浅谈网架结构设计中的问题.doc

1、浅谈网架结构设计中的问题摘要：网架结构以其适用性、美观性、可靠性、安全性和经济性为世人所公认。随着我国经济建设的飞速发展,基建规模的不断扩大,网架结构在大型屋面结构中得到广泛的应用。 关键词：网架结构；加固；设计；有限元分析 中图分类号： S611 文献标识码： A 引言 网架结构具有重量轻、空间刚度大、抗震性能好、用材经济、施工方便等优点而得到广泛应用。网架结构是复杂的三维空间结构,只有通过合理的设计才能保证网架的安全使用。 一、网架结构的特点 网架结构之所以得到如此广泛的应用,是因为网架结构主要有一下优点: (1)结构形式灵活多样,能够满足各种建筑结构的要求; (2)节点连接简便,一般用螺

2、栓球连接,能够工厂定制,施工快速,具有良好的受力性能,质量可靠; (3)计算方法和计算机计算软件己经非常成熟,能够满足工程设计的需要,目前我国已经开发出大量的网格设计软件,大大提高了工程设计周期; (4)加固制作机械化,很多杆件可以定制,以供设计人员选择使用; (5)用料经济,造价低,能用较少的材料制作大跨度的空间结构。但是,网架结构也有不足,目前主要问题是网架结构节点用钢量大,加工制作费用较高。 二、网架结构的形式 网架结构按弦杆层数不同分为三层网架和网架。网架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成,是最为常见的网格结构。网架结构是空间结构,在外力作用下时刻保持为几何不变体系,网架的形式很多,目前主要分

3、为 3 类8: 1、平面析架系网架 平面析架系网架是由平面析架组成,网架上下弦杆位于同一个平面内并且上下弦杆长度相等,按照设计一般为上弦杆受压,斜腹杆受拉,斜腹杆与弦杆夹角通常在 40到 60之间。主要包括以下五种:两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向交叉网架、单向折线形网架。 2、四角锥体系网架 四角锥体系网架是由很多的四角锥网格单元按照一定的规律排列组成,其基本单元为倒置的四角锥。网架的上平面为矩形,由于对称性,下平面和上平面形状大致相同。 3、三角锥体系网架 三角锥体系网架基本单元为三角锥,由倒置的三角锥组成,如图 1-5所示。锥底的三条边(网架的上弦杆)长度相等,

4、组成正三角形,棱边为网架腹杆,用杆件把锥顶相连成为网架下弦杆。网架的最小几何单元为三角锥。 三、网架的选型 由于正放四角锥网架杆件标准化程度比其它网架好，结构的整体刚度及网架外观效果好，故网架采用正放四角锥网架的较多，但正放四角锥网架耗钢量较其他网架高，考虑经济性可采用其他类型的网架。网架的类型按网格单元的组成分为: (1)平面桁架系网架，包括两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架单折线形网架; (2)四角锥体网架，包括正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星形四角锥网架; (3)三角锥体系网架，包括三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角

5、锥网架。网架按支承情况分为周边支承网架、点支承网架和三边或两边支承网架。在网架设计时可根据网架的支承条件、平面形状、跨度等选择相应的网架类型。表 1 给出了各种支承情况及平面形状下适宜的网架类型。 四、网架检测中发现的问题及设计对策 1、材料选择 大多数网架所用的材料均为钢材，可采用 Q235 钢或 Q345 钢，其中Q345 钢强度高，宜用在大距度网架结构中，一般的网架结构采用 Q235 钢的为碳含量的合格保证。不论是焊接球网架还是螺栓球网架都存在焊缝，所以采用 Q235 钢时最低应为 Q235B 级钢。在检查网架时发现有一螺栓球网架结构采用 Q235A 级钢，杆件与封板连接焊缝超声波探伤结

6、果表明，多数杆件的焊缝质量未达到设计要求。为保证网架的质量，当采用 Q235钢时，应在图纸中注明钢材的质量等级。 高强螺栓宜采用 40Cr 钢，其淬透性好，而 40B 钢性能不稳定，当直径大于 M30 时淬透性差。螺栓球采用 45 号钢、焊接球采用 Q235B 钢或Q345 钢。封板、锥头可采用 Q235B 钢或 Q345 钢，宜与杆件一致。 2、杆件设计 网架结构的杆件截面形式很多，主要有圆钢管、方钢管、轧制型钢、冷弯薄壁型钢等。圆钢管由于各方向惯性矩相同，截面封闭，回转半径大，对受压受扭有利，端部封闭之后内部不易锈蚀，具有较好的防腐性，在网架中大量采用。圆钢管有高频焊管和无缝钢管 2 种，

7、由于高频焊管造价便宜而且管壁较薄，壁厚在 5mm 以下，在设计中应优先采用。无缝钢管多为壁厚 5mm 以上的厚壁管。 钢管在出厂时一般均有负公差及其它结构缺陷，所以在选择杆件截面时应适当留有余地，同时考虑结构的其他缺陷，通常在设计时将钢材的设计强度乘以 018019 的折减系数。 网架杆件通常按轴心受力构件计算，当网架下弦设有吊顶或马道时，应将吊顶或马道的荷载直接传到网架的节点上，否则在设计时下弦杆要按拉弯构件计算，同时要计算高强螺栓的抗剪承载力。网架结构为高次超静定结构，当杆件代换时要对网架结构重新复核，否则可能出现代换杆附近的杆件超载，网架局部受力小的拉杆变号。 3、焊接质量控制根据网架结

8、构设计规程的要求，杆件与封板、锥头的连接焊缝，杆件与焊接球的连接焊缝，当按等强度连接时，焊缝质量必须满足现行国家标准钢结构施工及质量验收规范二级焊缝的质量要求，二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，其内部缺陷的分级及探伤方法应符合文献的规定。超声波探伤内部缺陷分为；4 个等级，在高温和腐蚀性气体作业环境及动力疲劳工况下，级合格，一般情况下级合格。在设计图纸上应注明焊缝超声波探伤的合格级别。 4、网架的抗震设计及注意事项 根据网架规程的要求，在抗震设防为 8 度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算，大跨度网架应进行水平抗震验算，9 度抗震设防地区，网架结构应进行竖向和水平向地震作用验算。

9、由于两向正交正放网架上、下弦为方形网格，属几何可变体系，在抗震设防区，应适当增加上弦或下弦水平支撑，以保证结构的几何不变性，有效地传递水平荷载。图 1为两向正交正放类网架，在周边上弦杆网格内设置水平斜杆。 图 1 正交正放类网架水平支撑设置 沿网架周边 23 网格区格内杆件的长细比不应大于 180，因为在地震作用下周边杆件常常会发生内力变号，所以在静载作用下网架周边 23网格内杆件不论是受压还是受拉，其允许长细比均按压杆考虑。 五、网架结构的耐久性及设计对策 网架结构的杆件和节点采用钢材制作，钢材的最大缺点是容易锈蚀，锈蚀杆件截面减小，大大降低了网架结构的安全度和使用年限，特别是当使用环境比较

10、潮湿的情况下更应加强网架的防锈处理。在现场网架结构检测过程中发现，在使用环境较潮湿的情况下，网架使用时间不长有些杆件已有锈蚀现象。网架结构的防锈方法有 3 种:(1)改变金属结构的组织，在钢材的炼制过程中增加合金元素以提高钢材的抗锈蚀能力，如采用不锈钢;(2)在钢材表面用金属镀层保护;(3)在钢材表面涂以非金属保护层，这种方法价格便宜，效果好，选择范围广，适用性强而广泛应用。当采用非金属涂料的防锈方法时，应根据网架使用的环境条件、腐蚀介质的情况等条件选择合适的底漆和面漆，并确定涂层厚度。 在现场检查中发现部分螺栓球节点网架下弦杆与螺栓球间产生缝隙，这是由于下弦杆受拉变形引起的，潮气很容易通过缝隙进入钢管或高强螺栓中，腐蚀高强螺栓。所以等网架屋盖系统安装完毕，网架承受大部分荷载后，应用油腻子将接缝处填嵌密实。当使用环境比较潮湿时，最好是采用密封性较好的焊接球节点网架。 结束语 在形式众多的空间结构中,网架结构是发展最快、应用最广的结构形式之一,掌握网架结构的设计方法,与从事钢结构设计的工作人员共同探讨。 参考文献 1张伟生,陈存恩.轻屋面点支承平板网架结构设计J.空间结构.2008 2逯艳辉.钢结构的设计思路及工程造价的控制阐述J.山西建筑.2011 3许宁.浅谈石化工程钢结构的特点及其结构设计J.中国石油和化工标准与质量.2011