辽宁省城乡建设集团有限责任公司
摘要：网架结构因整体性好、节省钢材、造型美观、刚度大及有较高的安全储备等优点，已广泛应用于大跨度建筑楼屋面中。本文结合某实际工程总结了带吊车荷载屋面网架结构设计中需要注意的一些要点，以供从业人员参考。
关键词：网架的选型，含钢量，网格尺寸及网架高度，支座刚度，网架结构安装方法
1、工程概况
本工程为一某大空间库房，位于葫芦岛市，建筑檐口高度13.5m，本工程网架平面尺寸为40×64m，上弦周边支承。螺栓球节点，正放四角锥网架，网格尺寸为4mX4m，厚度为3m~4m。本工程屋面找坡5%，最高点和最低点高差1m，若采用小立柱找坡，一是考虑抗震性能差整体性不好，二是用钢量会增加。所以采用杆件自行找坡。
荷载作用：静荷载上弦荷载0.5KN/m2，下弦荷载0.3KN/m2，上弦活荷载0.5KN/m2。基本风压0.6KN/m2。基本雪压0.4KN/m2。抗震设防烈度为6度。吊车荷载：下弦悬挂起重量为5吨的电动单梁起重机两台。温度变化：-19度～+32度。
本工程计算方法和思路是通过MST（2014版）软件，按满应力设计原理对网架结构的类型、跨度、厚度、网格大小以及网架约束条件进行研究。在对比基础上得到最合理的钢量和挠度，以此确定最经济的矩形平板网架类型和最合理的网架跨度、厚度、网格尺寸，为网架结构的工程实践提供最优化设计参数。《空间网格结构技术规程》规定网架结构的容许挠度值1/250，对于设有悬挂起重设备的屋盖结构，其最大挠度值大于结构跨度的1/400。本工程最大挠度值不应大于40000/400=100mm。本工程考虑有动荷载作用，应力比取0.7，做了一定的安全储备。设计人员可根据实际工程自行掌握。
图1.网架平面布置图
2、网架选型的确定
网架的选型应结介工程的平面形状、建筑要求、荷载、跨度、支承情况、造价等因素综介分析确定，其中最主要的应考虑施工制作和用钢量指标这两个因素。考虑以上因素后可按如下方法确定选型：
1）平面形状为矩形的周边支撑网架，当其边长比（长边/短边）小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。对于中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。
2）平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架、正放四角锥网架及正放抽空四角锥网架。当其边长比大于2时，也可选用斜放四角锥网架。
3）平面形状为矩形的多点支承网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架及两向正交正放网架。对于多点支承和周边支承相结合的多跨网架，也可选用两向正交斜放网架斜放四角锥网架。
本工程平面形状为矩形的周边支撑网架，长边比为64/40＝1.6，网格尺寸4mX4m，选用正方四角锥网架，含钢量和挠度均为最优，如图2所示。
图3.网格尺寸及厚度—含钢量（挠度）对比图
3、网格尺寸及网架高度的确定
平面尺寸40m×64m网格尺寸4m×4m约束条件为上弦周边固支的正放四角锥网架，按满应力计算正放四角锥网架荷载作用下随网架厚度变化时的用钢量，得到如图3所示的用钢量和挠度曲线。图中可看出厚度为4m时含钢量和挠度都较合理，虽然大于4m后含钢量和挠度都有所降低，但幅度不大，考虑占用空间过大安装等因素，选厚度4m为最佳。
网格尺寸及厚度分别为h=2，2x2；h=2.5，2.5x2.5；h=3，3.1x3.1；h=3.5，4x4；h=4，4x4；h=4.5，4x4；h=5x4x4
4、支座刚度的选取
根据《网架结构设计与施工规程》规定，网架结构的支承条件，可根据支承结构的刚度，支座节点的构造情况，分别假定为二向可侧移，一向可侧移，无侧移的铰结支座或弹性支承。
本工程网架支座为周边支撑，节点支承在柱上或钢筋砼梁上。由于钢与钢筋砼线膨胀系数非常接近，故当温度变化时，沿网架的周边法向方向受到的切向水平约束力也就很小。网架只在周边法向方向受到约束，可忽略切向约束。支座受到的法向约束具有弹性支承的性质。其刚度系数按悬臂柱计算。式中：Ec—柱子材料弹性模量，Ic—柱子截面惯性矩，Hc—柱子高度。
假定网架支座法向可自由侧移是不符合实际的，应假定支座法向为弹性支承。如图 为固定支座和弹性支座的对网架的影响。可见支座假定是否符合实际，对网架整体的安全性还是至关重要的。关于水平刚度系数应计算悬臂柱和支座的组合刚度系数。MSTCAD2014软件采用组合刚度系数计算公式： 。设计人员可直接输入框架柱参数即可。
一般中小跨度网架，多采用平板压力支座。平板压力支座一般按竖向支承反力设计。根据上述边界条件分析，法向水平反力总是存在的。故支座受到弯压的复合作用。而支座的十字板抗弯能力较低，因此支座应在竖向反力和水平反力共同作用下进行设计。
十字板一般受到弯压剪的复合作用。水平反力一般不大，故抗剪强度能够满足。因此十字板应验算在弯压复合作用下的抗压强度和稳定性。
实际工程中，支座若太矮，容易导致网架杆件与混凝土构件重叠，设计人员应注意放样，避免发生。
5、网架结构安装方法
目前，我国大跨度网架结构的安装方法可分为高空散装法、分条或分块安装法、高空滑移法、整体提升法、整体吊装法及整体顶升法等六种。设计人员可结合施工的安装方法对网架进行复核计算，或指定某一具体安装方法，确保安装过程构件安全。当不确定安装方法时设计人员应指定所有杆件的长细比均为180，按照受压构件选取。
6、结语
本工程通过大量的方案对比，得到最优选型正方四角锥，网格尺寸最合理为4mx4m，网架高度为3~4m，5%的坡度。总含钢量为81t，最大跨中挠度为91mm，满足1/400，获得最有含钢量，合理的控制了经济成本。
特别注意的是，对于有吊车荷载的网架，考虑到吊车轨道的安装，网架节点球不应太小，最小直径不小于150mm，设计人员应自查。
参考文献
[1]李奉阁.等 空间网架结构设计中应注意的问题 内蒙古科技大学学报 2007.3
[2]李科 大跨度网架结构安装方法浅析 建筑工程223
[3]彭俊生 网架设计中几个问题的探讨 彭州大学学报1996.06
[4]刘贵红 网架结构的最优设计参数研究 中州煤炭 2010.06
论文作者:万龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/15
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