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1、第1章 网架结构概述,1.1.2 网架结构优越性,（1）空间工作，传力途径简捷（2）经济指标好（跨度越大越明显）（3）抗震性能好（4）施工安装简便（5）杆件节点便于定型化、商品化（6）平面布置灵活，屋盖平整，利于吊顶、安装管道设备等近三四十年的得到快速发展：（1）社会发展的需求（各体育场馆等）（2）计算机技术的发展（3）标准化生产,1.1.3 国内外网架结构应用概况,1964年第1幢平板网架结构上海师范学院球类房屋盖1996年首都机场四机位维修机库2008北京奥运会中标方案鸟巢（340mX290m，140mX70m 后改为180mX120m,24根立体桁架柱）,图2.16 维修机库计算模型,国
2、家体育场建筑体形上像鸟巢可容纳8万人。体育场建筑造型呈椭圆的马鞍形，外壳由4.2 万吨钢结构有序编织成鸟巢状独特的建筑造型。建筑物南北向（长轴）长340米，东西向（短轴）长280米，屋盖中间设185.3米127.5米开口。内部为三层混凝土结构碗状看台，钢结构屋顶上层为4.2 万平方米，ETFE 单层张拉膜，下层为膜声学吊顶。整体承重结构由一系列门式刚架绕着内环旋转而成，形成一种三维空间承重体系。每一榀刚架由高12米的屋盖桁架和三角形桁架柱组成，均采用加肋薄壁箱形截面。为了形成鸟巢效果主桁架上弦上还设有交叉的次要构件，也采用箱形截面，总用钢量现已优化到4.2万吨。,合肥新桥国际机场航站楼长860
3、米，宽161米，地上层，局部地下一层，属于超长建筑。为解决混凝土结构温度影响，沿航站楼纵向设置道伸缩缝，将整个结构划分为个温度区段 屋盖体系为大跨钢结构，与下部混凝土结构固接或直接固结于基础上，中部由最多根室内钢柱支撑，形成横向平面钢框架。跨度大的部分采用立体桁架；跨度小的部分直接采用箱形梁柱形式。为保证结构纵向刚度，沿纵向设置联系桁架、水平支撑，并设置了必要的柱间支撑。航站楼钢结构部分不设缝，对应下部伸缩缝处，结构构件连接采用抗震滑动支座处理。,1.2 网架结构的形式与选型,1.2.1 网架结构的形式与分类根据组成：（1）平面桁架系（基本单元：网片）两向正交正放 两向正交斜放 两向斜交斜放（
4、多用于两方向边界柱距不等情况）三向网架,(2)由四角锥体组成（基本单元：4根弦杆、4根斜杆构成正四角锥体）,正放四角锥 正放抽空四角锥 斜放四角锥（上弦杆短，下弦杆长）棋盘形四角锥 星形四角锥 单向折线形,(3)三角锥体组成（基本单元：3根弦杆、3根斜杆构成正三角锥体，即四面体）,三角锥 抽空三角锥1型 抽空三角锥2型 蜂窝型三角锥（杆件和节点数最少）,（4）由六角锥体组成（基本单元：6根弦杆、6根斜杆构成正六角锥体，即七面体）,上弦：三角形网格（节点：6根上弦杆，6根斜杆）下弦：六边形网格（节点：3根下弦杆，3根斜杆）,1.2.2 网架结构选型,施工的方便性：平面桁架类制作方便（焊接）；分条
5、分块吊装不需增设临时支承正交正放类用钢量：周边支承且平面接近正方形，斜放四角锥、棋盘四角锥省。多点支承、三边支承一边开口，用正交正放类。刚度：杆件、节点数较多的网架，刚度优。跨度：60m，大跨度。大跨度网架多用平面桁架类。多边形、圆形平面：三向网架、三角锥类网架，杆件规整。,1.3 网架结构设计一般原则,1.3.1 网架的高跨比、格跨比根据大、中、小跨度采用经验参考值（表格）网架短向跨度的上弦网格数不宜少于6个1.3.2 起拱与起坡网架本身最好不起拱、不起坡（起拱1/300L2，可不计算）起坡：小立柱、网架变高度、整个网架起坡、支承柱边高度,1.3.3 柱帽设置多用于多点支承（减小计算跨度、柱
6、周围杆件内力分散）1.3.4 悬臂长度主要与跨度有关，多点支承，使跨中弦杆内力、挠度减小,1.3.5 网架水平支撑传递水平荷载（风力、水平地震）四柱支承、周边上承式两向正交正放网架,1.3.6 再分杆设置网架上弦杆有集中荷载或需要减小压杆计算长度注意：只减小平面内l0，平面外需要设檩条工程事故：P12,1.3.7 网架自重估算（kN/m2）1.3.8 网架挠度限值 1/250L2（楼层1/300L2），与平面桁架相比可放宽,1.3.9 杆件设计强度和稳定控制。采用普通型钢或薄壁型钢，高频焊管或无缝管（有最小尺寸要求）,250,1.3.10 焊接空心球节点构造要求：直径160mm900mm，受拉
7、、受压承载力设计值,1.3.11 螺栓球节点（西德专利产品）受拉传力路线：杆件、锥头、螺栓、钢球受压传力路线：杆件、锥头、套筒、钢球,1.4 各类派生的新型网架结构,1.4.1 组合网架结构钢筋混凝土面板代替上弦杆1.4.2 杂交网架结构 预应力网架（网架下弦平面内设置预应力索）斜拉网架结构（斜拉桥技术，拉索全方位布置）悬挂网架结构（悬索桥、带吊杆的拱桥技术）,南沙体育馆于2008年12月开工，2010年9月竣工。2010年广州亚运会武术比赛场馆。其外壳的九个曲面单元，单元间片片层叠，并分为南北两组以比赛大厅圆心为中心呈螺旋放射状展开。隐喻了中国武术的最高境界“阴阳俱合，天人合一”。主体钢结构
8、双层环形张弦穹顶结构，主跨度达到了98米，为目前国内此类结构的最大跨度。屋顶设置了大面积的顶天窗及电动遮阳系统，可调节大厅内光线的强弱，在平时可利用自然采光进行各种活动，节约能源。,厦门国际会展中心三期大跨度屋盖结构采用99米跨度张弦桁架。工程所在地风吸力较大，设计中采用混凝土屋盖作为基层，上覆金属屋面，混凝土屋面作为配重，控制张弦桁架下拉索不会出现松弛。为保证屋盖整体稳定，沿纵向设置4道支撑，纵向支撑截面采用倒三角桁架，与张弦桁架等高度；屋盖周边上弦面内布置交叉拉杆，另外沿纵向在三等分处增设两道交叉拉杆。为释放张拉过程中的支座摩擦力以及使用过程中的温度应力，张弦桁架与柱连接一端采用铰支座，布
9、置在侧向刚度较大的一侧，另一端采用单向滑移支座。,第2章 网架结构的基本理论和分析方法,2.1 基本假定和计算模型基本假定：（1）节点铰接，杆件只承受轴向力；（2）小挠度理论（3）弹性方法分析计算模型：（1）铰接杆系（基本单元：每根杆件）（2）桁架系（基本单元：一段桁架）（3）梁系（先将网架等代为梁系，基本单元：梁段）（4）平板（先将网架等代为平板，基本单元：单层普通板或夹层板）,2.2 网架结构分析计算方法概述及其分类,有限元法（铰接杆元、梁元）力法（结构力学）差分法微分方程解析解法微分方程近似解法（变分法、加权残数法）4种计算模型与5种分析方法，形成10种具体计算方法：,2.3 网架结构的
10、有限元法空间桁架位移法,2.3.1 概述基本假定：（1）节点铰接，杆件只承受轴力，忽略节点刚度的影响；（2）网架位移远小于网架厚度，按小挠度理论计算；（3）材料符合虎克定律，按弹性方法分析；（4）网架只作用节点荷载，如在杆件上作用有外荷载要等效转化为节点荷载。总思路：铰接杆单元；节点位移为未知数；建立杆端力和杆端位移的关系（形成单元刚度阵）；由节点平衡条件建立总刚方程；根据边界条件修正总刚；求得节点位移，求得杆件内力。,2.3.1 网架结构的单元分析,2.3.2 边界条件处理,刚性支承修正总刚的方法：划行划列；主元素置大数法弹性支承整体分析；独立柱时，等效弹簧斜边界K按斜边界的局部坐标系转化为KS，后续处理相同,2.3.3 对称条件利用不鼓励采用2.3.4 温度作用计算ij杆，温度变化tij（升温为正，降温为负），则则可知局部坐标系下的杆端力；进而可知整体坐标系下的杆端力；最终可得总刚方程：,2.4.5 杆件内力计算总结：（1）空间桁架位移法基本方程。从力学观点是平衡方程，从数学观点是线性代数方程。（2）K是通过对号入座叠加而成。（3）K要根据边界条件修正，要求。（4）空间桁架位移法是精确解法，适用范围广。,
