第7章网架结构设计与施工讲义.doc

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1、第7章 网架结构设计与施工7.1 网架的分类及选型7.1.1 网架的分类7.1.2 网架的选型7.2 网架几何尺寸的确定7.2.1 上弦网格数及跨高比7.2.2 斜杆布置7.2.3 多点支承网架的悬臂长度7.3 网架设计7.3.1 网架设计的一般规定7.3.2 网架的一般计算方法7.3.3 地震作用下网架力的计算原则7.3.4 温度作用下网架内力的计算原则7.4 网架杆件及节点设计与构造7.4.1 网架杆件设计7.4.2 节点设计与构造7.5 网架结构施工质量验收7.5.1 焊接球节点7.5.2 螺栓球节点7.5.3 焊接钢板节点7.5.4 杆件7.5.5 网架结构安装7.5.6 油漆、防腐、

2、防火涂装工程7.6 工程常用节点7.1 网架的分类及选型7.1.1 网架的分类 7.1.2 网架的选型7.1.1 网架的分类网架根据不同的分类方式，可以分成不同的多种类型。1.按网架的支承情况分类(1)周边支承网架。网架的所有周边节点均为支座节点，搁置在下部支承结构上，如图7-1-1所示。这种网架受力均匀，空间刚度大，应用最为广泛。我国目前已建成的网架多属这种支承形式。图7-1-1 周边支承网架图7-1-2 三边支承网架(2) 三边支承网架。网架只有三个周边节点为支座节点，另一边的节点悬空，形成自由边界，如图7- 1-2所示。这种网架在飞机制造厂或大型飞机库中应用较为广泛。(3) 两边支承网架

3、。网架的周边节点只有两对边上的节点为支座节点，其余两边为自由边，如图7-1- 3所示。这种网架应用极少。但如将平行于支座边的上下弦杆去掉，可形成单向折线形网架，目前已在一些工程中采用。(4) 四点支承网架。网架由四点支承，支承点多为对称布置，周边设有悬臂段，以减少跨中弯矩，支承点处宜设柱帽，以避免网架支座郸杆件内力过分集中 (图7-1-4)。(5) 四点支承无限连续网架。这种网架多用于灵活车间，国外采用较多 (图7-1-5)。根据建筑功能要求，网架支承点布置较为稀疏，形成多点支承网架，如图7-1-6所示。2.按网架的组成形式分类图7-1-3 两边支承网架图7-1-4 四点支承网架图7-1-5

4、四点支承无限连续网架图7-1-6 多点支承网架(1) 由平面桁架组成的网架。这种网架一般是由若干片平面桁架相互交叉而成，每片桁架的上下弦及腹杆位于同一平面内。它们又可如表7-1-1所示分为五种。表7-1-1 平面桁架网架的组成要求序号网架类型具体要求1两向正交正放网架 (图7-1-8)这种网架由两个方向的平面桁架交叉而成。其交角为90，且两个方向的桁架分别平行于建筑物的轴线， 故称为正交正放网架本节图7-1-8和7-1-9的表示方法如图7-1-7所示，平面分为四区，左上角表示平面总图，右上角表示上弦杆，左下角表示下弦杆，右下角表示腹杆2两向正交斜放网架 (图7-1-9)这种网架也是由两个方向的

5、平面桁架交叉而成，其交角也是90，但每片桁架不与建筑物轴线平行，而是 成45的交角，故称为两向正交斜放网架。这种网架中各片桁架长度不一，四角处的短桁架刚度较大，对长桁架有一定嵌固作用，使长桁架在其端部产生负弯矩，使跨中弯矩减小，网架四角隅处的支座产生拔力，应按拉力支座进行设计。为了减小角部支座的拉力，常常设计成无角部支座的网架。因此这类网架又可分为有角柱网架和无角柱网架两种3两向斜交斜放网架 (图7-1-10)由于建筑物的使用要求，平面中两个相互垂直方向的柱距不等，因而相互交叉桁架的交角不能呈90，且 两方向桁架与建筑物轴线的交角也不相同，这种网架称为两向斜交斜放网架4三向网架(图7-1- 1

6、1)这种网架是由三个方向的平面桁架相互交叉而成，其相互交角为60，上下弦杆在平面中组成正三角形。 三向网架比两向网架的刚度大，适合在大跨度结构中采用。其平面适用于三角形、梯形及正六边形，在圆形平面中也可采用，只是周边出现一些不规则杆件5单向折线形网架 (图7-1-12)这种网架适用于一般工业厂房和库房等具有狭长平面的建筑物，网架以单向受力为主(2) 由四角锥体组成的网架。这种网架由四根上弦组成正方形锥底，锥顶位于正方形的形心下方，由正方形四角节点向锥顶连接四根腹杆即形成一个四角锥体。将各个四角锥体按一定规律连接起来，便成为由四角锥体组成的网架。由于四角锥体的连接方式不同，这种网架又可分为下列几

7、种形式。图7-1-7 网架表示方法图7-1-8 两向正交正放网架图7-1-9 两向正交斜放网架图7-1-10 两向斜交斜放网架图7-1-11 三向网架图7-1-12 单向折线形网架表7-1-2 四角锥网架的组成形式序号网架形式具体要求1正放四角锥网架四角锥底边分别与建筑物的轴线相平行，各个四角锥体的底边相互连接形成网架的上弦杆，连接各个四 角锥体的锥顶形成下弦杆。这种网架上下弦杆长度相等，并相互错开半个节间。下弦杆也与建筑物的轴线平行，如图7-1-13所示2正放抽空四角锥网 架上面所述的正放四角锥网架，其每个正方形上弦网格中都布置有四角锥体。这种网架的刚度较大，但杆 件数量多，对于中小跨度的网

8、架用钢量较多。此时可适当抽掉一些四角锥体而得到正放抽空四角锥网架，如图7-1-14所示续表序号网架形式具体要求3斜放四角锥网架这种网架是将各四角锥体的锥底角与角相连，上弦(即锥底边)与建筑物成45交角，连接锥顶而形成。 下弦仍与建筑物轴线平行(图7-1-15)。这种网架受压的上弦杆长度小于受拉的下弦杆，因而受力比较合理，而且每个节点交汇的杆件数量也较少，因而用钢量也较小。其缺点是屋面板种类较多，屋面排水坡的形成也比较困难4棋盘形四角锥网架这种网架是将各四角锥体的锥底角与角相连，上弦(即锥底边)与建筑物成45交角，连接锥顶而形成。 下弦仍与建筑物轴线平行(图7-1-16)。这种网架受压的上弦杆长

9、度小于受拉的下弦杆，因而受力比较合理，而且每个节点交汇的杆件数量也较少，因而用钢量也较小。其缺点足屋面板种类较多，屋面排水坡的形成也比较困难5星形四角锥网架网架单元为一星形四角锥，十字交叉的四根上弦为锥体的底边，由十字交叉点连接一根竖杆，再由交叉 的四根上弦杆的另一端向竖杆下端连接，即得四根腹杆，这就构成丁一个星形四角锥网架单元。将各单元的锥顶相连，即为下弦杆(图7-1-17)。这种网架的受力性能和刚度都比较好图7-1-13 正放四角锥网架图7-1-14 正放抽空四角锥网架图7-1-15 斜放四角锥网架(3) 由三角锥体组成的网架。这种网架的单元为三角锥体。锥体的底边朝上，呈正三角形。锥顶向下

10、，位于正三角形底面的形心线上。锥底的三根杆为上弦杆。由锥底的三个角点向锥顶连接即得三根腹杆，这样就构成了一个三角锥单元体。将各单元的锥顶连接起来，即为网架的下弦杆，下弦杆构成的平面为正三角形或正六边形。由三角锥体组成的网架，在平面为梯形、六边形和圆形工程中采用尤为适宜。根据情况适当地抽掉一些锥体或改变单元的连接方式，可以构成不同的网格图案，以增加建筑物的艺术效果。常见的形式见表7-1-3。图7-1-16 棋盘形四角锥网架图7-1-17 星形四角锥网架表7-1-3 三角锥网架的组成形式序号网架形式具体应用1三角锥网架将三角锥体的角与角相连，使上下弦杆组成的平面图形均为正三角形，即得三角锥网架(图

11、7-1-18)。这 种网架的刚度好，适用于大跨度工程2抽空三角锥网架将三角锥网架适当抽掉一些锥体，即形成抽空三角锥网架。这种网架的上弦杆仍呈正三角形，下弦杆组 成的图形则因抽锥方式不同而呈三角形、六边形等多种图形，图7-1-19是其中的一种抽空三角锥网架的杆件与节点均较三角锥网架的少，用钢量也较少，适于在荷载较轻、跨度较小的情况下采用3蜂窝形三角锥网架这种网架仍由三角锥单元体组成，但其连接方式不同于前两种网架(图7-1-20) 上弦杆组成的图形呈三角形和六边形，下弦杆组成的几何图形呈六边形，而且上弦杆与腹杆分别位于同一垂直平面内。上弦与下弦节点均汇集六根杆件，是常见的几种网架中节点汇集杆件最少

12、的一种，其受压上弦杆的长度比受拉下弦杆的长度短，受力比较合理，用钢量也是常见网架中较少的一种。但由于上弦杆组成的图形呈六边形和三角形，且六边形较为空旷，给屋面板的设计带来一定困难蜂窝形三角锥网架还可用于矩形平面的建筑物，其布置如图7-1-21所示图7-1-18 三角锥网架图7-1-19 抽空三角锥网架图7-1-20 蜂窝形三角锥网架图7-1-21 蜂窝形网架图7-1-22 单层网架的基本形式下面着重介绍单层平板网架的形式。在土木工程中用过各种类型的单层平板网架。图7-1-22为两向、三向、四向网格的结构形式。其中最常用的是正交正放网格，其杆件相互正交并且垂直于承重墙。正交斜放网格由和墙斜交的梁

13、组成。由于这种网格形式的刚度大，结构变形小，在工程中经常采用。通常三向网架形式多用于较大跨度和承受较大集中荷载的结构。三向网架的应力分布较两向网架均匀，但用料较多。为了经济，有时采用一种混合型的网架，即把普通三向网架中的杆件间隔抽掉，从而就形成了由等边三角形和正六边形组合的新颖结构。再进一步简化就能得到六边形网架。但是这种形式很少采用，一般主要用于建筑装潢上。四向网架是矩形网架和斜形网架的迭加或组合，在实际工程中有所应用。一般单层网架净跨不宜超过10m。跨度再大时，采用平板网架更合适，但不宜超过100m。平板网架由两个单层网架组成 (这两个网架形式不必一样)，网架的上下两层互相平行，并以竖杆和

14、斜腹杆连接起来。单层网架主要承受弯矩的作用，而平板网架的杆件主要承受辅力，弯矩的消除导致杆件的强度得以充分利用。由于平板网架可用于楼盖和屋盖结构，所以在实践中是一种特别主要的结构形式。又因为它具有以下优点，因此很快得到普遍应用。表7-1-4 平板网架优点序号优 点1属典型的三维结构，外荷载可传递到各个方向2平板网架通常是高次超静定结构，在较大集中荷载作用下，任何单根受压杆的屈曲都不会导致整个结构的倒塌破坏3因刚度大所以挠度较小4分析和实验都表明平板网架比传统结构有更好的耐火性5平板网架可由在拼装台上精确预制的拼装单元装配而成，从而保证安装精度和速度。一些商业化的平板网架体系完全可以自我 校准。

15、由于构件的尺寸较小，从而在很大程度上简化了装卸、运输和安装6平板网架具备可扩展、可拆换及支座位置几乎任意的特点。这就使设计者在选用网架形式及柱位置时有很大的灵活性。在移去 或移动某些柱子时都不会破坏框架的结构整体性续表序号优 点7网架的底层和顶层之间的空间可用来安装和维修机械及电气设施，如供热、制冷和通风等8由于采用干施工法，平板网架的建造可在任意的气候条件下进行9经验表明平板网架能比其他任何结构体系更好地抵抗空袭或恐怖者的袭击和爆炸。它还能较好地抵抗水平地震力10平板网架提供了极富吸引力的外观，并成为许多建筑设计中极具魅力的一种风格平板网架基本上有以下两种基本类型。(1)交叉桁架系网架由竖向

16、桁架相交组成规则网架。这种类型在美国技术文献中有时被称为直接型网架，它由相似的两个平行网格组成，一层在另一层正上面，顶底两层网格方向完全一致，见图7-1- 23。图7-1-23 交叉桁架系网架(2)角锥型网架由预制的锥体骨架组成，这些锥体的底面呈三角形、正方形、五边形或六边形。角锥型网架包括错动型和差异型两种网架形式。前者是由两个具有相同形式的平行网格组成，一个网格是把另一个网格在平面上平移而得到，但方向保持相同;后者是两个平行网格形式不同，但相互协调形成规则的形式，见图7-1-24。图7-1-24 角锥形网架7.1.2 网架的选型网架的选型应根据具体工程的平面形状和尺寸、网架的支承方式、荷载

17、的种类和大小、屋面的材料和构造、建筑功能要求以及网架的制作、安装方法等因素，进行综合分析比较来确定。通常以同样条件下用钢量的多少及刚度大小两项指标来作为衡量选型好坏的标准。根据国内有关资料，网架的选择原则与标准见表7-1-5。表7-1-5 网架选型原则与标准序号网架形式具体应用1周边支承的方形或 接近方形的网架根据常见的两向正交正放、两向正交斜放、正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘形四角锥 和星形四角锥七种形式网架进行计算比较表明，在荷载、网格尺寸和网架高度相同的条件下，单位面积用钢量以斜放四角锥网架最少，其次是棋盘形四角锥和星形四角锥网架，正放四角锥网架最高。对上述七种网架的挠度计

18、算表明，它们的挠度值相差不大，其中以斜放四角锥、星形四角锥和正放四角锥三种网架的刚度最好。综合起来，斜放四角锥、星形四角锥和棋盘形四角锥三种网架的技术经济指标较好，原因是它们的空间作用好，杆件受力合理，受压的上弦杆长度比受拉的下弦杆长度小，能充分发挥杆件的承载能力，而且在每个节点上交汇的杆件较少，使节点构造简单。因此，在正方形或接近正方形的周边支承网架中，应优先考虑上述三种形式。此外，还可选用正放抽空四角锥网架、两向正交斜放网架、两向正交正放网架、正放四角锥网架。对于中小跨度，也可选用蜂窝形三角锥网架。当建筑要求长宽两个方向支承距离不等时，可选用两向斜交斜放网架2周边支承的较狭长 矩形平面网架

19、这种网架的长宽比一般大于1.5：1，在工业建筑中比较常见。计算表明，随着网架长宽比的增大，两向正 交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥等正放类型网架，无论是用钢量还是挠度的增长都比较缓慢，而其他斜放类网架的上述两项指标的增长速度均较快，这是由于斜放类型网架在狭长的矩形平面情况下，其内力的传递路线较正放网架长，从而大大降低了空间作用。因此，对于平面形状较为狭长的网架(如边长比为1.52.5时)，应尽量选用正放类型网架。当边长比小于2时，也可采用斜放四角锥网架。当平面狭长时，网架以单向受力为主，可采用单向折线形网架抽空网架的用钢量一般比不抽空的网架用钢量要少些，但抽空网架的杆件内力比不抽空时要大些，

20、设计时要求选择较大的杆件与节点。此外，当网架下弦有吊顶时，采用抽空网架也有一定困难，选型时应综合考虑3三边支承的矩形平 面网架计算表明，三边支承矩形平面网架中各类网架用钢量和刚度的指标，与周边支承网架同类型相应的指标 基本相似，因此可参考上述周边支承网架进行选型。其开口边通常有两种处理方法：一种是在网架的开口边局部增加层数，如图7-1-25所示，通常称为加反梁。另一种方法是将整个网架的高度较周边支承时的高度适当加高，开口边杆件适当加大。根据一些计算结果表明，加反梁和不加反梁两种方法的用钢量及挠度相差不多，对于中小跨度网架，上述两种方法都可采用。当跨度较大或平面形状比较狭长时，则在开口边加反梁的

21、方法较为有利。设计时应注意在开口边形成竖直或倾斜的边桁架，以加强整体性4周边支承的圆形及 多边形网架圆形及多边形网架，一般适合于选用三向网架、三角锥网架、抽空三角锥网架和蜂窝三角锥网架四种型 式。计算比较表明，以蜂窝形三角锥网架用钢量最少，其次是抽空三角锥网架，因为它们的杆件数量和节点数量均比三角锥网架和三向网架少。所以，对于中小跨度的网架，应优先采用蜂窝形三角锥网架或抽空三角锥网架。但是，三向网架和三角锥网架的刚度较好，当跨度接近100m时，由于刚度要求，三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种网架小。因此，对于大跨度或荷载较大的网架，应选用刚度较好的三向网架或三角锥网架5平面形状为矩形的

22、多支点网架这种网架宜选用正放型网架，如两向正交正放、正放四角锥和正放抽空四角锥网架。在多点支承的情况 下，正放型网架的刚度比斜放型的要好些，尤其是对正放抽空四角锥网架，更可根据网架内力分布情况，适当增减一些四角锥体，以取得最佳的技术经济效果。对于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图7-1-25 三边支承网架开口边设置7.2 网架几何尺寸的确定7.2.1 上弦网格数及跨高比 7.2.2 斜杆布置 7.2.3 多点支承网架的悬臂长度7.2.1 上弦网格数及跨高比对于矩形平面的网架，上弦网格一般应设计成正方形。对于周边支承的以下各类网架，其上弦网格数及跨高比

23、可按表7-2-1选用。7.2.2 斜杆布置一般来说，斜杆与上下弦平面的夹角以45左右为宜，因为这样的角度对节点构造比较有利。表7-2-1 平面网架上线网格及跨高比选用表网架形式钢筋混凝土屋面体系钢檩条屋面体系网格数跨高比网格数跨高比两向正交正放网架、正 放四角锥网架、正放抽空四角锥网架(24) +0.2L21014(68)+0.07L2(1317)-0.03L2两向正交斜放网架、棋 盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架(68) +0.08L2由角锥体组成的网架，其腹杆有多种布置方式，一般将腹杆布置成拉杆受力比较合理(图7-2-1)。当桁架节间距离较大而使腹杆过长或上弦节间有集中荷载时

24、，可采用再分式腹杆，以减少腹杆的计算长度，如图7-2-2所示。图7-2-1 网架腹杆常用布置方式图7-2-2 网架再分式腹杆布置形式7.2.3 多点支承网架的悬臂长度多点支承网架设计时选取合适的悬臂长度，可使跨中正弯矩和挠度减少，并使杆件内力分布较为均匀。通过计算表明，单跨多点支承时悬臂长度取跨度的1/3，多跨多点支承时悬臂长度取跨度的1/4较为合适。7.3 网架设计7.3.1 网架设计的一般规定 7.3.2 网架的一般计算方法 7.3.3 地震作用下网架内力的计算原则 7.3.4 温度作用下网架内力的计算原则7.3.1 网架设计的一般规定1.网架起拱由于网架的刚度较大，对于中小跨度网架，一般

25、可不起拱，对于大跨度网架及有特殊要求的中小跨度网架，其起拱坡度取不大于短向跨度的1/300。2.容许挠度网架结构的允许挠度不应超过下列数值：用作屋盖时，L2/250;用作楼层时，L2300。L2为网架的短向跨度。3.网架自重网架自重gok (kN/m2)可按式(7-1)估算 式中 q除网架自重以外的屋面荷载或楼面荷载的标准值(kN/m2);L2网架的短向跨度 (m);系数，对于钢管网架取=1.0，对于型钢网架取=1.2。4.网架屋面排水坡度的形成网架屋面排水坡度，可采用下列办法：(1) 上弦节点上加小立柱找坡 (图7-3-9)。在上弦节点上加小立柱形成排水坡。此法比较灵活，小立柱的长度根据排水

26、坡度的要求确定。屋面无论作成双坡或四坡都比较方便，尤其是用于空心球节点或螺栓球节点的网架更为简便。但对于大跨度网架，当小立柱高度较高时，应验算立柱自身的稳定性。图7-3-9 网架找坡形式(2)网架变高度。为了形成屋面排水坡度，可采用改变网架高度的方法，使上弦节点按排水坡的要求布置于不同标高上，如图7-3-10 (a)所示。也可采用网架变高度和加小立柱两种方法并用来解决，如图 7-3-10 (b)所示。这样既可降低小立柱的高度，增加小立柱的稳定性，也可使网架高度变化不大。(3)整体网架起坡(图7-3-11)。(4)改变网架支承点的高度(图7-3-12)。(a)(b)图7-3-10 网架变高度形式

27、(a)改变网架高度; (b)变网架高度加小立柱图7-3-11 整体网架起坡形式图7-3-12 网架支承点改变高度5.网架的支承方式网架结构一般采用上弦支承方式。根据建筑功能要求也可采用下弦支承方式，此时应在网架的四周支座边形成竖直或倾斜的边桁架，以确保网架的几何不变性，并可有效地将上弦垂直荷载和水平荷载传至支座。6.柱帽形式多点支承的网架由于支承柱较少，柱子周围杆件的内力一般很大。在柱顶设置柱帽可以减少网架的支承跨度，并分散柱子周围杆件的内力，节点构造也较容易处理，所以多点支承网架一般宜在柱顶设置柱帽。柱帽形式可结合建筑功能(如通风、采光等)要求而采用不同形式。(a)(b)(c)图7-3-13

28、 柱帽设置形式柱帽宜设置于下弦平面之下 (图7-3-13a)，也可设置于上弦平面之上 (图7-3-13b)，或上弦节点直接搁置于柱顶，柱帽呈倒伞形 (图7-3-13c)。7.3.2 网架的一般计算方法1.一般计算原则对网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载作用下的内力、位移进行计算。对非抗震设计，荷载及荷载效应组合应按国家标难建筑结构荷载规范进行计算，在截面及节点设计中，应按照荷载的基本组合确定内力设计值; 在位移计算中应按照短期效应组合确定其挠度。对抗震设计，荷载及荷载效应组合应按国家标准建筑抗震设计规范确定内力设计值。网架结

29、构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。网架结构是一种空间杆件体系，其精确计算十分复杂，为了简化计算，通常采用以下几点假设，见表7-3-1。表7-3-1 网架结构需用假设序号需用假设1忽略各节点刚度的影响，即假定网架节点为空间铰接节点，并按弹性阶段进行计算2网架结构的荷载按静力等效原则化为作用于节点的集中荷载，杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时，应另考虑受弯 的影响3网架结构的支承条件，可根据支承结构的刚度、支座节点的构造情况，分别假定为两向可侧移、一向可侧移、无侧移的铰接支 座或弹性支承网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影

30、响，假定节点为铰接，杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时，应另考虑受弯的影响。网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可分别按表7-3-2规定选用不同方法进行内力、位移计算。表7-3-2 网架结构的内力、位移计算序号方法具体做法1空间桁架位移法首先将杆件内力用节点位移来表示，再根据节点平衡条件建立以各节点位移为未知量的代数方程组，解 出位移后再计算杆件内力。通常采用矩阵方法表示，并用电子计算机完成。此法每个节点具有三个位移分量，所建立的方程阶数较高，要求计算机有较大内存，运算时间较长，计算前的数据准备工作量亦较大。但它的精确度较高，通用性较强，适用于计算各种类型、各种支承条件的网架结构空

31、间桁架位移法的计算原则是：当网架结构和外荷载有n个对称面时，可利用对称条件只需分析1/2n网架。在计算时，对称面内各杆件的截面面积应取原截面面积的一半，n个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面面积的1/2n，对称面内节点荷载亦应按相同原则取值在对称荷载作用下，对柱面内网架节点的反对称位移应取为零。在计算时应在相应方向予以约束;与对称面相交的杆件，作为为结构分析的处理方法可将该交点作为一个节点并在三个方向予以约束;交叉腹杆或人字腹杆的交点位于对称面时，亦应作为一个节点并在两个水平方向予以约束。在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零网架杆件截面可先根据经验或参照已建工程或由

32、简化计算方法估算确定，计算后应按内力重新设计调整截面，并进行重分析，重分析次数宜取34次2差分法对于由交叉平面桁架组成的网架，可先将交叉桁架用网格梁代替，建立以挠度为未知量的平衡方程，再 根据差分法将微分方程化为代数方程组，求得挠度后再用差分公式求各交叉桁架杆件的内力;对于由四角锥体组成的网架，可以用“拟板法”建立微分方程，然后再用差分法求解。这种方法可用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算，跨度更大时，可作为初步设计估算杆件截面之用3拟夹层板法此法是将网架结构连续化为由上、下表层(即上、下弦杆)和夹心层(即腹杆)组成的正交异性或各向 同性的夹层板，采用考虑剪切变形

33、的具有三个广义位移的平板理论的分析法。可用于跨度40m以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。此法可考虑剪切变形和刚度变化的影响。网架结构设计与施工规程JGJ7-1991中对两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架给出了本法所需的抗弯刚度、抗剪刚度以及由拟板内力换算成网架各类杆件内力的计算公式及边长比=L1/L2为1.01.4时的内力、挠度计算用表以上几种方法中，差分法求解的未知量最少，虽然它属于近似解法，但我国已在很多工程中采用，对于中小跨度网架，其精度尚能满足实际工程要求。7.3.3 地震作用下网架内力的计算原则1.竖向地震作用表7-3-2 网架结构的内力、位移计算序号方法具

34、体做法1空间桁架位移法首先将杆件内力用节点位移来表示，再根据节点平衡条件建立以各节点位移为未知量的代数方程组，解 出位移后再计算杆件内力。通常采用矩阵方法表示，并用电子计算机完成。此法每个节点具有三个位移分量，所建立的方程阶数较高，要求计算机有较大内存，运算时间较长，计算前的数据准备工作量亦较大。但它的精确度较高，通用性较强，适用于计算各种类型、各种支承条件的网架结构空间桁架位移法的计算原则是：当网架结构和外荷载有n个对称面时，可利用对称条件只需分析1/2n网架。在计算时，对称面内各杆件的截面面积应取原截面面积的一半，n个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面面积的1/2n，对称面内节点

35、荷载亦应按相同原则取值在对称荷载作用下，对柱面内网架节点的反对称位移应取为零。在计算时应在相应方向予以约束;与对称面相交的杆件，作为为结构分析的处理方法可将该交点作为一个节点并在三个方向予以约束;交叉腹杆或人字腹杆的交点位于对称面时，亦应作为一个节点并在两个水平方向予以约束。在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零网架杆件截面可先根据经验或参照已建工程或由简化计算方法估算确定，计算后应按内力重新设计调整截面，并进行重分析，重分析次数宜取34次2差分法对于由交叉平面桁架组成的网架，可先将交叉桁架用网格梁代替，建立以挠度为未知量的平衡方程，再 根据差分法将微分方程化为代数方程组，求得

36、挠度后再用差分公式求各交叉桁架杆件的内力;对于由四角锥体组成的网架，可以用“拟板法”建立微分方程，然后再用差分法求解。这种方法可用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算，跨度更大时，可作为初步设计估算杆件截面之用3拟夹层板法此法是将网架结构连续化为由上、下表层(即上、下弦杆)和夹心层(即腹杆)组成的正交异性或各向 同性的夹层板，采用考虑剪切变形的具有三个广义位移的平板理论的分析法。可用于跨度40m以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。此法可考虑剪切变形和刚度变化的影响。网架结构设计与施工规程JGJ7-1991中对两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架

37、给出了本法所需的抗弯刚度、抗剪刚度以及由拟板内力换算成网架各类杆件内力的计算公式及边长比=L1/L2为1.01.4时的内力、挠度计算用表网架结构是水平长跨结构，应主要考虑竖向地震作用。根据用反应谱法对一些网架的分析表明，在设防烈度为6度或7度的地区，竖向地震作用的影响不大，因此，在该类地区网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算。但在设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构，应进行竖向抗震验算。(1)周边支承网架屋盖以及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖，竖向地震作用标准值可按式 (7-2) 确定。式中 FEVKi作用在网架第i节点上的竖向地震作用标准值; Gi网架第i节点的重力荷载代表值，其中恒荷载

38、取100%，雪荷载及屋面积灰荷载取50%，不考虑屋面活荷载;v竖向地震作用系数，按表7-3-3取值。表7-3-3 竖向地震作用系数设防烈度场地类别8 9 0.150.08 0.150.10 0.20(2)在地震作用下网架内力的标准值可按下列简化方法计算：首先计算出在屋盖重力荷载代表值作用下的网架各杆件内力值SG，然后乘以系数v即得竖向地震作用下各杆件内力的标准值SEVK，其杆件的组合内力设计值S可用式 (7-3) 计算。式中1.2及7.3分别为重力荷载及竖向地震作用的分向系数。亦可用式(7-4)直接计算杆件的组合内力设计值(3)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8度

39、或9度时，竖向地震作用标准值可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。计算楼盖重力荷载代表值时，对一般民用建筑可取楼层活荷载的50%。此时杆件的组合内力设计值可用下式计算。当设防烈度为8度时当设防烈度为9度时(4)平面复杂或重要的大跨度网架结构，可采用振型分解反应谱法或时程分析法做专门的竖向抗震分析和验算。2.水平抗震验算在设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算;在设防烈度为8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。水平地震作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。在进行网架的水平抗震验算时，支

40、承结构对网架的作用应按弹性约束来考虑，并应注意下部支承结构的质量所产生的作用。7.3.4 温度作用下网架内力的计算原则网架温度应力，是指在均匀温度场变化作用下产生的应力。温度场变化范围应取施工安装完毕时的气温与当地常年最高或最低气温之差。网架温度应力主要由支座节点阻碍网架温差变形产生，其中支承平面的弦杆受影响最大。网架如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：(1)支座节点的构造允许网架侧移时，其侧移值应大于或等于式(7-7) 的计算值。(2) 当周边支承网架且网架验算方向跨度小于40m时，支承结构应为独立柱或砖壁柱。(3)在单位力作用下，柱顶位移大于或等于式 (7-7) 的计算

41、值。(7-7)如需考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法或其他近似方法来计算。当网架支座节点构造沿边界法向不能相对位移时，由温度变化而引起的柱顶水子力可按式(7-8)及式 (7-9)计算(7-8)(7-9)式中 Kc悬臂柱的水平刚度; Ec柱子材料弹性模量;Ic柱子截面惯性矩，当为框架柱时取等代柱的折算截面惯性矩;Hc柱子高度;网架材料的线胀系数;E网架材料的弹性模量;f钢材的强度设计值;L网架在验算方向的跨度;Am支承(上承或下承)平面弦杆截面积的算术平均值;系数，支承平面弦杆为正交正放时=1.0，正交斜放时 ，三向时=2;t为温度差。7.4 网架杆件及节点设计与构造7.4.1 网

42、架杆件设计 7.4.2 节点设计与构造7.4.1 网架杆件设计1.网架材料及截面形式网架杆件可采用普通型钢和薄壁型钢。管材可采用高频电焊钢管或无缝钢管; 当有条件时，应采用薄壁管形截面。杆件的钢材应按钢结构设计规范(GB 5000172003)规定采用。2.网架杆件的计算长度在确定网架杆件的细长比时，需要用到杆件的计算长度l0，其值可按表7-4-1采用。表7-4-1 网架杆件计算长度l0杆件节 点螺栓球焊接空心球板节点弦杆及支座腹杆l0.9ll腹杆l0.8l0.8l注： l为杆件的几何长度 (节点中心间距离)。3.杆件的容许细长比网架杆件的细长比不宜超过下列数值：(1) 受压杆件： 180(2

43、) 受拉杆件：1) 一般杆件：4002) 支座附近处杆件： 3003) 直接承受动力荷载杆件：2504杆件截面的最小尺寸(1)普通型钢不宜小于503。(2)钢管不宜小于DN482。5构造设计在构造设计时，宜避免留下难于检查、清刷、油漆及积留湿气或灰尘的死角或凹槽。对管形截面，应将两端封闭 (如加封板或做成鸭嘴形)。7.4.2 节点设计与构造设计空间网架的连接节点时，要根据网架的类型、受力情况、杆件截面形状、制造工艺、安装方法等条件综合考虑，予以正确地选择网架的连接节点形式。设计网架的连接节点时，应注意以下几点事项，见表7-4-2。表7-4-2 网架连接节点设计注意事项顺序序号注意事项1应尽量使

44、杆件重心线在节点处交汇于一点，以避免偏心的影响;同时尚应尽可能使节点构造与计算假定相符，以减小和 避免由于节点构造的不合理而使网架杆件产生次应力和引起杆件内力的变号续表顺序序号注意事项2应使节点的构造和连接具有足够的刚度和强度3节点构造应力求简单、受力合理、传力明确、制作容易、便于安装和节省材料网架的连接节点形式很多，但归纳起来，主要有以下形式，见表7-4-3。表7-4-3 连接节点形式序号网架节点形式1按节点在网架中所处的位置可以分为：中间节点(网架杆件交汇的一般节点)、再分杆节点、顶脊节点和支座节点2按节点的连接方式可以分为：焊接连接节点，高强度螺栓连接节点，焊接和高强度螺栓混合连接节点3

45、按节点的构造形式可以分为：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、钢管圆筒节点或钢管鼓节点等1.焊接钢板节点的设计(1)焊接钢板节点的主要形式。焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成，适用于连接型钢杆件。十字节点板宜由两块带企口的钢板对插焊成，也可由三块钢板焊成(如图7-4-1c所示)。小跨度网架的受拉节点，可不设置盖板。十字节点板与盖板所用钢材应与网架杆件钢材一致。焊接钢板节点可用于两向网架，也可用于由四角锥体组成的网架。焊接钢板节点的形式，主要有：1)十字形板节点(图7-4-1)。它是由空间正交而成的十字板和根据需要而在十字板顶部或底部设置的水平盖板组成。图7-4-1 十字形板节点构造图示十字板是由两块带企口的钢板对插焊成(图7-4-1b)，也可由三块钢板焊成(图7-4-1c)。网架的弦杆和腹杆通过十字板和盖板连接成整体，如图7-4-1中的节点、所示。在小跨度网架中，杆件内力不大的受拉节点，可不设置盖板。当网架的跨度和杆件内力较大时，为了增加节点在水平方向的刚度和保证杆件与节点板连接有足够的强度，设置盖板是必不可少的，而且在焊接和高强度螺栓的混合连接中，还需增设用作稳定盖板的高强度螺栓。由十字板和