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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-09-11浏览：24次
摘要：结合笔者从事某训练馆及健身馆网架屋盖设计实践，对网架结构屋盖的杆件设计、节点设计以及网架支座设计进行深入探讨，提出其在网架工程项目上较优的设计方案，为同类工程所参考。
关键词：屋盖设计；网架结构；训练馆；健身馆；节点设计
1． 工程简介
本工程为四川双流国家羽毛球训练基地。工程项目中专业训练馆为1栋4层局部2层的框架结构（由抗震缝分为四个单体4个单体），屋盖采用钢网架结构；全民健身馆为1栋3层框架结构，屋盖采用钢网架结构；运动员公寓为1栋5层斜屋面框架结构。本工程项目建筑物抗震设防烈度为7度、设计基本地震加速度值为0.10g、设计地震为第三组，建筑场地类别为Ⅱ类。建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为乙级。框架抗震等级专业训练馆、全民健身馆为二级，运动员公寓为三级。
专业训练馆屋盖分为A、B两个区，且均为42米跨度屋盖，屋盖斜向对角线为脊线，沿脊线坡向上下两侧，网架按照建筑的屋面造型布置杆件，均采用经济指标优秀、构造简单的螺栓球四角锥网架结构。（图一，图二）。全民健身馆二层楼盖为跨度为34.8米的单跨单向预应力梁楼盖结构，沿斜向对角线为脊线的双坡屋盖右侧最大悬挑14米，为保证较好的整体刚度，采用经济指标优秀、构造简单的焊接球四角锥网架结构，按照建筑的屋面造型布置网架杆件。（图二）
图1专业训练馆B区网架屋盖平面图
图2全民管网架屋盖平面图
2． 网架结构杆件的设计与构造
杆件是网架结构主要的受力构件，网架结构涉及到的杆件设计通常较多，因此合理地设计杆件对于结构合理受力相当有帮助。结合笔者工程实践经验，提出设计网架结构杆件设计的要点。
网架结构的杆件一般采用Q235钢和Q345钢，设计时所采用的钢杆件截面型式分为圆钢管、角钢、薄壁型钢三种。对于杆件选取何种截面是有讲究的，杆件截面型式的选择在设计时通常是与网架的节点形式有关。而对于网架杆件通常都是有强度以及稳定性来决定，因此杆件截面应根据承载力和稳定性的计算确定。杆件的计算长度与汇集于节点的杆件受力状况及节点构造有关。网架杆件的最小截面尺寸应根据网架跨度及网格大小确定，角钢不宜小于∟50×3，而对于采用圆钢管则截面不宜小于Φ48×2；薄壁型钢的壁厚则不应小于2mm。
3． 网架结构节点设计
网架结构的节点型式及选择决定着网架结构的受力，通常网架结构节点所采用的连接方式有焊接连接节点、高强度连接节点、焊接和高强度螺栓混合连接节点。设计网架节点必须要使得网架结构的杆件受力合理、传力明确，而且所设计的节点应当便于制造、安装，最终还要需考虑到节省钢材。
3.1螺栓球节点
螺栓球一般由钢球、高强度螺栓、紧固螺钉（或销子）、套筒和锥头或封板等零件组成，适合与连接圆钢管杆件。螺栓球节点的套筒、锥头和封板采用Q235系列、Q345系列钢材；钢球采用45号钢；螺栓、销子或紧固螺钉采用高强度钢材如45号钢、40B钢、40Cr钢、20MnTiB钢等。
设计的螺栓球节点，其螺栓钢球体直径的大小主要取决于高强度螺栓的直径，高强度螺栓拧入球体的长度及相邻两杆件轴线之间的夹角。当网架中各杆件所需高强度螺栓直径确定以后，螺栓钢球直径的大小应同时保证相邻两螺栓在球体内不相碰，还需确保套筒与钢球之间有足够的接触面
设计螺栓球节点，必然要考虑到锥头和封板的设计，结合笔者设计实践，笔者认为对于圆钢管杆件直径≥76mm时，适宜采用锥头；同时锥头的任何截面均应与杆件截面等强度，锥头底板的厚度不宜小于被连接杆件外径的1/6。锥头底板外侧平直部分的外接圆直径一般取高强度螺栓直径的1.8倍加3～5mm；锥头斜向筒壁的坡度应≤1/4。当圆钢管杆件直径＜76mm时，可采用封板，其厚度不宜小于杆件外径的1/5。锥头和封板的表面要保持平整，以确保紧固高强度螺栓的装配质量。高强度螺栓孔中心线应尽量与杆件轴线重合，螺栓孔径比螺栓直径大0.5～1.0mm。
3.2焊接空心球节点
当网架杆件内力很大（一般≥750kN）时，若仍采用螺栓球节点，会造成钢球过大而使用钢量增多，此时应考虑采用焊接空心球节点。焊接空心球节点的优点是传力明确，构造简单，造型美观，连接方便，适应性强。这种球节点适用于连接圆钢管，由于球体没有方向性，可与任意方向的杆件相连，因此它的适应性强，可用于各种形式的网架结构。设计的焊接空心球节点采用两块圆钢板（钢号Q235钢或Q345钢）经热压或冷压成两个半球后对焊而成的。钢球外径一般采用160mm～500mm。
但值得注意的是，结合笔者实践，设计表明有下列情况之一时，宜在空心球内加设环形加劲肋板：空心球的外径D≥300mm，且连接于空心球的圆钢管杆件的内力较大时；空心球的壁厚t小于与球相连的圆钢管腹杆壁厚ts的2倍即：t<2ts时；空心球的外径D大于与球相连的圆钢管腹杆外径ds的3倍即：D>3ds时；在同一网架中，往往需要调整和统一空心球的外径，以减少球的规格，为此而需要在空心球内加设环形加劲肋板以满足球体的承载力设计值时。
4． 网架结构支座设计
支座是把整个网架屋盖结构支撑在下部框架结构上重要传递部位，设计空间网架的支座节点时，应根据网架的类型、跨度的大小、作用荷载情况，网架杆件截面形状以及加工制造方法和施工安装方法等，选用适当型式的支座。而空间网架的支座一般都采用铰支座，支承在柱、圈梁或砖墙上。结合实践，笔者总结了网架结构可采用的支座形式。
根据受力状态，网架的支座节点一般分为压力支座节点和拉力支座节点两大类。压力支座节点在网架结构中这类支座节点较多，它主要传递支点反力。其中以下面几种支座型式最为常见。
（1）平板压力支座节点。这种节点由十字型节点板和一块底板组成，构造简单、加工方便、用钢量省。但其支承板下的摩擦力较大，支座不能转动或移动，支承板下的应力分布也不均匀，和计算假定相差较大，一般只适用于较小跨度（≤40m）的网架。
（2）双面弧形压力支座节点。当网架的跨度较大，温度应力影响显著，而且支座处的约束又比较强，以上两种支座节点往往不能满足要求。这时应选择一种既能自由伸缩又能自由转动的支座节点。这种节点又称摇摆支座节点，它是在支座板与柱顶板之间设一块上下均为弧形的铸钢件。
（3）球铰压力支座节点。对于跨度较大或带悬伸的四点支承或多点支承的网架，为适应支座能在两个方向作微量转动而不产生线位移和弯矩，采用球铰压力支座节点。这种支座节点的构造特点是，以一个凸出的实心半球，嵌合在一个凹进的半球内。在任何方向都能转动，而不产生弯矩，并在x、y、z三个方向都不会产生线位移。
5． 网架的计算要点
网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算。尤其是对于在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算；在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。通过计算分析表明，水平地震作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。
如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定进行计算。
对于网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。
6． 结语
通过结合工程实例，本文总结了网架的设计，对网架节点设计中杆件细长比、杆件截面形式、支座形式的选择等问题提出一些看法，并结合实际工程提出了详细的介绍，为同类工程提供参考实例。
参考文献：
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[6]封国军．某体育馆屋面网架设计[J]．建材与装饰(中旬刊)，2007，35(11)：78～79.
《钢网架结构设计探讨》
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文章名称： 钢网架结构设计探讨
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