建筑结构选型8

6.6网架结构的构造6.6.1网架的杆件网架的杆件可用钢管或角钢。杆件采用16锰薄壁钢管（钢管厚度最薄可为1.5mm）比较合理和有利，角钢杆件一般只在小跨度而且网架型式又简单的情况下使用。钢管杆件比角钢杆件有利，因为它的截面对受力有利，而且钢管杆件的结点连接构造比较简单，可以节省材料，降低金属用量。构件材料可用I级钢或Ⅱ级钢。Ⅱ级钢为16锰合金钢，强度高，塑性好，性能稳定，满足焊接要求。采用Ⅱ级钢比采用I级钢更能省料6.6.2网架的节点网架结点的型式和构造应与杆件形式相配合。网架的节点上交汇的杆件多，且呈立体几何关系节点构造的好坏，对结构的受力性能、制造安装、工程进度、耗钢量和工程造价有相当大的影响。合理的节点构造首先要在坚固可靠的前提下使各方向的杆件轴线准确交汇于一点，避兔因构造的缺陷产生偏心，同时还要尽量使节点构造与计算假定相符合，否则会造成计算上的误差过大。特别是支座节点的构造，如果与计算假定的边界条件不符时，会造成很大的误差，甚至影响结构安全。构造简单，制作容易，便于安装和节省材料。焊接钢板结点杆件为角钢时，应与钢板连接。连接方法可以采用焊接、螺栓连接，或焊接与螺栓连接同时配合应用的方式。节点刚度大，整体性好，制造加工简单，质量易保证，成本低，适用于两向正交网架。焊接钢板结点节点的设计构造杆件的重心在节点处宜汇交于一点；杆件与节点的连接焊缝的截面重心应与杆件的重心相一致；节点板的厚度根据计算来确定；节点板上的连接杆件之间的间隙不宜小于20mm焊接空心球结点杆件为钢管时，结点宜用钢球来连接。各杆件轴线易汇交于结点上的球心，构造简单，连接方便，用钢量少，结点体型小，形式轻巧美观。为了加强球的刚度，球内可焊上一个加劲环。焊接空心球结点制作用圆钢板放在加热炉内，待钢板烧成枣红色时，即放在专门压制半球壳的模具中用压力机冲压而成半球壳，然后去飞边，打成坡口，将两个半球壳焊接而成。焊接空心球结点制作如承载力较大时，可在球中间加单片肋；如遇中校支座力量较大时，一般要加十字肋，其十字肋应与支座十字肋相重合。半球下料的直径D＝1.41d十8mm，d为球壳中面直径，8mm为预留切边余量。螺栓球节点螺栓球结点是在实心钢球上钻出螺丝孔，用螺栓连接杆件。节点不需焊接，避免了焊接变形，同时加快了安装速度，也有利于构件的标准化，适于工业化生产。节点构造复杂，机械加工量大。6.6.3支座形式网架结构的支座节点一般采用铰支座。铰支座的构造应该符合它的力学假定，允许转动，否则网架的实际内力相变形就可能与计算值出人较大，容易造成事故。根据网架的跨度大小、支座受力特点和温度应力等因素的差别，一般可做成不动饺支座或半滑动的铰支座。有的网架（如两向正交斜放网架）角部对支座产生拉力，因此角部应做成能够抵抗拉力的铰支座。支座分类平板压力支座平板压力或拉力支座角位移受到很大的约束，只适用于较小跨度网架单面弧形压力支座角位移未受约束，适用于中小跨度网架单面弧形拉力支座适用于较大跨度网架。在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度双面弧形压力支座支座和底板间设有弧形块，上下面都是柱面，支座既可转动又可平移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板式橡胶支座通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式各种柱帽形式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(图a)，也可设置于上弦平面之上(图b)。当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽(图c)，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。6.6.4柱帽网架的屋面排水网架屋面排水的特点网架覆盖的面积大，小坡度也会形成大的气魄高度。网架结构的屋面坡度一般取2%～5%，多雨地区宜选用大值。当屋面结构采用有檩体系时，还应考虑檩条挠度对泄水的影响。对于荷载、跨度较大的网架结构，还应考虑网架竖向挠度对排水的影响。网架屋面坡度的做法上弦节点加小立柱找坡当小立柱较高时，应注意小立柱自身的稳定性，这种做法构造比较简单。网架变高度网架跨度较大时，会造成受压腹杆太长的缺点。支承柱找坡采用点支承方案的网架可用此法找坡。整个网架起拱一般用于大跨度网架。网架屋面排水坡的形成(A)网架整体起拱(B)网架变高度(C)设短柱支托设短柱支托构造简单，是采用较多的找坡方法上海体育馆6.7网架结构的工程实例81×81米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。桁架下弦标高为10.55米，桁架高度H=4.0米，钢桁架沿纵向间距为27米，沿横向间距为9米，均支承在钢筋砼柱柱顶厦门国际会展中心结构体系网架结构,呈园形直径124.6米,由均匀分布在110米直径园周上的36根柱子支承,支承点以外悬挑7.30米,网架中部有气楼。网架高6米,中间起拱2.5米,由11400多根16锰无缝钢管和90多个钢球组成,设计总重量60吨支承方式网架支承用摇摆支座,网架由36只摇摆座支承网架节点三向球节点连接方式焊接吊装后局部补焊概况：A380机库位于首都机场3号航站楼的北侧,其施工单位是北京建工集团,结构设计方案由中国航空工业规划设计研究院提供。该工程总建筑面积6.4万m2,局部地上3层,地下1层,由机库大厅和附楼两部分组成,其中机库大厅跨度2m*176.3m,进深110m,屋盖顶标高+39.800m。建成后可同时容纳4架A380空中客机或两架A380和4架B747大型客机,是目前世界上最大的飞机维修库。屋盖结构为3层焊接球型钢网架,总面积3.9万m2,总质量约为7000t,采用地面组拼、一次整体提升到位的施工方案,其一次提升面积和重量均堪称世界之最。在机库建设中屋盖结构的整体提升无疑是最大的技术难点。一层平面：首都机场机库能同时容纳四架波音747大型客机进行维修。由于机库功能的特殊性和对空间的特殊要求，平面布局采用大空间在一侧，辅助用房在机库另一侧的布局方式，将机库大空间做整。内部空间：飞机库内部主空间为供飞机停靠的大空间，高度和跨度都比一般建筑大，而且要求内部没有柱网等障碍。立面造型：飞机库整体造型为方形，立面为通透的玻璃材质。配合结构特点，整个建筑显得轻盈简洁。结构分析：屋盖结构设计是大跨度机库设计的关键，方案的制定必须要满足以下要求：根据机场空域高度的限制，机库屋顶最高点不得超过40m；屋顶结构的布置和尺寸应满足工艺使用和设置悬挂吊车的要求，屋盖结构的变形不影响悬挂吊车和机库大门的正常运行；机库能满足8度地震的抗震设防要求；同时还要考虑到屋盖结构制作、运输、吊装合理可靠，加快施工周期。根据以上原则，在经过多种方案比较之后，选用了多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系。结构平面和立面：机库结构平面图和结构立面图如图所示，其中机库大门处网架边梁设计成一箱形的空间桁架两跨连续钢梁，宽9.5m，高11.5m。工程难点：1、钢结构跨度大、面积大，为国内外之最：本工程钢结构跨度352.60m，，进深114.5m，屋盖顶标高+39.800m。屋盖结构采用三层斜放四角锥钢网架，下弦支承，机库大门处屋盖采用焊接箱形钢桁架，宽9.5m，高11.5m。对于如此大跨度结构施工，国内并没有先例和成熟的施工经验可以借鉴，选取的科学的施工方案，确保工程质量、确保结构自身安全与施工安全、有效地控制施工进度、合理的降低施工成本是本工程以及类似工程的重中之重，必须进行深入细致地研究。2、结构拼装质量要求高：本工程钢结构采用三层斜放四角锥钢网架与钢桁架结合的结构，跨度352.60m，，进深114.5m，结构形式复杂，对施工中平面控制网的测量精度要求非常高；如何根据结构自身特点采取正确的拼装方法、拼装精度控制措施以及如何保证拼装完毕后整体结构的最后闭合，需要仔细研究。另外，本工程构件数量巨大，现场节点形式多样，如何结合结构跨度、进深、高度以及结构形式特点，采取有效的焊接工艺和焊接质量控制措施，确保焊接质量以及整体结构拼装质量是本工程的难点。3、任务重、工期紧：首都机场四机位总工期三年。本工程为满足奥运会前投入使用的需要，将常规下的36个月工期缩短为20个月。施工方案的选择：现有的施工方案有高空散拼、分段吊装和整体提升三种，但考虑各自的优缺点以及人力物力、安全管理等条件，最终选择了整体提升这一施工技术。其优点是大量工作都可以在地面完成，减少工装脚手架用量，避免了高空作业，降低了工程的安全管理的难度。由于现场场地较大，可以形成多点、多面流水作业，加快地面拼装进度，有利于工程安装精度控制。整体提升技术：为了最大限度的满足结构设计的边界条件，确保工程质量；加快工程施工进度、为后续工作创造条件；降低工程成本；确保施工安全。对本工程，采用一次性整体提升就位的施工工艺。采用一次性整体提升结构有如下优点：提升的结构重量重，可达万吨以上；提升结构的尺寸、面积和体积大；计算机控制，自动化程度高；减少高空作业量，施工安全、可靠，降低施工风险；缩短施工周期，降低施工费用。根据以上分析我们决定采用网架与桁架同时提升的方案。总结：跨度大，高度高成为机库结构设计的关键；选用多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系；首都机场A380机库运用一次性整体提升技术，将平板网架结构进行组装；造型简洁轻盈；哈尔滨水上世界HarbinWaterWorld2008奥运会场馆（正放四角锥）第7章网壳结构7.1概述7.2筒网壳结构7.3球网壳结构7.4扭网壳结构7.5其它形状网壳结构7.6网壳结构的选型第7章网壳结构7.1概述网壳结构：杆件按一定规律布置，通过节点连接而成的曲面状空间杆系结构。网壳结构，即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。网壳结构优点：（1）网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因此可以充分发挥材料强度作用。（2）曲面形式，丰富的造型，通过使结构明暗对比、虚实对比。（3）由于杆件尺寸与整个网壳结构相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性连续体，用薄壳结构分析结果进行定性的分析。（4）网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。7.1.1网壳结构的分类1）按层数分单层网壳：适合中小跨度（≤40米）双层网壳：具有较高的稳定性和承载力，可有效利用空间，方便天花或吊顶构造。2、按曲面形式分单曲面：筒网壳（柱面壳）双曲面：球网壳／扭网壳单层柱面网壳柱面网壳双层柱面网壳单斜杆柱面网壳弗普尔柱面网壳交叉斜杆型柱面网壳联方网格型柱面网壳三向网格型柱面网壳交叉桁架体系四角锥体系三角锥体系正放四角锥柱面网壳抽空正放四角锥柱面网壳斜置正放四角锥柱面网壳三角锥柱面网壳抽空三角锥柱面网壳单层球面网壳球面网壳双层球面网壳肋环型球面网壳施威德勒球面网壳联方型球而网壳三向网格型球面网壳凯威特型球面网壳短程线球面网壳交叉桁架体系角锥体系肋环型四角锥球面网壳联方型四角锥球面网壳联方型三角锥球面网壳平板组合式球面网壳新青岛火车站7.2筒网壳结构7.2.1单层筒网壳图7-2-1单层筒网壳的形式（a）联方型（b)弗普尔型（c）单斜杆型（d）双斜杆型（e）三向网格型筒网壳也称为柱面网壳，是单曲面结构，其横截面常为圆弧形，也可采用椭圆形、抛物线形和双中心圆弧形等。联方型筒网壳受力明确，屋面荷载从两个斜向拱的方向传至基础，简捷明了。室内呈菱形网格，犹如撒开的渔网，美观大方。其缺点是稳定性较差，由于网格中每个节点连接的杆件数少，故常采用钢筋混凝土结构。弗普尔型筒网格和单斜杆型筒网壳结构形式简单，用钢量少，多用于小跨度或荷载较小的情况，双斜杆型筒网壳和三向网格型筒网壳具有相对较好的刚度和稳定性，构件比较单一，设计及施工都比较简单，可是用于跨度较大和不对称荷载较大的屋盖中。悉尼国际水上运动中心增强结构刚度措施：三向网格型图7-