網架結構

網架結構種類甚多，可按不同的標準對其進行分類。

一、按網架本身的構造可分為：單層網架結構、雙層網架結構；、三層網架。其中，單層網架和三層網架分別適用於跨度很小（不大於30m）和跨度特別大（大於100m）的情況，在國內的工程應用極少。

二、按建造材料分為：鋼網架、鋁網架、木網架、塑料網架、鋼筋混凝土網架和組合網架（如鋼網架與鋼筋混凝土板共同作用的組合網架等），其中鋼網架在我國得到了廣泛的應用，組合網架還可以用作樓板層結構。

三、按支承情況可分為：周邊支承、四點支承、多點支承、三邊支承、對邊支承以及混合支承形式。

四、按組成方式不同，又可將網架分為四大類：

1、交叉桁架體系網架；

2、三角錐體系網架；

3、四角錐體系網架；

4、六角錐體系網架。

其中第四種分類方法是目前國內較為流行的一種分類方法。

網架結構是高次超靜定結構體系。板型網架分析時，一般假定節點為鉸接，將外荷載按靜力等效原則作用在節點上，可按空間桁架位移法，即鉸接桿系有限元法進行計算。也 可採用簡化計演演算法，諸如交叉梁系差分分析法、擬板法等進行內力、位移計算。單層殼型網架的節點一般假定為剛接，應按剛接桿系有限元法進行計算；雙層殼型網架可按鉸接桿系有限元法進行計算。單層和雙層殼型網架也都可採用擬殼法簡化計算。

有11種形式的網架結構在我國得到不同程度的應用，下面從構成和特點兩方面對這11種形式的網架加以介紹。

一、交叉桁架體系網架

第一大類是由兩組或三組平面桁架組成的網架結構，稱之為交叉桁架體系網架（如圖）。這是一種最簡單的，也是最早得到採用的網架結構形式之一。它是在交叉梁的基礎上發展而來和演變而來。這類網架的上、下弦桿等長。腹桿一般可設計為“拉杆體系”，即長桿（斜桿）受拉，短桿（豎桿）受壓，斜桿與弦桿夾角宜在40度到60度之間。其中，豎桿為各組平面桁架所共用。這類網架常用的有2種形式。

其中交叉桁架體系又分為：兩向網架和三向網架（如圖）。

二、三角錐體系網架

第二大類適合於正方形、矩形、三角形、梯形、六邊形、八邊形和圓形等平面形狀的建築。

其中分為：三角錐網架、抽空三角錐網架、蜂窩形三角錐網架。

三、四角錐體系網架

第三大類是由四角椎體組成的網架結構，有五種形式，分別是：正方四角錐網架、正方抽空四角錐網架、斜放四角錐網架、棋盤形四角錐網架和星型形四角錐網架。

四、六角錐體系網架

第四大類是由六角錐體（七面體）組成的網架結構，稱為六角錐體系網架。它的基本單位元為6根弦桿，6根弦桿構成的六角錐體（可倒置或正置）。這類網架的一種主要形式即為六角錐網架。

桿件設計與節點構造

網架結構的桿件截面應根據強度和穩定性計算確定。為減小壓桿的計算長度增加其穩定性，可採用增設再分桿及支撐桿等措施。用鋼材製作的板型網架及雙層殼型網架的節點，主要有十字板節點、焊接空心球節點及螺栓球節點三種形式。十字板節點適用於型鋼桿件的網架結構，桿件與節 點板的連接，採用焊接或高強螺栓連接。空心球節點及螺栓球節點適用於鋼管桿件的網架結構。單層殼型網架的節點應能承受彎曲內力，一般情況下，節點的耗鋼量占整個鋼網架結構用鋼量的15～20%。

網架結構的施工安裝方法分兩類：一類是在地面拼裝的整體頂升法、整體提升法和整體吊裝法；另一類是高空就位的散裝、分條分塊就位組裝和高空滑移就位組裝等方法。

網架結構是一種空間桿繫結構，受力桿件通過節點按一定規律連接起來。節點一般設計成鉸接，桿件主要承受軸力作用，桿件截面尺寸相對較小。這些空間匯交的桿件又互為支承，將受力桿件與支承系統有機地結合起來，因而用料經濟。由於結構組合有規律，大量的桿和節點的形狀、尺寸相同，便於工廠化生產，便於工地安裝。

網架結構一般是高次超靜定結構，能較好地承受集中荷載、動力荷載和非對稱荷載，抗震性能好。網架結構能夠適應不同跨度、不同支承條件的公共建築和工廠廠房的要求，也能適應不同建築平面及其組合。1981年5月我國頒布了《網架結構設計與施工規定》(JGJ7-80)，1991年9月又將其進行修訂頒布了《網架結構設計與施工規程》(JGJ7-91)，2010年7月將網架結構、網殼結構和立體管桁架結構等相關條文進行了結合頒布了《空間網格結構技術規程》(JGJ7―2010)。此外，針對網架結構螺栓球節點及其配件，我國專門頒布了《鋼網架螺栓球節點》(JG/T10―2009)和《鋼網架螺栓球節點用高強度螺栓》(GB/T16939--2016)，針對網架結構焊接球節點及其配件，頒布了《鋼網架焊接空心球節點》(JG/T11-2009)，一些省份甚至出台了針對節點生產製作的地方標準，例如江蘇省地方標準《鋼網架(殼)螺栓球節點錐頭技術規範》(DB32/952-2006)。這些相關標準是對我國目前網架結構工程和科研成果的總結，有力地推動了我國網架結構的發展。

分析網架結構是空間鉸接桿繫結構，在任意外力作用下不允許發生幾何可變，故必須進行結構幾何不變性分析。

網架結構的幾何不變性分析必須滿足兩個條件：

一是具有必要的約束數量，如果不具備必要的約束數量，這個結構肯定是可變體系，簡稱必要條件；

二是約束設置方式要合理，如約束布置不合理，雖然滿足必要條件，結構仍可能是可變體系，簡稱充分條件。

網架結構是空間結構，一個節點有三個自由度，其幾何不變的必要條件是：

W = 3J - B - S ≤ 0

式中：

● B―網架的桿件數；

● S―支座約束鏈桿數，S≥6；

● J―網架的節點數。

由此可見：①W>0，該網架為幾何可變體系；②W=0，該網架無多餘約束，如桿件和約束布置合理，該網架為靜定結構；③W超靜定結構。

網架結構的幾何不變的充分條件是：①用三個不在一個平面上的桿件匯交於一點，該點為空間不動點，即幾何不變的；②三角錐是組成空間結構幾何不變的最小單元；③由三角形圖形的平面組成的空間結構，其節點至少為三平面交匯點時，該結構為幾何不變體系。

網架結構最少支座約束條件是：滿足對整體剛體位移的約束，即約束剛體的三個平動位移和三個轉動位移，以免發生網架整體剛體位移。因此，對網架結構最基本的約束應至少滿足6個自由度。

網架結構的類型較多，具體選擇哪種類型時，要綜合考慮許多因素。選型應堅持以下原則：安全可靠、技術先進、經濟合理、美觀適用。

平面形狀為矩形的周邊支承或三邊支承一邊開口的網架，當其邊長比(即長邊與短邊之比)小於或等於1.5時，宜選用正放四角錐網架、斜放四角錐網架、棋盤形四角錐網架、正放抽空四角錐網架、兩向正交斜放網架、兩向正交正放網架。當其邊長比大於1.5時，宜選用兩向正交正放網架、正放四角錐網架或正放抽空四角錐網架。平面形狀為矩形、多點支承的網架可根據具體情況選用正放四角錐網架、正放抽空四角錐網架、兩向正交正放網架。平面形狀為圓形、正六邊形等周邊支承的網架，可根據具體情況選用三向網架、三角錐網架或抽空三角錐網架。對中小跨度，也可選用蜂窩形三角錐網架。

網架的網格高度與網格尺寸應根據跨度大小、荷載條件、柱網尺寸、支承情況、網格形式以及構造要求和建築功能等因素確定，網架的高跨比可取1/18~1/10。網架的短向跨度的網格數不宜小於5。確定網格尺寸時宜使相鄰桿件的夾角小於45°，且不宜小於30°。