浅谈钢结构的网架设计

来源：振宇网架 发布日期：2021-12-15

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1、 网架结构的特征

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以下优点：

1.1结构形式灵活多样，能够满足各种建筑结构的要求。

1.2节点连接简便，一般用螺栓球连接。能够工厂定制，施工快速，具有良好的受力性能，质量可靠。

1.3计算方法和计算机计算软件已经非常成熟，能够满足工程设计的需求。目前我国已经开发出大量的网架设计软件，大大提高了工程设计的周期。

1.4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。

1.5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，尤其是焊接空心球节点，节点用钢量占网架总用钢量的20%~25%；冲压焊接费工，焊接质量要求稿，现场仰焊、立焊占很大比重；杆件下料要求准确；当焊接工艺不当造成焊接变形过大后构件难于处理；加工制作费用较高。

2、网架结构节点设计

2.1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。当网架中个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和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。结合我的设计实践，我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1.3倍加3~5mm，锥头斜向筒璧的坡度应≤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打0.5~1.0mm。

2.2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。设计的焊接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，结合我的实践，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≧300 mm，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。

3、 网架结构的构造设计

3.1 网格尺寸

网格尺寸的大小直接影响网架的经济性。确定网格尺寸时与以下条件有关；

3.1.1屋面材料。当屋面采用无檩体系（钢筋混凝土屋面板、钢丝网水泥板）时，网格尺寸一般为2~4m，若网格尺寸过大，屋面板重量大，不但增加了网架所受的荷载，还是屋面板的吊装发生困难。当采用钢檩条屋面体系时，檩条长度不宜超过6 m，网格尺寸应与上述屋面材料相适应。当网格尺寸大于6 m时，斜腹杆应再分，此时应注意保证杆件的稳定性。

3.1.2网格尺寸与网架高度成合适的比例关系。通常应使斜腹杆与弦杆的夹角为450~600，这样节点构造不至于发生困难。

3.1.3通风管道的尺寸。网格尺寸应考虑通风管道等设备的设置。

3.2网架高度

网架高度越大。弦杆所受力就越小，弦杆用钢量减少，但此时腹杆长度加大，腹杆用钢梁就增加。反之，网架高度越小，腹杆用钢量减少，弦杆用钢量增加。因此网架需要选择一个合理的高度，使得用钢量达到更少，同时还应当考虑刚度要求等。确定网架高度时主要应考虑以下几个因素：

3.2.1建筑要求及高度要求。当屋面荷载较大时，网架高度应选择的较高，反之可矮些。当网架中必须穿行通风管道时，网架高度必须满足此高度。

3.2.2网架的平面形状。当平面形状为圆形，正方形或接近正方形的矩形时网架高度可取得小一些。当矩形平面网架狭长时，单向作用就明显，其刚度就越小一些，故此时网架高度应取得大一些。

3.2.3网架的支承条件。周边支承时，网架高度可取的小一些；点支承时，网架高度应取得大些。

3.3屋面材料及屋面构造

要使网架结构经济省钢的优点得以实现，选择适当的屋面材料是一个关键。在网架结构设计中，应尽量采用轻质、高强且有良好保温、隔热、防水性能的轻型屋面材料。

3.3.1有檩体系屋面

由于此类屋面材料的较大支点距离较小，故多采用有檩体系屋面构造。通常的做法是在屋架支托设钢檩条，上面铺设木板作为屋面结构层，上面再做柔性防水层和铝合金板保护层。这种做法的屋面自重较轻，一般在1.0~1.3kN/m2范围内，但防火性能较差。压型金属屋面板是近年发展出来的轻型屋面材料，它是用厚度为0.6~1.6 mm的镀锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板或铝板等原料，经辊压冷弯成各种波形的压型板。压型钢板的钢材一般采用Q215钢或Q235钢，压型铝板一般采用铝锰合金LF21。

3.3.2无檩体系屋面

当采用带肋钢丝网水泥板、预应力混凝土屋面板等作屋面材料时，由于它们所要求的支点距离均较大，故多采用无檩体系屋面。通常屋面板的尺寸与网架上弦网格尺寸相同。屋面板直接搁在屋架上弦网格节点的支托上。应保证每块屋面板有三点与网架上弦节点的支托焊牢，再在屋面板上做找平层、保温层及二毡三油防水层。无檩体系屋面的优点是施工，安装施工速度快，零配件少。但屋面重量大，一般自重大于1.5 kN/m2。

总之，空间钢网架结构作为一种建筑造型美观，经济指标优良的结构形式已被广泛应用于工业及民用建筑领域，给网架结构的发展带来了极大的市场。