空间网架结构设计.pdf

空空间间网网架架结结构构设设计计高福聚http://jianzhu123./QQ:2500580332石油大学建筑工程系二○○、也可以看作是平板的格构化。网架结构的起源,据说是仿照金刚钻石原子晶格的空间点阵排布,因而是一种仿生的空间结构,具有很高强度和很大的跨越能力。网架结构是由许多规则的几何体组合而成,这些几何体就是网架结构的基本单元。常用的有:三角锥、四角锥、三棱体、正方棱柱体,此外还有:六角锥、八面体、十面体等(图4-1)。http://jianzhu123./QQ:2500580332图4-1网架结构的基本单元1网架在任何外力作用下都必须是几何不变体系。因此,应该对网架进行机动分析。,其任意一个节点有三个自由度。对于一个具有J个节点,m个杆件的网架,支撑于具有r根约束链杆的支座上时,其几何不变的必要条件是:mr+−3J≥0或m≥3J−r(4-1)如果将网架作为刚体考虑,则最少的支座约束链杆数为6,故r≥6。由此可知,当m≥3J−r时,为超静定结构的必要条件;当m=3J−r时,为静定结构的必要条件;当m≤3J−r时,为几何可变体系。,应先对组成网架的基本单元进行分析,进而对网架的整体作出评价。三角形是几何不变的。如果网架基本单元的外表面是由三角形所组成,则此基本单元也将是几何不变的。在对组成网架的基本单元进行分析时,一般有以下两种类型和两种分析方法。1)两种类型:自约结构体系自身就为几何不变体系;它约结构体系需要加设支承链杆,才能成为几何不变体系。2)两种分析方法:①以一个几何不变的单元为基础,通过三根不共面的杆件交出一个新节点所构成的网架也为几何不变;如此延伸。②列出考虑了边界约束条件的结构总刚度矩阵[K],如果K≠0,[K]为非奇异矩阵,网架位移和杆力有唯一解,网架为几何不变体系;如果K=0,[K]为奇异矩阵,网架位移和杆力没有唯一解,网架为几何http://jianzhu123./QQ:2500580332可变体系。,采取不同的分类方法,可以划分出不同类型的网架结构型式。一般地,)双层网架具有上下两层弦杆,是最常用的网架结构形式。2)三层网架具有上中下三层弦杆,强度和刚度都比双层网架提高很大。在实际应用时,如果跨度l>50m,酌情考虑;当跨度l>80m时,应2当优先考虑。3)组合网架根据不同材料各自的物理力学性质,使用不同的材料组成网架的基本单元,继而形成网架结构。一般是利用钢筋混凝土板良好的受压性能替代上弦杆。这种网架结构型式的刚度大,适宜于建造活动荷载较大的大跨度楼层结构。)周边支承网架周边支承网架是目前采用较多的一种形式,所有边界节点都搁置在柱或梁上,传力直接,网架受力均匀(如图4-2)。当网架周边支承于柱顶时,网格宽度可与柱距一致;当网架支承于圈梁时,网格的划分比较灵活,可不受柱距影响。2)点支承网架一般有四点支承和多点支承两种情形,由于支承点处集中受力较大,宜在周边设置悬挑,以减小网架跨中杆件的内力和挠度(如图4-3)。图4-2周边支承网架图4-3点支承网架3)周边与点相结合支承的网架在点支承网架中,当周边没有因护结构和抗风柱时,可采用点支承与周边支承相结合的形式。这种支承方法适用于工业厂房和展览厅等公共建筑(如图4-4)。http://jianzhu123./QQ:2500580332图4-4周边与点相结合支承图4-5三边支承一边开口或两边支承两边开口4)三边支承一边开口或两边支承两边开口的网架在矩形平面的建筑中,由于考虑扩建的可能性或由于建筑功能的要求,需要在一边或两对边上开口,因而使网架仅在三边或两对边上支承,另一边或两对边为自由边(如图4-5)。自由边的存在对网架的受力是不利的,3为此应对自由边作出特殊处理。一级可在自由边附近增加网架层数或在自由边加设托梁或托架。对中、小型网架,亦可采用增加网架高度或局部加大杆件截面的办法予以加强。5)悬挑网架为满足一些特殊的需要,有时候网架结构的支承形式为一边支承、三边自由。为使玩网架结构的受力合理,也必须在另一方向设置悬挑,以平衡下部支承结构的受力,使之趋于合理,比如体育场看台罩棚(图4-6)。图4-,我们把跨度L≤30m的网架称之为小跨度网架;跨度30m<L≤60m时为中跨度网架;跨度L>60m为大跨度网架。此外,随着网架跨度的不断增大,出现了特大跨度和超大跨度的说法,但目前还没有严