1、 3.1 3.1 结构形式结构形式 3.2 3.2 网架的结构形式网架的结构形式 3.3 3.3 网架的计算要点网架的计算要点 3.4 3.4 空间杆系有限元法空间杆系有限元法 3.5 3.5 网架杆件设计网架杆件设计 3.6 3.6 节点设计节点设计 3.7 3.7 网壳网壳新加坡滨海艺术中心新加坡滨海艺术中心 第三章 大跨屋盖结构 大跨度结构的分类大跨度结构的分类 平面结构体系平面结构体系空间结构体系空间结构体系 梁式结构梁式结构（平面、空间桁架）（平面、空间桁架） 平面刚架结构平面刚架结构 拱式结构拱式结构 平板网架结构平板网架结构 网壳结构网壳结构 悬索结构悬索结构 斜拉结构斜拉结构
2、张拉整体结构张拉整体结构3.13.1结构形式结构形式梁式结构梁式结构平面刚架结构平面刚架结构拱式结构拱式结构返回平面结构体系平板网架平板网架网壳结构网壳结构图图1 (a)1 (a)平行布置预应力双层索系；平行布置预应力双层索系；斜拉结构斜拉结构( (图图1 c)1 c)Maysville Bridge图图2 2 张拉整体结构张拉整体结构 网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。网架。 双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构结构( (图图3a)3a)，是最常用的网架形式。，是最常用的网架形式。图图3a 3a 双层
3、网架双层网架3.2 3.2 网架的形式网架的形式u 特点：特点： 三层网架是由上弦、中三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构腹杆组成的空间结构( (图图 3b)3b)。 当网架跨度较大时，三当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造较多，使构造复杂，造价有所提高。价有所提高。p 选用原则：l 网架跨度较大时，采用。图图3b 3b 三层网架三层网架青岛极地海洋世界效果图青岛极地海洋世界效果图青岛极地海
4、洋世界鱼头部分模型青岛极地海洋世界鱼头部分模型3.2.13.2.1网架结构的几何不变性分析判别依据网架结构的几何不变性分析判别依据 网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须网架为一空间铰接杆系结构，杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。保证不出现结构几何可变性。 网架结构几何不变的必要条件是：网架结构几何不变的必要条件是： 式中式中 J J网架点数；网架点数； m m网架的杆件数；网架的杆件数； r r支座约束链杆数，支座约束链杆数，r6r603WrmJ 当当W0W0网架为几何可变体系；网架为几何可变体系； W=0W=0网架无多余杆件，网架无多余杆件，如杆件布置合理如杆件布置合理，为静，为静定结
5、构；定结构； W0W0网架有多余杆件，网架有多余杆件，如杆件布置合理如杆件布置合理，为超为超静定结构。静定结构。3.2.23.2.2双层网架的常见形式双层网架的常见形式 平面桁架网架平面桁架网架 四面锥体系网架四面锥体系网架 三角锥体体系网架三角锥体体系网架 两向正交正放网架两向正交正放网架 两向正交斜放网架两向正交斜放网架 三向网架三向网架 正放四角锥网架正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架斜放四角锥网架 星形四角锥网架星形四角锥网架 三角锥网架三角锥网架 抽空三角锥网架抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架图图3.43
6、.4两向正交正放网架两向正交正放网架 水平斜撑杆水平斜撑杆选用原则：选用原则：在矩在矩形建筑平面中，形建筑平面中，网架的弦杆垂直网架的弦杆垂直于及平行于边界于及平行于边界。图图3.5 3.5 周边支承网架水平斜撑布置方式之一周边支承网架水平斜撑布置方式之一水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆水平斜撑杆图图3.6 3.6 两向正交斜放网架两向正交斜放网架 两向正交斜放两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受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。力有利角部产生拔力，常取无角部形式。 两向斜交斜放两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能
7、欠佳，节点构造较复杂情形受力性能欠佳，节点构造较复杂 三向网架三向网架 三个方向的平面桁架三个方向的平面桁架相互交角相互交角6060 比两向网架刚度大，比两向网架刚度大，适合大跨度适合大跨度 常用于正三角形，正常用于正三角形，正六三角形平面六三角形平面 在某些平面形状会出在某些平面形状会出现不规则杆件现不规则杆件图图3.7 3.7 三向网架三向网架图图3.8 3.8 正放四角锥网架正放四角锥网架 正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数正放四角锥网架空间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。适用于接近方形的量较多，用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承中小跨度网架，宜采用周边支承
8、。 20082008奥运会场馆（正放四角锥）奥运会场馆（正放四角锥）运动场看台运动场看台特点：特点：将正放四角锥将正放四角锥网架适当抽掉一些网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆。腹杆和下弦杆。图图3.103.10正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架u 特点：特点： 保持正放四角锥网架保持正放四角锥网架周边四角锥不变，中周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。上弦杆呈正交正放。 克服了斜放四角锥网克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的面组织排水较困难的缺点。缺点。图图3.11 3.11 棋盘形四角锥网架
9、棋盘形四角锥网架图图 3.12 3.12 斜放四角锥网架斜放四角锥网架u 特点：特点： 上弦网格呈正交斜放，上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。杆长，受力合理。 适用于中小跨度周边适用于中小跨度周边支承，或周边支承与支承，或周边支承与点支承相结合的矩形点支承相结合的矩形平面。平面。 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周边支承情况。边支承情况。 图图3.13 3.13 星形四角锥
10、网架星形四角锥网架 三角锥网架上下弦平三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，面均为正三角形网格，上下弦节点各连上下弦节点各连9 9根根杆件。杆件。 当网架高度为网格尺当网架高度为网格尺寸的倍时，上下弦杆寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的用于平面为多边形的大中跨度建筑。大中跨度建筑。 图图3.14 3.14 三角锥网架三角锥网架 图图3.15 3.15 抽空三角锥网架抽空三角锥网架 保持三角锥网架的上保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和规律抽去部分腹杆
11、和下弦杆。下弦杆。 抽杆后，网架空间刚抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。数量减少，内力较大。 抽空三角锥网架适用抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中于平面为多边形的中小跨度建筑。小跨度建筑。 上弦网格为三角形和上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形，下弦网格为六边形。六边形。 腹杆与下弦杆位于同腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适杆件数量都较少，适用于周边支承，中小用于周边支承，中小跨度屋盖。跨度屋盖。 蜂窝形三角锥网架本蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借身是几何可变的：借助于支座水平约束来助于支座水平约束来
12、保证其几何不变。保证其几何不变。 图图3.16 3.16 蜂窝三角锥网架蜂窝三角锥网架 原则原则：网架的选型应结合工程的网架的选型应结合工程的平面形状平面形状、建建筑要求筑要求、荷载和跨度的大小荷载和跨度的大小、支承情况支承情况和和造价造价等因素综合分析确定。等因素综合分析确定。 按照按照网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ 7JGJ 79191的的划分：划分：大跨度大跨度为为60m60m以上；以上；中跨度中跨度为为303060m60m；小跨度小跨度为为30m30m以下。以下。3.2.33.2.3网架的选型网架的选型 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比平面形状为矩形的周边支
13、承网架，当其边长比( (长边短边长边短边) )小于或等于小于或等于1.51.5时，宜选用正放或时，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中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。三角锥网架。 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于大于1.51.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四时，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。当边长比不角锥网架或正放抽
14、空四角锥网架。当边长比不大于大于2 2时，也可用斜放四角锥网架。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多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。角锥网架。 平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且平面形状为圆形、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，三角锥网为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽
15、空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂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。窝形三角锥网架。 网架的支承方式： 周边支承周边支承 点支承点支承 周边支承与点支承相结合周边支承与点支承相结合 两边和三边支承两边和三边支承网架结构的支承网架结构的支承 周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座置支座( (图图3.17a3.17a，b)b)，支座可支承在柱顶或圈，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。支承方式。 为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如为了减小弯矩，也可将
16、周边支座略为缩进，如图图17(c)17(c) 图图3.17 3.17 周边支承周边支承 点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。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有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的的1 14 41 13 (3 (图图3.18)3.18)。 图图3.18 3.18 点支撑点支撑图图3.19 3.19 各种柱帽形式各种柱帽形式 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。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柱帽可设置于下弦
17、平面之下( (图图3.19a)3.19a)，也可设置，也可设置于上弦平面之上于上弦平面之上( (图图3.19b)3.19b)。 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽形柱帽( (图图3.19c)3.19c)，这种柱帽承载力较低，适用于，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。中小跨度网架。 图图3.20 3.20 周边支撑与点支承结合周边支撑与点支承结合 特点：特点： 平面尺寸很大的建平面尺寸很大的建筑物，除在网架周筑物，除在网架周边设置支承外，可边设置支承外，可在内部增设中间支在内部增设中间支承，以减小网架杆承，以减小网架杆件内力及挠度
18、件内力及挠度( (图图3.20)3.20) 网架高度确定原则网架高度确定原则 网架的高度与网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状屋面荷载、跨度、平面形状、支承、支承条件及设备管道条件及设备管道等因素有关。等因素有关。 屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。一些。 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。网架高度应大一些。 点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。点支承网架比周边支承的网架高度要大一
19、些。 当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。 网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在杆夹角应控制在40400 0-55-550 0之间为宜。如夹角过小，之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。节点构造困难。 网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过不超过3m3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体，否则安装困难。当屋面采用有檩体系时，檩条长度一般超过系时，檩条长度一般超过6m6
20、m。 对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表3-13-1选用。选用。网格尺寸确定原则网格尺寸确定原则 注：注：1 1L2L2为网架短向跨度，单位为米；为网架短向跨度，单位为米； 2 2当跨度在当跨度在18m18m以下时网格数可适当减少。以下时网格数可适当减少。 网架的挠度要求及屋面排水坡度网架的挠度要求及屋面排水坡度 网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖屋盖L2L2250250；用作楼面；用作楼面L2L2300300。L2L2为网架的短向跨度。为网架的短向跨度。 网架屋面排水坡度一般为网架屋面排水坡度一般
21、为3 3-5-5，可采用下列，可采用下列办法找坡：办法找坡： (a)(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱在上弦节点上加设不同高度的小立柱( (图图3.22a)3.22a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性；的稳定性； (b)(b)对整个网架起拱对整个网架起拱( (图图3.22b)3.22b)； (c)(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架。形桁架。 (3)(3)有起拱要求的网架有起拱要求的网架( (为消除网架在使用阶段为消
22、除网架在使用阶段的挠度的挠度) )，其拱度可取不大于短向跨度的，其拱度可取不大于短向跨度的1 1300300。 图图3.22 3.22 网架屋面找坡网架屋面找坡（a a）用小立柱）用小立柱（b b）起坡）起坡施工中的网架施工中的网架 直接作用（荷载）和间接作用直接作用（荷载）和间接作用 网架结构应对网架结构应对使用阶段使用阶段荷载作用下的荷载作用下的内力和位内力和位移移进行计算，并应根据具体情况对进行计算，并应根据具体情况对地震作用、地震作用、温度变化、支座沉降温度变化、支座沉降等间接作用及等间接作用及施工安装荷施工安装荷载载引起的内力和位移进行计算引起的内力和位移进行计算3.3 3.3 网架
23、的计算要点网架的计算要点直接作用直接作用 永久荷载永久荷载 网架自重网架自重 屋面（楼面）材料重力屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力吊顶材料的重力 设备管道的重力设备管道的重力 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 屋面屋面 ( (或楼面或楼面) )活荷载活荷载 雪荷载雪荷载 ( (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合雪荷载不应与屋面活荷载同时组合) ) 风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小 计算风载时可不考虑风振系数的影响计算风载时可不考虑风振系数的影响 积灰荷载积灰荷载 吊车荷载吊车荷载 ( (工业建筑有吊车时考虑工业建筑有吊车时考虑) )。 可变荷载可变
24、荷载地震作用（竖向）地震作用（竖向） 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为6 6度或度或7 7度的地区，网架屋盖度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度在抗震设防烈度为为8 8度或度或9 9度的地区，度的地区，网架屋盖结构应进行竖向网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。抗震验算。 对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架结构，当设防烈度为层的网架结构，当设防烈度为8 8度或度或9 9度时，其度时，其竖向地震作用标准值可分别取该结构竖向地震作用标准值可分别取该结构重力荷载重力荷载代表值代表值的的10%10%或或20
25、%20%。设计基本地震加速度为。设计基本地震加速度为0.3g0.3g时，可取该结构重力荷载代表值的时，可取该结构重力荷载代表值的15%15%。计。计算重力荷载代表值时，永久荷载取算重力荷载代表值时，永久荷载取100100，雪荷，雪荷载和屋面积灰荷载取载和屋面积灰荷载取50%50%，不计屋面活荷载，不计屋面活荷载。 地震作用（水平）地震作用（水平） 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为7 7度的地区，可不进行网架结度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算；在抗震设防烈度为构水平抗震验算；在抗震设防烈度为8 8度的地区，度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗对于周边支承的中小跨度网架可不进行
26、水平抗震验算；震验算；在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为9 9度的地区，对各种度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震作水平地震作用下网架的内力、位移可采用用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法空间桁架位移法计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。行抗震验算。 温度作用温度作用 网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于温度变化而引起的内力温度变化而引起的内力 支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：于下式
27、的计算值： 周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱；且支承结构为独立柱或砖壁柱； 在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计算值计算值 如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用用空间桁架位移法空间桁架位移法，或，或近似计算方法近似计算方法。 对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准按国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 GB 50009-2001的规定进行
28、计算。的规定进行计算。 抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准合国家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB 50011-2001 GB 50011-2001的规定。的规定。 3.3.23.3.2网架内力分析方法网架内力分析方法 网架结构的外荷载按网架结构的外荷载按静力等效原则静力等效原则，将节点从，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。属面积内的荷载集中作用在该节点上。 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节
29、间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。 网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。计算方法。 (1)(1)空间桁架位移法空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。 (2)(2)交叉梁系差分法交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在简化计算方法，用于跨度在40m40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥以下的由平面桁架系组成的
30、网架或正放四角锥网架的计算。网架的计算。 (3)(3)拟夹层板法拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在简化计算方法，用于跨度在40m40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。 (4)(4)假想弯矩法假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架的估算。锥网架，棋盘形四角锥网架的估算。 网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。钢。 在截面积相同的条件下，管截面具有回转半径在截面积相同的条件下，管截面具有回转半径大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优大，截面特性
31、无方向性，抗压屈承载力高等优点，钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前点，钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前网架杆件常用的截面形式。网架杆件常用的截面形式。 管材可采用管材可采用高频焊管高频焊管或或无缝钢管无缝钢管，有条件时也，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235Q235钢及钢及Q345Q345钢。钢。 3.5 3.5 网架杆件设计网架杆件设计u 网架杆件的长细比不宜超过下列数值网架杆件的长细比不宜超过下列数值 受压杆件：受压杆件：180180 受拉杆件：受拉杆件： (1)(1)一般杆件一般杆件400400 (2)(2)支座附近处杆件支座附近处杆件30
32、0300 (3)(3)直接承受动力荷载的杆件直接承受动力荷载的杆件250250 网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计算应满足钢结构设计规范的要。普通角钢截面算应满足钢结构设计规范的要。普通角钢截面杆件的最小截面尺寸不宜小于杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm50mm3mm3mm。钢管。钢管不宜小于不宜小于48482mm2mm。 无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于于a a类和类和b b类截面。类截面。 网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的钢量的2020252
33、5，节点构造的好坏，对结构性，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：的节点形式主要有： (1)(1)焊接空心球节点焊接空心球节点； (2)(2)螺栓球节点螺栓球节点； (3)(3)焊接钢板节点；焊接钢板节点； (4)(4)焊接钢管节点焊接钢管节点 (5)(5)杆件直接汇交节点杆件直接汇交节点3.63.6节点球设计节点球设计图图3.28 3.28 焊接钢管节点焊接钢管节点图图3.29 3.29 管件直接汇交节点管件直接汇交节点u 网架
34、的节点构造应满足下列要求网架的节点构造应满足下列要求 (1)(1)受力合理，传力明确；受力合理，传力明确； (2)(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； (3)(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；构造简单，制作安装方便，耗钢量小； (4)(4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气避免难于检查、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。或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。3.6.13.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球节点构造焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢简单，适用于连接钢管杆件（图管杆件（图3.303
35、.30）球）球面与管件接时，只需面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，将钢管沿正截切断，施工方便。施工方便。 图图3.30 3.30 焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋然后相焊而成。分加肋、不加肋（不加肋（图图3.313.31）。图图3.31 3.31 焊接空心球节点焊接空心球节点a 无肋b 有肋 空心球外径空心球外径D D a a 球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于1010（图（图3.323.32）汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d
36、d1 1，d d 2 2 组成组成角的钢管外径角的钢管外径图图3.32 3.32 空心球节点空隙空心球节点空隙空心球径等于或大于空心球径等于或大于300300，且杆件内力较大，需，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为当空心球直径为120500120500时，其受压、受拉承载时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算力设计值可分别按下列公式计算 （a a）受压空心球）受压空心球 （b b）受拉空心球）受拉空心球 空心球的壁厚应根据杆件内空心球的壁厚应根据杆件内力由力由公式公式计算确定。空心球计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在外径与壁厚的
37、比值可在 D Dt=2425 t=2425 范围内选用范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在的比值宜在1.22.01.22.0之间。之间。钢管杆件与空心球连接处，钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内管端应开坡口，并在钢管内加衬管加衬管（图（图3.333.33），），在管端在管端与与 空心球之间焊缝可按对空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算角角焊缝计算 图图3.33 3.33 加衬管连接加衬管连接 3.6.23.6.2螺栓球结点螺栓球结点 螺栓球结点的构造螺栓球结点的构造 螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或
38、螺钉）螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成和锥头（或封板）等零件组成（图（图3.343.34），），适用适用于连接钢管杆件。于连接钢管杆件。图图3.34 3.34 螺栓球连接节点示意图螺栓球连接节点示意图螺栓球节点及马道螺栓球节点及马道焊接球节点焊接球节点 钢球尺寸钢球尺寸l 钢球大小取决于钢球大小取决于相邻杆件的夹角、相邻杆件的夹角、螺栓的直径螺栓的直径和和螺螺栓伸入球体的长度栓伸入球体的长度等因素。等因素。l 由由图图3535，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D D为为 l 由由图图36 36 ，导出满足套筒接触面要求
39、的钢球直径，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D D为为 D D-钢球直径钢球直径 （ ）-两个螺栓之间的最小夹角两个螺栓之间的最小夹角 （ ）d d1 1，d d 2 2-螺栓直径（螺栓直径（ ），）， d d1 1d d 2 2-螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例-套筒外接圆直径与螺栓直径的比例套筒外接圆直径与螺栓直径的比例 当相邻两杆夹角当相邻两杆夹角3030，还要保证相邻两根杆件，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）不相碰，由图（管端为封板）不相碰，由图3.373.37，导出钢球直，导出钢球直径径D D还须满足下式要求还须满足下式要求D D1 1，D D2 2
40、- - -相邻两根杆件的外径相邻两根杆件的外径-相邻两根杆件的夹角相邻两根杆件的夹角d d1 1-相应于相应于D1D1杆件杆件 所配螺栓直径所配螺栓直径-套筒外接圆直径套筒外接圆直径 与螺栓直径之比与螺栓直径之比 S-S- -套筒长度套筒长度图3.37 带封板管件的几何关系螺栓，套筒螺栓，套筒 高强度螺栓应符合高强度螺栓应符合8.88.8或或10.910.9级的要求，每个高级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算： 螺栓杆长度螺栓杆长度L Lb b由构造确定由构造确定( (图图3.38)3.38)，其值为：，其值为： 图图3.38 3.38 高强螺
41、栓几何尺寸高强螺栓几何尺寸 套筒通常开有纵向滑槽套筒通常开有纵向滑槽( (图图3.39a)3.39a)，滑槽宽度一，滑槽宽度一般比销钉直径大般比销钉直径大1.5-2mm1.5-2mm。 套筒端部到开槽端部套筒端部到开槽端部( (或钉孔端或钉孔端) )距离应使该处有距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉效截面抗剪力不低于销钉( (或螺钉或螺钉) )抗剪力，且不抗剪力，且不小于小于1.51.5倍开槽的宽度或倍开槽的宽度或6mm6mm。套筒端部要保持平。套筒端部要保持平整，内孔整，内孔L L径可比螺栓直径大径可比螺栓直径大1mm1mm。 图图3.393.39套筒几何尺寸套筒几何尺寸套筒长度可按下式计算
42、套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用滑槽时采用螺钉时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为套筒应进行承压验算，公式为 当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。连接钢管等强。图3.40 杆件端部连接焊缝锥头和封板锥头和封板 封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度应按实际受力大小计算 封板厚度可按近似方法计算，封板厚度可按近似方法计算，如图如图3.413.41 沿环向单位宽度上板承受的力为沿环向单位宽度上板承受的力为 图图3.41 3.41 封板封板 封板周边单位
43、宽度径向弯距近似为封板周边单位宽度径向弯距近似为 当当 达到塑性铰弯距达到塑性铰弯距 ，封板达到，封板达到极限承载力，由极限承载力，由 可导出可导出 N-N-钢管杆件设计拉力钢管杆件设计拉力 R R-钢管的内半径钢管的内半径 S-S-螺帽和封板接触的圆环面的平均半径螺帽和封板接触的圆环面的平均半径 f f-钢材强度设计值钢材强度设计值 -封板厚度封板厚度 锥头是一个轴对称旋转厚壳体锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图（图3.423.42） 锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图
44、图3.42 3.42 锥头构造锥头构造 3.6.3 3.6.3 焊接钢板节点焊接钢板节点 焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图（图3.43a3.43a）, ,也可由三块板正交焊成也可由三块板正交焊成（图（图3.43b3.43b）图图3.43 3.43 焊接钢板节点焊接钢板节点 焊接钢板节点可用焊接钢板节点可用于两向网架和由四于两向网架和由四角锥体组成的网架。角锥体组成的网架。常用焊接形式如常用焊接形式如图图3.443.44、图图3.453.45所示。所示。 网架弦杆应同时与网架弦
45、杆应同时与盖板和十字节点板盖板和十字节点板连接，使角钢两肢连接，使角钢两肢都能直接传力。都能直接传力。图图3.44 3.44 两向网架节点构造两向网架节点构造图图3.45 3.45 四角锥体组成的网架节点构造四角锥体组成的网架节点构造 焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。形心与杆件形心相重合。 节点板厚度可根据网架最大杆件内力由节点板厚度可根据网架最大杆件内力由表表3-53-5确确定定 节点板厚度选用表节点板厚度选用表 表表3-53-5杆件内
46、力杆件内力（kNkN） 1501602502603904005906008808901275节点板厚节点板厚度（度（）881010121214141616183.6.43.6.4支座节点支座节点支座节点的构造形支座节点的构造形式应受力明确、传式应受力明确、传力简捷、安全可靠，力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。并应符合计算假定。 常用支座节点有以常用支座节点有以下几种构造形式：下几种构造形式： 平板压力或拉力支平板压力或拉力支座，只适用于较小座，只适用于较小跨度网架跨度网架, ,如图如图3.463.46。图图3.46 3.46 平板压力或拉力支座平板压力或拉力支座a a 角钢杆件角钢杆件b b
47、 钢管杆件钢管杆件单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.473.47图图3.47 3.47 单面弧形压力支座单面弧形压力支座a a 两个螺栓连接两个螺栓连接b b 四个螺栓连接四个螺栓连接单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座( (图图3.48)3.48)适用于较适用于较大跨度网架。为更大跨度网架。为更好地将拉力传递到好地将拉力传递到支座上，在承受拉支座上，在承受拉力的锚栓附近应设力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点加劲肋以增强节点刚度。刚度。图图3.48 3.48 单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座双面弧形压力支双面弧形压力支座座( (图图3.49)3.49
48、)，在，在支座和底板间设支座和底板间设有弧形块，上下有弧形块，上下面都有是柱面，面都有是柱面，支座既可转动又支座既可转动又可平移。可平移。 图图3.49 3.49 双面弧形压力支座双面弧形压力支座球铰压力支座球铰压力支座( (图图3.50)3.50)只能转只能转动而不能平移，动而不能平移，适用于多支点支适用于多支点支承的大跨度网架。承的大跨度网架。 图图3.50 3.50 球铰压力支座球铰压力支座板式橡胶支座板式橡胶支座( (图图3.51)3.51)适用于大中适用于大中跨度网架。通过橡跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转变形，支座既可转动又可平移。如果动又可平移。如
49、果在一个方向加限制，在一个方向加限制，支座为单向可侧移支座为单向可侧移式，否则为两向可式，否则为两向可侧移式。侧移式。图图3.51 3.51 板式橡胶支座板式橡胶支座平板支座节点设计平板支座节点设计 平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。确定。 网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要特点是有可能受拉，拉力支座
50、的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。应按下式计算。 单面弧形制作设计（图单面弧形制作设计（图3.523.52） 弧形支座置于底板之上弧形支座置于底板之上 其平面尺寸为其平面尺寸为 a1a1b1R/fb1R/f R R-支座反力支座反力 f-f-钢材（或铸钢）抗压强度钢材（或铸钢）抗压强度设计值设计值a a1 1，b b1 1-弧形支座宽度、长度弧形支座宽度、长度图图3.523.52弧形支座尺寸弧形支座尺寸 弧形支座板厚度弧形支座板厚度 （图（图3.523.52） 弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座弧形板受力类似一倒
