網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點探討

實用文檔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點探討摘要：在我國現(xiàn)代建筑行業(yè)快速持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的歷史背景之下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為一種建筑造型美觀，經(jīng)濟指標優(yōu)良的結(jié)構(gòu)形式，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑領(lǐng)域，并在我國現(xiàn)代建筑工程項目展示出了持續(xù)擴大的趨勢。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計中了掌握網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點非常必要。關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；桿件；節(jié)點前言：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)中廣為應(yīng)用的一種重要形式?，F(xiàn)代社會中，由于科學(xué)技術(shù)的進步，社會生活的豐富，對建筑結(jié)構(gòu)的跨度也提出了新的要求。如在體育建筑中，為容納更多觀眾和適應(yīng)大型比賽的需求，要求大跨度的體育館；在工業(yè)廠房中，為滿足工藝改革的需要，也要求建造大柱網(wǎng)的聯(lián)合車間等等。為適應(yīng)這些需求，空間結(jié)構(gòu)在各類大跨度建筑中得到了越來越多的應(yīng)用。一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸包括網(wǎng)格尺寸(指上弦網(wǎng)格尺寸)和網(wǎng)架高度?？筛鶕?jù)跨度大小柱網(wǎng)尺寸、屋面材料以及構(gòu)造要求和建筑功能等因素確定。1.網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格尺寸(指上弦網(wǎng)格尺寸)一般為跨度的1/6~1/20，即在跨度方向有6~20個網(wǎng)格。網(wǎng)格尺寸還與網(wǎng)架高度有密切關(guān)系，通常應(yīng)使斜腹桿與弦桿平面的夾角為40~55°。這樣節(jié)點構(gòu)造容易處理。網(wǎng)格尺寸也與網(wǎng)架跨度大小有關(guān)。跨度大的網(wǎng)架其網(wǎng)格尺寸應(yīng)取得大一些。根鋸對矩形平面、周邊支承的網(wǎng)架進行最優(yōu)設(shè)計表明:最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)基本上隨跨度的增大而增加，小跨度(<30m)為8~10格，中跨度(30~60m)為10~16格，大跨度(>60m)為12~20格。荷載大小及矩形平面的長寬比對最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)沒有影響。此外，網(wǎng)格尺寸也應(yīng)考慮通風(fēng)管道等設(shè)備的設(shè)置問題。網(wǎng)架尺寸可參考表1選用。2.網(wǎng)架高度為保證網(wǎng)架中央的撓度不致過大，網(wǎng)架高度-般取為跨度的1/10~1/18，跨度鉸大時，取較小值。網(wǎng)架高度可參考表1選用，網(wǎng)架高度的確定主要取決于下列幾個因素:一、建筑要求和容許撓度要求網(wǎng)架的高度應(yīng)根據(jù)建筑要求、相對撓度要求和經(jīng)濟要求來確定。一般情況下，網(wǎng)架跨度較小時，其高度由網(wǎng)架的建筑要求和管道設(shè)備要求來決定:網(wǎng)架跨度較大時，其高度往往根據(jù)相對撓度來決定。二、支承條件和平面形狀平面形狀為圓形的網(wǎng)架，其高路比可取得比其他平面形狀小一些。矩形平面形狀的網(wǎng)架，當平面越狹長時，單向作用越明顯，其撓度也越大于正方形平面的網(wǎng)架。三、節(jié)點構(gòu)造形式網(wǎng)架的節(jié)點構(gòu)造形式很多，國內(nèi)常用的有焊接空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點。二者相比，前者安裝變形小于后者。故采用螺栓球節(jié)點時，網(wǎng)架的高跨比應(yīng)取大一些。表1網(wǎng)架短向跨度L2（m）上弦網(wǎng)格尺寸網(wǎng)架高度<30(1/6~1/12)L2(1/10~1/14)L230~60(1/10~1/16)L2(1/12~1/16)L2>60(1/12~1/20)L2(1/14~1/18)L2二、網(wǎng)架的桿件1.桿件材料和截面型式網(wǎng)架桿件的截面型式主要有角鋼和圓鋼管兩種。圓鋼管截面具有管壁薄、回轉(zhuǎn)半徑大和截面無方向性等特點,對受壓和受扭均有利。根據(jù)資料分析，對于圓鋼管、角鋼，當截面面積相同時，圓鋼管的軸壓極限承載力最大，在長細比大的情況下,為角鋼的3.5倍。一般情況下，采用圓鋼管越面比采用型鋼截面可節(jié)約20%的用鋼量。2.桿件的計算長度及容許長細比與平面桁架相比，網(wǎng)架節(jié)點處匯集桿件較多，節(jié)點嵌固作用較大。網(wǎng)架桿件計算長度系數(shù)與網(wǎng)架節(jié)點連按型式有關(guān)。對螺栓球節(jié)點,計算長度系數(shù)μ都取為1。對于空心球節(jié)點，因空心球的外徑約為桿件長度的10%,故對弦桿取μ=0.9,對腹桿μ=0.8×0.9=0.72,近似取0.8。網(wǎng)架桿件算長度l0=μl，式中l(wèi)—桿件幾何長度(節(jié)點中心間距離)，μ—計算長度系數(shù)。由于網(wǎng)架是空間結(jié)構(gòu)，桿件的容許長細比可比平面桁架放寬一些。受壓桿件[λ]=180；關(guān)鍵受拉桿件[λ]=250；一般受拉桿件[λ]=300；3.網(wǎng)架桿件截面尺寸桿件截面的最小尺寸應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的跨度與網(wǎng)格大小按計算確定，普通角鋼不宜小于L50X3，鋼管不宜小于Φ48X3。對大、中跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，鋼管不宜小于Φ60X3.5。結(jié)構(gòu)桿件分布應(yīng)保證剛度的連續(xù)性，受力方向相鄰的弦桿其桿件截面面積之比不宜超過1.8倍。三、網(wǎng)架的節(jié)點在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，節(jié)點起著連接匯交桿件、傳遞桿件內(nèi)力的作用，同時也是網(wǎng)架與屋面結(jié)構(gòu)、天棚吊頂、管道設(shè)備、懸掛吊車等連接之處，起著傳遞荷載的作用。因此，節(jié)點是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點均假定為餃接，桿件均按軸心受力設(shè)計，因而各桿件軸線在節(jié)點上應(yīng)準確交匯于一點，以免偏心而產(chǎn)生附加力矩。網(wǎng)架的節(jié)點型式很多，按造型式方式主要分為焊接空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點兩類。1.焊接空心球焊接空心球節(jié)點是目前應(yīng)用最為普遍的一種節(jié)點型式。這種節(jié)點是一種空心球體，它是將兩塊圓鋼板經(jīng)熱壓或冷壓成兩個半球后再對焊而成。當球徑等于或大于300mm,且桿件內(nèi)力較大時，可在球體內(nèi)加襯環(huán)肋，并與兩個半球焊成一體以提高節(jié)點承載能力。加環(huán)肋后，承載能力一般可提高15~30%。這種節(jié)點傳力明確，構(gòu)造簡單，造型美觀，而且連接方便。由于球體沒有方向性，可與任意方向的桿件相連;當匯交桿件較多時，其優(yōu)點更為突出。因此它的適應(yīng)性強，可用于各種形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。球體直徑D主要根據(jù)構(gòu)造要求確定，為便于施焊，在構(gòu)造上要求:連接于同球節(jié)點的各桿件之間的空隙不小于20mm?？招那虻耐鈴脚c壁厚之比宜取25~45；空心球壁厚與主鋼管的壁厚之比宜取1.5~2.O;空心球壁厚不宜小于4mm。當選用加環(huán)助的空心球時，其環(huán)肋厚度不應(yīng)小于球壁厚度。并應(yīng)使內(nèi)力較大的桿件置于環(huán)肋平面內(nèi)。螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點是通過螺栓將圓鋼管桿件和鋼球連接起來的一種節(jié)點形式。它一般由鋼球、螺栓、銷子、套筒和維頭或封板等零件組成。螺栓球節(jié)點的連接構(gòu)造原理是，先將置有縩栓的錐頭或封板焊在鋼管桿件的兩端，在伸出錐頭或封板的縩桿上套有兩側(cè)開有長槽的無紋螺母(套簡)，并以銷釘將螺栓與套簡連在一起。拼裝時直接擰動六角形套筒，通過銷釘帶動螺栓轉(zhuǎn)動，從而使螺栓旋入球體，直至桿件與螺栓球緊貼為止。鋼球直徑應(yīng)保證相鄰螺栓在球體內(nèi)不相碰并應(yīng)滿足套筒接觸面的要求。螺栓在整個節(jié)點中是最關(guān)鍵的傳力部件,合理的設(shè)計,對保證節(jié)點的安全和減輕節(jié)點重量都有密切關(guān)系。螺栓常采用高強度鋼材制作，并要求熱處。高強度螺栓的性能等級應(yīng)按規(guī)格分別選用。對于M12~M36的高強度螺栓，其強度等級應(yīng)按10.9級選用;對于M39~M64的高強度螺栓，其強度等級應(yīng)按9.8級選用。套筒是六角形的無紋螺母，主要用以擰緊螺栓和傳遞桿件軸向壓力。套筒內(nèi)孔徑一般比螺栓直徑大1mm。套簡壁厚按網(wǎng)架最大壓桿內(nèi)力計算確定，并驗算其開槽處和端部有效截面積的承壓力。套簡端部到滑槽端部距離，應(yīng)按該處有效戴面抗拉能力不低于銷釘抗剪能力進行計算，但不應(yīng)小于1.5倍滑槽寬度(滑槽寬度一般比銷釘直徑大2mm)。銷子是套筒和螺栓聯(lián)系的媒介，使能通過旋轉(zhuǎn)套簡面擰緊螺栓。在擰緊螺栓時，銷子承受剪力。為臧少銷孔對螺栓有效截面的削弱,銷子直徑應(yīng)盡可能小些,并宜采用高強鋼制作。其直徑一般取螺栓直徑的0.16~0.18倍，且不小于3mm。錐頭或封板連接其連接焊縫的承載力應(yīng)不低于連接鋼管，焊縫底部寬度可根據(jù)連接鋼管壁厚取2mm~5mm。錐頭任何截面的承載力應(yīng)不低于連接鋼管，封板厚度應(yīng)按實際受力大小計算確定，封錐頭底板外徑宜較套筒外接圓直徑大1mm~2mm，錐頭底板內(nèi)平臺直徑宜比螺栓頭直徑大2mm。錐頭傾角應(yīng)小于40°。結(jié)束語隨著近三十年來高強度鋼材的使用，電子計算技術(shù)的進步，為