网架设计[39页]

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1、唐山学院土木工程系唐山学院土木工程系 李素娟李素娟 网架结构应对网架结构应对使用阶段使用阶段荷载作用下的荷载作用下的内力内力和位移和位移进行计算，并应根据具体情况对进行计算，并应根据具体情况对地震作地震作用、温度变化、支座沉降用、温度变化、支座沉降等间接作用及等间接作用及施工安施工安装荷载装荷载引起的引起的内力内力和和位移位移进行计算进行计算3.3 3.3 网架的计算要点网架的计算要点3.3.1直接作用（荷载）和间接作用直接作用（荷载）和间接作用直接作用直接作用永久荷载永久荷载 网架自重网架自重 屋面（楼面）材料重力屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力吊顶材料的重力 设备管道的重力设备管道的重

2、力 永久荷载永久荷载 可变荷载可变荷载 屋面屋面 ( (或楼面或楼面) )活荷载活荷载 雪荷载雪荷载 风荷载风荷载 积灰荷载积灰荷载 吊车荷载吊车荷载 可变荷载可变荷载地震作用（竖向）地震作用（竖向） 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为6度或度或7度的地区，网架屋盖结度的地区，网架屋盖结构构可不进行可不进行竖向抗震验算；竖向抗震验算；在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8度或度或9度的地区，网架屋盖结构度的地区，网架屋盖结构应进行应进行竖向抗震竖向抗震验算。验算。 一般结构参照一般结构参照建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范计算原则计算原则计算方法计算方法（1）周边支撑、多点支撑和周边支撑相结合）周边支

3、撑、多点支撑和周边支撑相结合的网的网架屋盖架屋盖节点竖向地震作用标准值节点竖向地震作用标准值ivEvkiGFv竖向地震作用系数竖向地震作用系数（P112表表3-2）（2）长悬臂结构）长悬臂结构8、9度时取重力荷载代表值的度时取重力荷载代表值的10%、20%、15%作作为结构竖向地震作用标准值。为结构竖向地震作用标准值。地震作用（水平）地震作用（水平） 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为7 7度度的地区，的地区，可不进行可不进行网架结构网架结构水平水平抗震验算；抗震验算； 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8 8度度的地区，对于的地区，对于周边支承的中小跨周边支承的中小跨度度网架网架可不进行可不进行

4、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9 9度的地区，对各种网架结构均应进度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。行水平抗震验算。水平地震作用水平地震作用下网架的内力、位移可采用下网架的内力、位移可采用空间空间桁架位移法桁架位移法计算。计算。温度作用温度作用可不考虑由于温度作用产生内力的情况可不考虑由于温度作用产生内力的情况1. 支座节点支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：式的计算值：3.在在单位力单位力作用下，作用下，柱顶位移柱顶位移大于或等于上式的计算值大于或等于上式的计算值2.周边支承的网架，当网架周边

5、支承的网架，当网架验算方向验算方向跨度小于跨度小于40m，且支承结构为且支承结构为独立柱独立柱或砖壁柱；或砖壁柱；1038. 02ftEEALum 对非抗震设计的网架，荷载及对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合荷载效应组合应按国应按国家标准家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB 50009-2001的规的规定进行计算。定进行计算。 抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准家标准建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB 50011-2001的规定。的规定。 考虑温度内力计算方法考虑温度内力计算方法可采用可采用空间桁架位移法空间桁架位移法，

6、或近似计算方法。，或近似计算方法。3.3.2网架内力分析方法网架内力分析方法 计算原则计算原则假定节点为假定节点为铰节点铰节点，杆件只受轴向力，按弹性方法计算，杆件只受轴向力，按弹性方法计算计算方法计算方法空间桁架位移法又称矩阵位移法。空间桁架位移法又称矩阵位移法。 它取网架结构的各它取网架结构的各杆件杆件作为作为基本单元基本单元，以，以节点三个线节点三个线位移位移作为基本未知量，先对杆件作为基本未知量，先对杆件单元进行分析单元进行分析，根据虎克，根据虎克定律建立单元杆件内力与位移之间的关系，形成定律建立单元杆件内力与位移之间的关系，形成单元刚度单元刚度矩阵矩阵；然后进行结构；然后进行结构整体

7、分析整体分析，根据各，根据各节点的变形协调条节点的变形协调条件件和和静力平衡条件静力平衡条件建立结构上建立结构上节点荷载节点荷载与与节点位移节点位移之间的之间的关系，形成关系，形成结构总刚度矩阵结构总刚度矩阵和和结构总刚度方程结构总刚度方程。这样的结。这样的结构总刚度方程是一组以构总刚度方程是一组以节点位移节点位移为未知量的线性代数为未知量的线性代数方程方程组。引进给定的组。引进给定的边界条件边界条件，利用计算机求得各节点的位移，利用计算机求得各节点的位移值，进而可由单元杆件的内力与位移关系求得各杆件内力值，进而可由单元杆件的内力与位移关系求得各杆件内力基本原理基本原理3.43.4空间杆系有限

8、元法空间杆系有限元法 网架杆件网架杆件节点位移节点位移单元刚度矩阵单元刚度矩阵总刚度矩阵总刚度矩阵总刚度方程总刚度方程节点位移值节点位移值杆件内力杆件内力单元内力与节点位移间关系单元内力与节点位移间关系引入边界条件引入边界条件节点平衡及变形协调条件节点平衡及变形协调条件基本单元基本单元基本未知量基本未知量3.5 3.5 网架杆件设计网架杆件设计1.杆件截面形式杆件截面形式钢管钢管、热轧型钢、冷弯薄壁型钢、热轧型钢、冷弯薄壁型钢2.杆件的长细比杆件的长细比 （1）一般杆件）一般杆件400 （2）支座附近处杆件）支座附近处杆件300 （3）直接承受动力荷载的杆件）直接承受动力荷载的杆件250受压杆

9、件：受压杆件：180受拉杆件：受拉杆件：3.杆件截面设计杆件截面设计（1）受力合理，传力明确；）受力合理，传力明确；（2）保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；）保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；（3）构造简单，制作安装方便，耗钢量小；）构造简单，制作安装方便，耗钢量小；（4）避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气）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。或灰尘的死角或凹槽。3.6 3.6 节点设计节点设计 网架的节点构造要求网架的节点构造要求3.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球节点焊接空心球节点焊接空心球节点焊接空心球节点a 无肋无肋b 有肋有肋 a 球面上连

10、接杆件之间的缝隙不宜小于球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹角角d 1，d 2 组成组成角的钢管外径角的钢管外径空心球节点杆件间隙空心球节点杆件间隙 1.空心球外径空心球外径D212dadD2. D300，且杆件内力较大，球内可加，且杆件内力较大，球内可加环肋环肋3. 120D500时，受压、受拉承载力设计值时，受压、受拉承载力设计值受压受压DdttdNcc223 .13400受拉受拉fdtNtt55. 0加衬管连接加衬管连接4. 空心球壁厚空心球壁厚4524tD由球承载力计算公式确定，且由球承载力计算公式确定，且D 4mm5.

11、钢管杆件与空心球连接钢管杆件与空心球连接等强连接等强连接wwtdffANc或不加衬管连接不加衬管连接斜角角焊缝计算斜角角焊缝计算wffefdhN3.6.2螺栓球结点螺栓球结点螺栓球连接节点示意图螺栓球连接节点示意图1. 结点构造结点构造马马 道道螺栓球节螺栓球节点点2.钢球尺寸钢球尺寸 球体内螺栓不相碰的最小钢球直径球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为为 满足套筒接触面要求的钢球直径满足套筒接触面要求的钢球直径D为为21221122cotsinddddD212212cotsindddD带封板管件的几何关系带封板管件的几何关系相邻两杆夹角相邻两杆夹角30211221212)(4cotsindDSD

12、DDD3.螺栓计算螺栓计算btebtfAN单个高强螺栓受拉承载力单个高强螺栓受拉承载力螺栓杆长度螺栓杆长度Sdlb4.套筒承压验算套筒承压验算fANncc5.锥头和封板锥头和封板锥头与钢管等强锥头与钢管等强（1）锥头）锥头（2）封板）封板锥头锥头封板封板由封板强度条件，得封板厚度由封板强度条件，得封板厚度RfSRN)(23.6.3 焊接钢板节点焊接钢板节点3.6.4 支座节点支座节点平板支座平板支座a a 角钢杆件角钢杆件b b 钢管杆件钢管杆件单面弧形压力支座单面弧形压力支座a a 两个螺栓连接两个螺栓连接b b 四个螺栓连接四个螺栓连接单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座双面弧形压力支座双面弧

13、形压力支座球铰压力支座球铰压力支座板式橡胶支座板式橡胶支座1.平板支座节点设计平板支座节点设计（1）支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝）支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝（2）拉力支座的锚栓）拉力支座的锚栓有效截面面积有效截面面积attenfRA25. 1 R-支座反力支座反力 f- -钢材（或铸钢）抗压强度设计值钢材（或铸钢）抗压强度设计值a1，b1-弧形支座宽度、长度弧形支座宽度、长度弧形支座尺寸弧形支座尺寸2.单面弧形支座设计单面弧形支座设计（1）平面尺寸）平面尺寸fRba11（2）弧形支座板厚度）弧形支座板厚度由强度条件得出由强度条件得出弧形板中央截面最大弯距为弧形板中央截面最大弯距为f-钢材（或铸钢）抗弯强度设计值钢材（或铸钢）抗弯强度设计值 2111221abaRMfbRat11143 r-弧面半径弧面半径 f-钢材（或铸钢）抗压设计强度钢材（或铸钢）抗压设计强度 E-钢材的弹性模量钢材的弹性模量（3）弧形板的半径）弧形板的半径2180fbREr