最新空间网架结构课件.ppt
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1、空间网架结构空间网架结构按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架 棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架 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。上弦杆比下弦杆短,受力合理。克服了正交斜放,上弦杆呈正交正放。上弦杆比下弦杆短,受力合理。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。适用于中、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。适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。斜放四角锥网架斜
2、放四角锥网架 上弦杆比下弦杆短,受上弦杆比下弦杆短,受力合理。杆件数量少,屋力合理。杆件数量少,屋面板类型多,屋面组织排面板类型多,屋面组织排水较困难。水较困难。适用于中、小适用于中、小跨度周边支承,或周边支跨度周边支承,或周边支承与点支承相结合的矩形承与点支承相结合的矩形平面情况。平面情况。星形四角锥网架星形四角锥网架 由两个倒置的三由两个倒置的三角形小桁架相互正交角形小桁架相互正交单元组成。适用于中、单元组成。适用于中、小跨度周边支承方形小跨度周边支承方形或接近方形平面的网或接近方形平面的网架。架。三角锥网架三角锥网架 抽空三角锥网架抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架 三角锥
3、网架三角锥网架 上、下弦平面均为三角形网上、下弦平面均为三角形网格。杆件受力均匀,本身为几何格。杆件受力均匀,本身为几何不变体,整体抗扭、抗弯刚度好。不变体,整体抗扭、抗弯刚度好。适用于大中跨度及重屋盖建筑物,适用于大中跨度及重屋盖建筑物,当建筑平面为三角形、六边形和当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜。圆形时最为适宜。抽空三角锥网架抽空三角锥网架 抽去部分三角锥单元抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。下弦杆的腹杆和下弦杆。下弦杆内力较大,用钢量省,但内力较大,用钢量省,但空间刚度较三角锥网架小。空间刚度较三角锥网架小。适用于中、小跨度的三角适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面形、
4、六边形和圆形等平面的建筑。的建筑。蜂窝形三角锥网架蜂窝形三角锥网架 上弦为正三角形和正六边形网上弦为正三角形和正六边形网格,下弦为正六边形网格。本身几格,下弦为正六边形网格。本身几何可变。其上弦杆短,下弦杆长,何可变。其上弦杆短,下弦杆长,受力合理。适用于中、小跨度周边受力合理。适用于中、小跨度周边支承的情况,可用于六边形、圆形支承的情况,可用于六边形、圆形或矩形平面。或矩形平面。根据建筑根据建筑平面形状平面形状和和跨度跨度大小,大小,支承方式、荷载支承方式、荷载大小、大小、屋面构造屋面构造和和材料材料、制作安装方法制作安装方法等因素等因素。网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ
5、7-91 大跨度为大跨度为60m以上以上 中跨度为中跨度为3060m 小跨度为小跨度为30m以下以下 周边支承周边支承点支承点支承周边支承与点支承相结合周边支承与点支承相结合两边和三边支承等。两边和三边支承等。点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。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,设计时应尽量带有悬挑,为减小跨中正弯矩及挠度,设计时应尽量带有悬挑,多点支承网架的悬挑长度可取跨度的多点支承网架的悬挑长度可取跨度的1 14 41 13 3。各种柱帽形式各种柱帽形式 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。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
6、弦平面之下柱帽可设置于下弦平面之下(图图a)a),也可设置于上弦平面之上,也可设置于上弦平面之上(图图b)b)。当柱子直接支承上弦节点时,也可在网架内设置伞形柱帽当柱子直接支承上弦节点时,也可在网架内设置伞形柱帽(图图c)c),这种柱帽承载力较低,适用于中小跨度网架。,这种柱帽承载力较低,适用于中小跨度网架。常用网架选型表 支承方式 平面形状 跨度 网架形式 60m 斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、正放抽空四角锥网架、蜂窝形三角锥网架、星形四角锥网架 L1/L21.5 60m 两向正交正放网架、两向正交斜放网架、正放四角锥网架、斜放四角锥网
7、架 1.5L1/L22 两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架 矩 形 L1/L22 两向正交正放网架、正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、单向折线形网架 60m 三向网架、三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架 周 边 支 承 圆形、多边形 60m 三向网架、三角锥网架 三边支承 参照上述周边支承矩形平面网架进行选型,但其开口边可采取增加网架层数或适当增加整个网架高度等办法,网架开口边必须形成竖直的或倾斜的边桁架 四点支承及多点支承 正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架 周边支承与点支承结合 矩 形 正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向
8、正交正放网架、两向正交斜放网架或斜放四角锥网架 注:1当网架跨度 L1、L2两个方向的支承距离不等时,可选用两向斜交斜放网架。2L1为网架长向跨度;L2为网架短向跨度。网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件、网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件、设备管道等因素有关。设备管道等因素有关。容许挠度:容许挠度:用作屋盖用作屋盖L2/250,用作楼盖用作楼盖L2/300 排水坡度:排水坡度:3%5%起拱要求:起拱要求:L2/300 1.1.直接作用(荷载)和间接作用直接作用(荷载)和间接作用 对使用阶段对使用阶段荷载作用荷载作用下的下的内力和位移内力和位移进行计算,并应根据具体情况进
9、行计算,并应根据具体情况对对地震作用、温度变化、支座沉降地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及等间接作用及施工安装荷载施工安装荷载引起的引起的内力和位移进行计算。内力和位移进行计算。(1 1)永久荷载)永久荷载:网架自重;网架自重;屋面(或楼面)材料重力;屋面(或楼面)材料重力;吊顶材料吊顶材料的重力;的重力;设备管道的重力。设备管道的重力。双层网架自重双层网架自重gok(kN/m2)200/2Lqgwok(2 2)可变荷载:)可变荷载:活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载(3 3)抗震验算:)抗震验算:竖向抗震验算竖向抗震验算 设防烈度为设防
10、烈度为8 8度或度或9 9度的地区,度的地区,周边支承及多点支承和周边支承相周边支承及多点支承和周边支承相结合的网架结合的网架 v 为竖向地震作用系数为竖向地震作用系数。ivEvkiGF竖竖向向地地震震作作用用系系数数 场地类别 设防烈度 、8 可不计算(0.10)0.08(0.12)0.10(0.15)9 0.15 0.15 0.20 注:括号中数值用于设计基本地震加速度为 0.3g 地区 悬挑长度较大悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于的网架屋盖结构以及用于楼层楼层的网架的网架结构结构,当设防烈度为当设防烈度为8度或度或9度时,其竖向地震作用标度时,其竖向地震作用标准值可分别取该结构准值可分
11、别取该结构重力荷载代表值的重力荷载代表值的10%或或20%。设。设计基本地震加速度为计基本地震加速度为0.3g时,可取该结构重力荷载代表时,可取该结构重力荷载代表值的值的15%。计算重力荷载代表值时,。计算重力荷载代表值时,永久荷载取永久荷载取100%,雪荷载和屋面积灰荷载取雪荷载和屋面积灰荷载取50%,不计屋面活荷载。,不计屋面活荷载。水平抗震验算水平抗震验算 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8度的地区,对于周边支承的中小度的地区,对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为9度的地区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。度的
12、地区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。(4 4)温度内力:)温度内力:不计算的条件不计算的条件支座节点的构造允许网架侧移,且侧移值不小于下式的支座节点的构造允许网架侧移,且侧移值不小于下式的计算值(例如板式橡胶支座);计算值(例如板式橡胶支座);周边支承的网架,当网架验算方向跨度小于周边支承的网架,当网架验算方向跨度小于40m,且支,且支承结构为独立柱或砖壁柱;承结构为独立柱或砖壁柱;在单位力作用下,柱顶位移大于或等于下式的计算值在单位力作用下,柱顶位移大于或等于下式的计算值 需要计算时,需要计算时,采用空间桁架位移法,或近似计算方法。采用空间桁架位移法,或近似计算方法。1038.02ft
13、EEALum(5 5)荷载及荷载效应组合)荷载及荷载效应组合 对非抗震设计,对非抗震设计,建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009;对抗震设计对抗震设计,建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB 50011 2.网架内力分析方法网架内力分析方法 按弹性阶段计算按弹性阶段计算(1)空间桁架位移法(空间杆系有限元法)空间桁架位移法(空间杆系有限元法)(2)交叉梁系差分法是一种简化计算方法)交叉梁系差分法是一种简化计算方法(3)拟夹层板法是又一种简化计算方法)拟夹层板法是又一种简化计算方法(4)假想弯矩法也属简化计算方法)假想弯矩法也属简化计算方法 以网架的以网架的杆件杆件为基本单元,以为基本单
14、元,以节点位移节点位移为基本未知量。先由为基本未知量。先由杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵,然后根杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵,然后根据各节点平衡及变形协调条件建立结构的节点荷载和节点位据各节点平衡及变形协调条件建立结构的节点荷载和节点位移间关系,形成结构总刚度矩阵和总刚度方程。总刚度方程移间关系,形成结构总刚度矩阵和总刚度方程。总刚度方程是以节点位移为未知量的线性方程组。引入边界条件后,求是以节点位移为未知量的线性方程组。引入边界条件后,求解出各节点位移值。最后由杆件单元内力与节点位移间关系解出各节点位移值。最后由杆件单元内力与节点位移间关系求出杆件内力。求出杆件
15、内力。1.1.基本假定基本假定(1)网架的节点为空间铰接节点,杆件只承受轴力;)网架的节点为空间铰接节点,杆件只承受轴力;(2)结构材料为完全弹性,在荷载作用下网架变形很小,符)结构材料为完全弹性,在荷载作用下网架变形很小,符合小变形理论。合小变形理论。(1)单元刚度矩阵单元刚度矩阵 空间杆系空间杆系有限单元:有限单元:每个杆件共有每个杆件共有6个自由度:个自由度:对应对应6个杆端力:个杆端力:它们之间的关系是它们之间的关系是 Tj zj yj xi zi yi xeFFFFFFF Tjjjiiiewvuwvu eeeKF式中式中即单元刚度矩阵。和结构力学的矩阵位移法一致,只即单元刚度矩阵。和
16、结构力学的矩阵位移法一致,只是相应于剪力的各项均为零。是相应于剪力的各项均为零。000000000000001001000000000000001001ijelEAK(2)坐标转换坐标转换 ijxyzxyz杆单元在整体坐标系中的位置杆单元在整体坐标系中的位置 ijijijijijijlzznlyymlxxlcoscoscosFeTFe;FeTTFe eTe;eTTe 222)()()(ijijijijzzyyxxlT22211211TTTT 坐标转换矩阵坐标转换矩阵T为为:222222222222110nllnlmnnnlmnlnnllmlTTT12T210(3)结构总刚度矩阵及总刚度方程结构
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