空间网格结构技术规程

空间网格结构技术规程北京市建筑设计研究院复杂结构研究所甘明主要变化的内容•本规程修订的主要技术内容是：•将《网架结构设计与施工规程》和《网壳结构技术规程》的内容合并。•在计算方面，网壳结构的稳定分析极限承载力与容许承载力之比系数K作出了调整•并对焊接空心球受拉与受压承载力设计值计算公式当采用大直径空心球作适当调整，改进了压弯或拉弯的承载力计算公式。•结构体系方面•新增了立体管桁架、立体拱架与张弦立体拱架。•在杆件与节点方面，新增了对杆件设计时的低应力小规格拉杆、受力方向相邻弦杆截面刚度变化等构造方面的要求。•新增铸钢节点、销轴式节点与预应力拉索节点。对组合网架补充了螺栓环节点与焊接球缺节点。增加了聚四氟乙烯可滑动支座节点。：图A.0.1（d）三向网架：图A.0.3（a）三角锥网架结构选型•3.1.1网架结构可采用双层或多层形式；网壳结构可采用单层或双层形式，也可采用局部双层形式。•3.1.2网架结构可选用下列网格形式：•1由交叉桁架体系组成的两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线形网架（图A.0.1）；•2由四角锥体系组成的正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架（图A.0.2）；•3由三角锥体系组成的三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架（图A.0.3）。网壳选型•.1.3网壳结构可采用球面、圆柱面、双曲抛物面、椭圆抛物面等曲面形式，也可采用各种组合曲面形式。•3.1.4单层网壳可选用下列网格形式：•1单层圆柱面网壳可采用单向斜杆正交正放网格、交叉斜杆正交正放网格、联方网格及三向网格等形式（图B.0.1）。•2单层球面网壳可采用肋环型、肋环斜杆型、三向网格、扇形三向网格、葵花形三向网格、短程线型等形式（图B.0.2）。•3单层双曲抛物面网壳宜采用三向网格，其中两个方向杆件沿直纹布置。也可采用两向正交网格，杆件沿主曲率方向布置，局部区域可加设斜杆（图B.0.3）。•4单层椭圆抛物面网壳可采用三向网格、单向斜杆正交正放网格等形式（图B.0.4）。•3.1.5双层网壳可由两向、三向交叉的桁架体系或由四角锥体系、三角锥体系等组成，其上、下弦网格可采用本规程第3.1.4条的方式布置。•3.1.6立体桁架可采用直线或曲线形式。•3.1.7空间网格结构的选型应结合工程的平面形状、跨度大小、支承情况、荷载条件、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。杆件布置及支承设置应保证结构体系几何不变。•3.1.8单层网壳应采用刚接节点。•3.2.1平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（即长边与短边之比）小于等于1.5时，宜选用正放四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交斜放网架、两向正交正放网架。当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架、正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。•3.2.2平面形状为矩形、三边支承一边开口的网架可按本规程第3.2.1条进行选型，开口边必须具有足够的刚度并形成完整的边桁架，当刚度不满足要求时可采用增加网架高度、增加网架层数等办法加强•3.2.3平面形状为矩形、多点支承的网架可根据具体情况选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架。•3.2.4平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形等周边支承的网架，可根据具体情况选用三向网架、三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度，也可选用蜂窝形三角锥网架。•3.2.5网架的网格高度与网格尺寸应根据跨度大小、荷载条件、柱网尺寸、支承情况、网格形式以及构造要求和建筑功能等因素确定，网架的高跨比可取1/10~1/18。网架在短向跨度的网格数不宜小于5。确定网格尺寸时宜使相邻杆件间的夹角大于45o,且不宜小于30o。•3.2.6网架可采用上弦或下弦支承方式，当采用下弦支承时，应在支座边形成边桁架。•3.2.7当采用两向正交正放网架，应沿网架周边网格设置封闭的水平支撑。•3.2.8多点支承的网架有条件时宜设柱帽。柱帽宜设置于下弦平面之下（图3.2.8a)，也可设置于上弦平面之上（图3.2.8b）或采用伞形柱帽（图3.2.8c)。网壳选型•球面网壳结构设计宜符合下列规定：•1球面网壳的矢跨比不宜小于1/7；•2双层球面网壳的厚度可取跨度（平面直径）的1/30～1/60；•3单层球面网壳的跨度（平面直径）不宜大于80m。圆柱面网壳结构设计宜符合下列规定：•1两端边支承的圆柱面网壳，其宽度B与跨度L之比（图3.3.2）宜小于1.0，壳体的矢高可取宽度B的1/3～1/6；•2沿两纵向边支承或四边支承的圆柱面网壳，壳体的矢高可取跨度L（宽度B）的1/2～1/5；•3双层圆柱面网壳的厚度可取宽度B的1/20～1/50；•4两端边支承的单层圆柱面网壳，其跨度L不宜大于35m；沿两纵向边支承的单层圆柱面网壳，其跨度（此时为宽度B）不宜大于30m。BL12图3.3.2圆柱面网壳跨度L、宽度B示意图1–纵向边；2-端边•3.3.3双曲抛物面网壳结构设计宜符合下列规定：•1双曲抛物面网壳底面的两对角线长度之比不宜大于2；•2单块双曲抛物面壳体的矢高可取跨度1/2～1/4（跨度为二个对角支承点之间的距离），四块组合双曲抛物面壳体每个方向的矢高可取相应跨度的1/4～1/8；•3双层双曲抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1/20～1/50；•4单层双曲抛物面网壳的跨度不宜大于60m。•3.3.4椭圆抛物面网壳结构设计宜符合下列规定：•1椭圆抛物面网壳的底边两跨度之比不宜大于1.5；•2壳体每个方向的矢高可取短向跨度的1/6～1/9；•3双层椭圆抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1/20～1/50；•4单层椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于50m。•3.3.5网壳的支承构造应可靠传递竖向反力，同时应满足不同网壳结构形式所必需的边缘约束条件；边缘约束构件应满足刚度要求，并应与网壳结构一起进行整体计算。各类网壳的相应支座约束条件应符合下列规定：•1球面网壳的支承点应保证抵抗水平位移的约束条件；•2圆柱面网壳当沿两纵向边支承时，支承点应保证抵抗侧向水平位移的约束条件；•3双曲抛物面网壳应通过边缘构件将荷载传递给下部结构；•4椭圆抛物面网壳及四块组合双曲抛物面网壳应通过边缘构件沿周边支承。•3.4.1立体桁架的高度可取跨度的1/12～1/16。•3.4.2立体拱架的拱架厚度可取跨度的1/20～1/30，矢高可取跨度的1/3～1/6。当按立体拱架计算时，两端下部结构除了可靠传递竖向反力外还应保证抵抗水平位移的约束条件。当立体拱架跨度较大时应进行立体拱架平面内的整体稳定性验算。•3.4.3张弦立体拱架的拱架厚度可取跨度的1/30～1/50，结构矢高可取跨度的1/7～1/10，其中拱架矢高可取跨度的1/14～1/18，张弦的垂度可取跨度的1/12～1/30。•3.4.4立体桁架支承于下弦节点时桁架整体应有可靠的防侧倾体系，曲线形的立体桁架应考虑支座水平位移对下部结构的影响。•3.4.5对立体桁架、立体拱架和张弦立体拱架应设置平面外的稳定支撑体系。•空间网格结构在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值不宜超过表3.5.1中的容许挠度值。•结构体系屋盖结构楼盖结构悬挑结构•网架1/2501/3001/125•单层网壳1/400－1/200•双层网壳1/250－1/125•立体桁架1/250－1/125•4.3.1单层网壳以及厚度小于跨度1/50的双层网壳均应进行稳定性计算。•4.3.2网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元法（即荷载—位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料为弹性，也可考虑材料的弹塑性。对于大型和形状复杂的网壳结构宜采用考虑材料弹塑性的全过程分析方法。()()1iittttt−+∆+∆∆=−KUFN•4.3.3球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳除应考虑满跨均布荷载外，尚应考虑半跨活荷载分布的情况。进行网壳全过程分析时应考虑初始几何缺陷（即初始曲面形状的安装偏差）的影响，初始几何缺陷分布可采用结构的最低阶屈曲模态，其缺陷最大计算值可按网壳跨度的1/300取值。•4.3.4按本规程第4.3.2条和第4.3.3条进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为网壳的稳定极限承载力。网壳稳定容许承载力（荷载取标准值）应等于网壳稳定极限承载力除以安全系数K。当按弹塑性全过程分析时，安全系数K可取为2.0；当按弹性全过程分析、且为单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳时，安全系数K可取为4.2。•5.1.1空间网格结构的杆件可采用普通型钢或薄壁型钢。管材宜采用高频焊管或无缝钢管，当有条件时应采用薄壁管型截面。杆件采用的钢材牌号和质量等级应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。杆件截面应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017根据强度和稳定性的要求计算确定。•表5.1.3杆件的容许长细比•结构体系形式拉杆压杆拉弯压弯网架300180立体桁架300180双层网壳300180支座附近拉杆250直接承受动力荷载杆件250单层网壳250150•5.1.4杆件截面的最小尺寸应根据结构的跨度与网格大小按计算确定，普通型钢不宜小于L50×3，钢管不宜小于∅48×3。对大、中跨度空间网格结构，钢管不宜小于∅60×3.5。•5.1.5空间网格结构杆件分布应保证刚度的连续性，受力方向相邻的弦杆其杆件截面面积之比不宜超过1.8倍，多点支承的网架结构其反弯点处的上、下弦杆宜按构造要求加大截面。•5.1.6对于低应力、小规格的受拉杆件其长细比宜按受压杆件控制。•5.1.7在杆件与节点构造设计时，应考虑便于检查、清刷与油漆，避免易于积留湿气或灰尘的死角与凹槽，钢管端部应进行封闭。1234512•5.5.1空间网格结构中杆件汇交密集、受力复杂且可靠性要求高的关键部位节点可采用铸钢节点。铸钢节点的设计和制作应符合国家现行有关标准的规定。•5.5.2焊接结构用铸钢节点的材料应符合现行国家标准《焊接结构用碳素钢铸件》GB/T7659的规定，必要时可参照国际标准或其它国家的相关标准执行；非焊接结构用铸钢节点的材料应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352的规定。•5.5.3铸钢节点的材料应具有屈服强度、抗拉强度、伸长率、截面收缩率、冲击韧性等力学性能和碳、硅、锰、硫、磷等化学成分含量的合格保证，对焊接结构用铸钢节点的材料还应具有碳当量的合格保证。•5.5.4铸钢节点设计时应根据铸钢件的轮廓尺寸选择合理的壁厚，铸件壁间应设计铸造圆角。制造时应严格控制铸造工艺、铸模精度及热处理工艺。•5.5.5铸钢节点设计时应采用有限元法进行实际荷载工况下的计算分析，其极限承载力可根据弹塑性有限元分析确定。当铸钢节点承受多种荷载工况且不能明显判断其控制工况时，应分别进行计算以确定其最小极限承载力。极限承载力数值不宜小于最大内力设计值的3.0倍。•5.5.6铸钢节点可根据实际情况进行检验性试验或破坏性试验。检验性试验时试验荷载不应小于最大内力设计值的1.3倍；破坏性试验时试验荷载不应小于最大内力设计值的2.0倍。