網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點（網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化案例）

安順鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 1小時前 06:02:01 1 搶沙發(fā)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種常見的空間結(jié)構(gòu)形式，廣泛應(yīng)用于體育館、展覽中心、工業(yè)廠房等建筑中。其設(shè)計要點包括選擇合適的材料以承受荷載、確保結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性、以及優(yōu)化網(wǎng)格劃分以提高經(jīng)濟性和效率。在實際應(yīng)用中，通過引入現(xiàn)代計算技術(shù)和仿真分析，可以有效指導設(shè)計過程，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的最優(yōu)化。某體育館的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了高性能鋼材，并通過有限元分析軟件進行了詳細的力學性能模擬，確保了結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。針對特定應(yīng)用需求，還可以考慮采用新型材料或改進結(jié)構(gòu)形式，以滿足更嚴格的使用條件。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

一、遵循基本原則

環(huán)保性原則：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量減少對環(huán)境的影響，如采用環(huán)保材料、減少能源消耗等。
安全性原則：必須滿足安全要求，能夠承受各種可能出現(xiàn)的荷載組合，包括靜載、活載、風載、雪載等，同時還要考慮到地震等自然災(zāi)害的影響。
經(jīng)濟性原則：在滿足安全性和使用功能的前提下，應(yīng)盡可能地降低造價。這需要綜合考慮多種因素，如材料、施工方法、結(jié)構(gòu)形式等。
功能性原則：必須滿足使用功能要求。根據(jù)實際需求，可以選擇不同的網(wǎng)架形式和結(jié)構(gòu)高度。

二、合理選擇結(jié)構(gòu)形式

按形狀分類
- 平板網(wǎng)架：可分為單層和多層兩種形式。適用于多種建筑空間，例如工業(yè)廠房等。平板網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式相對簡單，受力性能較好，在一些對空間要求不是特別復雜的建筑中應(yīng)用廣泛。
- 曲面網(wǎng)架：可分為球面和拋物面等形式。曲面網(wǎng)架造型美觀，受力性能獨特，適用于一些對建筑外觀和空間要求較高的場所，如大型體育場館、展覽館等建筑的屋蓋結(jié)構(gòu)。
按節(jié)點連接方式分類
- 焊接：通常用于鋼筋混凝土網(wǎng)架。焊接連接方式能夠使節(jié)點連接牢固，但對施工工藝要求較高，需要保證焊接質(zhì)量，以確保結(jié)構(gòu)的整體性能。
- 螺栓連接：通常用于鋼和鋁合金網(wǎng)架。螺栓連接便于安裝和拆卸，施工速度相對較快，且在后期維護和改造時較為方便。

三、注重支座設(shè)計

支座支承方式
- 周邊支承：將網(wǎng)架周邊節(jié)點擱置在梁或柱上。在這種情況下，可以認為梁和柱的豎向剛度很大，忽略梁的豎向變形和柱子軸向變形，網(wǎng)架(網(wǎng)殼)支座豎向位移為零，網(wǎng)架(網(wǎng)殼)支座水平變形應(yīng)考慮下部結(jié)構(gòu)共同工作。周邊支承網(wǎng)架(網(wǎng)殼)支座的徑向應(yīng)將下部支承結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架(網(wǎng)殼)結(jié)構(gòu)的彈性約束。
- 點支承：將網(wǎng)架支座以較大的間距擱置于獨立梁或柱上，柱子與其他結(jié)構(gòu)無聯(lián)系。點支承網(wǎng)架(網(wǎng)殼)支座的邊界條件應(yīng)考慮水平X和Y兩個方向的彈性約束。
- 點支承與周邊支承混合使用：綜合了周邊支承和點支承的特點，根據(jù)具體的建筑結(jié)構(gòu)和受力要求進行布置。
支座節(jié)點類型
- 活動鉸支座(滾軸支座)：能提供一定的轉(zhuǎn)動約束，允許在一個方向上有移動自由度，在傳遞豎向力的同時，適應(yīng)結(jié)構(gòu)在某個方向上的變形需求。
- 固定鉸支座：可以在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，但在水平和豎向方向上的移動受到約束，能夠傳遞豎向力、水平力和彎矩，保證結(jié)構(gòu)在支座處的穩(wěn)定性。
- 定向支座(滑動支座)：允許結(jié)構(gòu)在一個方向上滑動，在其他方向上提供約束，常用于適應(yīng)結(jié)構(gòu)因溫度變化、不均勻沉降等產(chǎn)生的變形。
- 固定(端)支座：對結(jié)構(gòu)的約束最強，在三個方向上都不允許移動和轉(zhuǎn)動，能承受較大的荷載和彎矩，適用于對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高的部位。
- 彈性(彈簧)支座：在提供反力的同時產(chǎn)生相應(yīng)的位移，反力與位移的比值保持不變，稱為彈性支座的剛度系數(shù)。當支座剛度與結(jié)構(gòu)剛度相近時，宜簡化為彈性支座。彈性支座既可提供移動約束，也可提供轉(zhuǎn)動約束。

四、采用合適的分析方法

有限元分析法：通過將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)離散化為有限個單元，利用數(shù)學方法求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。這種方法精度高，適用于各種復雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。
實驗法：通過實驗測試網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的性能，包括靜載實驗、動載實驗等。實驗法可以獲得較為準確的數(shù)據(jù)，但成本較高。
近似計算法：利用經(jīng)驗公式和簡化模型對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行快速估算。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計階段或者對精度要求不是特別高的情況下，可以采用近似計算法來快速得到結(jié)構(gòu)的大致內(nèi)力和變形情況，為后續(xù)的詳細設(shè)計提供參考依據(jù)。

五、進行優(yōu)化設(shè)計

尺寸優(yōu)化：調(diào)整網(wǎng)架桿件的截面尺寸和節(jié)點形式，使結(jié)構(gòu)更加合理和經(jīng)濟。合理的桿件截面尺寸既能滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，又能減少材料的用量，降低成本。
形狀優(yōu)化：改變網(wǎng)架桿件的形狀，以改善結(jié)構(gòu)的受力性能和減小用鋼量。例如，通過優(yōu)化桿件的形狀，可以使桿件在受力時更均勻地傳遞荷載，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力。
拓撲優(yōu)化：在滿足一定條件下，重新排列或減少某些桿件，以達到更好的經(jīng)濟性和受力性能。拓撲優(yōu)化可以從整體上對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的布局進行優(yōu)化，在保證結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，使結(jié)構(gòu)的形式更加簡潔、高效。
施工方案優(yōu)化：根據(jù)施工條件和要求，選擇合理的施工方案，以降低施工難度和成本。例如，對于大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，可以選擇合適的吊裝設(shè)備和吊裝順序，或者采用預制構(gòu)件拼裝的方式，提高施工效率，減少施工過程中的安全風險。