网架结构是一种由支座、杆件、球节点以及围护系统组成的一种建筑结构形式,按建造材料分为钢网架、铝网架、木网架、塑料网架、钢筋混凝土网架和组合网架等,但实际现在我们大量运用的是钢网架。它在空间网格结构中发展最快、应用最广。网架结构由一整块连续空间体构成或是由许多杆件扩展而成,它的每一构件均是整体结构的一部分,按照空间的几何特性分担承受荷载,内力传递简捷,结构整体性好,因此能用较小的截面实现大的跨度,减轻了结构自重提高整体经济效果。网架结构形式多样,能呈现各种形状的建筑平面,而且建筑造型轻巧美观、空间感实足同时又能以较低的用钢量满足大的跨度要求,常常被用作体育馆、 影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。其优点是空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好;缺点是汇交于节点上的杆件数量较多,制作安装比较复杂。
网架结构是一种空间杆系结构,受力杆件通过节点按一定规律连接起来。节点一般设计成铰接,杆件主要承受轴力作用,杆件截面尺寸相对较小。这些空间汇交的杆件又互为支承,将受力杆件与支承系统有机地结合起来,用料经济。由于结构组合有规律,大量的杆和节点的形状、尺寸相同,便于工厂化生产,便于工地安装。
以下我们就来讨论一下钢网架结构的节点和围护系统设计要点。
一、支座节点设计
网架一般都搁置在柱顶、梁顶等下部支撑结构上,支座节点指的就是支撑结构上的网架节点。网架的深化设计首先从支座节点开始,支座节点的标高、位置决定了网架施工是否能正常进行。
1、下部混凝土结构或钢结构顶面标高及预埋件的位置要求准确。
2、支座节点形式需确定,常见的有盆式支座,橡胶平板支座,应注意支座的约束方向。
3、边支座节点往往靠近女儿墙,注意支座节点与女儿墙间的净距一般保持50mm以上。
3、中间支座承载大,往往底板尺寸较大,需注意下部混凝土柱或钢柱截面是否满足要求,否则应采用扩大柱头节点。
4、上弦支承式网架,需要注意复核支座位置杆件是否与下部支撑结构发生碰撞,支座球节点底部至支座底板间的距离应满足斜腹杆与柱或连梁不相碰的要求。
二、球节点设计
网架球节点分为焊接球和螺栓球两种,螺栓球采用高强螺栓紧固连接,焊接球则采用的是现场焊缝连接。
螺栓球节点设计要求
1、螺栓球节点配件各生产厂家之间有所不同,在深化设计前应取得配件数据。
2、螺栓球节点中高强螺栓、钢球、套筒、紧固螺钉、锥头或封板的材料应符合设计和规范的要求;高强螺栓的等级应根据规格分别选用。
3、螺栓球的直径应保证相邻螺栓在球体内不相碰并应满足套筒接触面的要求。
4、螺栓球节点中杆件端部的锥头或封板采用焊连接,连接焊缝的承载力应不低于连接钢管;锥头截面和封板厚度均应按实际受力大小计算确定。
焊接球节点设计要求
1、焊接球一般是由两个半球焊接而成的空心球,需要根据受力大小确定是否设置加劲肋。
2、焊接球的外径与壁厚之比、球外径与主钢管外径之比、球壁厚与主钢管壁厚之比需要满足规范规定:球外径与壁厚之比宜取25~45,球外径与主钢管外径之比宜取2.4~3.0,球壁厚与主钢管壁厚之比宜取1.5~2.0且球壁厚不宜小于4mm。
3、焊接球与钢管连接应采用坡口焊缝,钢管与球之间应留有间隙以保证焊缝焊透达到与钢管等强。
4、焊接球节点连接杆件数量过多时,为减少球直径允许部分杆件交汇,但应符合规范规定的构造要求:所有汇交杆件的轴线必须通过球中心线;两杆汇交时,截面积大的杆件必须全截面焊在球上(两杆截面积相等时,取受拉杆),另一杆坡口焊在相汇交杆上,但应保证有3/4截面焊在球上,并应按要求设置加劲肋;受力大的杆件,可按要求设置支托板。
三、支托节点设计
支托节点是网架结构与围护结构连接的纽带,常布置于网架上弦及侧面。
1、在满足受力要求的前提下,支托与球间连接尽量采用高强螺栓以减少现场高空焊接量。
2、支托顶板宜设置成圆形,以保证支托沿杆轴心旋转360度均可定位安装.
四、檩条天沟围护系统设计
网架檩条围护系统常采用主次檩连接的形式,主檩常采用工字钢、矩形管截面,次檩常采用C型截面。
1、主檩与支托、主檩与次檩连接宜采用螺栓连接。
2、采用矩形管截面时应封堵檩条端部,避免因内部不便于进行防腐处理而造成锈蚀。
网架结构的设计需要结合Tekla、3D3S、MST等不同软件来共同完成,要求比较全面的设计人员,能利用不同的工具软件对各细部的深化设计无缝对接,是钢结构设计中比较复杂的。四川的钢结构厂家和企业应努力学习提高钢结构工程网架结构设计技术技能,为建设更多更高质量的钢结构建筑出功出力,促进经济的发展。