁架体系,平行弦桁架相互交叉组成；较长的斜腹杆受拉，较短的竖杆受压，上下弦杆等长；斜腹杆与弦杆间的夹角宜取40-60；桁架的节间长度即为网格尺寸。,结构组成,第三章 网架结构,二、网架结构形式,2、交叉桁架体系,两组平面桁架互相垂直，与边界平行，上下弦杆网格尺寸相同，桁架长度相同，几何可变，应设支撑，正方形平面内力分布均匀。,两向正交正放网架,第三章 网架结构,二、网架结构形式,2、交叉桁架体系,桁架垂直相交，弦杆与边界成45，各榀桁架长度不同，刚度大，对角桁架支座受拉,两向正交斜放网架,桁架斜向相交，构造复杂，受力性能不好,两向斜交斜放网架,第三章 网架结构,二、网架结构

7、形式,2、交叉桁架体系,三组桁架60相交，受力均匀，节点交汇杆多（13根），构造复杂，大跨度，圆形，三角形或多边形平面,三向网架,第三章 网架结构,二、网架结构形式,2、交叉桁架体系,单向折线形网架,由平面桁架互相倾斜交成V形面构成，呈单向受力状态，较单纯的平面刚架刚度大，不需支撑体系,第三章 网架结构,二、网架结构形式,3、四角锥体系,上下弦为正方形网格，相互错开半格，下弦网格节点对准上弦正方形中心，上下弦网格节点用腹杆相连,结构组成,第三章 网架结构,二、网架结构形式,3、四角锥体系,上下弦杆等长，受力均匀，刚度大，用钢量大，适合于周边支承,正放四角锥网架,第三章 网架结构,二、网架结构形

8、式,3、四角锥体系,正放四角锥网架局部抽空，形成交叉梁，用钢量省，中小跨度,正放抽空四角锥网架,第三章 网架结构,二、网架结构形式,3、四角锥体系,上弦斜放，与边界成45，下弦正放，上弦短，下弦长，节点交汇杆件少，用钢量省，加刚性边框,斜放四角锥网架,第三章 网架结构,二、网架结构形式,3、四角锥体系,两个倒三角桁架相互交叉，三角桁架顶点相连为下弦杆，上弦斜放，与边界成45，下弦正放，上弦短，下弦长，中小跨度，用钢量省，周边支承,星形四角锥网架,第三章 网架结构,二、网架结构形式,3、四角锥体系,上弦正放，下弦斜放，与边界成45，上弦短，下弦长，中小跨度，用钢量省,棋盘形四角锥网架,第三章 网

9、架结构,二、网架结构形式,4、三角锥体系,结构组成,上弦下弦为三角形网格，下弦节点对准上弦三角形中心,第三章 网架结构,二、网架结构形式,4、三角锥体系,三角锥网架,上下弦杆等长，三角形，每个节点9根杆，受力均匀，刚度大，适合于多边形平面,第三章 网架结构,二、网架结构形式,4、三角锥体系,抽空三角锥网架,局部抽空，上弦三角形，下弦六边形，刚度小，中小跨度，省钢,第三章 网架结构,二、网架结构形式,4、三角锥体系,蜂窝形三角锥网架,上弦三角形和六边形，下弦六边形，节点杆件交汇少，刚度小，中小跨度,第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,建筑物的平面形状和尺寸，支承方式，荷载大小，屋面构造，建筑

10、要求，制造和安装方法，材料供应情况,1、考虑因素,第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,四角锥网架，两向正交网架：平面形状为矩形，周边支承边长比1.5的网架;平面形状为矩形，周边支承边长比1.5的网架;平面形状为矩形，三边支承一边开口网架;平面形状为矩形，多点和点边混合支承网架;,2、选型原则：(参照网架结构设计与施工规范),第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,2、选型原则：(参照网架结构设计与施工规范),三角锥网架，三向网架：平面形状为圆形，正六边形及接近正六边形，周边支承网架;多层建筑的楼层或L50m的屋盖，以及钢筋砼板代替上弦的组合网架；,第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,（

11、1）网格尺寸 网格尺寸：直接影响网架的经济性，网格大，节点少，但砼面板重量大；网格上加檩条可采用大网格，但檩条长度宜6m;确定因素：柱网尺寸，屋面材料，建筑和构造要求，施工条件等；网格数n的确定：钢砼板屋面体系：n=(2-4)+0.2L2（两向正交正放，正放四角锥，正放抽空四角锥)；n=(6-8)+0.08L2（两向正交斜放，棋盘形四角锥，斜放四角锥，星形四角锥)钢檩条屋面体系：n=(6-8)+0.07L2，其中L2为网架短向跨度。,3、网架的主要尺寸及构造,第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,3、网架的主要尺寸及构造,（2）网架高度 网架高度：影响刚度，上、下弦杆的内力和腹杆的经济性；确

12、定原则：一般使腹杆与弦杆的夹角为40-60；高跨比：钢砼板屋面体系 10-14,钢檩条屋面体系(13-17)-0.03L2,第三章 网架结构,三、网架结构形式选择,3、网架的主要尺寸及构造,（3）屋面起拱和排水 一般情况下，网架刚度大，不需起拱；当L260m时，采用不大于1/300的起拱度；屋面排水坡度的做法：(一般取1-4%)上弦节点加小立柱找坡；网架变高度；整个网架起坡；支承柱变高度；,第三章 网架结构,四、网架结构内力分析,精确计算法：空间杆系有限元法，弹性分析，小变形理论，铰接，可考虑支承结构影响；单元平衡方程 kd=F 整体平衡方程 Kd=P K稀疏矩阵，3n3n对称正定，矩阵存储与

13、方程组解法,1、内力分析方法,第三章 网架结构,四、网架结构内力分析,1、内力分析方法,简化计算法：交叉梁系分析法；拟板法(拟夹层板法)；假想弯矩法等。专用软件，设计参数输入，网格自动生成，节点坐标、节点荷载自动计算，优化计算，减少截面种类。（天大、浙大、同济、哈工大、建研院、海军局、航空院等）容许挠度1/250(屋盖)或1/300（楼盖）。,第三章 网架结构,四、网架结构内力分析,2、荷载和特殊作用,自重估算：3060kg/m2，温度应力：高次超静定，空间桁架位移法；竖向地震作用：简化计算，振型分解，时程分析；安装荷载：验算内力、挠度和动力效应；支座沉降和位移。,第三章 网架结构,四、网架结

14、构内力分析,3、温度应力计算,不用计算温度应力,支座节点构造允许侧移；周边柱支承，跨度小于40m；柱顶侧移较限定值大。,第三章 网架结构,四、网架结构内力分析,3、温度应力计算,温度应力计算方法A 计算杆件温度变化产生的固端力Noij=-EDtaAijB 计算节点不平衡力Pix=-SEDtaAikcosaik,Piy=-SEDtaAikcosbik,Piz=-SEDtaAikcosgik,C 不平衡力反向加在节点上，计算位移Dt=-K-1PD 计算杆件内力N1ijE 叠加得温度内力Ntij=Noij+N1ij,第三章 网架结构,五、网架结构抗震分析,1、计算假定：节点集中质量(3n自由度)，考

15、虑支承结构刚度；2、自振周期：网架基本周期为竖向振型0.30.7s。,3、8度和9度进行竖向抗震验算，9度进行水平抗震验算，周边支承和中小跨度8度不不必水平抗震验算。4、竖向地震作用简化计算 i节点竖向地震作用标准值Fvi=vGi,第三章 网架结构,五、网架结构抗震分析,5、振型分解反应谱法 3n个振型，第j振型FTj=Xj1,Yj1,Zj1，Xjn,Yjn,Zjn 第j振型参与系数,第三章 网架结构,五、网架结构抗震分析,5、振型分解反应谱法,水平地震作用(i节点，j振型)Fxji=ajgxjXjiGi,Fyji=ajgxjYjiGi,Fzji=ajgxjZjiGi竖向地震作用(i节点，j振型)Fxji=cajgzjXjiGi,Fyji=cajgzjYjiGi,Fzji=cajgzjZjiGi,c=0.65由j振型杆件内力Nj，振型组合(一般取10个振型)内力标准值,第三章 网架结构,思考题：,平板网架结构形式及其特点？平板网架结构抗震设计方法。,