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1、第六章 平板网架结构,目录,6.1 结构形式6.2 网架的结构形式6.3 网架的支承方式,广州新白云机场钢构工程,新加坡滨海艺术中心,6.1结构形式,大跨度结构的分类,平面结构体系空间结构体系,梁式结构（平面、空间桁架）平面刚架结构 拱式结构,平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构,梁式结构,平面刚架结构,拱式结构,返回,平面结构体系,平板网架,网壳结构,图1(a)平行布置预应力双层索系；,斜拉结构(图1 c),Maysville Bridge,图2 张拉整体结构,6.1 概述,网架结构是由很多杆件通过节点按照一定规律组成的网状空间杆系结构。网架结构根据外形可分为平板网架和曲
2、面网架。在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，经济指标较好。,网架结构优点：,1、三向受力空间体系，自重轻，节约钢材。2、网架结构组合有规律，大量杆件和节点的形状、尺寸相同,并且杆件和节间规格较少，便于大批量生产，现场进行拼接容易，提高施工速度。3、网架结构是一种无水平推力或拉力的空间结构，支座构造简单，简支即可。便于下部支承结构的处理。,4、整体刚度大，稳定性好，安全储备高，抗震性能好。5、网架占用空间小，可利用网架上下弦之间的空间布置各种设备和管道，更有效利用空间，使用方便。6、建筑造型新颖、壮观、轻巧、大方，并能直接利用网架上下弦杆和腹杆的布置形成一些美丽的天花图案。,6.2 网架的结构
3、体系及形式,网架分两大类：1、有不同方向的平行弦桁架相互交叉组成，称为交叉桁架体系网架。2、由三、四、六角锥等锥体单元组成的空间网架结构，称为角锥体系网架。,在网架结构应用早期，交叉桁架比角锥容易推广。因为交叉桁架体系可先拼装成平面桁架，然后进行总拼，施工简单。但在网架制作越来越专业的时候，角锥体系因其良好的受力性能而更具有竞争力。,网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图1），是最常用的网架形式。,图1 双层网架,特点：三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图2)。特点是增加网架高度，减小弦杆内力，减小网格尺寸和腹杆长度
4、。当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。,选用原则：网架跨度较大时，采用。,图2 三层网架,双层网架的常见形式,平面桁架网架 四面锥体系网架 三角锥体体系网架,两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架,正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架,三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架,一、平面桁架网架（交叉桁架体系网架）,由平面桁架交叉组成。这类网架上下弦长度相等，而且上下弦和腹杆位于同一垂直面内，一般可计为斜腹杆受拉，竖杆受压，斜腹杆与弦杆的角度在4
5、0-60之间，这类网架有四种形式：,1、两向正交正放网架 由两个方向的平面桁架交叉而成，交叉角为90度，故称正交。两个方向的桁架分别平行于建筑物平面的边线，故称正放。两个方向网格数宜布置成偶数，如为奇数，则在桁架中部节间应做成交叉腹杆。,两向正交正放网架,水平斜撑杆,选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。,该网架上下弦组成的网格为矩形，腹杆又在上下弦平面内，属于几何可变。为能有效传递荷载，对于周边支撑网架，宜在支承平面内沿周边设置水平斜杆。,对于点支承网架，应在支承平面内沿主桁架的两侧设置水平斜杆。,图 周边支承网架水平斜撑布置方式之一,两向正交正放网架的受力类似于两向等刚
6、度交叉梁，随平面尺寸及支承情况而变化。对周边支承，平面尺寸越接近正方形，两个方向桁架杆内力越接近，空间作用越明显，但随边长比的增大，单向传力作用明显增大；对于点支承，支承附近的杆件及主桁架杆件内力较大，其他部位内力较小，两者差别较大。,2.两向正交斜放网架,1）定义：由两组相互交叉成90度的平面桁架组成，但每片桁架与建筑平面边线的交角为45度。可理解为两向正交正放网架在建筑平面上放置时转动45度。,2）特点：网架中各片桁架长短不一。节间数有多有少，四角的短桁架刚度较大，对长桁架有一定的嵌固作用，减少长桁架跨中弦杆受力，对网架受力有力。,对于矩形平面，周边支承时，可处理成长桁架通过角柱和长桁架不
7、通过角柱。前者将使四个角柱产生较大的拉力；后者可避免角柱产生过大的拉力，但需要在长桁架支座处设两个边角柱。,图 两向正交斜放网架,两向正交斜放 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。,3、两向斜交斜放网架 由两个方向桁架相交角交叉而成，形成棱形网格。适用于两个方向网格尺寸不同，而要求弦杆长度相等。两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂。,4、三向网架三个方向的平面桁架相互交角60比两向网架刚度大，适合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在某些平面形状会出现不规则杆件,图 三向网架,2、四角锥体系网架 由许多四角锥按一定规律组成，组成
8、的基本单元为倒置四角锥。这类网架上下平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格的四个节点用腹杆相连。若改变上下弦错开的平移值，或相对旋转上下弦杆，并适当抽去一些弦杆和腹杆，即可到各种形式的四角锥。,图 正放四角锥网架,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。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。,1、正放四角锥网架,2008奥运会场馆（正放四角锥）,运动场看台,2、正放抽空四角锥网架在正放四角锥的基础上，为节约钢材，便于采光和通风，可适当抽去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，形成正放抽空四角锥。,特点：将正放四角锥网架适当抽掉
9、一些腹杆和下弦杆。,图 正放抽空四角锥网架,棋盘形四角锥网架保持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。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。,图 棋盘形四角锥网架,图 斜放四角锥网架,斜放四角锥网架上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面。,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边支承情况。,图 星形四角锥网架,三角锥网架上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。当网架高度
10、为网格尺寸的倍时，上下弦杆和腹杆等长。三角锥网架受力均匀：整体性和抗扭刚度好，适用于平面为多边形的大中跨度建筑。,图 三角锥网架,图 抽空三角锥网架,保持三角锥网架的上弦网格不变，按一定规律抽去部分腹杆和下弦杆。抽杆后，网架空间刚度受到削弱。下弦杆数量减少，内力较大。抽空三角锥网架适用于平面为多边形的中小跨度建筑。,上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形。腹杆与下弦杆位于同一竖向平面内。节点、杆件数量都较少，适用于周边支承，中小跨度屋盖。蜂窝形三角锥网架本身是几何可变的：借助于支座水平约束来保证其几何不变。,图 蜂窝三角锥网架,原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大
11、小、支承情况和造价等因素综合分析确定。按照网架结构设计与施工规程JGJ 791的划分：大跨度为60m以上；中跨度为3060m；小跨度为30m以下。,网架的选型,平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边短边)1.5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三角锥网架。平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比1.5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2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，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放
12、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角锥网架。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。,网架的支承方式：,周边支承 点支承周边支承与点支承相结合 两边和三边支承,6.3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置支座(图17a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图17(c),图17 周边支承,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
13、带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1413(图18)。,图18 点支承,图19 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。柱帽可设置于下弦平面之下(图19a)，也可设置于上弦平面之上(图19b)。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19c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。,三边或两边支承 由于考虑扩建或因工艺及建筑功能的要求，在网架的一边或两边不允许设置柱子时。自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利，故应对自由边进行适当处理，以改善网架的受力状态。,图20 周边支撑与点支承结合,平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度(图20),网架高度确定原则,网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。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，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。当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。,
