建筑结构选型-网架结构.ppt
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1、建筑结构选型第7章 网架结构内容提要概述平板网架的结构体系及其形式 网架结构的支承方式网架结构的受力特点及其选型网架结构主要几何尺寸的确定网架结构的构造组合网架结构 网架结构的工程实例 概述空间网格结构的定义空间网格结构是一种高次超静定的空间网格结构是一种高次超静定的三维杆系网状结构三维杆系网状结构空间网格结构的特点1.在节点荷载作用下杆件以轴压为在节点荷载作用下杆件以轴压为主,材料强度得到充分发挥;主,材料强度得到充分发挥;2.各向受力,各杆相互支撑,整体各向受力,各杆相互支撑,整体性较好。性较好。空间网格结构的分类1.网架:即平面为平板状的网架结网架:即平面为平板状的网架结构;构;2.网壳
2、:网壳:即外形为曲面或壳形的网即外形为曲面或壳形的网架结构架结构。网架网架网壳网壳本章主要讲述的是平板状的网架结构本章主要讲述的是平板状的网架结构概述平板网架结构的优点1.三向受力,轻重省材三向受力,轻重省材2.整体性好,适用性强整体性好,适用性强非对称荷载非对称荷载可适应的荷载类型可适应的荷载类型集中荷载集中荷载动荷载动荷载局部超载局部超载施工时不同步提升施工时不同步提升地基不均匀沉降地基不均匀沉降概述平板网架结构的优点2.整体性好,适用性强整体性好,适用性强地震荷载地震荷载可适应的荷载类型可适应的荷载类型吊车制动力吊车制动力3.无水平推或拉力,无水平推或拉力,支承构造简单支承构造简单4.平
3、面布置灵活,应平面布置灵活,应用广泛用广泛可适用圆、扇、方、矩、可适用圆、扇、方、矩、多边形平面以及工业、公多边形平面以及工业、公共、体育、场馆类建筑共、体育、场馆类建筑5.易于标准化生产和现场拆装易于标准化生产和现场拆装6.占用空间小,可利用上下弦占用空间小,可利用上下弦间布置管线间布置管线概述平板网架结构的优点7.造型轻巧美观,可用造型轻巧美观,可用其中杆件拼图其中杆件拼图平板网架结构应用实例1.大型体育建筑大型体育建筑体育馆体育馆练习馆练习馆概述平板网架结构应用实例1.大型体育建筑大型体育建筑体育场看台雨蓬体育场看台雨蓬2.公共建筑公共建筑展览馆展览馆影剧院影剧院2.公共建筑公共建筑车站
4、车站概述平板网架结构应用实例2.公共建筑公共建筑码头码头候机楼候机楼3.工业工业建筑建筑仓库仓库厂房厂房飞机库飞机库平板网架的结构体系及其形式 平板网架结构的分类1.按层数分按层数分一般为双层,有时为三层一般为双层,有时为三层2.2.按照杆件的布置规律及网格的按照杆件的布置规律及网格的格构原理分格构原理分 交叉桁架体系(交叉又可分为双、三向)交叉桁架体系(交叉又可分为双、三向)角锥体系(角锥又可分角锥体系(角锥又可分为三、四、六角等)为三、四、六角等)早期交叉体系因易于拼早期交叉体系因易于拼装而流行,后来角锥体装而流行,后来角锥体系因受力性能良好、施系因受力性能良好、施工技术发展而受欢迎工技术
5、发展而受欢迎平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式1.两向正交正放网架两向正交正放网架 总平面总平面上弦布置上弦布置下弦布置下弦布置腹杆及上腹杆及上(圆)下(圆)下(点)弦节(点)弦节点布置点布置剖面剖面2.两向正交斜放网架两向正交斜放网架 后图平面布置含义同此后图平面布置含义同此由于四角短桁架(刚度较大)由于四角短桁架(刚度较大)的嵌固作用,长桁架在四角的嵌固作用,长桁架在四角将产生上拔支座力将产生上拔支座力平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式3.两向斜交斜放网架两向斜交斜放网架 用于建筑平面中两相邻用于建筑平面中两相邻边的柱距不等的情况边的柱距不等的情况4.三向交
6、叉网架三向交叉网架A.上下弦上下弦 杆在平面中组成正三角形;杆在平面中组成正三角形;B.空间刚度大、杆件空间刚度大、杆件 内力均匀,故适合在内力均匀,故适合在大跨度工程中采用,但杆件种类多,节点构大跨度工程中采用,但杆件种类多,节点构造复杂,在中小跨度中不造复杂,在中小跨度中不 经济;经济;C.特别适用于三角形、梯形、正六边形、多特别适用于三角形、梯形、正六边形、多边形及边形及 圆形平面的建筑。圆形平面的建筑。平板网架的结构体系及其形式 交叉桁架体系网架的形式5.单向折线形网架单向折线形网架A.单向受力;单向受力;B.较适宜较小跨度特别较适宜较小跨度特别是狭长的建筑平面是狭长的建筑平面;C.为
7、加强结构的整体刚为加强结构的整体刚度,一般需沿建筑平面度,一般需沿建筑平面周边增设部分上弦杆件。周边增设部分上弦杆件。四角锥网架1.正放四角锥网架正放四角锥网架四角锥单元体四角锥单元体(由(由4根弦杆和根弦杆和腹杆组成)腹杆组成)上下弦杆长度上下弦杆长度相等,相互错相等,相互错开半个网格,开半个网格,锥体的棱角杆锥体的棱角杆件为斜腹杆。件为斜腹杆。平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架2.正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架为了降低用钢量,简化构造,为了降低用钢量,简化构造,采光通风,当跨度较小时,采光通风,当跨度较小时,可适当抽掉一些四角锥体,可适当抽掉一些四角锥体,便成为正便成为正 放抽空
8、四角锥网架放抽空四角锥网架3.斜放四角锥网架斜放四角锥网架缺点:缺点:A.A.屋面板种类较多屋面板种类较多(边、角、中三种边、角、中三种),屋面排水坡的,屋面排水坡的形成也较困难,因而给屋面构造设计带来一形成也较困难,因而给屋面构造设计带来一 定的定的不便;不便;B.B.同时,当为点支承时,要在周边布置封闭的边桁架同时,当为点支承时,要在周边布置封闭的边桁架以保证网架的稳定性。以保证网架的稳定性。优点:优点:A.A.上弦压杆短,下弦上弦压杆短,下弦拉杆长,受力比正拉杆长,受力比正放四角锥更为合理;放四角锥更为合理;B.B.每个节点交汇的杆每个节点交汇的杆件数量较少,因此件数量较少,因此用钢量较
9、少;用钢量较少;平板网架的结构体系及其形式 四角锥网架4.棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架A.构成构成:将斜放四角锥网架将斜放四角锥网架 水平水平转动转动45而成,四角锥体而成,四角锥体的连接方式不变。的连接方式不变。B.优点:优点:克服了斜放四角锥网架屋克服了斜放四角锥网架屋面板种类多、屋面排水坡面板种类多、屋面排水坡形成困难的缺点。形成困难的缺点。5.星形四角锥网架星形四角锥网架星形四角锥单元星形四角锥单元 星形四角锥单元可以看成星形四角锥单元可以看成是由两个倒置的是由两个倒置的 三角形小三角形小格架正交形成,在交点处格架正交形成,在交点处共用一根竖杆共用一根竖杆应用:应用:一般适用于中一
10、般适用于中 小跨度且为周边支承的屋盖。小跨度且为周边支承的屋盖。受力特点:受力特点:A.A.上弦杆短,下弦杆长,上弦杆短,下弦杆长,受力合理;受力合理;B.B.竖杆受压,其内力等竖杆受压,其内力等于上弦节点荷载;于上弦节点荷载;平板网架的结构体系及其形式 三角锥网架1.三角锥网架三角锥网架三角锥单元体三角锥单元体三角锥体的底面三角锥体的底面呈正三角形,锥呈正三角形,锥顶向下,顶点位顶向下,顶点位于正三角形底面于正三角形底面的重心线上。由的重心线上。由底面正三角形的底面正三角形的三个角向锥顶连三个角向锥顶连接三根腹杆,即接三根腹杆,即构成一个三角锥构成一个三角锥单元体单元体组成特点:组成特点:A
11、.由倒置的三角锥排列而成,其上下由倒置的三角锥排列而成,其上下 弦杆弦杆形成的网格图案均为正三角形形成的网格图案均为正三角形;B.如果网架的高度如果网架的高度h=sSQRT(2/3)(s为弦杆为弦杆长度长度),则,则 网架的全部杆件均等长;网架的全部杆件均等长;C.锥体间为角锥体间为角-角相连。角相连。受力及刚度特点:受力及刚度特点:三角锥网架受力比较均匀,整体刚度也较三角锥网架受力比较均匀,整体刚度也较 好。好。应用:应用:一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物。一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑物。平板网架的结构体系及其形式 三角锥网架2.抽空三角锥网架抽空三角锥网架组成特点:组成特点:上弦杆仍
12、呈正三角形,上弦杆仍呈正三角形,下弦杆则随抽锥方式下弦杆则随抽锥方式的不同而呈三角形、六边形等多种图案。的不同而呈三角形、六边形等多种图案。经济效果:经济效果:因杆件数与节点因杆件数与节点 数都比三角锥网架少,所以数都比三角锥网架少,所以用钢量也较少。用钢量也较少。刚度特点及应用:刚度特点及应用:刚度较差,适用于屋刚度较差,适用于屋盖荷载较轻、跨度较盖荷载较轻、跨度较小的情况。小的情况。3.蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架构图特点:构图特点:A.由各倒置的三角锥体底面的由各倒置的三角锥体底面的 角与角相角与角相接而形成接而形成;B.上弦杆呈三角形和六边形,下弦杆呈上弦杆呈三角形和六边形,下弦杆
13、呈六边形;六边形;C.每个节点均有六根杆每个节点均有六根杆 件交汇,是常见件交汇,是常见的几种网架中节点汇集杆件最少的一种。的几种网架中节点汇集杆件最少的一种。受力、经济特点及应用:受力、经济特点及应用:上弦短,下弦长,受力较合理;节点和上弦短,下弦长,受力较合理;节点和杆件数均较少,因而其用钢量较少;适杆件数均较少,因而其用钢量较少;适用于用于 轻型的中小跨度的屋盖。轻型的中小跨度的屋盖。平板网架的结构体系及其形式 六角锥网架六角锥单元六角锥单元组成特点:组成特点:A.当锥尖向下时,上弦为正当锥尖向下时,上弦为正 六边形网格,下六边形网格,下弦为正三角形网格;弦为正三角形网格;B.当锥尖向上
14、时,上弦为正三角形网格,下当锥尖向上时,上弦为正三角形网格,下弦为正六边形网格;弦为正六边形网格;C.杆件多,节点构造复杂。杆件多,节点构造复杂。应用:应用:在实际工程中较少采用。在实际工程中较少采用。网架结构的支承方式两类支承1.刚性支承刚性支承特点:特点:无竖向位移,但可有水平位移。无竖向位移,但可有水平位移。实例形式:实例形式:如将网架直接支承在柱、墙或大刚如将网架直接支承在柱、墙或大刚度的梁上。度的梁上。梁支承梁支承柱支承柱支承墙支承墙支承网架结构的支承方式两类支承2.弹性支承弹性支承特点:特点:有竖向位移。有竖向位移。一般含义及实例:一般含义及实例:一般指三边支承网架中的自由边设一般
15、指三边支承网架中的自由边设反梁支承、桁反梁支承、桁 架支承、拉索支承等架支承、拉索支承等拉索支承拉索支承桁架支承桁架支承(本章主要(本章主要讲刚性支承)讲刚性支承)网架结构的支承方式周边支承网架1.特点特点A.周边节点均设计为支座节点周边节点均设计为支座节点;B.受力均匀,刚度大;受力均匀,刚度大;C.因可不设边桁架,故用钢量少因可不设边桁架,故用钢量少2.应用应用最广泛最广泛3.类型类型A.每个周边每个周边节点均直接节点均直接支承于柱上支承于柱上传力直接,受传力直接,受力均匀,适用力均匀,适用于大跨度及中于大跨度及中等跨度的网架等跨度的网架B.周边节点周边节点支承于柱支承于柱顶顶连梁连梁上上
16、受力较均匀,受力较均匀,平、立面布置平、立面布置灵活灵活C.周边节点支周边节点支承于承于承重墙顶承重墙顶部的圈梁部的圈梁上上较经济,适用较经济,适用于中小跨度于中小跨度网架结构的支承方式三边支承网架1.支承特点支承特点仅在仅在三边三边设置设置支承,支承,另一另一边自边自由由2.自由边处理自由边处理A.不设支撑系统不设支撑系统(用于中小跨度)(用于中小跨度)为增强刚度、为增强刚度、改善受力,可改善受力,可适当提高网架适当提高网架截面高度、自截面高度、自由边杆件截面由边杆件截面或在自由边悬或在自由边悬挑部份网架挑部份网架B.设支撑系统设支撑系统(跨度较大时较合理)(跨度较大时较合理)设支撑系统也设
17、支撑系统也称为加反梁,称为加反梁,可为托梁、桁可为托梁、桁架或局部增加架或局部增加网架层数网架层数3.应用应用飞机库或制造飞机库或制造修理车间、造修理车间、造船厂、影剧院船厂、影剧院或有可能扩建或有可能扩建的建筑物,厂的建筑物,厂房变形缝处房变形缝处网架结构的支承方式两边支承网架1.支承特点支承特点只有其相对两边上的只有其相对两边上的节点设计成支座节点,节点设计成支座节点,其余两边为自由边其余两边为自由边2.应用应用极少极少若把平行于支座边的上、下弦杆去掉,则可形若把平行于支座边的上、下弦杆去掉,则可形成单向网架或称折板形网架成单向网架或称折板形网架网架结构的支承方式点支承网架四点支承四点支承
18、多点支承多点支承1.支承特点支承特点A.支座点可布置在四个或多个支承支座点可布置在四个或多个支承柱上柱上;B.承点多对称布置,并在周边设置承点多对称布置,并在周边设置悬臂段,以平衡一部分跨中弯矩,悬臂段,以平衡一部分跨中弯矩,减少跨中挠度。减少跨中挠度。2.应用应用主要用于体育馆、展览厅等大跨主要用于体育馆、展览厅等大跨度公共建筑度公共建筑多点支承多点支承四点支承四点支承网架结构的支承方式周边支承与点支承相结合1.支承特点支承特点在周边支承的基础上,在建筑内部增设中间支承节点在周边支承的基础上,在建筑内部增设中间支承节点2.优点优点减小跨度和内力,增加刚度,节约钢材减小跨度和内力,增加刚度,节
19、约钢材3.应用应用大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 1.受力特点受力特点正交正放交叉桁架体系网架结构可以看成是正交正放交叉桁架体系网架结构可以看成是两个方向的平面桁架结构的组合,荷载沿桁两个方向的平面桁架结构的组合,荷载沿桁架方向向周边架方向向周边 支座传递支座传递网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 1.受力特点受力特点正交斜放交叉正交斜放交叉桁架体系网架桁架体系网架结构荷载仍沿结构荷载仍沿桁架方向向支桁架方向向支座周边传递,座周边传递,但由于端部桁但由于端部桁架较短,刚度架较短,刚度较大,致使长较大,致使长桁架
20、端部产生桁架端部产生负弯矩和支座负弯矩和支座拔拉力。拔拉力。为减小支座拉力,可把角柱去掉,为减小支座拉力,可把角柱去掉,但其结果是屋面起坡脊线构造复杂。但其结果是屋面起坡脊线构造复杂。网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型A.用钢量比较用钢量比较正放四角锥最高正放四角锥最高斜放四角锥最少斜放四角锥最少棋盘形四角锥高于斜放四角锥棋盘形四角锥高于斜放四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥双向桁架双向桁架网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型A.用钢量比较用钢量比较三向桁架三向桁架蜂窝形三角锥最少蜂窝形三角锥最少抽空三角锥第二少抽空三角
21、锥第二少三向网架和三三向网架和三角锥网架比以角锥网架比以上两种大上两种大注:图中为网格、荷载、支承均相同的比较结果。对大跨度建筑,注:图中为网格、荷载、支承均相同的比较结果。对大跨度建筑,此四种网架的单位面积用钢量接近。当跨度近百米时,由于刚度此四种网架的单位面积用钢量接近。当跨度近百米时,由于刚度的要求,三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种的要小的要求,三向网架和三角锥网架的用钢量反而较前两种的要小网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型B.刚度比较刚度比较正放四角锥最高正放四角锥最高斜放四角锥最少斜放四角锥最少星形四角锥高于棋盘形四角锥星形四角锥高于棋盘形四角锥周边
22、支承的方形或矩形平周边支承的方形或矩形平面的两向正交正放、两向面的两向正交正放、两向正交斜放、正放四角锥、正交斜放、正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘形四角锥和星角锥、棋盘形四角锥和星形四角锥等七种网架结构形四角锥等七种网架结构的刚度差别不大,但以图的刚度差别不大,但以图中三种刚度最好。中三种刚度最好。双向桁架双向桁架网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型B.刚度比较刚度比较三向桁架三向桁架三向网架(左)三向网架(左)和三角锥网架和三角锥网架(右)较大(右)较大(用钢量大刚(用钢量大刚度大)度大)蜂窝形和抽空三角锥网架较小(用钢量小刚度小)
23、蜂窝形和抽空三角锥网架较小(用钢量小刚度小)网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型C.结构选型结构选型斜放四角锥斜放四角锥棋盘形四角锥棋盘形四角锥星形四角锥星形四角锥正方形或接近正方形的周正方形或接近正方形的周边支承网架应优先考虑右边支承网架应优先考虑右图三种网架结构方案图三种网架结构方案网架结构的受力特点及其选型周边支承网架 2.结构选型结构选型C.结构选型结构选型圆形或多边形的周边支圆形或多边形的周边支承网架,当荷载和跨度承网架,当荷载和跨度较大时,应选用刚度较较大时,应选用刚度较好的右图两种方案好的右图两种方案三角锥网架三角锥网架三向网架三向网架网架结构的受力特点及
24、其选型四点及多点支承网架 1.受力特点受力特点正交正放方正交正放方案因传力路案因传力路径较短而受径较短而受力更佳力更佳正交正放正交正放正交斜放正交斜放2.结构选型结构选型点支承宜选点支承宜选用正交正放用正交正放方案方案三边支承网架 可参照周边支承选型可参照周边支承选型网架结构主要几何尺寸的确定网格尺寸 1.限定范围限定范围网格尺寸,主要是指上弦杆网格的网格尺寸,主要是指上弦杆网格的几何尺寸。几何尺寸。2.影响因素影响因素跨度、柱距、屋面构造、杆件材料、跨度、柱距、屋面构造、杆件材料、结构型式结构型式3.与短跨的关系与短跨的关系见下表见下表4.一般原则一般原则在可能情况下,尽量大些在可能情况下,
25、尽量大些5.具体实例具体实例(1 1)与)与屋面材料的关系屋面材料的关系A.A.钢筋混凝钢筋混凝 土板:土板:3m3mB.B.轻型屋面材料轻型屋面材料:可为檩条间距的倍数可为檩条间距的倍数(2 2)与)与桁架杆件类型的关系桁架杆件类型的关系A.A.钢管:网格尺寸可大些;钢管:网格尺寸可大些;B.B.角钢或小规格钢材:网格尺寸应小些。角钢或小规格钢材:网格尺寸应小些。6.设计操作设计操作先定网格数,后定网格尺寸先定网格数,后定网格尺寸网架结构主要几何尺寸的确定截面高度1.截面高度对网架性能的影响截面高度对网架性能的影响截面高,刚度大,内力小,但腹杆截面高,刚度大,内力小,但腹杆长度和围护高度大长
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