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网架结构的设计与计算分析

2019-9-19 13:23:27
网架结构作为一种美观、经济合理的结构形式,越来越多地应用于建筑设计中。网架设计是钢结构设计里面比较普遍的一种结构设计形式,在实际工程中,主要依靠软件设计的成分比较大!
  
  1.空间网架的建筑设计
  
  1.1网架选型
  
  网架结构形式多种多样,按结构组成分类,有单层网壳、双层和多层网架;按支承情况分类,有周边支承网架、多点支承网架及周边和多点结合支承网架;按网格组成情况分类,有平面交叉桁架体系、空间桁架体系及表皮受力体系;按球节点形式分类,有螺栓球节点网架,焊接球节点网架等等。其中正放四角锥网架是目前应用最为广泛的空间网架形式。
  网架工程设计
  网架结构之所以应用广、发展快,除了其受力合理性和经济实用型外,其多变的造型,能赋予建筑师丰富的想象力和广阔的设计空间。同样,置身于大型工业厂房中,屋面网架结构以其规则的网格,富有立体感的正放四角锥组合,能让人感到赏心悦目。这种屋面形式与功能的和谐统一,是普通钢结构屋面无法达到的,因此,网架结构形式越来越受到建筑师的亲睐。
  
  1.2设计模型的建立
  
  网架选型后,设计者还必须确定网架的计算单元,网格尺寸和矢高即网架高跨比、格跨比等基本参数,从而建立起计算模型。
  
  一般形状较规则的中小型网架,温度影响不大。因此,网架可以作为一个计算单元。大型网架或平面形状很不规则的网架,考虑到温度变化对网架杆件及支座受力影响较大,安装累积误差不易调整,因为,应将整体网架划分成为多个相互独立工作的计算单元。
  
  网架的高跨比、格跨比是确定网架尺寸的重要参数,它与网架跨度大小、柱网尺寸、屋面材料、构造要求及建筑功能有关。
  
  1.3屋面材料
  
  屋面材料的选择直接关系到网架结构的经济分析。不同的屋面板具有不同的自重及屋面活载荷,因而影响网架的用钢量。采暖地区的民用建筑屋面一般采用隔热保温效果好的复合夹芯板,工业厂房热车间屋面板一般采用彩色压型钢板等轻屋面形式。有特殊要求时,则采用其他的屋面板吗。
  
  1.4屋面排水
  
  网架结构屋面排水方式与普通钢屋架屋面一样,可分为内排水和外排水方式。
  
  内排水方式可以减少屋面汇水面积及天沟尺寸,同时降低网架上弦支托的高度,这种排水方式在一些形状不规则的复杂网架结构中经常采用。
  
  外排水方式构造简单,应用较广。特别是在大型工业厂房网架设计中,各种工艺管道较多,地下设备基础复杂,而且厂房柱上多设有桥式吊车,所有这些都极大地影响了内排水方式中排水管的行走路线。因此,宜优先采用外排水方式。
  
  1.5天窗
  
  对于网架结构屋面而言,天窗结构有两种形式,一种是普通钢天窗架形式,另一种是网架形式。前一种形式的天窗与网架屋面是独立的两部分。天窗只是作为网架荷载输入到网架屋面的计算中,此时,虽然网架安装要简单一些,但结构形式是不协调的,而后一种天窗形式中,天窗本身就是网架,与屋面网架练成一个整体结构,在局部形成了三层网架,这样,对于大型平板网架来说,网架天窗在局部形成强受力带,起到了加劲肋的作用。
  
  1.6荷载和组合
  
  一般来书荷载组合由计算机程序自动完成,特殊荷载组合可以人工干预。
  
  1.7支座设计
  
  支座设计时网架结构设计的重要环节,网架支座应保证传力可靠,构造简单,一般的网架可以选用平板支座或弧形板支座,支座处变形大的网架可以选用球铰支座或橡胶支座。计算时所选用的支座形式应力求与实际的支座工作性能相吻合,否则对网架结构极为不利。
  
  1.8网架设计与生产使用功能相统一
  
  一般民用或公共建筑网架设计应综合考虑建筑使用功能、照明布置、空调管道、吊顶、悬挂设施及检修通道等。
  
  2.网架结构计算及分析
  网架设计公司
  在网架计算过程中,主要包括支座情况的设置,荷载的输入,工况的组合,以及计算结果的调整。可能会遇到的问题:
  
  2.1风荷载的。特别是异形结构注意对风荷载各种参数的理解,准确输入,反映真实受力,看杆件在不同工况下内力是否反号。
  
  2.2支座情况的模拟。需要注意的是支座构件是悬臂立柱时,需要设置为弹性支座会更加准确一些,其他支座只要有圈梁的支座构件,都可以设置为简支支座。
  
  2.3工况组合的时候,主要注意重力荷载有利时候要考虑分项系数为1.0;
  
  2.4计算结果的调整。一般有两种情况:杆件内力不过,主要通过调整网架厚度及增加杆件截面来调整,杆件内力过了,但是挠度不过,主要也是通过增加网架厚度和人为增大重要部位的杆件来减小挠度。所以建议在初期建模型的时候,网架网格划分的时候,尽量想的周全一些,多花一点时间,好的网格划分会很大程度上减少后续工作。
  
  2.5出现结构几何可变。主要检查方法:消除多余杆件及节点、支座对分法判断,分层显示查找法判断。
  
  2.6螺栓设计,球节点设计。注意螺栓大小应根据杆件轴力来设计,一般不用最大轴力控制螺栓大小。同时在球节点设计中,最小螺栓设定时候,一般软件默认的螺栓一般都偏小,需要认为调大一点,这样更容易在螺栓球验算中通过。
  
  3.出图部分
  
  网架结构出图主要是螺栓球球图计算和加工图施工图的出图。需要注意以下问题:
  
  3.1在出加工图前,复核现场的所有支座位置的准确坐标。即根据现有的支座坐标调整模型中的支座位置,计算满足后才能够出具加工图,没有经过现场复核支座尺寸的所有网架施工图、球图,都不具有加工的意义(一般作投标报价用)。
  
  3.2在出施工图的时候,有可能会遇到出图程序死掉的情况,或者不能够出图等情况,一般只要把模型考到非安装程序所在盘符下,重新出图就可以了。
  
  3.3在计算球图的时候,基准面的选取。一般上弦层工艺孔朝上,下弦层一般也朝上,要是需要吊顶则工艺空朝下。水平网架一般都选水平面为基准面,弧形网架一般都选用拟合平面比较好,但是多个弧线相交的位置最好重新用其他基准面来计算。
  
  3.4关键一点是精确。就是网架模型在计算软件里面,平面所在的位置,一定要移动到基点零零零,不然出图时会产生很多微小的角度上的差别,甚至影响网架球的安装。


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