空间网架结构教学文案.ppt
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1、空间网架结构2.双层网架的常用形式双层网架的常用形式(1)平面桁架系网架平面桁架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、斜交斜放网架两向正交斜放、斜交斜放网架 三向网架三向网架 特点:特点:由平面桁架相互交叉所组成,其上、下弦杆长度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。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角宜在4060之间。之间。两向正交正放网架两向正交正放网架 由两组分别与边界平由两组分别与边界平行的平面桁架互
2、成行的平面桁架互成90交交叉组成。同一方向的各平叉组成。同一方向的各平面桁架长度一致。面桁架长度一致。网架本身属几何可变体系。适网架本身属几何可变体系。适用于建筑平面为正方形或接近正方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。杆件内力差别不大,受力较均匀。两向正交斜放网架两向正交斜放网架 短桁架对长桁架有嵌固作用,短桁架对长桁架有嵌固作用,受力有利。角部产生拔力,常取受力有利。角部产生拔力,常取无角部形式。比正交正放网架空无角部形式。比正交正放网架空间刚度大,受力均匀,用钢省。间刚度大,受力均匀,用钢省。适用于建筑平
3、面为矩形的情况。适用于建筑平面为矩形的情况。三向网架三向网架 特点:特点:几何不变体系,几何不变体系,网架空间刚度大,受力网架空间刚度大,受力性能好,内力分布也较性能好,内力分布也较均匀。均匀。杆件数量多,节杆件数量多,节点构造比较复杂。三向点构造比较复杂。三向网架适用于大跨度且建网架适用于大跨度且建筑平面为三角形、六边筑平面为三角形、六边形、多边形和圆形的情形、多边形和圆形的情况。况。(2)四角锥体系网架)四角锥体系网架 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 棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架 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 正放四角锥
4、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 杆件受力较均匀,杆件受力较均匀,空间刚度比其它类型的空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架四角锥网架及两向网架好。适用于建筑平面接好。适用于建筑平面接近正方形的周边支承及近正方形的周边支承及点支承情况。点支承情况。周边网格锥体不动外,跳周边网格锥体不动外,跳格地抽掉一些四角锥单元中的格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆,使下弦网格尺腹杆和下弦杆,使下弦网格尺寸扩大一倍。适用于中、小跨寸扩大一倍。适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、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点支承以及周边支承与点支承结合的网架。结合的网
5、架。棋盘形四角锥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。跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。斜放四角锥网架斜放四角锥网架 上弦杆比下弦杆短,受力上弦杆比下弦杆短,受力合理。杆件数量少,屋面合理。杆件数量少,
6、屋面板类型多,屋面组织排水板类型多,屋面组织排水较困难。较困难。适用于中、小跨适用于中、小跨度周边支承,或周边支承度周边支承,或周边支承与点支承相结合的矩形平与点支承相结合的矩形平面情况。面情况。星形四角锥网架星形四角锥网架 由两个倒置的三由两个倒置的三角形小桁架相互正交角形小桁架相互正交单元组成。适用于中、单元组成。适用于中、小跨度周边支承方形小跨度周边支承方形或接近方形平面的网或接近方形平面的网架。架。(3)三角锥体系网架)三角锥体系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 三角锥网架三角锥网架 上、下弦平面均为三角形网上、下弦平面均为三角形
7、网格。杆件受力均匀,本身为几何格。杆件受力均匀,本身为几何不变体,整体抗扭、抗弯刚度好。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,适用于大中跨度及重屋盖建筑物,当建筑平面为三角形、六边形和当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜。圆形时最为适宜。抽空三角锥网架抽空三角锥网架 抽去部分三角锥单元抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。下弦杆的腹杆和下弦杆。下弦杆内力较大,用钢量省,但内力较大,用钢量省,但空间刚度较三角锥网架小。空间刚度较三角锥网架小。适用于中、小跨度的三角适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面形、六边形和圆形等平面的建筑。的建筑。蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥
8、网架 上弦为正三角形和正六边形网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,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、圆形支承的情况,可用于六边形、圆形或矩形平面。或矩形平面。2.2 网架选型网架选型 根据建筑根据建筑平面形状平面形状和和跨度跨度大小,大小,支承方式、荷载支承方式、荷载大小、大小、屋面构造屋面构造和和材料材料、制作安装方法制作安装方法等因素等因素。网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ 7-91 大跨度为大跨度为60m以上
9、以上 中跨度为中跨度为3060m 小跨度为小跨度为30m以下以下 1 网架结构的支承及其选型网架结构的支承及其选型支承方式支承方式: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等。两边和三边支承等。周边支承周边支承周边支承周边支承点支承点支承点支承点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,设计时应尽量带有悬挑,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多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1 14 41 13 3。周边支承与点支承结合周边支承与点支承结合周
10、边支承与点支承结合周边支承与点支承结合 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平面之下(图图a)a),也可设置于上弦平面之上,也可设置于上弦平面之上(图图b)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(图图c)c),这种柱帽承载力较低,适用于中小跨度网架。,这种柱帽承载力较低,适用于中小跨度网架。2 网架高度及网格尺寸网架高度及网格尺寸 网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件、网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形
11、状、支承条件、设备管道等因素有关。设备管道等因素有关。3 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容许挠度:容许挠度:用作屋盖用作屋盖L2/250,用作楼盖,用作楼盖L2/300 排水坡度:排水坡度:3%5%起拱要求:起拱要求:L2/300 2.3 网架的计算要点网架的计算要点 1.1.直接作用(荷载)和间接作用直接作用(荷载)和间接作用 对使用阶段对使用阶段荷载作用荷载作用下的下的内力和位移内力和位移进行计算,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、温度变化、支座沉降地震作用、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载施工安装荷载引起的内力引起的内
12、力和位移进行计算。和位移进行计算。(1 1)永久荷载)永久荷载:网架自重;网架自重;屋面(或楼面)材料重力;屋面(或楼面)材料重力;吊顶材料吊顶材料的重力;的重力;设备管道的重力。设备管道的重力。双层网架自重双层网架自重gok(kN/m2)式中,gok网架自重(kN/m2);L2网架的短向跨度(m);qw除网架自重外的屋面荷载或楼面荷载的标准值(kN/m2);系数。对杆件采用钢管的网架取=1.0;采用型钢的网架取=1.2。(2 2)可变荷载:)可变荷载:活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载(3 3)抗震验算:)抗震验算:竖向抗震验算竖向抗震验算
13、设防烈度为设防烈度为8 8度或度或9 9度的地区,度的地区,周边支承及多点支承和周边支承相周边支承及多点支承和周边支承相结合的网架结合的网架 v 为竖向地震作用系数为竖向地震作用系数。悬挑长度较大悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于的网架屋盖结构以及用于楼层楼层的网架的网架结构结构,当设防烈度为当设防烈度为8度或度或9度时,其竖向地震作用标度时,其竖向地震作用标准值可分别取该结构准值可分别取该结构重力荷载代表值的重力荷载代表值的10%或或20%。设。设计基本地震加速度为计基本地震加速度为0.3g时,可取该结构重力荷载代表时,可取该结构重力荷载代表值的值的15%。计算重力荷载代表值时,。计算重力荷
14、载代表值时,永久荷载取永久荷载取100%,雪荷载和屋面积灰荷载取,雪荷载和屋面积灰荷载取50%,不计屋面活荷载。,不计屋面活荷载。水平抗震验算水平抗震验算 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8度的地区,对于周边支承的中小度的地区,对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为9度的地区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。度的地区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。(4 4)温度内力:)温度内力:不计算的条件不计算的条件支支座座节节点点的的构构造造允允许许网网架架侧侧移移,且且侧侧移移值值不不小小于于下下式式的的计算值(例如板式橡
15、胶支座);计算值(例如板式橡胶支座);周周边边支支承承的的网网架架,当当网网架架验验算算方方向向跨跨度度小小于于40m,且且支支承结构为独立柱或砖壁柱;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下式的计算值在单位力作用下,柱顶位移大于或等于下式的计算值 需要计算时,需要计算时,采用空间桁架位移法,或近似计算方法。采用空间桁架位移法,或近似计算方法。(5 5)荷载及荷载效应组合)荷载及荷载效应组合 对非抗震设计,建筑结构荷载规范对非抗震设计,建筑结构荷载规范GB 50009;对抗震设计对抗震设计,建筑抗震设计规范,建筑抗震设计规范GB 50011 2.网架内力分析方法网架内力分析
16、方法 按弹性阶段计算按弹性阶段计算(1)空间桁架位移法(空间杆系有限元法)空间桁架位移法(空间杆系有限元法)(2)交叉梁系差分法是一种简化计算方法)交叉梁系差分法是一种简化计算方法(3)拟夹层板法是又一种简化计算方法)拟夹层板法是又一种简化计算方法(4)假想弯矩法也属简化计算方法)假想弯矩法也属简化计算方法2.4 空间杆系有限元法空间杆系有限元法 以网架的以网架的杆件杆件为基本单元,以为基本单元,以节点位移节点位移为基本未知量。先由为基本未知量。先由杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵,然后根杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵,然后根据各节点平衡及变形协调条件建立结构的节点荷
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