摘要：网架结构是超静定空间受力结构，作为一种建筑造型美观，经济指标优良的结构形式，已被广泛应用于工业及民用建筑领域的，给网架结构的发展带来了极大的市场。文章就网架结构设计的方法及其应用问题进行分析探究。
关键词：网架结构；设计；应用
引言：与传统建筑结构形式相比，网架结构具有经济合理、节能环保、拆建灵活、大方美观等优点，同时具备整体性强、刚度大、抗震性能好、空间受力形式复杂、多单个杆件的依赖性弱等特点。基于其性能优点和力学特点，设计者要不断创新优化设计措施，运用创新、先进、合理的设计理念，对网架结构力学体系进行深入分析研究，从细节上入手，不断完善网架结构受力形式。
1、网架结构的特点分析
1.1刚度大，抗震性能强
网架结构最大的特点是由于杆件之间互相支撑作用，刚度大，整体陛好，抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降所带来的不利影响；即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件内力，保持结构的安全。
1.2适应性大
网架结构的适应性大，既适用于中小跨度的建筑，也适用于大跨度的房屋，而且从建筑平面形式来说，网架结构也可以适应于各种平面形式的建筑：如矩形，圆形，扇形及各种多边形的平面建筑形式。
1.3取材方便
网架结构取材方便，一般多采用Q235钢或16Mn钢，杆件截面形式多采用钢管或型钢（型钢以角钢为主），并且可以用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑。另外，网架结构由于它的杆件规格划一，适宜工厂化生产，为加速工程进度提供了有利条件和保证。
1.4经济性高
网架结构经济性很高，能用较少的材料跨越较大的跨度，网架可以充分利用混凝土受压、钢材受拉这两种材料的强度优势，受力性能好，节省材料。
另外，网架结构可用通用的计算程序进行分析，制图简便，加上网架本身所具有的特点和优越性，给网架结构的发展提供了有利的条件。
2、网架结构的设计方法及措施
2.1对相应的杆件、节点进行假定
在设计方案中，要采用假定的方式对其进行设计，假定杆件只在轴向载荷的作用下失效，假定其节点的连接方式属于铰链连接。在网架结构中，由于其挠度大于其平面内的水平变位角度，而其挠度范围又非常大，远远大于起挠度，因此在设计网架时，要以其理论计算方法进行计算。
2.2网架结构节点构造的设计
网架结构的节点是连接交汇杆件、传递荷载的重要环节，进行合理的节点设计对网架结构的安全性能、制作安装、工程进度和工程造价都有着极其重要且直接的影响。网架结构的节点分为内部节点和支座节点两大类，其设计和构造都应该遵循受力合理、传力明确可靠、构造简单、制作安装方便等规定，网架结构节点分为几大类，分别是焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、直接相贯节点及焊接钢管节点。
支座节点是网架将荷载传递给下部结构的连接件，是支承结构上的网架节点，我们在针对网架进行内力分析的时候，都要对支座节点加设一定的约束，这些约束一般可以分为可动铰支承，不动球铰支承和不动圆柱铰支承三大类。焊接空心球节点是我国较早应用的节点之一。它可以是不加肋的空心球，也可以是加肋空心球，两个半球的焊接以及两个半球与加肋圆环焊接构造。螺栓球节点可以说是我国应用最为广泛的节点形式，它由钢球、螺栓、套筒、销子和锥头或封板组成，适用于钢管连接。
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2.3网架的稳定性设计
对于网架的失效原因来说，其一般不是由于强度问题引起的，而是由于其本身的稳定性不好使得网架失稳从而造成钢架的失效。钢架的失稳形式可以分为三类，有杆件、局部以及整体失稳。其中杆件失稳与局部失稳对整个工程的影响并不大，而整体失稳造成的影响是非常大的。对于网架的整体失稳来说，其表现形式为网架的位移，而其位移又包括水平位移和挠度两种形式。
对于控制其挠度，可以通过对钢架网格进行调整，可以使得“井”字形结构起拱，但是采用这种形式的控制挠度方式也存在其弊端，那就是会使得制作承受的反力增大，从而使得支座的危险度加大。而对于水平位移的控制，就通过支座进行移动，使得其内积蓄的位移能得以释放，从而有效地保证结构的稳定性。
2.4推荐使用新技术、新材料、新工艺
新技术、新材料、新工艺的使用往往会在优化设计中起到立杆见影的作用，运用自重轻、刚度和强度使用要求的新型材料可以有效降低自重荷载，运用新的构建连接技术工艺，增加节点的力学性能，从而改变传统的网架结构布置格局。
新材料的选型要注重两个方面，一是要确保其力学性能优于传统材料，二要确保新材料的耐老化、耐腐蚀、耐疲劳等指标不得低于传统材料，既要注重其现实性能也要注重潜在性能；否则，就会顾此失彼，影响了网架结构的使用寿命和安全。
2.5灵活模块化设计思想
设计者应该进一步发掘和创新网架结构建筑模块化和灵活性的特征，在易老化、易腐蚀、易损坏的部位，运用结构体积不大、多维度约束力共存、易于替换的模块，便于局部维修和更换。
3、目前网架结构在国内外的应用
在80年代初期，德国的Zublin公司推出一种四角锥体系的网架，它的上弦节点是一块方形钢板，板的中部呈球缺状，以便连接任意方向的钢管腹杆；在钢板的四角设有螺栓孔，孔上部呈倒锥形，孔下部有内螺纹。罗马尼亚在1981年设计了一幢四角锥网架结构的多功能体育馆，该结构为斜放的四角锥网架结构，经过试验研究和详细的分析，发现该结构与传统的钢网架相比，用钢量节省了大约22%，同时造价降低了1%-2%，当时便认为这种网架可用于屋盖，同时可以将结构的跨度扩大到45m-50m。
我国1987年建成的新乡百货大楼加层扩建工程，平面尺寸34m×34m，采用斜放四角锥网架，这是我国首次在多层大跨建筑中采用网架楼层及屋盖结构，也是我国多层建筑中最大的网架楼层及屋盖结构。我国首次用于高层建筑楼层及屋盖结构的网架是长沙纺织大厦，采用正放抽空四角锥网架，平面尺寸24m×27m，柱网分别取12m×10m，12m×7m两种，总建筑面积约700m2，是目前覆盖建筑面积最大的群体网架。跨度为20m左右的网架楼层和屋盖结构，可在一般的公共和工业建筑中采用，例如，长沙歌舞剧院排练场平面尺寸为18m×21m，采用的便是正放四角锥网架楼层。我国在1993年建成的上海国际购物中心7、8楼层，平面尺寸为27m×27m，采用的是预应力正放四角锥网架，截去一个长12m的等腰三角形，选用预应力后节省钢材32%。2009年济南市体校新校区2号馆楼盖，是目前国内第一个楼板全现浇的预应力网架，平面尺寸为30m×40m，网架厚度为1.65m，采用下弦杆内布索的方式。
4.结束语
随着网架优化设计方法的实施，网架的经济型和受力合理性将得到最大的体现。我们在进行网架结构设计时要对设计进行深入的探究，推荐使用新技术、新工艺、新材料，运用一定的设计思想减少偶然自然荷载对结构的影响和破坏，以设计建造安全可靠、经济合理、美观大方的网架结构建筑。
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论文作者:吴爱明
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/21
标签：网架论文; 结构论文; 节点论文; 挠度论文; 形式论文; 建筑论文; 支座论文; 《基层建设》2016年31期论文;