1.网架结构的概念网架结构是由许多杆件根据建筑形体要求，按照一定的规律进行布置，通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构，它具有三向受力的性能，故也称三向网架结构。网架结构各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定的空间结构，在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，因而能够充分发挥材料强度，结构的技术经济指标较好。
网架结构在最近30年来取得了很大的发展，在国内外都得到了广泛的应用。网架结构平面布置灵活，空间造型美观，能适应不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物，特别是在大、中跨度的层盖结构中网架结构更显示出其优越性。近年来，随着电子计算机的广泛应用和计算技术的发展，网架结构的设计效率大大提高。网架结构的施工安装和质量检测技术也日益提高。目前已有许多专业生产厂家和公司实现了设计、制作、安装一体化，为网架结构的推广普及提供了物质上和技术上的保证。
网架结构具有以下优点。
（1）网架结构是多向受力的空间结构，比单向受力的平面桁架结构适用跨度更大。网架结构适用跨度一般为30～60m，甚至可超过60m。
（2）由于网架的整体空间作用，杆件互相支持，刚度大，稳定性好，具有各向受力的性能，应力分布均匀，用料方面可比桁架结构节省钢材30%。
（3）网架是高次超静定结构，结构安全度特别大，某一构件受压屈曲也不会导致破坏。
（4）网架屋盖的网格形式为屋面铺设覆盖材料和天花装饰或布置灯具等提供了方便，并把它们衬托得更加壮观。
由于网架结构具有上述优点，所以它的应用范围很广，被大量应用于大型体育建筑（如体育馆、练习馆、体育场看台雨篷等）、公共建筑（如展览馆、影剧院、车站、码头、候机楼等）、工业建筑（如仓库、厂房、飞机库等）中，同时在一些小型建筑的屋盖中应用也比较广泛，如门厅、加油站、收费站等。
2.网架结构的形式
网架结构按其外形分为平板网架结构和曲面网架结构两类，前者简称网架，后者简称网壳，通常采用金属材料制作。
网架和网壳的形式如图11-14所示，网架一般都是双层的，也可做成多层的；网壳可以是单层的，也可以是双层的。
网架自身不产生推力，支座为简支，构造比较简单，可以适用于各种形状的建筑平面，所以应用广泛。网壳多数是有推力的结构，支座条件较复杂，但外形丰富，建筑造型多变。
图11-14 网架和网壳的形式
（a）网架；（b）单层网壳；（c）双层网壳
3.网架结构的类型与尺寸
网架结构一般为双层的，有时也是三层的，按照杆件的布置规律及网架的结构原理分类，网架结构可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。交叉桁架体系由两向或三向相互交叉的平面桁架所组成，角锥体系则分别由三角锥、四角锥、六角锥等组成。在网架结构应用的早期，交叉桁架体系网架在制作与安装方面比角锥体系网架易于推广，因为交叉桁架体系网架可先拼装成平面桁架，然后进行总拼，而且平面桁架的制作为施工单位所熟悉。但在网架构件制造越来越专业化的时候，角锥体系因其良好的受力性能和优美的艺术效果而更具竞争力。
（1）交叉桁架体系的平面网架。
①两向交叉桁架构成的平面网架。两向交叉桁架的交角大多数为90°，按网架与建筑平面的相对位置，可分为正放和斜放两种布置方式，如图11-15（a）～（c）所示。正放网架构造较简单，一般适用于正方形或近似正方形的建筑平面，这样可使两个方向的桁架跨度接近，共同受力发挥空间作用。如果平面形状为长方形，则受力状态类似于单向板结构，网架的空间作用很小。对于中等跨度（50m左右）的正方形建筑平面，采用正放网架较为有利，特别是四点支承时比斜放网架更优越。
斜放网架的外形较美观，刚度更好，用钢量更少，特别是跨度比较大时，其优越性更明显。同时，斜放网架不会因使用长条矩形建筑平面而削弱其空间受力状态，所以斜放网架比正放网架适用的范围更为广泛。
②三向交叉桁架构成的平面网架。三向交叉桁架由三个方向的桁架相互以60°夹角组成。它比两向交叉桁架的刚度大，杆件内力更均匀，能跨越更大的空间，但其节点构造复杂。三向交叉桁架特别适用于三角形、梯形、六边形、八边形、圆形等平面形状的建筑，如图11-15（d）～（i）所示。
图11-15 交叉桁架体系的平面网架
（a）两向网架；（b）两向正放网架；（c）两向斜放网架；（d）三向网架；（e）三向三角形平面；（f）三向梯形平面；（g）三向正六边形平面；（h）三向八边形平面；（i）三向圆形平面
（2）角锥体系平面网架。
角锥体系平面网架分别由三角锥、四角锥、六角锥等锥体单元组成。这类网架比交叉桁架体系平面网架的刚度大，受力情况好，并可事先在工厂预制成标准锥体单元，运输和安装均很方便。
①三角锥体平面网架由呈三角锥体的杆件组成，锥尖可朝下或朝上布置。这种网架比四角锥体平面网架和六角锥体平面网架受力更均匀，是大跨度建筑中应用最广的一种网架形式。它适合于各种建筑平面形状，如矩形、方形、三角形、梯形、多边形、圆形等，如图11-16（a）、（b）所示。
②四角锥体平面网架由呈四角锥体的杆件组成，锥尖可朝下或朝上布置，可正放或斜放，受力情况不及三角锥体平面网架，如图11-16（c）、（d）所示。这种网架多用于中小型大跨度建筑，正放四角锥体平面网架适用于正方形或近似正方形的平面，而斜放四角锥体平面网架无论方形或长条矩形平面都适用。斜放网架的上弦杆较短，对受压有利，下弦杆较长，为受拉杆件，充分发挥了材料的强度，且节点汇集杆件的数目少，构造较简单，故应用较广。
③六角锥体平面网架由呈六角锥体的杆件组成，锥尖可朝下或朝上布置，如图11-16（e）、（f）所示。这种网架节点处聚集的杆件数目最多，屋面板呈六角形（锥尖朝下布置时）或呈三角形（锥尖朝上布置时），故构造复杂，施工麻烦，用钢量较大，一般宜用于60m以上跨度。(www.xing528.com)
图11-16 角锥体系的平面网架
（a）三角锥体平面网架（锥尖朝下）；（b）三角锥体平面网架（锥尖朝上）；（c）四角锥体平面网架（锥尖朝下）；（d）四角锥体平面网架（锥尖朝上）；（e）六角锥体平面网架（锥尖朝下）；（f）六角锥体平面网架（锥尖朝上）
（3）平面网架的主要尺寸。
平面网架的高度与网格尺寸主要取决于网架的跨度，表11-1 中的数据可作为设计参考。
当采用钢筋混凝土屋面板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m×3m，否则构件太重，吊装困难。
表11-1 平面网架的主要尺寸
4.网架杆件断面与节点连接
（1）网架杆件断面。
网架杆件常用钢管或角钢，钢管比角钢受力合理，节省材料，应用最广。钢管壁厚不应小于1.5mm。
（2）网架杆件节点连接。
当网架杆件采用角钢时，节点处用连接钢板将各杆件连接起来，可采用焊接或螺栓连接方式，如图11-17（a）所示。
当网架杆件为钢管时，宜用钢球将各杆件连接起来，如图11-17（b）所示。这种连接方法构造简单、用钢量少、外形美观，被广泛采用。
（3）网架排水坡度的形成方法。
拱形和穹形网架由自身的曲面自然形成一定的排水坡度。平面网架的排水坡度一般为2%～5%，坡度的形成方法有两种：一种是网架自身起拱，屋面板或檩条直接搁于网架节点上，这种方法使网架的各节点标高变化复杂，特别是正方形四坡水屋顶更复杂，故较少采用；另一种是在网架上弦节点加焊短钢管或角钢找出屋面坡度，这种方法网架本身是平放的，构造较简单，网架各节点的标高一致，容易控制，故应用较广，如图11-17（c）所示。
图11-17 网架杆件断面与节点连接构造
（a）角钢杆件节点；（b）钢管杆件节点；（c）加焊钢管找屋顶坡度
5.网架和网壳结构的建筑造型
网架结构的建筑造型主要受两个因素的影响：一是结构的形式，二是结构的支承方式。平面网架的屋顶一般是平屋顶，但建筑的平面形式可多样化。网壳的外形多样，如拱形网壳的建筑外形呈拱曲面，但平面形式往往比较单一，多为矩形平面，穹形网壳的外形呈半球形或抛物面形等，平面则为圆形或其他形状。网架及网壳的支承方式对建筑造型是一个很重要的影响因素。网架及网壳的下部支承或为墙或为柱，或悬挑或封闭或开敞，应根据建筑的功能要求、跨度大小、受力情况、艺术构思等因素确定。当跨度不大时，网架可支承在四周圈梁上，圈梁则由墙或柱支承，如图11-18（a）、（b）所示。这种支承方式对网架尺寸的划分比较自由，网架受力均匀，门窗开设位置不受限制，建筑立面处理灵活。
当跨度较大时，网架宜直接支承于四周的立柱上，如图11-18（c）所示。这种支承方式传力直接，受力均匀，但柱网尺寸要与网架的网格尺寸相一致，使网架节点正好处于柱顶位置。
建筑不允许出现较多的柱时，网架可以支承在少数几根柱子上，如图11-18（d）、（e）所示。这种支承方式网架的四周最好向外悬挑，利用悬臂来减少网架的内力和挠度，从而降低网架的造价。两向正交正放的平面网架采用四点支承最有利。
当建筑的一边需要敞开或开设宽大的门时，网架可以支承在三边的立柱上，如图11-18（f）所示。敞开的一面没有柱子，为了保证网架空间刚度和均匀受力，敞开的一面应设置边桁架或边梁。
拱形网壳的支承需要考虑水平推力，解决办法可以参照拱结构的支承方式。穹形网壳常支承在环梁上，环梁置于柱或墙上。图11-18（g）、（h）为拱形网壳和穹形网壳的支承方式和造型示例。
图11-18 网架及网壳的支承方式与建筑造型
a）网架支承在圈梁上1；（b）网架支承在圈梁上2；（c）网架支承在四周立柱上；（d）网架悬挑支承在四根柱上；（e）网架悬挑支承在四周立柱上；（f）网架支承在三边立柱上；（g）拱形网壳支承在两排立柱上；（h）穹形网壳支承在周边柱上
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