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網架結構按網格形式分類

這是網架結構分類中最普遍采用的一種分類方式,根據《空間網格結構技術規(guī)程》(JGJ7- 2010)的規(guī)定,目前經常采用的網架結構可分為3個體系13種網架結構形式。

1. 交叉平面桁架體系

這個體系的網架結構是由一些相互交叉的平面桁架組成,一般應使斜腹桿受拉,豎桿受壓,斜腹桿與弦桿之間夾角宜在40°~ 60°之間。該體系的網架有以下四種

(1)兩向正交正放兩向正交正放網架是由兩組平面桁架互成90°交叉而成,弦桿與邊界平行或垂直。上、下弦網格尺寸相同,同一方向的各平面桁架長度一致,制作、安裝較為簡便。由于上、下弦為方形網格,屬于幾何可變體系,應適當設置上下弦水平支撐,以保證結構的幾何不變性,有效地傳遞水平荷載。兩向正交正放網架適用于建筑平面為正方形或接近正方形,且跨度較小的情況。如上海黃浦區(qū)體育館(45m×45m)和保定體育館(55.34m×68.42m)采用了這種網架結構形式。

(2) 兩向正交斜放網架兩向正交斜放網架由兩組平面桁架互成90°交叉而成,弦桿與邊界成45°角,邊界可靠時,為幾何不變體系。各榀桁架長度不同,靠角部的短桁架剛度較大對與其垂直的長桁架有彈性支撐作用,可以使長桁架中部的正彎矩減小,因而比正交正放網架經濟。不過由于長桁架兩端有負彎矩,四角支座將產生較大拉力。角部拉力應由兩個支座負擔。兩向正交斜放網架適用于建筑平面為正方形或長方形的情況,如首都體育館(99m×112. 2m)和山東體育館(62.7m×74.1m)采用了這種網架結構形式。

(3)兩向斜交斜放網架兩向斜交斜放網架由兩組平面桁架斜[向相交而成,弦桿與邊界成一斜角。這類網架在網格布置、構造、計算分析和制作安裝上都比較復雜,而且受力性能也比較差,除了特殊情況外,一般不宜使用。

(4)三向網架三向網架由三組互成60交角的平面桁架相交而成。這類網架受力均勻,空間剛度大。但也存在一定的不足,即在構造上匯交于一個節(jié)點的桿件數量多,節(jié)點構造比較復雜,宜采用圓鋼管桿件及球節(jié)點。

三向網架適用于大跨度(L>60m)而且建筑平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形等平面形狀比較規(guī)則的情況,上海體育館(D≠110m圓形)和江蘇體育館(76. 8m×88.681m八邊形)較早地采用了這種網架結構形式。

2.四角錐體系

四角錐網架的上、下弦均呈正方形(或接近正方形的矩形)網格,相互錯開半格,使下弦網格的角點對準上弦網格的形心,再在上下弦節(jié)點間用腹桿連接起來,即形成四角錐體系網架。四角錐體系網架有五種形式

(1)正放四角錐網架由倒置的四角錐體組成,錐底的四邊為網架的上弦桿,錐棱為腹桿,各錐頂相連即為下弦桿。它的弦桿均與邊界正交,故稱為正放四角錐網架。這類網架桿件受力均勻,空間剛度比其他類的四角錐網架及兩向網架好,屋面板規(guī)格單一,便于起拱,屋面排水也較容易處理,但桿件數量較多,用鋼量略高。

正放四角錐網架適用于建筑平面接近正方形的周邊支承情況,也適用于屋面荷載較大、大柱距點支承及設有懸掛起重機的工業(yè)廠房情況。較為典型的工程實例如上海靜安區(qū)體育館(40m×40m)和杭州歌劇院(31.5m×36m)。

2)正放抽空四角錐網架正放抽空四角錐網架是在正放四角錐網架的基礎上,除周邊網格不動外,適當抽掉一些四角錐單元中的腹桿和下弦桿,使下弦網格尺寸擴大一倍。其桿件數目較少,降低了用鋼量,抽空部分可作采光天窗,下弦內力較正放四角錐約放大一倍, 內力均勻性、剛度有所下降,但仍能滿足工程要求。正放抽空四角錐網架適用于屋面荷載較輕的中、小跨度網架。

石家莊鐵路樞紐南站貨棚(132m×132m柱網24m×24m,多點支承)和唐山齒輪廠聯合廠房(84m×156.9m,柱網12m×12m,周邊支承與多點支承相結合)是采用這種網架形式較早的典型實例。

3)斜放四角錐網架斜放四角錐網架的上弦桿與邊界成45°角,下弦正放,腹桿與下弦在同一垂直平面內,上弦桿長度約為下弦桿長度的0.707倍。在周邊支承情況下,一般為上弦受壓,下弦受拉。節(jié)點處匯交的桿件較少(上弦節(jié)點6根,下弦節(jié)點8根),用鋼量較省,但因上弦網格斜放,屋面板種類較多,屋面排水坡的形成也較困難。

當平面長寬比在1~2.25之間時,長跨跨中下弦內力大于短跨跨中的下弦內力當平面長寬比大于2.5時,長跨跨中下弦內力小于短跨下弦內力。當平面長寬比在1~1.5之間時,上弦桿的最大內力不在跨中,而在網架1/4平面的中部。這些內力分布規(guī)律不同于普通簡支平板的規(guī)律。

斜放四角錐網架當采用周邊支承且周邊無剛性聯系時,會出現四角錐體繞軸旋轉的不穩(wěn)定情況,因此必須在網架周邊布置剛性邊梁。當為點支承時,可在周邊布置封閉的邊桁架,適用于中、小跨度周邊支承或周邊支承與點支承相結合的方形或矩形平面情況。

上海體育館練習館(35m×35m,周邊支承)和北京某機庫(48m×54m, 三邊支承,開口)采用了這種網架結構形式。

(4) 星形四角錐網架這種網架的單元體形似星體,星體單元由兩個倒置的三角形小桁架相互交叉而成。兩個小桁架底邊構成網架上弦,它們與邊界成45°角。在兩個小桁架交匯處設有豎桿,各單元頂點相連即為下弦桿。因此,它的上弦為正交斜放,下弦為正交正放,斜腹桿與上弦桿在同一豎直平面內。上弦桿比下弦桿短,受力合理,但在角部的上弦桿可能受拉,該處支座可能出現拉力。網架的受力情況接近交叉梁系,剛度稍差于正放四角錐網架。

星形四角錐網架適用于中、小跨度周邊支承的網架。杭州起重機械廠食堂(28m×36m)和中國計量學院風雨操場(27m×36m)采用了這種網架結構形式。

(5)棋盤形四角錐網架棋盤形四角錐網架是在斜放四角錐網架的基礎上,將整個網架水平旋轉45",并加設平行于邊界的周邊下弦;也具有短壓桿、長拉桿的特點,受力合理;由于周邊滿錐,它的空間作用得到保證,受力均勻。棋盤形四角錐網架的桿件較少,屋面板規(guī)格單一,用鋼指標良好。適用于小跨度周邊支承的網架。

大同云崗礦井食堂(28m×18m)采用了這種網架結構形式。

3.三角錐體系

這類網架的基本單元是倒置的三角錐體。錐底的正角形的三邊為網架上弦桿,其棱為網架的腹桿。隨著三角錐單元體布置的不同,上下弦網格可為正三角形或六邊形,從而構成不同的三角錐網架。

1)三角錐網架三角錐網架上下弦平面均為三角形網格,下弦三角形網格的頂點對著上弦三角形網格的形心。三角錐網架受力均勻,整體抗扭、抗彎剛度好節(jié)點構造復雜,上下弦節(jié)點交匯桿件數均為9根,適用于建筑平面為三角形、六邊形和圓形的情況。

上海徐匯區(qū)工人俱樂部劇場(六邊形,外接圓直徑24m) 采用了這種網架結構形式。

(2)抽空三角錐網架抽空三角錐網架是在三角錐網架的基礎上,抽去部分三角錐單元的腹桿和下弦而形成的。當下弦由三角形和六邊形網格組成時,稱為抽空三角錐網架I型;當下弦全為六邊形網格時,稱為抽空三角錐網架I型。這種網架減少了桿件數量,用鋼量省,空間剛度也較三角錐網架小。上弦網格較密, 便于鋪設屋面板,下弦網格較疏,以節(jié)省鋼材。抽空三角錐網架適用于荷載較小、跨度較小的三角形、六邊形和圓形平面的建筑。

天津塘沽車站候車室(D=47. 18m周邊支承)較早采用了這種網架結構形式。

(3)蜂窩形三角錐網架蜂窩形三角錐網架由一系列三角錐組成。上弦平面為正三角形和正六邊形網格,下弦平面為正六邊形網格,腹桿與下弦桿在同一垂直平面內。上弦桿短、下弦桿長,受力合理,每個節(jié)點只匯交6根桿件,是常用網架中桿件數和節(jié)點數最少的一種。但是,上弦平面的六邊形網格增加了屋面板布置與屋面找坡的困難。蜂窩形三角錐網架適用于中、小跨度周邊支承的情況,可用于六邊形、圓形或矩形平面。

天津石化住宅區(qū)影劇院(44. 4mX 8. 45m)和開灤林西礦會議室(14.4m× 203.79m)較早采用了這種網架結構形式。

4.折線形網架

折線形網架俗稱折板網架,由正放四角錐網架演變而來,也可以看作是折板結構的格構化。當建筑平面長寬比大于2時,正放四角錐網架單向傳力的特點就很明顯,此時,網架長跨方向弦桿的內力很小,從強度角度考慮可將長向弦桿(除周邊網格外)取消,就得到沿短向支承的折線形網架。折線形網架適用于狹長矩形平面的建筑。折線形網架內力分析比較簡單,無論多長的網架沿長度方向僅需計算5~7個節(jié)間。

山西大同礦務局機電修配下料車間(21m×78m)和石家莊體委水上游樂中心(30m×120m)采用了這種網架結構形式。

5.三層網架

三層網架根據組成網架的基本單元體不同,可以分成如下三大類

(1)平面架體系三層網架平面桁架體系是由平面網片單元按定規(guī)律組成的空間三層網架。這類網架共有兩種類型

1)兩向正交正放三層網架兩向正交正放三層網架是由兩個方向三層平面桁架呈直角交叉而成,網架支座可以下層支承,也可中層支承或上層支承。下層支承時需設邊桁架。

2)兩向正交斜放網架兩向正交斜放網架是由兩個方向三層網架交叉成90°而成,它可理解為將兩向正交正放三層網架繞垂直軸轉動45°而成。其網架支承形式與兩向正交正放三層網架一樣。

(2)四角錐體系三層網架四角錐體系三層網架是由四角錐體單元按一定規(guī)律組成的空間三層網架,其上層為倒置四角錐,下層為正置四角錐,根據錐體的布置方法不同有如下幾種類型

1)正放四角錐三層網架正放四角錐三層網架是由上、下層均為四角錐組成,上、下層網架的組成相似。

2)正放抽空四角錐三層網架正放抽空四角錐三層網架是由正放四角錐網架按一定規(guī)律抽掉錐體而形成,為了抽錐方便,網格數宜采用奇數。

3)斜放四角錐三層網架斜放四角錐三層網架是由上、下二層斜放四角錐網架組成,這種網架必須設置邊桁架,以保證網架的幾何不變性。

4)上正放四角錐下正放抽空四角錐三層網架這種網架由兩種不同四角錐的網架組合而成。上層為正放四角錐網架形式,下層為正放抽空四角錐網架形式。

5)上斜放四角錐下正放四角錐三層網架這種網架由兩種不同四角錐的網架組合而成。上層為斜放四角錐網架形式,下層為正放四角錐網架形式,中層弦桿既是上層斜放四角錐網架下弦桿,又是下層正放四角錐網架的上弦桿。

(3)混合型三層網架混合型三層網架是由平面桁架體系和四角錐體系組成,它有如下幾種類型

1)上正放四角錐下正交正放三層網架這種網架由兩種不同類型網架組成,上層為正放四角錐網架,下層為兩向正交正放網架。

2)上棋盤形四角錐下正交斜放三層網架這種網架由兩種不同類型網架組成,上層為棋盤形四角錐網架,下層為正交斜放網架。

以上僅介紹幾種常用的三層網架形式,它們都是由雙層網架延伸而成。在組成新的三層網架過程中,一定要注意中層弦桿走向,它既是上層雙層網架下弦桿走向,也是下層雙層網架上弦桿走向。按這種原則,雙層網架(除蜂窩形三角錐網架和單向折線形網架外)均可組成各式各樣的三層網架。


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