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平板网架的结构形式优化:探析平板网架的结构形态

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:平板网架都是双层的,按杆件的构成形式又分为交叉桁架体系和角锥体系两种。图1.43三向交叉网架2.角锥体系网架角锥体系网架是由三角锥单元、四角锥单元或六角锥单元所组成的空间网架结构,分别称作三角锥网架、四角锥网架、六角锥网架。图1.44角锥单元图1)三角锥体网架三角锥体网架是由三角锥单元组成的,杆件受力均匀,比其他网架形式刚度大,是目前各国在大跨度建筑中广泛采用的一种形式。

平板网架的结构形式优化:探析平板网架的结构形态

平板网架都是双层的,按杆件的构成形式又分为交叉桁架体系和角锥体系两种。交叉桁架体系网架由两向交叉或三向交叉的桁架组成;角锥体系网架,由三角锥、四角锥或六角锥等组成。后者刚度更大,受力性能更好。

1.交叉桁架体系

这类网架结构是由许多上下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状结构。一般情况下,上弦杆受压,下弦杆受拉,长斜腹杆常设计成拉杆,竖腹杆和短斜腹杆常设计成压杆。交叉桁架体系网架的主要型式有以下3种。

1)两向正交正放网架(正方格网架)

这种网架由两个方向交叉成90°角的桁架组成,故称为正交。且两个方向的桁架与其相应的建筑平面边线平行,因而称为正放。如图1.41所示。

当网架两个方向的跨度相等或接近时,两个方向桁架共同传递外荷,且两方向的杆件内力差别不大,受力均匀,空间作用明显。但当两个方向边长比变大时,荷载沿短向桁架传力明显,类似于单向板传力,网架的空间作用将大为削弱。

这种网架上下弦的网格尺寸相同,同一方向的各平面桁架长度相同,因此构造简单,便于制作安装。此种网架适用于正方形,近似正方形的建筑平面,跨度以30~60m的中等跨度为宜。

这种网架在平面上基本都是正方形,在水平力作用下,为保持几何不变性,需适当设置水平支撑。当采用四点支承时,其周边一般均向外悬挑,悬挑长度以1/4柱距为宜。

图1.41 两向正交正放网架

2)两向正交斜放网架(斜方格网架)

两向正交斜放网架也是由两组相互交叉成90°的平面桁架组成,但每片桁架与建筑平面边线的交角为45°,如图1.42所示。

图1.42 两向正交斜放网架

从受力上看,当这种网架周边为柱子支承时,两向正交斜放网架中的各片桁架长短不一,而网架常常设计成等高度的,因而四角处的短桁架刚度较大,对长桁架有一定嵌固作用,使长桁架在其端部产生负弯矩,从而减少了跨度中部的正弯矩,改善了网架的受力状态,并在网架四角隅处的支座产生上拔力,故应按拉力支座进行设计。

3)三向交叉网架

三向交叉网架一般是由三个方向的平面桁架相互交叉而成,其交角互为60°,如图1.43所示。

三向交叉网架比两向网架的空间刚度大、杆件内力均匀,故适合在大跨度工程中采用,特别适用于三角形、梯形、正六边形、多边形、圆形平面的建筑中。但三向交叉网架杆件种类多,节点构造复杂,在中小跨度中应用是不经济的。

图1.43 三向交叉网架

2.角锥体系网架

角锥体系网架是由三角锥单元、四角锥单元或六角锥单元(图1.44)所组成的空间网架结构,分别称作三角锥网架、四角锥网架、六角锥网架。角锥体系网架比交叉桁架体系网架刚度大,受力性能好。若由工厂预制标准锥体单元,则堆放、运输、安装都很方便。角锥可并列布置,也可抽空跳格布置,以降低用钢量。

图1.44 角锥单元图(www.xing528.com)

1)三角锥体网架

三角锥体网架是由三角锥单元组成的,杆件受力均匀,比其他网架形式刚度大,是目前各国在大跨度建筑中广泛采用的一种形式。它适合于矩形、三边形、梯形、六边形和圆形等建筑平面。

三角锥体网架有两种网格形式。一种是上、下弦均为三角形网格,如图1.45(a)所示。另一种是抽空三角锥体网架,其上弦为三角形网格,下弦为三角形和六角形网格,如图1.45(b)所示。抽空三角锥体网架用料较省,杆件少,构造也较简单,但空间刚度较小。

图1.45 三角锥体网架

2)四角锥体网架

一般四角锥体网架的上弦和下弦平面均为方形网格,上下弦错开半格,用斜腹杆连接上下弦的网格交点,形成一个个相连的四角锥体。四角锥体网架上弦不易设置再分杆,因此网格尺寸受限制,不宜太大。它适用于中小跨度。目前,常用的四角锥体网架有以下几种。

(1)正放四角锥网架

正放四角锥网架是指锥的底边与相应的建筑平面周边平行,四角锥单元的锥尖可以向下[图1.46(a)],也可以向上[图1.46(b)]。

图1.46 正放四角锥网架

这类网架杆件受力较均匀,空间刚度较好,由于上弦均为正方形网格,因此屋面规格统一,上下弦杆长度相同,制作、构造简单。但杆件数量多,用钢量大些,适用于建筑平面接近正方形平面的中、小跨度周边支承的情况,也适用于大柱网、点支承、设有悬挂吊车的工业厂房的情况。

(2)正放抽空四角锥网架

在正放四角锥网架的基础上,为了节约钢材,便于采光、通风,可适当抽去一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆,使下弦网格尺寸扩大1倍,形成正放抽空四角锥网架,如图1.47(a)所示。

图1.47 四角锥体网架

(3)斜放四角锥网架

这种网架的上弦与建筑平面边界成45°角,下弦与建筑边界平行或垂直。斜放四角锥网架的上弦杆约为下弦杆长度的0.7倍,如图1.47(b)所示。一般情况下,上弦受压,下弦受拉,受力合理,可以充分发挥材料的强度。节点汇集的杆件数目较少,构造简单。这种网架适用于中小跨度和矩形平面的建筑。当为点支承时,要注意在周边布置封闭的边桁架,以保证网架的稳定。

3)六角锥体网架

这种网架由六角锥单元组成,如图1.48所示。但由于此种网架的杆件多,节点构造复杂,屋面板为三角形或六角形,施工较困难,现已很少采用。

图1.48 六角锥体网架

当锥尖向下时,上弦为正六边形网格,下弦为正三角形网格;与此相反,当锥尖向上时,上弦为正三角形网格,下弦为正六边形网格。

这种形式的网架杆件多,结点构造复杂,屋面板为六角形或三角形,施工也较困难。因此仅在建筑有特殊要求时采用,一般不宜采用。

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