淺談網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題

1、<p>　　淺談網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題</p><p>　　摘要：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以其適用性、美觀性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性為世人所公認(rèn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,基建規(guī)模的不斷擴(kuò)大,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在大型屋面結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；加固；設(shè)計(jì)；有限元分析 </p><p>　　中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p

2、><p><b>　　引言 </b></p><p>　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有重量輕、空間剛度大、抗震性能好、用材經(jīng)濟(jì)、施工方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的三維空間結(jié)構(gòu),只有通過合理的設(shè)計(jì)才能保證網(wǎng)架的安全使用。 </p><p>　　一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) </p><p>　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)之所以得到如此廣泛的應(yīng)用,是因?yàn)榫W(wǎng)架結(jié)

3、構(gòu)主要有一下優(yōu)點(diǎn): </p><p>　　(1)結(jié)構(gòu)形式靈活多樣,能夠滿足各種建筑結(jié)構(gòu)的要求; </p><p>　　(2)節(jié)點(diǎn)連接簡(jiǎn)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(zhì)量可靠; </p><p>　　(3)計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算軟件己經(jīng)非常成熟,能夠滿足工程設(shè)計(jì)的需要,目前我國已經(jīng)開發(fā)出大量的網(wǎng)格設(shè)計(jì)軟件,大大提高了工程設(shè)計(jì)周期; &

4、lt;/p><p>　　(4)加固制作機(jī)械化,很多桿件可以定制,以供設(shè)計(jì)人員選擇使用; </p><p>　　(5)用料經(jīng)濟(jì),造價(jià)低,能用較少的材料制作大跨度的空間結(jié)構(gòu)。但是,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也有不足,目前主要問題是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)用鋼量大,加工制作費(fèi)用較高。 </p><p>　　二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的形式 </p><p>　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)按弦桿層數(shù)不同分為三層網(wǎng)架

5、和網(wǎng)架。網(wǎng)架由上弦桿、下弦桿和腹桿組成,是最為常見的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu),在外力作用下時(shí)刻保持為幾何不變體系,網(wǎng)架的形式很多,目前主要分為3類[8]: </p><p>　　1、平面析架系網(wǎng)架 </p><p>　　平面析架系網(wǎng)架是由平面析架組成,網(wǎng)架上下弦桿位于同一個(gè)平面內(nèi)并且上下弦桿長度相等,按照設(shè)計(jì)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(wǎng)架、兩向正交斜放網(wǎng)架、兩向斜交斜放網(wǎng)架、三向交叉網(wǎng)架、單向折線形網(wǎng)架。 </p><p>　　2、四角錐體系網(wǎng)架 </p><p>　　四角錐體系網(wǎng)架是由很多的四角錐網(wǎng)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(wǎng)架的上平面為矩形,由于對(duì)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(wǎng)架 </p><p>　　三角錐體系網(wǎng)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(wǎng)架的上弦桿)長度相等,組成正三角形,棱邊為網(wǎng)架腹桿,用桿件把錐頂相連成為網(wǎng)架下弦桿。網(wǎng)架的最小幾何單元為三角錐。 </p><p><b>　　三、網(wǎng)架的選型 </b></p><p>　　由于正放四角錐網(wǎng)架桿件標(biāo)準(zhǔn)化程度比其它網(wǎng)架好

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

9、棋盤形四角錐網(wǎng)架、星形四角錐網(wǎng)架; </p><p>　　(3)三角錐體系網(wǎng)架，包括三角錐網(wǎng)架、抽空三角錐網(wǎng)架、蜂窩形三角錐網(wǎng)架。網(wǎng)架按支承情況分為周邊支承網(wǎng)架、點(diǎn)支承網(wǎng)架和三邊或兩邊支承網(wǎng)架。在網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)網(wǎng)架的支承條件、平面形狀、跨度等選擇相應(yīng)的網(wǎng)架類型。表1給出了各種支承情況及平面形狀下適宜的網(wǎng)架類型。 </p><p>　　四、網(wǎng)架檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的問題及設(shè)計(jì)對(duì)策 </p>

10、;<p><b>　　1、材料選擇 </b></p><p>　　大多數(shù)網(wǎng)架所用的材料均為鋼材，可采用Q235鋼或Q345鋼，其中Q345鋼強(qiáng)度高，宜用在大距度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，一般的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用Q235鋼的為碳含量的合格保證。不論是焊接球網(wǎng)架還是螺栓球網(wǎng)架都存在焊縫，所以采用Q235鋼時(shí)最低應(yīng)為Q235B級(jí)鋼。在檢查網(wǎng)架時(shí)發(fā)現(xiàn)有一螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用Q235A級(jí)鋼，桿件與封板連接焊縫

11、超聲波探傷結(jié)果表明，多數(shù)桿件的焊縫質(zhì)量未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為保證網(wǎng)架的質(zhì)量，當(dāng)采用Q235鋼時(shí)，應(yīng)在圖紙中注明鋼材的質(zhì)量等級(jí)。 </p><p>　　高強(qiáng)螺栓宜采用40Cr鋼，其淬透性好，而40B鋼性能不穩(wěn)定，當(dāng)直徑大于M30時(shí)淬透性差。螺栓球采用45號(hào)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(shè)計(jì) </b></p><p>　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)半徑大，對(duì)受壓受扭有利，端部封閉之后內(nèi)部不易銹蝕，具有較好的防腐性，在網(wǎng)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(jià)便宜而且管壁較薄，壁厚在5mm以下，在設(shè)計(jì)中應(yīng)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(shí)一般均有負(fù)公差及其它結(jié)構(gòu)缺陷，所以在選擇桿件截面時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余地，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的其他缺陷，通常在設(shè)計(jì)時(shí)將鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度乘以018~019的折減系數(shù)。 </p><p>　　網(wǎng)架桿件通常按軸心受力構(gòu)件計(jì)算，當(dāng)網(wǎng)架下弦設(shè)有吊頂或馬道時(shí)，應(yīng)將吊頂或馬道的荷載直接傳到網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)上，否則在設(shè)計(jì)時(shí)下弦桿要按拉彎構(gòu)件計(jì)算，同時(shí)要計(jì)算高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為高次超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)桿件代

14、換時(shí)要對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)重新復(fù)核，否則可能出現(xiàn)代換桿附近的桿件超載，網(wǎng)架局部受力小的拉桿變號(hào)。 </p><p>　　3、焊接質(zhì)量控制根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dāng)按等強(qiáng)度連接時(shí)，焊縫質(zhì)量必須滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)施工及質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》二級(jí)焊縫的質(zhì)量要求，二級(jí)焊縫應(yīng)采用超聲波探傷進(jìn)行內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)，其內(nèi)部缺陷的分級(jí)及探傷方法應(yīng)符合文獻(xiàn)的規(guī)定。超聲波探傷內(nèi)部缺陷分為Ⅰ；Ⅱ

15、；Ⅲ；Ⅳ4個(gè)等級(jí)，在高溫和腐蝕性氣體作業(yè)環(huán)境及動(dòng)力疲勞工況下，Ⅱ級(jí)合格，一般情況下Ⅲ級(jí)合格。在設(shè)計(jì)圖紙上應(yīng)注明焊縫超聲波探傷的合格級(jí)別。 </p><p>　　4、網(wǎng)架的抗震設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng) </p><p>　　根據(jù)網(wǎng)架規(guī)程的要求，在抗震設(shè)防為8度的地區(qū)，網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算，大跨度網(wǎng)架應(yīng)進(jìn)行水平抗震驗(yàn)算，9度抗震設(shè)防地區(qū)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行豎向和水平向地震作用驗(yàn)算。由于兩向正交正放

16、網(wǎng)架上、下弦為方形網(wǎng)格，屬幾何可變體系，在抗震設(shè)防區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加上弦或下弦水平支撐，以保證結(jié)構(gòu)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(wǎng)架，在周邊上弦桿網(wǎng)格內(nèi)設(shè)置水平斜桿。 </p><p>　　圖1正交正放類網(wǎng)架水平支撐設(shè)置 </p><p>　　沿網(wǎng)架周邊2~3網(wǎng)格區(qū)格內(nèi)桿件的長細(xì)比不應(yīng)大于180，因?yàn)樵诘卣鹱饔孟轮苓厳U件常常會(huì)發(fā)生內(nèi)力變號(hào)，所以在靜載作用下網(wǎng)架周邊2~3

17、網(wǎng)格內(nèi)桿件不論是受壓還是受拉，其允許長細(xì)比均按壓桿考慮。 </p><p>　　五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的耐久性及設(shè)計(jì)對(duì)策 </p><p>　　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件和節(jié)點(diǎn)采用鋼材制作，鋼材的最大缺點(diǎn)是容易銹蝕，銹蝕桿件截面減小，大大降低了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的安全度和使用年限，特別是當(dāng)使用環(huán)境比較潮濕的情況下更應(yīng)加強(qiáng)網(wǎng)架的防銹處理。在現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)，在使用環(huán)境較潮濕的情況下，網(wǎng)架使用時(shí)間不長有些桿件已有銹

18、蝕現(xiàn)象。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的防銹方法有3種:(1)改變金屬結(jié)構(gòu)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(hù);(3)在鋼材表面涂以非金屬保護(hù)層，這種方法價(jià)格便宜，效果好，選擇范圍廣，適用性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用。當(dāng)采用非金屬涂料的防銹方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架使用的環(huán)境條件、腐蝕介質(zhì)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(xiàn)場(chǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)部分螺栓球

19、節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架下弦桿與螺栓球間產(chǎn)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(jìn)入鋼管或高強(qiáng)螺栓中，腐蝕高強(qiáng)螺栓。所以等網(wǎng)架屋蓋系統(tǒng)安裝完畢，網(wǎng)架承受大部分荷載后，應(yīng)用油膩?zhàn)訉⒔涌p處填嵌密實(shí)。當(dāng)使用環(huán)境比較潮濕時(shí)，最好是采用密封性較好的焊接球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　在形式眾多的空間結(jié)構(gòu)中,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是發(fā)展最快、

20、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式之一,掌握網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,與從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員共同探討。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]張偉生,陳存恩.輕屋面點(diǎn)支承平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].空間結(jié)構(gòu).2008 </p><p>　　[2]逯艷輝.鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及工程造價(jià)的控制闡述[J].山西建筑.2011 </p