大跨度房屋结构

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1、8 大跨度房屋结构,建筑钢结构设计,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,大跨度结构的分类,平面结构体系 空间结构体系,梁式结构（平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构,平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,梁式结构,平面刚架结构,拱式结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,平板网架,网壳结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,斜拉结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,张拉整体结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.1 空间结构的特性,优

2、越的力学性能 良好的经济性、安全性、适用性,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2 网架的形式,网架结构通常指的是平板网架，它是由按一定规律布置的杆件，通过节点连接而形成平板状的空间桁架（Space Truss）结构。 目前空间结构中应用最为广泛，共有三大类（交叉桁架系、四角锥体系和三角锥体系）13种。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2 网架的形式,网架结构具有如下特点： 可实现的跨度大; 经济; 安全可靠; 抗震性能好; 适应性强; 制作、安装方便。 网架结构的缺点：节点耗钢量大，网架屋面材料的选用还受到某些条件的限制，制造、施工费用较高等。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.

3、2 网架的形式,网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。 双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构，是最常用的网架形式。,双层网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构。 特点：增加网架高度，减小弦杆内力、网格尺寸和腹杆长度。 当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,青岛极地海洋世界效果图,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,

4、青岛极地海洋世界鱼头部分模型,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,周边支承 周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。 为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,上海体育馆,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,点支承 点支承：整个网架支撑在多个支撑柱上，网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。 通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀。 对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3 。 对于多跨多点支承，悬挑

5、长度宜取中间跨的1/4。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,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。 柱帽可设置于下弦平面之下，也可设置于上弦平面之上。 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,美国芝加哥国会大厅网架结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,周边支撑与点支承结合 平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2

6、.2.2 按支承情况分类,两边和三边支承 设置边桁架、局部加大构件截面或局部三层网架等加强开口边的刚度。,广州白云机场机库屋盖,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,平面桁架网架 四角锥体系网架 三角锥体系网架,两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架,正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架,三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,平面桁架网架：上下弦杆完全对应，并与腹杆位于同一竖向平面内。,特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少

7、，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在4060之间,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,两向正交正放网架：由两组分别与边界平行的平面桁架互成90交叉组成。同一方向的各平面桁架长度一致 选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,周边支承网架水平斜撑布置方式之一,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,两向正交斜放网架,两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利角部产生拔力，常取无角部形式。 两向斜交斜放 适用于两个

8、方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,首都体育馆平、剖面图,首都体育馆高空拼装,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,三向网架 三个方向的平面桁架相互交角60 比两向网架刚度大，适合大跨度(L60m)的多边形（正三角形，正六角形平面）及圆形平面 在某些平面形状会出现不规则杆件,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,上海万人体育馆 平面布置图(D110m),上海万人体育馆施工吊装,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,正放四角锥网架（边边相连）空间刚

9、度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承。,边边相连,正放四角锥网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,正放抽空四角锥网架： 周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍。 适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,棋盘形四角锥网架： 保持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。

10、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。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,斜放四角锥网架（顶顶相连）： 上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。 杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。 适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面情况。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,星形四角锥网架： 将四角锥底面的四杆换为十字交叉杆,并加中竖杆形成。 上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点荷载。 一般用于中小跨度周边支承情况。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8

11、.2.2.3 按网格组成分类,三角锥网架： 上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件。杆件受力均匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好。 适用于大中跨度及重屋盖建筑物，当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,抽空三角锥网架： 抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。下弦杆内力较大，用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小。 适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面的建筑。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,蜂窝三角锥网架： 上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网格。本身几何可变。其上弦

12、杆短，下弦杆长，受力合理。 适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。 网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。 交叉梁

13、系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。 拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。 假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架的估算。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,直接作用,永久荷载,网架自重 屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力 设备管道的

14、重力,永久荷载 可变荷载,屋面 (或楼面)活荷载 雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合) 风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小 计算风载时可不考虑风振系数的影响 积灰荷载 吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。,可变荷载,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,抗震验算： 竖向抗震验算： 设防烈度为8度或9度的地区，周边支承及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖 水平抗震验算： 在抗震设防烈度为8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9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计

15、算方法要点,温度内力：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计算值； 周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，且支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：,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架选型原则： 网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定。 按照网架结构设计与施工规程JGJ 791的划分：大跨度为60m以上；中跨度为3060m；小跨度为30m以下。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平面形状为矩形的周边支承网架，当其边

16、长比(长边短边)1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。当边长比2时，也可用斜放四角锥网架。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。 平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支

17、承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架高度 网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关。 屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些。 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些。 点支承网架比周边支承的网架高度要大一些。 当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网格尺寸 网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在40

18、0-550之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。 网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体系时，檩条长度一般超过6m。 对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表3-1选用。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网格尺寸 网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。 注：1L2为网架短向跨度，单位为米； 2当跨度在18m以下时网格数可适当减少。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架的挠度要求及屋面排水坡度

19、网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖L2250；用作楼面L2300。L2为网架的短向跨度。 网架屋面排水坡度一般为3-5，可采用下列办法找坡： 网架起拱 适于双坡排水；抗震性好；起拱高度过大，内力分析应计及 网架变高度 可降低弦杆内力，使其趋于均匀；抗震性好；杆件种类增多 上弦节点设置小立柱(常用) 可构造双坡，四坡或其它复杂的多坡排水屋面；跨度大时要作稳定和抗震计算,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,(3)有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1300。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架结构

20、的杆件设计 1.杆件材料和截面形式 钢材品种: Q235钢和Q345钢。 截面形式: 圆钢管、单角钢、双角钢、H型钢和方钢管等。 2杆件截面尺寸 截面的最小尺寸: 角钢: L503 钢管: 482。 常用钢管规格: 483.5、603.5、75.53.75、894、1086、1144、1338、15910、16812、18014,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架结构的杆件设计 1.杆件材料和截面形式 钢材选杆 规格统一的问题 小跨度网架:23种 大中跨度网架: 67种,一般不超过8种。 3杆件的计算长度和长细比限值 （1）网架杆件的计算长度l0,中北大学,房屋建

21、筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,容许长细比 （1）受压杆件：=180 （2）受拉杆件： 一般杆件-=400 支座附近处杆件- =300 直接承受动力荷载杆件-=250,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,节点设计: 网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的2025，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：,(1)焊接空心球节点； (2)螺栓球节点； (3)焊接钢板节点； (4)焊接钢管节点 (5)杆件直接汇交节点,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定

22、,网架的节点构造应满足下列要求 受力合理，传力明确； 保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； 构造简单，制作安装方便，耗钢量小； 避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,焊接空心球节点 （1）特点和适用范围 焊接空心球节点（Hollow spherical nodes）是目前在国内得到广泛应用的一种节点形式，约占已建成网架工程50%左右。这种节点是一种空心球体,它是将两块圆钢板经热压或冷压（常用前者）成两个半球壳后再对焊而成。空心球的钢材品种宜采用Q235钢和Q345钢制作。 由于球体为各向同性

23、，钢管杆件与空心球的配合不会产生偏心，因此,焊接空心球节点适应性强，尤其对三向网架、三角锥网架和六角锥网架更加适宜。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,焊接空心球节点 （2）焊接空心球的构造 焊接空心球按构造可分为两类： 不加肋空心球和加肋空心球。 当球直径300mm，且杆件内力较大需要提高空心球承载能力要求时，可采用加肋空心球。加肋空心球的承载力比不加肋空心球高约15%30%。 加肋空心球的肋板厚度不应小于球壁厚度，通常可取为与空心球壁厚相同。 肋板可用平台或凸台，采用凸台时，其高度不得大于1mm，而且应使

24、内力较大的杆件位于肋板平面内。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,空心球构造剖示图,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,空心球尺寸的估算方法 空心球尺寸主要包括空心球外径和壁厚。 1）外径（D） 空心球体外径主要是由构造要求确定，通常取钢管外径最大值的2倍以上，且应使连接于同一球节点上的各相邻杆件之间球面焊缝空隙一般不小于10mm。为保证这一焊缝空隙，空心球直径可初步按下式估算： D=(d1+2a+d2)/ 式中：汇集于球节点任意两相邻钢管之间的夹角（弧度），一般不小于35； a不小于10mm，一般取a=15mm或20mm； d1、d2组成角的

25、钢管的外径，mm； D空心球的外径，mm。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,2）壁厚（t） 空心球的壁厚应同时满足以下三个条件： D/t=2545； t/max=1.22.0（这里max为节点所连接钢 管杆件中的最大壁厚）； tmin4mm（其中tmin为空心球最小壁厚尺 寸）。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（3）焊接空心球的承载力验算 当空心球直径为120500mm时,其承载力验可按下式计算： 1）受压空心球 式中：D空心球外径（mm）； t 空心球壁厚（mm） c加肋空心球承载力提高系数， 不加肋时c =1.0,加肋时c =1.4

26、； Nc受压空心球的承载力设计值, 单位为N。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,2）受拉空心球 式中： t 空心球壁厚（mm）； d钢管外径（mm）； f 钢材抗拉强度设计值（N/mm2）； t加肋空心球承载力提高系数； 不加肋时t =1.0,加肋时t =1.1； Nt空心球的抗拉承载力设计值, 单位为N。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,2）受拉空心球 式中： t 空心球壁厚（mm）； d钢管外径（mm）； f 钢材抗拉强度设计值（N/mm2）； t加肋空心球承载力提高系数； 不加肋时t =1.0,加肋时t =1.1； Nt空心球的抗拉

27、承载力设计值, 单位为N。 按下式进行验算：,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（4）空心球与杆件连接的构造与计算 角焊缝连接的构造与计算 对小跨网架,杆件与空心球的连接,可用全周角焊缝连接。 构造要求： 此时焊脚尺寸hf应符合以下要求： 当t4mm 时,hf1.5t且hf4mm； 当t4mm 时,hf1.2t且hf6mm。 （t与空心球相连圆钢管的壁厚） 计算： 按等强度条件确定焊脚尺寸hf,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（4）空心球与杆件连接的构造与计算 角焊缝连接的构造与计算 对小跨网架,杆件与空心球 的连接,可用全周角焊缝连 接。

28、 钢管杆件与空心球连接处， 管端应开坡口，并在钢管 内加衬管,在管端与 空心 球之间焊缝可按对接焊缝 计算，否则只能按斜角角 焊缝计算。,图3.33 增设短衬管连接图示,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（5）焊接空心球节点设计步骤 1）估算空心球直径； 2）按构造要求确定空心球壁厚； 3）按公式核算空心球的承载能力； 4）进行杆件与空心球连接的设计。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,螺栓球节点的构造 （1）特点和适用范围 螺栓球节点是一种设有螺纹孔的实体球节点 特点: 与焊接空心球节点相比， 螺栓球节点可避免现场焊接作业，具有运输和安装方

29、便的优点。 适用: 连接钢管杆件，还可连接其他形式的杆件。 但与焊接空心球节点相比, 抗拉承载力低(750kN),不适用大跨度.,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（2）螺栓球节点的构成 螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成，适用于连接钢管杆件。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（3）螺栓球节点的材料选用 钢球宜采用45号钢； 高强度螺栓应为10.9s级（M12M36） 或8.8s级（M3

30、9M60）； 销子一般采用高强冷拔钢丝制成； 钢管、封板、锥头和套筒宜采用Q235钢或Q345钢；,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,（4）螺栓球节点的设计 1）螺栓球的直径 主要取决于高强度螺栓直径的大小、 高强度螺栓拧入球体的长度及两相 邻圆钢管杆件轴线夹角的大小。 条件1: 相邻套筒接触面不相碰,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,条件1: 相邻套筒接触面不相碰 式中： D螺栓球直径（mm）； 两个螺栓之间的最小夹角（rad）； d1、d2螺栓直径（mm），d1d2； 套筒外接圆直径与螺栓直径的比值, =1.8。,中北大学,房屋建筑钢结构

31、设计,8.2.3.2 一般设计规定,条件2: 相邻螺栓不相碰的最小直径D为,螺栓伸进螺栓球长度与螺栓直径的比值； =1.1,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,条件3: 30，相邻两根杆件（管端为封板）不相碰 D1，D2-相邻两根杆件的外径 -相邻两根杆件的夹角 d1-相应于D1杆件所配螺栓直径 S-套筒长度 螺栓球直径可取计算结果中的较大者。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,对于受拉杆件，高强度螺栓单独承受拉力，其直径大小应根据杆件的拉力按下式来确定 式中： Ntb高强度螺栓的拉力设计值（N）； 螺栓直径对承载力影响系数。 当螺栓直径小于3

32、0mm时，1.0； 当螺栓直径大于等于30mm时，0.93； ftb高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值，对10.9s取为 430N/mm2； Ae高强度螺栓的有效截面面积（mm2），可按表34选取。当螺栓上钻有销孔或键槽时，应取螺纹处或销孔键槽处二者中的较小值。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,对于受压杆件，高强度螺栓不受力，可以不予验算，但由于构造上的原因，螺栓直径也不宜太小。可按其设计内力绝对值求得螺栓直径计算值后，减少13个级差。 螺栓杆长度Lb由构造确定，其值为：,S-套筒长度 t 锥头或封板厚度,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定

33、,套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径大1.5-2mm。 套筒端部到开槽端部(或钉孔端)距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉(或螺钉)抗剪力，且不小于1.5倍开槽的宽度或6mm。套筒端部要保持平整，内孔L径可比螺栓直径大1mm。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,套筒长度可按下式计算,采用滑槽时 采用螺钉时 套筒应进行承压验算，公式为,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,锥头或封板作用: 连接钢管杆件和高强度螺栓，并承受杆件传来的拉力和压力。 管径较大（76mm）时应采用锥头，以避免相邻杆件碰撞，而管径较小（76mm）时

34、可采用封板。 锥头或封板与杆件间的连接焊缝应与连接的钢管等强.,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,锥头或封封板厚度应按实际受力大小按下式计算决定 式中：N被连接圆钢管杆件的轴心拉力； R近似取被连接圆钢管杆件的外圆半径； S螺帽和封板接触的圆环面的平均半径； f封板所用钢材的设计强度。 规定，其封板厚度不宜小于钢管外径的1/5。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,锥头是一个轴对称旋转厚壳体。 锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关。 锥头底板的厚度亦可近似地按上式计算确定；此时式中的半径R宜近似地取锥

35、头底板的外圆半径。通常锥头底板的厚度不宜小于钢管外径的1/6。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,焊接钢板节点 可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图a）,也可由三块板正交焊成（图b）,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,焊接焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如图3.44、图3.45所示。 网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,焊接钢板节点各杆件

36、形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。 节点板厚度可根据网架最大杆件内力由表3-5确定 节点板厚度选用表 表3-5,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,支座节点 一、设计原则 支座节点构造应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算中所采用的边界条件。 二、分类 受力：压力支座节点和拉力支座节点 构造: 平板支座节点 单面弧形支座节点 板式橡胶支座节点 球铰压力支座节点 三、构造与设计,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平板支座节点(压力)：适用于较小跨度网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.

37、2.3.2 一般设计规定,平板支座节点(拉力) ：适用于较大跨度网架,网架杆件,承受拉力锚栓,锚栓支承托座,支座底板,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,单面弧形支座节点(压力)：适用于中小跨度网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,单面弧形支座节点 (拉力)：适用于中小跨度网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,双面弧形压力支座：在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,球铰压力支座：只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架

38、。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,板式橡胶支座节点：适用于大中跨度网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,板式橡胶支座节点：适用于大中跨度网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。 网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,单面弧形支座设计

39、 弧形支座置于底板之上，其平面尺寸为 a1b1R/f R-支座反力 f-钢材（或铸钢）抗压强度设计值 a1，b1-弧形支座宽度、长度,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,弧形支座板厚度 弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R(a1.b1) 弧形板中央截面最大弯距为 由强度条件得出 f-钢材（或铸钢）抗弯强度设计值,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,弧形板的半径由下式确定 r-弧面半径 f-钢材（或铸钢）抗压设计强度 E-钢材的弹性模量,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶支

40、座设计 橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表3-6表3-8的要求。 胶料的物理机械性能 表3-6,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶垫板的力学性能 表3-7 E-关系 表3-8,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶垫板的计算 橡胶垫板的底面积A可根据承压条件按下式计算 ARmax/ A-垫板承压面积 a,b-分别为橡胶垫板短边与长边 Rmax-荷载标准值在支座引起的反力 -橡胶垫板的允许抗压强度,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶垫板的计算 橡胶垫板厚度应根据 橡胶厚度与中间各层 钢

41、板厚度确定。 橡胶层厚度可由 上下表层及各钢板间的 橡胶片厚度之和确定。 d0=2dt+ndi d0-橡胶层厚度 dt，di-分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度 n-中间橡胶片的层数,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,根据橡胶剪切变形条件中 d0tana u 及构造要求，并取 tana=0.7，橡胶层厚度应满足下式要求： 0.2ad01.43 -由于温度变化等原因在网架支座处引起的水平位移 1.43-为tana的倒数，tana为橡胶层最大容许剪切角的正切,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板

42、与支座底板部分脱开而形成局部承压，也不能过小。 橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件 0.05d0ma -结构在支座处的最大转角(rad) 平均压缩变形m 可按下式计算 m=md0/E m-平均压应力：m=RmaxA,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验算 RgGAu/d0 ，d0-水平位移，厚度 -橡胶垫板与钢板或混凝土间的摩擦 系数，按表3-7采用 Rg-乘以荷载分项系数0.9的永久荷载 标准值引起的支座反力 G-橡胶垫板的抗剪弹性模量，按表3-7采,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,橡胶垫板的构造

43、要求 对气温不低于-25地区，可采用氯丁橡胶垫板。对气温不低于-30地区，可采用耐寒氯丁橡胶垫板。对气温不低于-40地区，可采用天然橡胶垫板。 橡胶垫板的长边应与网架支座切线方向平行放置。橡胶垫板与支柱或基座的钢板或混凝土间可采用502胶等胶粘剂固定。 橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期使用后因橡胶老化而需更换的条件。在橡胶垫板四周可涂以防止老化的酚醛树脂，并粘结泡沫塑料。 橡胶垫板在安装、使用过程中应避免与油脂等油类物质以及其他对橡胶有害的物质接触。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,国外空间网格结构的部分节点构造,基于角锥体模数单元组件的Pyramitec体系,中北大

44、学,房屋建筑钢结构设计,国外空间网格结构的部分节点构造,不列颠钢铁公司钢管部开发的Nodus节点,中北大学,房屋建筑钢结构设计,国外空间网格结构的部分节点构造,英国伯明翰国家室内体育场Mero周边节点的滑动支座,渥太华Fentiman公司推出的Triodetic体系,中北大学,房屋建筑钢结构设计,国外空间网格结构的部分节点构造,大阪世博会象征性喜庆广场空间网架的标准球节点,标准的Orona SEO空间网格节点 巴塞罗那近郊帕拉富斯运动俱乐部 连接剖面示意图 屋顶网壳的ORTZ节点详图,中北大学,房屋建筑钢结构设计,国外空间网格结构的部分节点构造,带有18个螺纹孔的Mero KK标准球节点,两端

45、焊有圆锥头部件的Mero标准杆件,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳,网壳结构是一种曲面网格结构，兼有杆系结构构造简单和薄壳结构受力合理的特点，因而具有跨越能力大，刚度好、材料省、杆件单一、制作安装方便等特点，是大跨空间结构中一种举足轻重的结构形式，也是近半个世纪以来发展最快、应用最广的一种空间结构。 网壳结构的发展式和人类生活、生产的需要、科学技术水平以及物质条件密切相连的。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳,网壳结构的特点 网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以跨越较大的跨度。 具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体都能给设计师以充分的创作自由。

46、 应用范围广泛，即可用于中、小跨度的民用和工业建筑，也可用于大跨度的各种建筑，特别是超大跨度的建筑。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳,可以用细小的构件组成很大的空间，而且杆件单一，这些构件可以在工厂预制实现工业化生产，安装简便快速，速度快，适应采用各种条件下的施工工艺，不需要大型设，因此综合经济指标较好。 计算方便。目前我国已有许多适用于多种计算机类型的各种语言的计算机软件，为网壳结构的计算、设计和应用创造了有利条件。 由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功能，不需像网架结构那样采用小立柱找坡。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳,制约因素： 杆件和节点几何尺寸的偏差以及

47、曲面的偏离对网壳的内力、整体稳定性和施工精度影响较大，这给网壳结构设计带来了困难。 网壳结构可以构成大空间，但当矢高很大时，曲面外形增加了屋面面积和不必要的建筑空间，有些空间是不能用的，并增加建筑材料和能源消耗，屋面构造也比较复杂，某些形体的网壳若建筑上不加妥善处理，则会影响其音响效果。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳,网壳的发展 利用网壳结构的优点实现独特造型 网壳结构的跨度越来越大 可移动或可开启的网壳结构 新型空间网壳结构减震体系 新型屋面材料的发展,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,按网壳层数：,单层网壳,双层网壳：,按曲面外形：,球面网壳,柱面网壳,双曲

48、扁网壳,扭曲面网壳,单块扭网壳,按结构材料：,钢网壳,木网桥,钢筋混凝土网壳,组合网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,单层和双层网壳,单层柱面网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,双层柱面网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,球面网壳,球面网壳又包括： 肋环型球面网壳 、施威德勒（Schwedler）型球面网壳 联方型球面网壳 、凯威特型球面网壳 、短程线球面网壳 等,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,肋环型球面网壳,联方型球面网壳,施威德勒型球面网壳,凯威特型,短程线型,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,双曲扁网壳,扭曲面网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,单块扭网壳,双曲抛物面网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,球面切割网壳,平板组合球面网壳,切割或组合形成曲面网壳,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,日本名古屋网壳穹顶 单层扇形三向网格，圆形平面，直径为187.2米，1996年建成，是目前世界上跨度最大的单层网壳结构。,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,国家大剧院（肋环型空腹双层网壳）,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.3 网壳结构形式,甘肃省嘉峪关 气象塔工程,