淺談網架結構設計中的問題

1、<p>　　淺談網架結構設計中的問題</p><p>　　摘要：網架結構以其適用性、美觀性、可靠性、安全性和經濟性為世人所公認。隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展,基建規(guī)模的不斷擴大,網架結構在大型屋面結構中得到廣泛的應用。 </p><p>　　關鍵詞：網架結構；加固；設計；有限元分析 </p><p>　　中圖分類號： S611 文獻標識碼： A </p

2、><p><b>　　引言 </b></p><p>　　網架結構具有重量輕、空間剛度大、抗震性能好、用材經濟、施工方便等優(yōu)點而得到廣泛應用。網架結構是復雜的三維空間結構,只有通過合理的設計才能保證網架的安全使用。 </p><p>　　一、網架結構的特點 </p><p>　　網架結構之所以得到如此廣泛的應用,是因為網架結

3、構主要有一下優(yōu)點: </p><p>　　(1)結構形式靈活多樣,能夠滿足各種建筑結構的要求; </p><p>　　(2)節(jié)點連接簡便,一般用螺栓球連接,能夠工廠定制,施工快速,具有良好的受力性能,質量可靠; </p><p>　　(3)計算方法和計算機計算軟件己經非常成熟,能夠滿足工程設計的需要,目前我國已經開發(fā)出大量的網格設計軟件,大大提高了工程設計周期; &

4、lt;/p><p>　　(4)加固制作機械化,很多桿件可以定制,以供設計人員選擇使用; </p><p>　　(5)用料經濟,造價低,能用較少的材料制作大跨度的空間結構。但是,網架結構也有不足,目前主要問題是網架結構節(jié)點用鋼量大,加工制作費用較高。 </p><p>　　二、網架結構的形式 </p><p>　　網架結構按弦桿層數不同分為三層網架

5、和網架。網架由上弦桿、下弦桿和腹桿組成,是最為常見的網格結構。網架結構是空間結構,在外力作用下時刻保持為幾何不變體系,網架的形式很多,目前主要分為3類[8]: </p><p>　　1、平面析架系網架 </p><p>　　平面析架系網架是由平面析架組成,網架上下弦桿位于同一個平面內并且上下弦桿長度相等,按照設計一般為上弦桿受壓,斜腹桿受拉,斜腹桿與弦桿夾角通常在40°到60&#

6、176;之間。主要包括以下五種:兩向正交正放網架、兩向正交斜放網架、兩向斜交斜放網架、三向交叉網架、單向折線形網架。 </p><p>　　2、四角錐體系網架 </p><p>　　四角錐體系網架是由很多的四角錐網格單元按照一定的規(guī)律排列組成,其基本單元為倒置的四角錐。網架的上平面為矩形,由于對稱性,下平面和上平面形狀大致相同。 </p><p>　　3、三角錐體系

7、網架 </p><p>　　三角錐體系網架基本單元為三角錐,由倒置的三角錐組成,如圖1-5所示。錐底的三條邊(網架的上弦桿)長度相等,組成正三角形,棱邊為網架腹桿,用桿件把錐頂相連成為網架下弦桿。網架的最小幾何單元為三角錐。 </p><p><b>　　三、網架的選型 </b></p><p>　　由于正放四角錐網架桿件標準化程度比其它網架好

8、，結構的整體剛度及網架外觀效果好，故網架采用正放四角錐網架的較多，但正放四角錐網架耗鋼量較其他網架高，考慮經濟性可采用其他類型的網架。網架的類型按網格單元的組成分為: </p><p>　　(1)平面桁架系網架，包括兩向正交正放網架、兩向正交斜放網架、兩向斜交斜放網架、三向網架單折線形網架; </p><p>　　(2)四角錐體網架，包括正放四角錐網架、正放抽空四角錐網架、斜放四角錐網架、

9、棋盤形四角錐網架、星形四角錐網架; </p><p>　　(3)三角錐體系網架，包括三角錐網架、抽空三角錐網架、蜂窩形三角錐網架。網架按支承情況分為周邊支承網架、點支承網架和三邊或兩邊支承網架。在網架設計時可根據網架的支承條件、平面形狀、跨度等選擇相應的網架類型。表1給出了各種支承情況及平面形狀下適宜的網架類型。 </p><p>　　四、網架檢測中發(fā)現的問題及設計對策 </p>

10、;<p><b>　　1、材料選擇 </b></p><p>　　大多數網架所用的材料均為鋼材，可采用Q235鋼或Q345鋼，其中Q345鋼強度高，宜用在大距度網架結構中，一般的網架結構采用Q235鋼的為碳含量的合格保證。不論是焊接球網架還是螺栓球網架都存在焊縫，所以采用Q235鋼時最低應為Q235B級鋼。在檢查網架時發(fā)現有一螺栓球網架結構采用Q235A級鋼，桿件與封板連接焊縫

11、超聲波探傷結果表明，多數桿件的焊縫質量未達到設計要求。為保證網架的質量，當采用Q235鋼時，應在圖紙中注明鋼材的質量等級。 </p><p>　　高強螺栓宜采用40Cr鋼，其淬透性好，而40B鋼性能不穩(wěn)定，當直徑大于M30時淬透性差。螺栓球采用45號鋼、焊接球采用Q235B鋼或Q345鋼。封板、錐頭可采用Q235B鋼或Q345鋼，宜與桿件一致。 </p><p><b>　　2、

12、桿件設計 </b></p><p>　　網架結構的桿件截面形式很多，主要有圓鋼管、方鋼管、軋制型鋼、冷彎薄壁型鋼等。圓鋼管由于各方向慣性矩相同，截面封閉，回轉半徑大，對受壓受扭有利，端部封閉之后內部不易銹蝕，具有較好的防腐性，在網架中大量采用。圓鋼管有高頻焊管和無縫鋼管2種，由于高頻焊管造價便宜而且管壁較薄，壁厚在5mm以下，在設計中應優(yōu)先采用。無縫鋼管多為壁厚5mm以上的厚壁管。 </p>

13、;<p>　　鋼管在出廠時一般均有負公差及其它結構缺陷，所以在選擇桿件截面時應適當留有余地，同時考慮結構的其他缺陷，通常在設計時將鋼材的設計強度乘以018~019的折減系數。 </p><p>　　網架桿件通常按軸心受力構件計算，當網架下弦設有吊頂或馬道時，應將吊頂或馬道的荷載直接傳到網架的節(jié)點上，否則在設計時下弦桿要按拉彎構件計算，同時要計算高強螺栓的抗剪承載力。網架結構為高次超靜定結構，當桿件代

14、換時要對網架結構重新復核，否則可能出現代換桿附近的桿件超載，網架局部受力小的拉桿變號。 </p><p>　　3、焊接質量控制根據網架結構設計規(guī)程的要求，桿件與封板、錐頭的連接焊縫，桿件與焊接球的連接焊縫，當按等強度連接時，焊縫質量必須滿足現行國家標準《鋼結構施工及質量驗收規(guī)范》二級焊縫的質量要求，二級焊縫應采用超聲波探傷進行內部缺陷的檢驗，其內部缺陷的分級及探傷方法應符合文獻的規(guī)定。超聲波探傷內部缺陷分為Ⅰ；Ⅱ

15、；Ⅲ；Ⅳ4個等級，在高溫和腐蝕性氣體作業(yè)環(huán)境及動力疲勞工況下，Ⅱ級合格，一般情況下Ⅲ級合格。在設計圖紙上應注明焊縫超聲波探傷的合格級別。 </p><p>　　4、網架的抗震設計及注意事項 </p><p>　　根據網架規(guī)程的要求，在抗震設防為8度的地區(qū)，網架屋蓋結構應進行豎向抗震驗算，大跨度網架應進行水平抗震驗算，9度抗震設防地區(qū)，網架結構應進行豎向和水平向地震作用驗算。由于兩向正交正放

16、網架上、下弦為方形網格，屬幾何可變體系，在抗震設防區(qū)，應適當增加上弦或下弦水平支撐，以保證結構的幾何不變性，有效地傳遞水平荷載。圖1為兩向正交正放類網架，在周邊上弦桿網格內設置水平斜桿。 </p><p>　　圖1正交正放類網架水平支撐設置 </p><p>　　沿網架周邊2~3網格區(qū)格內桿件的長細比不應大于180，因為在地震作用下周邊桿件常常會發(fā)生內力變號，所以在靜載作用下網架周邊2~3

17、網格內桿件不論是受壓還是受拉，其允許長細比均按壓桿考慮。 </p><p>　　五、網架結構的耐久性及設計對策 </p><p>　　網架結構的桿件和節(jié)點采用鋼材制作，鋼材的最大缺點是容易銹蝕，銹蝕桿件截面減小，大大降低了網架結構的安全度和使用年限，特別是當使用環(huán)境比較潮濕的情況下更應加強網架的防銹處理。在現場網架結構檢測過程中發(fā)現，在使用環(huán)境較潮濕的情況下，網架使用時間不長有些桿件已有銹

18、蝕現象。網架結構的防銹方法有3種:(1)改變金屬結構的組織，在鋼材的煉制過程中增加合金元素以提高鋼材的抗銹蝕能力，如采用不銹鋼;(2)在鋼材表面用金屬鍍層保護;(3)在鋼材表面涂以非金屬保護層，這種方法價格便宜，效果好，選擇范圍廣，適用性強而廣泛應用。當采用非金屬涂料的防銹方法時，應根據網架使用的環(huán)境條件、腐蝕介質的情況等條件選擇合適的底漆和面漆，并確定涂層厚度。 </p><p>　　在現場檢查中發(fā)現部分螺栓球

19、節(jié)點網架下弦桿與螺栓球間產生縫隙，這是由于下弦桿受拉變形引起的，潮氣很容易通過縫隙進入鋼管或高強螺栓中，腐蝕高強螺栓。所以等網架屋蓋系統(tǒng)安裝完畢，網架承受大部分荷載后，應用油膩子將接縫處填嵌密實。當使用環(huán)境比較潮濕時，最好是采用密封性較好的焊接球節(jié)點網架。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　在形式眾多的空間結構中,網架結構是發(fā)展最快、

20、應用最廣的結構形式之一,掌握網架結構的設計方法,與從事鋼結構設計的工作人員共同探討。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]張偉生,陳存恩.輕屋面點支承平板網架結構設計[J].空間結構.2008 </p><p>　　[2]逯艷輝.鋼結構的設計思路及工程造價的控制闡述[J].山西建筑.2011 </p