网架结构十篇

网架结构篇1

关键词：农网 网架结构 优化

1 农网高压配电网结构特点

相对于城区电网来说，农网的拓扑结构要简单、清晰，但由于负荷对电能可靠性要求等其他原因，一般都会有小型发电厂，且通常均为小容量机组，即系统除了通过若干220 kV、110kV变电所接受区域大电网电力以外，往往包括多个110 kV及以下并网发电的若干电源点，从而使得电网不是单纯的放射型单方向模型，需要通过建立数学模型来确立电源点的建设和系统接线方式。

2 农网网架结构优化方法的选择

2.1 网架结构优化的一般方法

负荷预测是电力系统规划工作的基础，在负荷预测的基础上一般应结合区域规划进行负荷分布分析，进而确定负荷平衡结果，即确定变电所的分布和容量规划，在负荷预测和变电所布点确定的基础上进行网络优化规划。一般来说，网络规划的目标是满足系统有功负荷的最优网架设计，有静态规划和动态规划之分。静态规划考虑的是针对某一负荷水平进行网架规划，一般从基准年开始按年度进行，需考虑现有的网架，同时后一年的网架结构规划需将前一年的网架设定为已有网架，因此，每规划目标年的网架规划既要瞻前也要顾后，做到从时间序列上的前后协调相互呼应，从而节约建设投资。但规划设计方案的评价指标一般考虑整个规划期的总的性能指标最优来评价方案，而且往往加入投资分析，甚至列入资金的时间价值，因而称为动态规划。网架规划优化方法常用的有两类，即启发式方法和数学优化方法。数学最优方法是通过将电网规划问题用数学化模型进行描述，然后采用一定的算法求解，从而获得满足系统要求的最优规划方案。该类方法从理论上将可以保障方案的最优性，但一般要求得最优解需要很大的计算量。启发式方法则是通过定义方案运行性能以及投资需求等综合指标，根据一定规则对线路进行逐步迭代选择直至得到满意的最优解。该类方法难以保证方法的最优性，但计算量较数学优化方法要小，计算较为方便且便于与规划设计人员的检验相结合，因而是一种更为经济而实用的方法。

2.1.1 启发式网架优化方法

根据所确定的衡量安全性指标的不同，启发式方法分为基于支路性能的启发式方法和基于系统性能指标的启发式方法。基于支路性能指标的启发式分析方法中，线路的选择是根据系统运行时线路功率传输情况来实现的，常选用的有线路是否能满足负荷要求或者线路过负荷程度等指标；而基于系统性能指标的启发式方法中，线路的选择是根据线路对系统运行时整个系统的一个特定运行性能指标的影响程度来实现的，常选用的指标有系统缺负荷大小指标等对线路的逐步选择。

基于线路指标的启发式网架规划方法分为逐步倒退法和逐步扩展法两种。逐步倒退法是根据目标年数据构成一个虚拟网络，该网络除了已有线路以外，包括所有待选的线路，这样，构成的就是一个冗余度很高但不经济的网络，然后采用潮流模型对该网络进行分析，比较各待选线路在系统中的作用和有效性，逐步去掉有效性低的线路，直到网络没有冗余线路为止。而采用逐步扩展法是根据各待选线路对过负荷线路的过负荷量的消除的有效度，选择适当的线路到现状网络上，直至网络无过负荷为止。为计算各待选线路的有效度，需要进行变结构时的潮流计算。

基于支路性能指标的启发式方法有计算简单灵活等优点，但由于通常是独立地考虑各待选线路的作用，无法直接体现系统充裕的大小等性能指标，而基于系统性能指标的启发式方法则能体现系统性能指标，从而可以从整体上识别薄弱环节并充分考虑各待选线路对系统的整体影响来选择最佳扩建线路。

2.1.2 网架结构的数学优化方法

网络优化的数学化方法可以分为确定性和不确定性两种优化方法。传统上采用的常常是确定的网络优化方法，即将规划问题表达成确定性的优化问题来进行求解。但随着规划的环境以及相关要求日益复杂，且负荷、设备费用、线路路径等因素均具有不确定性，这些不确定性对电网规划有较为显著的影响，因而在规划中考虑不确定性因素是必要的。按照考虑不确定性因素特征的不同，不确定网络优化有分为随机优化法和模糊优化法。随机优化法常常用于事件是否发生以及发生的时刻存在不确定性的情形，而模糊优化法则常常用来处理有关事情表达不清晰的这种不确定性的情况。在通常情况下，在满足对保障负荷电能供应的前提下，可能有多种架线方法和导线截面的选择，要对多个方案进行比较选择，则需要选择目标函数，在电网规划设计中常用到的目标函数有网架建设总投资、电能损失、维修运行费用为目标函数。由于电能的特殊性，需要考虑各种约束条件，如电压范围、线路的长期极限传输容量限制等。因此，网架优化过程实际上是目标函数与约束条件、状态参数之间的协调处理过程。

网络规划法是针对网络的拓扑特性所提出来的一种数学规划方法，也是在线形规划中专门处理网络问题的一种特殊算法。数学上把图看作节点和弧的集合，弧是连接在两个节点之间的有向线段。在电力系统中，节点就是接受电力或者发送功率的发电厂、变电所或者负荷点，弧就是线路。这种优化网架方法在电力系统网络优化中常用的数学模型有最少费用法、最短路径法、费用最小最大流法等方法。

2.2 农网网架结构优化方法的选择

结合农网高压配电网结构特点，选用支路交换法来进行这种辐射式结构的高压配电网的优化计算较为适用。采用该方法是从一个既定的辐射式电网开始，增加一条闭合联络支路后使辐射型网络变成一个闭合回路，然后将某一条支路断开，恢复网络的辐射型结构，并按照给定的目标函数对新构成的辐射型网络进行计算。重复上述计算过程，直到目标函数值最好为止，对应的网络即为所选用网络接线。采用这种方法简单实用，但只能达到局部最优解，对于农网来说，一般规划年需要新建的高压（110 kV及以上）线路是局部的，因而采用支路交换法可以满足其要求。一般地对于既定的系统接线，考虑到节约投资，其改建项目的实施相对于系统网损等指标来说往往是不经济的，且由于受电压、可靠性等电网分析计算的约束性条件的影响。在工程实际中，其高压配电网往往是通过对新增支路，以及由于负荷的增长需要改建的线路的多个建设方案的比较，来确定规划年内网络结构的优化方案。在分析中，我认为需引入动态经济比较的概念，而对于网络优化设计方案来说，结合个人设计方案比较的经验来看，最适用的经济方案比较以年费用比较法较为适合。

3 计算框图设计

计算步骤一：目标函数的确定。

当新建或者改建线路对支路潮流仅是局部影响时，只需对所需考察的支路进行网损最小分析。 采用最小网损作为目标函数，即函数为：

计算步骤二：先计算电网的潮流分布，再找出与本次计算相关的支路，即列出目标支路集合，交换支路前辐射型网络网损计算。

计算步骤三：第一次支路交换后，重新进行潮流计算后，在潮流计算结果的基础上进行支路交换后的辐射型网络网损计算。

重复以上支路交换计算，直至得出最优结论为止。

4 经济比较方法引入网架结构优化

在电力系统规划设计的实际应用中，单纯采用以上支路交换法优化网络接线是不够的，应该结合经济比较，即在对方案进行投资分析计算的基础上进行比较，从而得出经济的方案。常用的方案比较方法有最小费用法、净现值法、内部收益率法、折返年限法，每种方法又可以演化成不同的表达式。最小费用法是电力系统规划中较为普遍的方法，适用于比较效益相同或者效益基本相同，但难以具体估算的方案。最小费用法通常有以下三种不同的方案：费用现值比较法、计算期不同的现值费用比较法和年费用比较法。费用现值比较法是将各个方案基本建设期和生产运行期的全部支出费用均折算到计算期的第一年，现值低的方案是可取方案。对于不同建设期的方案则一般按照方案中计算期最短的进行计算，及计算期不同的现值费用比较法。

年费用比较法是将参加比较的诸方案计算期的全部支出折算成年费用后进行比较，费用低的方案为经济上的优越方案。其表达式为：

在比较方案部分费用相同的情况下，可以采用只考虑有差别的费用的年费用比较法，即只考虑差别部分的费用的比较，这种方法将初始投资差额以及末期残值差额折合为年费用或者年值，再综合运行维护、改造等运行年需要投入的差别费用，比较即可以得出经济最优方案。对于农网电力建设项目，笔者推荐使用这种简化了的年费用比较法。

5 总结

结合农网作为辐射型受端电网的特点，用支路交换法来进行这种辐射式结构的高压配电网的优化计算，虽只能达到局部最优解。对于农网来说，一般规划年需要新建的高压线路是局部的，因而采用支路交换法可以满足其要求。在工程实际中，其高压配电网往往是通过对新增支路，以及由于负荷的增长需要改建的线路的多个建设方案的比较，来确定规划年内网络结构的优化方案。在分析中，文中引入了动态经济比较，并提出对于农网采用有差别的年费用比较法最为适用。

参考文献：

[12]张焰.陈章潮.不确定性的电网规划研究.电网技术，1999.3.

[13]李林川.夏道止等.电力系统电压和网损优化计算.电力系统及其自动化，1995.7.

[5]中电联供电分会技术管理专委会.城市配电网优化的指导意见.2003年.

网架结构篇2

[关键词]网架结构 设计 构件受力

中图分类号：TP417 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0276-01

网架结构是若干杆件组成的网架基本单元（包括三角锥、正方体、截头四角锥等）通过铰接形成的空间多次超静定结构。连接网架基本单元的结构叫做网架节点，根据其方式不同，通常分为焊接球节点、螺栓球节点以及钢板节点等。我国自1964年建成第一个平板网架建筑―上海师范大学球类房以来，网架结构已经广泛应用于各类建筑[2]。

一、网架结构的特点

（一）网架结构的功能性特点

本文所谓的功能性特点，指的是网架结构在使用功能、经济性能、美观功能和社会效益等方面区别于其他建筑结构形式的明显特征。这些特征主要包括经济合理、节能环保、大方美观、结构灵活等。

网架结构由于其都是模块化组装，施工周期较短、耗材相对较少，在人工、材料等方面相比框架结构、框架剪力墙结构等传统的建筑结构形式具有明显的经济合理性；另一方面，网架结构建筑由于易拆易建，适应于临时性场馆、展馆建筑，加之其减少了混凝土、砌块、砂石等材料的使用，使用材料和施工方式对环境污染较少，更有利于节能减排；再者网架结构由于是模块化组装，结构灵活、外形大方美观，在最近几年的高铁站建设上就有着明显的体现。

（二）网架结构的力学特点

如前文所述，网架结构属于高次超静定结构，其受力特点自然符合高次超静定结构的力学规律。网架结构的力学特点主要包括如下几个方面：

1.整体刚度大，不易变形，抗震性能好

由于高次超静定结构对于形变的约束往往由两个以上的作用力，因此增大了其整体刚度，从而增加了抗震性能[3]。

2.结构对单个杆件的依赖力较弱

如果是静定结构，一个杆件的破坏可能导致整个结构发生形变和破坏，而超静定结构则不然，一个杆的破坏只会改变受力传导方式，而由别的杆件受力从而保持结构的稳定。网架结构的这个力学特征是保证其稳定性的重要因素。

3.受力方式复杂

一是网架结构的受力体系复杂，一个杆件有可能在不同的时间段或者不同的荷载作用下承担不同方向的受力，即起到受压和受拉的双重作用。二是网架结构可变荷载的存在，导致了其受力的复杂性，如网架结构建筑，在风荷载、雪荷载等可变荷载的作用下，内部杆件的受力方式会发生改变，这种改变往往是动态的、偶然的，不易预测的。

二、网架结构优化设计思路与措施

传统的网架结构设计方法一般是根据网架的布置形式、杆件接点的材料与规格、荷载分布情况等进行建立力学模型验算其承载力，得出可行或不可行的结论。基于网架结构的上述特点，在网架结构设计过程中，用严谨、科学、创新的设计理念，对网架结构进行设计优化。

（一）多维度极限设计思想进行构件选型

多维度极限设计，指的是在设计过程中，假设多种不利因素均达到极限状态[4]，如：风荷载、雪荷载、构件的疲劳老化等。然后在这种极限状态的作用下，倒推计算网架结构构件的承载力，并依此作为构件选择的依据。在这种思想下，构件的承载力是极限状态下各种作用力的函数；同时构建的构件（如杆件）的规格、材质等又是构件极限状态承载力的函数；通过两次数学计算，即完成了对构件的选型。

Y=f（x1，x2，x3……） （1）

X=f（Y，z1，z2，z3……） （2）

上式中：

代表极限状态下的构件承载力；xi代表各种极限状态下的作用力；X和zi代表杆件的相关参数；在公式（2）中，Y就成了常量，公式（2）就是通过构件的既定参数确定未知参数的过程。

上述优化过程是多层次的，要根据受力传导体系进行分层、分单元计算，通过计算机建模、软件开发等手段实现精准测算；雪荷载、风荷载、地震荷载的确定要查阅当地历史资料，根据标准规范和实际需求采用合理的历史最大值数据（如50年一遇、100年一遇等）。

（二）将单位自重承载力系数作为网架结构优化指标

本文所指的单位自重承载能力，指的是一个重量单位自重的网架结构所承载的最大的作用力。引入这个系数，并将此作为衡量网架结构优化设计效果的重要参数。

网架结构在承担外部荷载作用的同时，自重也增加着构件的负载量。如何运用最小的自重承载最大的荷载，这需要设计者在结构优化、材料选型等方面进行分析探讨。

（三）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。

（四）运用合理的外形和措施降低或转移偶然自然荷载

偶然自然荷载，指的是雪荷载、风荷载、地震等，可以通过网架结构外形设计达到转移和减少这些荷载作用的效果。如可以根据当地的风力风向，设计有利于避风、疏风的外形结构。通过陡峭、错落的顶面设计，降低积雪积压，可以运用太阳能等新能源装置设计融雪清雪系统，及时转移和消除需荷载。在地震多发地带，设计整体性刚度大、但与地基柔性接触的网架结构建筑，通过柔性接触面释放地震荷载，保持主体建筑的稳定性和整体性，起到“以柔克刚”的效果。

（五）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。

三、结论

网架结构是超静定空间受力结构，在各种展馆、体育馆、机场、车站等建筑中有广泛的应用，与传统建筑结构形式相比，具备经济合理、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。通过多维度极限设计思想，充分保障构件选型的可靠性和安全性，引入网架结构单位承载力系数等指标，对设计优化进行评价评估，推荐使用新技术、新工艺、新材料，实现网架结构建筑的创新和性能完善，运用一定的设计思想和技术措施转移或减少偶然自然荷载对结构的影响和破坏，进一步探索其灵活性的开发潜力，以设计建造安全可靠、经济合理、时尚先进、美观大方的网架结构建筑。

参考文献

[1] 巩玉发，殷志祥，张世昆.网架结构优化设计极限分析[J]阜新矿业学院学报（自然科学版），2011（4）：110-112.

[2] 张玉萍，温欣.我国空间网架结构应用发展分析[J]山西建筑，2010（19）：70-71.

网架结构篇3

关键词：电力；配电网；网架结构；优化

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：

引言

通常我们把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络，称为配电网。它由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接接入用户所构成。而10kv配电网由高压变电所的10kv配电装置、开闭所、配电所和架空或电缆线路等部分组成，其功能是将电力安全、可靠、经济、合理的分配到用户。提前拟定配电网的网架规划，为配电网的网架建设提供指导性依据，不仅具有可观的经济效益，还有着巨大的社会效益。

1.10kv配电网的特点

我国普遍采用10kv电压等级向各用户供电，这是我国电网多年发展的结果。10kv配电网主要是供给一个地区的用电，因此相对于区域电力网来说，电压等级和供电范围都要小一些。它在结构上最大的特点是作为电力网的末端直接与用户相连，敏锐的反映着用户在安全、优质、经济等方面的要求。因此它具有其它电力网没有的特点，主要体现为以下三点:

（1）靠近居民负荷密集点；

（2）负荷的功率和距离一般都不大；

（3）容量、用户性质、供电质量和可靠性要求千差万别，各不相同。

2.网架结构优化的优点

一般城市配电网是由架空线和电缆线混合组成的。过去我国城市中大多以架空电网为主，由于城市中架空线路的安装日益困难，且随着近年来负荷的急剧增长和城市规划的需要，电缆也得到了广泛的应用。但是架空线路具有建设费用低、建设周期短、负荷接入方便、易于故障检修等优点，因此首先考虑架空线或绝缘架空线路供电还是最实用的供电方法。

通过规划可以节约大量投资、降低网损、减少停电范围和时间及提高电能质量等，是配电网规划至关重要的一个环节。但是由于配电网十分复杂且具有诸多不确定性，采用传统的优化方法不能获得满意的优化结果，而且随着电力市场的深入发展和电力行业的机制改革，竞争越演越烈，传统方法已经远远不能满足现代电力系统的要求，以计算机为工具，采用新技术、新方法对配电网进行优化规划已经在电力界达成共识。

3.网架结构优化的基本原则

（1）具有高经济性。高经济性是进行电网建设的最根本要求，但在评估经济性时，不能仅把电网建设的初期投资作为唯一的考核指标，要以电网发展建设的总体效益来衡量，这点目前已达成共识。

（2）提高配电网整体供电能力。配电网直接联系广大用户，覆盖面很广，供电面积大，因此应具有充足的供电能力，以满足用户需求不断增长的要求，尤其是经济发展迅速的城市和地区，对电网供电能力要予以特别重视。

（3）提高电能质量和供电可靠性，保证电网安全运行。这是适应电力市场发展的要求，保证在灵活机制下的高竞争力。

（4）要有较大的灵活性和适应性。在电网规划设计中，要求配电网网架结构具有足够的弹性，包括有足够的设备容量，在各种可能出现的运行方式下的应变能力。在制订各阶段网架方案时要考虑前后阶段之间的相关性、即发展过程中的过渡方案。

4.优化的约束条件

配电网的网架结构优化的目标是:在满足一定的技术条件下，使综合费用为最小。这里的技术条件就是规划问题的约束条件，主要为网络拓扑结构的约束、对电压质量的约束、对电能质量的约束及可靠性的约束等。

（1）网络结构

网架结构规划的目的是解决各变电所、开闭所之间的连线问题，因此首先需要解决的就是网络的连通性与辐射性约束问题，就是要避免通常我们所说的“孤岛”与“环岛”的情形。

在规划前，我们先将所有的变电所及开闭所都看成是节点，就是各条待架线路的首末节点。当某个节点不与其他任何节点相连时，它就既不能获得电能也不能向用户供电，这种情形我们称之为“孤岛”现象。规划的前提条件就是要保证所有负荷点都连入网络，所以，很显然“孤岛”现象不能满足网络的连通性约束。对于“孤岛”的判断比较简单，只需对连入网络中的所有节点进行编号，若最大编号仍小于网络节点数，则表明有节点没有连入网络，存在“孤岛”，即不满足连通性。

（2）电压降

电能从发电厂送到用户端要经过输电、变电、配电等环节，当负荷电流流过这些环节时，必然在这些环节的阻抗上产生电压降落和电压损耗。在计算配电网的电压损耗时，为方便起见，只计算元件阻抗上产生的电压损耗，不考虑线路导纳和激磁回路导纳的影响。

（3）线损

线损是线路耗电量的简称，是指一定时段内，电流流经电力网的各个电力设备时所产生的电能损失。配电网的线损可分为技术线损和管理线损两个部分。技术线损主要包括:与电流平方成正比的变压器绕组和配电线路导线中的电能损耗；与运行电压有关的变压器铁芯、电容器和电缆的绝缘介质损耗以及电晕损耗等。这是可以采取技术措施予以降低的网损部分。管理线损则包括由于管理不力而带来的各种损失，如抄表不同时、漏抄、错抄错算及漏电、窃电等。这一部分线损可以通过管理措施予以避免或减少。

（4）用电可靠性

配电系统处于电力系统末端，直接与用户相连，是包括发电、输变电和配电在内的整个电力系统，与用户联系、向用户供应电能和分配电能的重要环节。而且由于电力生产具有发、供、用同时性的特点，一旦配电系统发生故障，往往就会同时造成系统对用户供电的中断。因此，配电系统的可靠性指标实际上是整个电力系统结构及运行特性的集中反映。

但是配电系统大多采用放射式的网状结构，对单故障比较敏感。据不完全统计，用户停电故障中80%以上是由配电系统的故障引起的，它对用户供电可靠性的影响也最大。仅从加强配电系统可靠性所花费的资金及其对经济和社会所产生的效益来看，配电系统在整个电力系统可靠性工程中也具有极为重要的地位。

5.结语

10kv配电网的网架结构的优化涉及到很多领域，需要工作人员细致的考虑与设计，它的设计能够为我国的电力的发展提供很好的帮助。

参考文献：

[1] 李威武.城市10kV配电网规划及建设[J].中国电力教育.2012(12)

网架结构篇4

关键词：网架结构；加固；设计；有限元分析

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

网架结构具有重量轻、空间刚度大、抗震性能好、用材经济、施工方便等优点而得到广泛应用。网架结构是复杂的三维空间结构,只有通过合理的设计才能保证网架的安全使用。

一、网架结构的特点

网架结构之所以得到如此广泛的应用,是因为网架结构主要有一下优点:

(1)结构形式灵活多样,能够满足各种建筑结构的要求;

(2)节点连接简便,一般用螺栓球连接,能够工厂定制,施工快速,具有良好的受力性能,质量可靠;

(3)计算方法和计算机计算软件己经非常成熟,能够满足工程设计的需要,目前我国已经开发出大量的网格设计软件,大大提高了工程设计周期;

(4)加固制作机械化,很多杆件可以定制,以供设计人员选择使用;

(5)用料经济,造价低,能用较少的材料制作大跨度的空间结构。但是,网架结构也有不足,目前主要问题是网架结构节点用钢量大,加工制作费用较高。

二、网架结构的形式

网架结构按弦杆层数不同分为三层网架和网架。网架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成,是最为常见的网格结构。网架结构是空间结构,在外力作用下时刻保持为几何不变体系,网架的形式很多,目前主要分为3类[8]:

1、平面析架系网架

平面析架系网架是由平面析架组成,网架上下弦杆位于同一个平面内并且上下弦杆长度相等,按照设计一般为上弦杆受压,斜腹杆受拉,斜腹杆与弦杆夹角通常在40°到60°之间。主要包括以下五种:两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向交叉网架、单向折线形网架。

2、四角锥体系网架

四角锥体系网架是由很多的四角锥网格单元按照一定的规律排列组成,其基本单元为倒置的四角锥。网架的上平面为矩形,由于对称性,下平面和上平面形状大致相同。

3、三角锥体系网架

三角锥体系网架基本单元为三角锥,由倒置的三角锥组成,如图1-5所示。锥底的三条边(网架的上弦杆)长度相等,组成正三角形,棱边为网架腹杆,用杆件把锥顶相连成为网架下弦杆。网架的最小几何单元为三角锥。

三、网架的选型

由于正放四角锥网架杆件标准化程度比其它网架好，结构的整体刚度及网架外观效果好，故网架采用正放四角锥网架的较多，但正放四角锥网架耗钢量较其他网架高，考虑经济性可采用其他类型的网架。网架的类型按网格单元的组成分为:

(1)平面桁架系网架，包括两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架单折线形网架;

(2)四角锥体网架，包括正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星形四角锥网架;

(3)三角锥体系网架，包括三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架。网架按支承情况分为周边支承网架、点支承网架和三边或两边支承网架。在网架设计时可根据网架的支承条件、平面形状、跨度等选择相应的网架类型。表1给出了各种支承情况及平面形状下适宜的网架类型。

四、网架检测中发现的问题及设计对策

1、材料选择

大多数网架所用的材料均为钢材，可采用Q235钢或Q345钢，其中Q345钢强度高，宜用在大距度网架结构中，一般的网架结构采用Q235钢的为碳含量的合格保证。不论是焊接球网架还是螺栓球网架都存在焊缝，所以采用Q235钢时最低应为Q235B级钢。在检查网架时发现有一螺栓球网架结构采用Q235A级钢，杆件与封板连接焊缝超声波探伤结果表明，多数杆件的焊缝质量未达到设计要求。为保证网架的质量，当采用Q235钢时，应在图纸中注明钢材的质量等级。

高强螺栓宜采用40Cr钢，其淬透性好，而40B钢性能不稳定，当直径大于M30时淬透性差。螺栓球采用45号钢、焊接球采用Q235B钢或Q345钢。封板、锥头可采用Q235B钢或Q345钢，宜与杆件一致。

2、杆件设计

网架结构的杆件截面形式很多，主要有圆钢管、方钢管、轧制型钢、冷弯薄壁型钢等。圆钢管由于各方向惯性矩相同，截面封闭，回转半径大，对受压受扭有利，端部封闭之后内部不易锈蚀，具有较好的防腐性，在网架中大量采用。圆钢管有高频焊管和无缝钢管2种，由于高频焊管造价便宜而且管壁较薄，壁厚在5mm以下，在设计中应优先采用。无缝钢管多为壁厚5mm以上的厚壁管。

钢管在出厂时一般均有负公差及其它结构缺陷，所以在选择杆件截面时应适当留有余地，同时考虑结构的其他缺陷，通常在设计时将钢材的设计强度乘以018~019的折减系数。

网架杆件通常按轴心受力构件计算，当网架下弦设有吊顶或马道时，应将吊顶或马道的荷载直接传到网架的节点上，否则在设计时下弦杆要按拉弯构件计算，同时要计算高强螺栓的抗剪承载力。网架结构为高次超静定结构，当杆件代换时要对网架结构重新复核，否则可能出现代换杆附近的杆件超载，网架局部受力小的拉杆变号。

3、焊接质量控制根据网架结构设计规程的要求，杆件与封板、锥头的连接焊缝，杆件与焊接球的连接焊缝，当按等强度连接时，焊缝质量必须满足现行国家标准《钢结构施工及质量验收规范》二级焊缝的质量要求，二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验，其内部缺陷的分级及探伤方法应符合文献的规定。超声波探伤内部缺陷分为Ⅰ；Ⅱ；Ⅲ；Ⅳ4个等级，在高温和腐蚀性气体作业环境及动力疲劳工况下，Ⅱ级合格，一般情况下Ⅲ级合格。在设计图纸上应注明焊缝超声波探伤的合格级别。

4、网架的抗震设计及注意事项

根据网架规程的要求，在抗震设防为8度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算，大跨度网架应进行水平抗震验算，9度抗震设防地区，网架结构应进行竖向和水平向地震作用验算。由于两向正交正放网架上、下弦为方形网格，属几何可变体系，在抗震设防区，应适当增加上弦或下弦水平支撑，以保证结构的几何不变性，有效地传递水平荷载。图1为两向正交正放类网架，在周边上弦杆网格内设置水平斜杆。

图1正交正放类网架水平支撑设置

沿网架周边2~3网格区格内杆件的长细比不应大于180，因为在地震作用下周边杆件常常会发生内力变号，所以在静载作用下网架周边2~3网格内杆件不论是受压还是受拉，其允许长细比均按压杆考虑。

五、网架结构的耐久性及设计对策

网架结构的杆件和节点采用钢材制作，钢材的最大缺点是容易锈蚀，锈蚀杆件截面减小，大大降低了网架结构的安全度和使用年限，特别是当使用环境比较潮湿的情况下更应加强网架的防锈处理。在现场网架结构检测过程中发现，在使用环境较潮湿的情况下，网架使用时间不长有些杆件已有锈蚀现象。网架结构的防锈方法有3种:(1)改变金属结构的组织，在钢材的炼制过程中增加合金元素以提高钢材的抗锈蚀能力，如采用不锈钢;(2)在钢材表面用金属镀层保护;(3)在钢材表面涂以非金属保护层，这种方法价格便宜，效果好，选择范围广，适用性强而广泛应用。当采用非金属涂料的防锈方法时，应根据网架使用的环境条件、腐蚀介质的情况等条件选择合适的底漆和面漆，并确定涂层厚度。

在现场检查中发现部分螺栓球节点网架下弦杆与螺栓球间产生缝隙，这是由于下弦杆受拉变形引起的，潮气很容易通过缝隙进入钢管或高强螺栓中，腐蚀高强螺栓。所以等网架屋盖系统安装完毕，网架承受大部分荷载后，应用油腻子将接缝处填嵌密实。当使用环境比较潮湿时，最好是采用密封性较好的焊接球节点网架。

结束语

在形式众多的空间结构中,网架结构是发展最快、应用最广的结构形式之一,掌握网架结构的设计方法,与从事钢结构设计的工作人员共同探讨。

参考文献

[1]张伟生,陈存恩.轻屋面点支承平板网架结构设计[J].空间结构.2008

网架结构篇5

【关键词】施工企业；钢结构；网架安装；施工；管理；组织

中图分类号：C29 文献标识码：A

现在社会的正常运作与施工企业的所建设的高质量建筑有着密切的关联，因此，建筑施工的质量有着极其重要的地位，而施工企业要想能够对建筑的钢结构网架进行安全的施工以及组织工作，就必须要采取相应的措施，在这个过程中，就会诸多的施工细节提出更多的要求，下文对钢结构网架那幢施工以及以及组织方式进行了全面深入的探讨。

一、钢结构网架安装施工及其组织要选择适合的安装工艺

钢结构网架安装工艺方法中，主要包括了以下几个方面：升板机提升工艺、高空滑移工艺、顶升施工工艺、整体吊升施工工艺、分条分块施工工艺、高空散装工艺等等，施工队伍在进行钢结构网架安装施工的过程汇总，必须要根据施工实际的要求、条件、情况来选择最适合的安装施工工艺施工，所使用的安装工艺正确与否、质量控制是否严格都会直接影响到整个刚接网架安装的质量，尤其是刚接网架安装施工中的一些核心部分，如果质量不达标，甚至可能带来严重的事故，因此，在进行钢结构网架安装施工的过程中，必须要有效的进行组织，选择好最适合的安装工艺进行施工。

二、钢结构网架安装施工及其组织要体现自身价值

钢结构的在进行安装施工的过程中，对其所安装组织的时间、方法、质量这三个主要的因素，是整个钢结构网架工程的寿命管理最为主要的三个施工实施目标。这三个主要的施工目标之间有着较为统一的关系，但是又存在着互相关联的矛盾，客观来说，这三者之间关系是一种客观存在的辩证关系，是钢结构网架在进行安装施工过程中的对整个安装系统唯物辩证法的一个具体体现方式，使用任何一种管理方式，都必须要能够完全满足社会质量标准以及相关功能需要求，同时，钢结构的网架安装施工过程的施工工艺和组织方式的不同，都会影响其使用价值，因此，钢结构网架安装施工以及组织的质量不仅仅是一种价值的体现，同时也是实施方案的目标，更是钢结构网架安装施工的质量和组织方式能够稳定实施的根本，只有保证的工程安装的价值，才真正使得施工有必要运用尖端的管理方式。

三、钢结构网架安装施工及其组织要完善制度

完善制度指的就是施工企业在进行钢结构网架安装施工中，必须要完全按照国家的各项法律法规作为基础前提，对组织方法和质量都必须要有严格的要求，并且完全在掌控之中，施工企业在对施工质量控制之前，必须要对其设立一个标准制度，从而以标准制度来让施工企业中的每一个员工都严格按照相关制度来展开工作，施工企业自身只有建立了一个极为完善的钢结构安装施工体系和组织制度，才能够使得施工企业能够为钢结构网架安装工程馆施工提供保障，使得组织工程和质量控制都按照计划来发展。施工企业经营最终的目的就是为了在最大限度上获得经济利润，在施工企业实施钢结构网架安装施工及其组织方法的时候，通常都会根据政府相关的政策，对施工企业自身钢结构网架安装施工及其组织方法以及取得成效进行综合考虑，对于自身的方法控制方案进行优化和选择。

四、钢结构网架安装施工及其组织要坚持理论与实践相结合

如果工作人员在落实钢结构网架安装施工及其组织的过程中能够将理论与实践进行很好的结合，那么，一定会达到将琐碎的知识进行系统化整理这一目的，原因就在于，理论只有应用到实际操作中去才能够真正发挥其自身所具有的指导作用，也只有在日常工作中不断实践，才能够对理论进行不断完善，使其更好地指导实践。在工作人员操作过程中，难免会存在一些内容比较多、操作性比较强、记忆量很大的知识点，如果工作人员仅仅是在工作过程中将这些知识点泛泛越过，那么，即使工作人员能够在短时期之内将这些方法和知识掌握，也不能够长时间掌握这一知识以及方法，伴随着时间的不断发展，工作人员一定会将这些知识以及钢结构网架安装施工及其组织方法抛之脑后，想要避免这一问题的出现，要求工作人员在落实钢结构网架安装施工及其组织措施的时候，要先使自身对知识和方法进行感性的认识，在感性认识以后再进行实际操作的学习。需要我们明确的是，钢结构网架安装施工及其组织关系到了施工企业的生存和发展，更加关系到了国家和人们的利益，施工企业想要创造良好的经济效益以及社会效益，就必须要将理论应用到实际之中去，通过实践来检验理论，进而对理论不断完善，使其更好地指导实践。

五、钢结构网架安装施工及其组织要体现特点

伴随着科学技术不断得到发展，新技术和新方法信息已经呈现出了爆炸式增长的特点，新技术本身也呈现出全新的特点，想要准确把握钢结构网架安装施工及其组织自身所具有的特点，就要求工作人员必须要采取灵活的钢结构网架安装施工及其组织形式，并且将这些灵活的形式贯穿到整个钢结构网架施工以及操作的过程中，旨在能够更好的为提高钢结构网架安装施工及其组织质量以及提高工作人员综合素质奠定坚实的基础。因为在工作人员落实钢结构网架安装施工及其组织方法的过程中，很多感官系统都在进行交替使用，这样就很容易将工作人员的兴趣、求知欲以及好奇心很好的调动起来，如果工作人员在此时能够对技术和方法实施有效的利用，那么，一定能够使钢结构网架安装施工及其组织体现出自身的特征。所以，在工作人员实施钢结构网架安装施工及其组织的过程中，必须要将这一点准确的把握，将自身所具有的创造性以及主动性很好的发挥出来。

六、结语：

综上所述，在进行网结构网架安装施工的过程中，必须要从实际施工和组织方式来选择适合建筑自身的安装工艺，并且要在整个钢结构网架安装工程要从体现出自身的价值、组织完善制度、坚持理论与实践结合、组织特点的体现这几个方面来进行深入的探讨。在这几个关键环节之中，最为重要的就是因地制宜来选择最适合的刚接网架安装工艺。

参考文献：

网架结构篇6

关键字：钢网架结构 ； 施工质量 ；监理

Abstract: Large span steel truss structure as a large-scale public building of the main force part of its quality directly affects the safety and use of building function, so the quality control of the key. This combination of Yongjiang University new campus gymnasium grid project supervision practice of steel truss structure, construction and quality control of several major aspects are some of.

Key words: steel grid structure; construction quality; supervision

中图分类号 :TU7文献标识码： A 文章编号：

钢网架在施工时，很多因素影响着其安装质量，如钢结构构件设计的合理性、结构设计计算的准确性、结构用焊接材料、螺栓、钢材的质量、焊接工艺方法、钢材钻孔的精度、钢材除锈的方法和工艺、防腐、防火质量控制、钢材焊缝的质量、网架安装的方法和顺序、结构用螺栓拧固的质量、结构临时固定所采用的措施、钢网架结构核准的方法等，这些影响因素中，任何一个出现问题都会影响钢结构网架的安装质量。而安装质量的好坏，往往需要在各个方面进行质量把关控制。[1]邕江大学新校区体育馆网架工程采用轻型网架结构，网架面积73×55m，安装高度22.5m，采用高频焊管杆件，高强螺栓接头，屋面为EPC复合板（彩钢板）。对如何做好安装工程质量控制，就该工程成功监理经验浅谈几点如下：

一、把好原材料验收关

监理工程师审查施工方上报的材料计划主要内容是：①钢网架所用的材料要符合招标文件和设计要求。如本工程杆件、封板、锥头、套筒均为Q235钢，螺栓球采用45钢，高强螺栓、销或螺钉均为40Cr、40B、20MnTiB钢，焊接材料为：手工电弧焊E4303，CO2气体保护焊为YJ502Q药芯焊丝或ER49-1。②材料计划要满足工期要求，如订货日期、交货日期、加工时间、安装时间均应在总工期规定的日期内完成。③材料要有出厂合格证，④监理工程师按批量对进厂材料进行抽检或平行检查，发现不合格材料应清除出厂防止混入合格材料中。

螺栓球、杆件制造质量应符合设计要求和规范的规定，查钢构件制作资料。运输、堆放和吊装等造成的杆件变形及涂层脱落，应进行矫正和修补，对现场杆件数按10%抽查，且不少于3件。监理人员检查构件出厂合格证、原材料质量证明书、杆件焊接焊缝无损检测报告，螺栓球承载力检测报告。[2]

对建筑结构安全等级为一级，跨度40m及以上的公共建筑钢网架结构，且设计有要求时，应进行节点承载力试验，其结果应符合以下规定：螺栓球节点应按设计指定规格的球最大螺栓孔螺纹进行抗拉强度保证荷载试验，当达到螺栓的设计承载力时，螺孔、螺纹及封板仍完好无损为合格。每项试验做3个试件。监理人员检查承载力试验复试报告。

二、钢网结构施工前的监理

1、要熟悉设计图纸，并组织图纸会审，对设计中存在的问题要加以分析,对整个图纸要认真理解，考虑好各个专业之间，平、立、剖之间有没有矛盾，为防止由于土建放样误差过大而引起的轴线偏移，需仔细核实网架施工的轴线位置。查看防火要求是否得到满足和施工安全是否有所保证。

2、要严格审查施工方案在技术上是否可行，其操作性如何，是否经济合理。严格审查施工工艺是否先进，能不能指导施工作业。对于一些有特殊技术要求的工艺要进行重点审查，例如杆件的拼装和连接。网架施工其实就是杆件的组装过程，它的特点是连接出来的整体是通过一个局部和一个局部之间的安装来完成的。由于局部安装导致网架杆件受力和设计要求严重不符，而使得杆件受力破坏或者是支座破坏，这在施工过程中是比较容易出现的施工质量问题。[6]

3、审查施工单位的资质证明材料,网架属于特种结构,须由具有相应资质的施工单位施工。审查施工单位网架安装的施工组织设计,审查临时支点设置的位置、数量、高度是否合理,审查相关作业人员的岗位证书是否符合有关规定。[3]

三、钢网结构网架安装监理

1、无论采用何种施工方法，在正式施工前均应进行试拼及试安装，当确有把握时方可进行正式施工。有些施工单位怕麻烦，图省事或缺少大型钢结构构件预拼装场地，不愿预拼装,不但影响施工工期，还会影响整个钢网结构的设计效果。拼装时，杆件的高强螺栓应拧紧到位，不允许套筒接触面有肉眼可见的缝隙，杆件不允许存在超过规定弯曲；网架零部件表面清洁、完整、无损坏、不凹陷、不错装、对号准确，发现错号及时更换；网架节点中心偏移不大于1.5㎜，且单锥体网架格长度误差不大于±1.5㎜；整体网架安装后纵横向长度不大于L/2000，且不大于30㎜，支座中心偏心不大于L/3000且不大于30㎜；相邻支座高差不大于15㎜，最高与最低支座不大于30㎜；挠度：安装完毕后，所测挠度值不大于设计值15%；所有焊缝及多余的螺孔均应用油腻子塞封。拼装支架在使用过程中，容易产生水平位移和沉降，应在网架拼装过程中，经常观察支架变形情况并及时调整，避免由于拼装支架的变形而影响网架的拼装精度。大中跨度下弦中央一点及各向下弦跨度四分点处各设二点，施工时随时观测，安装后每周观测一次。对钢网架结构安装监理工程实施旁站监理，随时监控，及时记录，确保工程质量。[4]

网架结构篇7

关键词：混合钢结构；管桁架；索网；初始态；找形；有限元；SAP 2000；3D3S

中图分类号：TU311.4；TP319；TB115文献标志码：A

Computation and analysis on hybrid steel structure of tubular truss-cable net

LUO Xiaoqun, WANG Zhongquan, ZHANG Qilin

(College of Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China)

Abstract：To implement the form-finding better for hybrid structure of tubular truss-cable net, two different methods of initial status form-finding analysis are used in software SAP 2000 and 3D3S to compare the effect on the results. The nonlinear finite element method is used in SAP 2000, and a method mixed with force density method and finite element method is used in 3D3S. The initial status, load and dynamics analysis are carried out. The results of the two methods are compared which show that both methods have little error and are all feasible simplified computing methods.

Key words：hybrid steel structure; tubular truss; cable net; initial status; form-finding; finite element; SAP 2000; 3D3S

0引言

索网结构和管桁架结构在建筑结构工程中被广泛应用.前者是典型的柔性结构，通常由径向和纬向的张拉索构件编织成连续的网状结构，其形状与索构件中的预张力密切相关，索内复杂的预张力关系决定并维持索网稳定的构型.相比较而言，空间管桁架结构刚性较大，可以作为索网结构边缘支承，承担索网结构端部拉力.

索网结构设计的1个关键步骤是找形，即找到1个合理的索网构型以及与该构型相匹配的预张力状态.找形的结果由索网结构的控制边界形状以及索的预张力水平确定.对于相同的索网拓扑形状，不同的预张力水平将导致不同的预张力构型，并导致支承管桁架结构中不同的初始预张力分布.

索网结构的找形方法很多，比如力密度法[1]、动力松弛法[2]和有限单元法[3].本文采用SAP 2000和3D3S两套通用分析软件，完成管桁架―索网结构的找形、动力分析和载荷态分析，比较两套软件分析结果的异同.

1分析的基本原理

1.13D3S软件的找形原理

对于管桁架―索网结构，3D3S软件采用力密度法与索梁体系近似协调有限元方法完成结构的找形.首先，将支承的管桁架结构作为边界，对索网结构进行力密度找形.

图1所示为节点k连接Mk根索构件，对该节点建立平衡方程[4，5]∑Mkj=1xkX1-xk′X1Ljj=

将索网结构中所有内节点按式（1）组装，得到力密度矩阵方程[P(qj)]N×N｛X｝N=｛B(qj)｝N(2)式中：X表示未知索网结构内节点坐标向量；B为由力密度qj确定的系数矩阵，P是由边界节点坐标和连接在支承结构的索构件力密度确定的N×N阶的矩阵.

完成索网结构找形后，可以针对管桁架结构完成索梁体系的近似位移协调原则找形[6].根据近似位移协调原则直接在给定的初始状态几何上，将索网结构对支承结构的支座反力反向施加给管桁架结构，由此得到的结构内力分布就是管桁架结构的自平衡预应力分布.该过程可以采用线性有限单元法很方便地实现.按近似位移协调原则求出的预应力分布在给定的初始状态几何位置上是严格平衡的，这种平衡建立在零状态和初状态几何差异为零的基础上.

1.2SAP 2000软件的找形原理

SAP 2000是通用有限元分析软件，需要采用合适的模拟方法将管桁架―索网结构作为一个整体进行找形分析.

由于索网结构的柔性，一般的有限元分析将索节点考虑为机构，因此导致计算失败.在SAP 2000中，可以用修正截面属性的框架单元模拟索，将框架单元绕2轴和绕3轴的惯性矩设为极小值，使得单元的抗弯刚度极小[7].

SAP 2000软件的非线性分析包括材料非线性、几何非线性、边界条件和限制等.对于管桁架―索网结构的找形分析，需要用到几何非线性的P-Δ和大变形分析[8，9].

2工程分析

如图2所示的钢结构由1个空间曲线桁架拱连接的两片风帆状的双向交叉网格管桁架结构组成.两片双曲单层索网结构连接在拱及网格桁架的边缘构件上.图2（a）表示结构轴测图，图2（b）显示桁架拱、风帆管桁架边缘构件以及索网结构.结构的总高

2.1初始态分析

设计预拉力：横向索80 kN，纵向索160 kN.

SAP 2000软件通过给索施加初应变来模拟预张力.由于钢结构壳体与索网共同作用，各索段的预拉力并不均匀，通过调整初应变值，使同一走向的所有索段初始预拉力的平均值等于设计预拉力.

3D3S软件采用力密度法对索网体系找形，并将索网对帆体钢结构的作用反向施加到钢结构上，对帆体钢结构进行索梁体系初始态找形.

从初始态找形的管桁架―索网构型来比较(见图3和4)，SAP 2000和3D3S二软件计算位移变形规律相同.

从初始态找形的管桁架―索网构型比较预张力分布，采用SAP 2000软件找形，初始态索力分布基本均匀，如图5（a）所示纬向最小索力45.4 kN，径向最大索力266.4 kN.3D3S采用力密度法完成索网结构找形，可以保证索网内初始索拉力分布比较均匀，如图5（b）所示模型纬向最小索力77.9 kN，径向最大索力163.8 kN.

SAP 2000采用通用有限元非线性迭代模拟找形过程，3D3S采用经典的力密度法完成找形过程.二者的计算结果均符合结构本身的结构特征和规律.3D3S的找形方法更能保证索网内的索力及预张力的分布均匀，因而从模型预张力分布及形状控制上均优于SAP 2000.

2.2动力分析

2.3结构载荷态分析

结构载荷态分析考虑管桁架恒载0.8 kN/m2，索网玻璃幕墙恒载0.6 kN/m2，活载0.5 kN/m2.载荷效应组合为1.2恒载+1.4活载.在初始态分析结果基础上，采用非线性有限元完成分析.

图7显示SAP 2000和3D3S软件计算的位移云图.表3为SAP 2000和3D3S软件计算的控制点位移比较，位移相符；表4为二软件的索力极值，考虑初始态的差异，在载荷态中承担的索力大致相同.

3结论

采用不同的软件，选取不同的找形方法对管桁架―索网结构进行初始态找形，并分析结构的动力特性和载荷态受力分析.由于两种方法与施工实际符合程度的不同，初始态找形的结果稍有差异，并影响到其后的结构内力数值大小；从结构的特性分析，两种软件的分析结果是可行有效的.

参考文献：

[1]SHECK H J, The force density method for form-finding and computation of general networks[J]. Computer Methods in Applied Mechanics & Eng, 1974(3): 135-149.

[2]BARNES M R. Form-finding and analysis of tension structures by dynamic relaxation[J]. International J Space Structures, 1999, 14(2): 89-104.

[3]BLETZINGER K U, RAMM E. A general finite element approach to the form-finding of tensile structures by the updated reference strategy[J]. International J Space Structures, 1999, 14(2): 131-145.

[4]ESTRADA G G, BUNGARTZ H J, MOHRDIECK C. Numerical form-finding of tensegrity structures[J]. International J Solids & Structures, 2006, 43(22-23): 6 855-6 868.

[5]MOLLAERT M. The form-finding of mixed structures[C] // NOOSHIN H. Third International Conference on Space Structures. London: Routledge, 1990.

[6]张其林. 索和膜结构[M]. 上海: 同济大学出版社, 2002.

[7]中国建筑标准设计研究院. SAP 2000中文版使用指南[K]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[8]WILSON E L. 结构静力与动力分析[M]. 北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院，译. 北京: 中国建筑工业出版社, 2006.

网架结构篇8

    对于体育场馆类项目，一般是采用钢网架屋面+混凝土框架柱。由于PKPM中不能建立网架构件，传统的此类项目的设计均是采用钢梁去模拟网架，这种方法的缺点是不能考虑网架与混凝土框架结构的整体受力，特别是由于网架的平面内刚度无限大，而用钢梁代替网架的话，这种屋面平面内刚度几乎等于零，因此这种计算方法与实际存在的结构受力情况完全不一致，特别是支撑网架的混凝土柱，其受力性能与实际的情况存在更大的差别，这给工程带来了很大的隐患。因此找到采用与实际结构一致的计算方法就显得尤为必要，幸运的是，好多科研单位推出了这种混凝土框架柱+网架屋面结构体系的整体计算软件，像中国建筑科学研究院的PKPM系列的SpasCAD、盈建科YJK、Midas-building、SAP2000等，这些软件均可以按照实际结构建立相应的模型，进行整体分析计算。为了简单起见，本文采用PKPM系列的SpasCAD程序，通过一个具体的工程实例来详细说明如何设计此类项目以及设计这类项目的关键注意点。

1、工程概况

射阳中学体育馆，工程面积6000平方米，两层，一层为自行车停车场，二层为篮球场，一层层高4.5米，二层层高11米，一层至二层处有一个室外楼梯，另外还有其它楼梯，柱网布置不规则，屋顶采用钢网架。地震设防烈度7°，场地类别III类，地震加速度0.15g，设计地震分组第三组。建筑的平面和剖面如图1和2所示：

                        图1  建筑二层平面图

                       图2  建筑剖面图

2、模型建立：

从图1 可以看出，左侧有两个楼梯从一层走向二层，右下部位有一个楼梯从一层走向二层，而且还有圆弧形梁，因此柱的布置不规则。为此我们在PM中将这些楼梯按照实际情况输入，通过改变梁两端的标高、节点高、设置层间梁等方法，在PM中建立结构模型。在建好混凝土框架部分的模型后，将PM输入的混凝土框架模型导入到SpasCAD中，在SpasCAD模块中选择快速建模菜单，按照区隔输入网架参数，从而自动形成网架模型，利用选择集，将网架模型按照对齐的原则平移到框架柱顶，由于本工程柱网布置不规则，所以由数据文件自动形成的网架需要做局部修改，将柱顶附近同时又不在柱上的节点移动到柱顶节点，这样便形成了整体结构模型，如图3所示：

                 

                         图3 整体空间模型

3、计算分析

整体空间模型建立后，我们设置相应的参数，进行整体分析，本工程由于是钢网架屋面，柱高有11米多，而且仅是周边设柱，因此柱的安全受力就成为结构设计的关键，我们将这些柱均做800x800。由于有混凝土室外大楼梯，这些梯板是斜板，在计算时，将这些斜板均设置为弹性楼板，同时楼梯斜梁和斜板相当于支撑，对整体结构的刚度和变形有着重要的影响，因此设置弹性板后更加真实的评价这些斜向构件的实际刚度对整体结构的影响。

经过结构计算后，查看构件的计算配筋，通过多次调整，选择安全可靠的梁柱截面，查看最后的结构在各种振型下的振动图。

 

  其三个振型的结果数据如下所示：

   周期  1 及振型方向角:     0.748   103.8      Y  

   周期  2 及振型方向角:     0.689    13.8      X  

   周期  3 及振型方向角:     0.509    90.0   TORSION

从三个振动图可以看出，第一和第二振动均为平动，第三振型为转动，且根据三个振型的周期看出，第一和第二振型均是Y和X方向的纯平动，而第三振型是纯转动，说明结构布置是合理的，同时我们发现这三个振动图有一个特点就是网架的变形很小，几乎可以忽略不计，说明网架具有很大的平面内刚度，可以协调各个柱的变形，这与以前的用钢梁来代替网架这种简化计算是完全不同的，真实的反映了柱的地震响应，这样可以对柱进行针对性的设计和采取加强措施。同时从振型图中也可以看出，楼梯斜梁也跟着整体结构一起变形，说明楼梯作为支撑构件参与结构的整体振动，因此在设计时，我们还是要把楼梯构件按照实际在模型中建进去，这样才能真实的反映结构的实际受力状态。

我们对室外大楼梯的梯板按照弹性板进行分析计算，通过计算发现楼梯斜板均存在应力集中，且应力的分布很不规则，有的地方是拉应力，有的地方是压应力，非常没有规律，因此本楼梯板配筋时必须按照实际的应力，由软件自动配筋并按照构造加强而不是在PM里面按照平面结构给出的板的配筋。

由于这种结构比较复杂，柱高11米，上面支撑大跨度钢网架，下面为普通的混凝土框架结构，中间的柱在二层以上基本都抽掉了，导致竖向极不规则，根据建筑抗震设计规范的要求，我们有必要对整体结构进行整体性能分析，以评估其中旱遇地震作用下的受力性能。为了详细研究这种结构在旱震下的反应情况，我们采用push-over进行推覆分析，在推覆分析中，根据建筑抗震设计规范，地震设计分组第三组，场地类别III类，其特征周期为0.65s，我们选择两条人工地震波和一条天然波。

 由于支撑网架的柱仅为周边柱，且由于柱的高度较高，因此其侧向刚度较小，我们在进行计算时，要考虑二阶效应，即P-delta效应，以考虑大变形对柱弯矩的影响。

本文中混凝土的弹塑性本构模型采用三折线模型，把这些参数都输好后进行计算，观察结构塑性铰出现的先后次序，如图4所示，从图中可以看出，支撑网架的柱底基本都出现了塑性铰，可见一旦地震来临，这些柱底弯矩很快达到其极限承载力而导致柱底屈服形成塑性铰。下面的设计将对这些柱进行单独的研究和分析。

                     图4  塑性铰分布图

基于性能设计的pushover推覆分析结果曲线如图5所示，从曲线中我们可以看出本工程在旱遇地震作用下的最大层间位移角为1/110，满足规范1/50的要求，说明本工程满足建筑抗震设计规范第三水准的要求，即大震不倒的性能目标要求。

                       图5 pushover推覆分析的性能曲线

4、结构设计

从前文的弹性静力分析和常遇地震下的结构弹性分析看出，本工程的混凝土柱受力比较复杂，其在常遇地震作用下如同一个悬臂柱在摇摆。同时经过对整个结构进行push-over推覆分析，我们看到，最早的塑性铰出现在支撑网架柱的底端，而且最后这些柱底均出现了塑性铰，说明在旱遇地震作用下，这些柱均达到屈服状态，因此对这些柱必须进行详细的设计。为了给这些框架柱提供强大的变形耗能能力，防止其过早的屈服，我们在设计时，将柱的配筋按照实际计算结果做进一步的放大，同时对柱的箍筋进行加强，箍筋全长加密，配ø10@100，确保大震不倒。室外大楼梯的混凝土斜梁，作为整体结构的侧向支撑，在旱遇地震作用下，吸收了大量的地震力，所以也要加强，纵向钢筋比计算值放大，箍筋全长加密，以抵抗其变形的能力，其混凝土斜板，板厚做150mm，进行双层双向配筋，配ø10@100，以防止在大震情况下，梯板作为重要的逃生通道，率先破坏从而保证结构的整体安全。

由于本工程的室外楼梯大梁，相当于一个大的斜向支撑，其轴向力较大，因此其基础设计时，必须考虑其轴向拉力的影响，本工程地质较差，为桩基础，该大梁基础设计时，我们采用斜向桩，分别按照抗压和抗拔设计，取最不利的情况，最后是按照抗拔桩进行设计。

5、结论与建议

   （1）体育场馆一般为混凝土柱+钢网架结构形式，我们计算时要将混凝土框架和钢网架作为一个整体建到模型中进行整体计算和分析，这样可以真实的反映结构的实际受力情况和地震反应情况。

   （2) 体育场馆作为上部大空间，下面普通混凝土框架，其竖向极不规则，因此为了满足抗震规范的第三水准要求即大震不倒，必须对整体结构进行性能分析，通过pushover推覆分析来找到支撑网架的混凝土大柱在旱遇地震作用下的最大层间位移，必须确保其满足不大于1/50。同时对这些柱加强配筋，特别是箍筋，要通长加密，增加其旱遇地震下的变形能力和耗能能力。

网架结构篇9

关键词：钢结构网架 施工 监理工作

中图分类号：TU356文献标识码： A 文章编号：

一．前言：

钢结构网架具有抗震性能好、造价低、工期短、刚度大、重量轻等优点，是目前空间结构上发展速度快、覆盖面积大、应用范围较广的结构形式。近些年来，钢结构网架的相关理论得到深入的研究，实际应用也越来越多，钢结构网架因其优越的性能而得到结构设计人员的青睐，这种结构形式被广泛用于餐厅、剧院、展览馆、体育场馆等，如何控制工程施工质量已引起业内人士的高度重视。因此,监理工程师在钢结构网架施工过程的监理工作尤为重要。

二.工程概况：

1.工程名称：石武客专许昌东站站房工程。

2. 建设地点：河南省许昌市东区烟墩郭村。

3. 建设工程组成及建筑规模特征：

面积为230.4*58.4=13455.36(m2），结构形式为钢网架结构，连接方式主要采用螺栓球节点连接，钢网架结构形式为双层正放四角锥，最大柱间跨度为48m网架柱顶标高为20.2m，网架上弦最高点标高26.3m。

三．监理范围和目标：

1.监理范围：钢结构网架施工，承包合同范围内的所有项目。

2.监理目标：控制项目质量、进度和费用目标，实现和满足用户需求。

四 、监理依据：

1.业主与施工单位签订的施工合同。

2.本项目施工阶段的监理合同。

3.业主提供的本工程全套施工图纸及设计文件。

4.设计交底及图纸会审纪要。

5.设计单位发出的设计变更及技术核定单。

6.《建筑可靠度设计统一标准》GB50068-2001。

7.《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008。

8.《建筑结构荷载规范》（2006年版）GB50009-2001。

9.《钢结构设计规范》GB50017-2003。

10.《建筑抗震设计规范》GB50011-2010。

11.《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010。

12.《碳素结构钢》GB/T700-2006。

13.《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008。

14.《优质碳素结构钢》GB/T699-1999。

15.《合金结构钢》GB/T3077-1999。

16.《结构用无缝钢管》GB/T8162-2008。

17.《直缝电焊钢管》GB/T13793-2008。

18.《热轧钢板和钢带》GB/T709-1988。

19.《钢网架螺栓球节点》JG/T10-2009。

20.《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002。

21.《建筑设计防火规范》GB50016-2006。

22.《建筑钢结构防火技术规范》CECS200:2006。

23.《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS24-90。

24.《钢结构工程施工及质量验收规范》GB50205-2001。

25.《建筑工程设计文件编制深度规定》建质（2008）216号。

26.《钢结构设计制图深度和表示方法》03 G102。

五．监理工作：

1.施工前准备工作：

1）深化设计图纸必须以设计院的设计蓝图为依据，深化图完成后应经设计院审查并经设计人员签名认可；

2）网架制作单位开始制作时，监理应驻厂监造；

3）应明确项目经理对该网架工程质量负责，建立与健全质量保证体系，采取有效的组织措施和技术措施，制定施工组织设计和各工种操作工艺，实行质量责任制和质量奖罚制度；

4）驻厂监理应审查原材料、外购件的出厂合格证、试验报告是否符合设计规定及相应材料的技术条件和标准，并按规范见证取样进行复检；

5）网架制作的质量是关键，只有制作的精度高，才能顺利安装和保证质量，监理人员应会同制作方的专职质量检验人员对螺栓球、杆件、套筒、封板、锥头、支座进行抽样检验。

㈠螺栓球：

a.螺栓球宜采用国家标准《优质碳素结构钢钢号及一般技术条件》GB699-88规定的45号钢；

b.螺栓球严禁有过烧、裂纹及隐患。用10倍放大镜目测。每种规格抽查5%，且不少于5只，一旦发现裂纹，则应逐个检查；

c.用标准螺纹规检查螺栓球的螺纹尺寸。每种规格抽查5%，且不少于5只；

d.成品球必须对设计指定的最大螺栓孔进行抗拉强度检验，检验必须符合JGJ78-91附录一规定的试件承载能力的检验要求。在拉力试验机上检验。检验数量：同规格的螺栓球600只为一批，不足600只仍按一批计，每批取3只为一组随机抽检；

e.螺栓球允许偏差及检验方法:

表1.螺栓球检测项目：

r为螺孔端面半径, 检查数量：每种规格抽查5%，且不少于5只。

㈡高强度螺栓:

a. 用于制造高强度螺栓的钢材必须符合设计规定及有关技术条件和标准；

b.高强度螺栓应采用国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB1228-91规定的性能等级8.8s或10.9s，并符合国家标准《普通螺栓基本尺寸》GB196-81粗牙普通螺纹的规定；

c.高强度螺栓必须进行表面硬度试验，同规格的高强度螺栓600只为一批，不足600只仍按一批计，每批取8只为一组随机抽检，严禁有裂纹或损伤,；

d.高强度螺栓的承载力必须符合JGJ78-91附录一规定的抗拉强度检验系数允许值。检查数量：与螺栓球的检查数量相同。检验方法：取高强度螺栓与螺栓球配合，用拉力试验机进行

e.高强度螺栓允许偏差及检验方法:

表2.高强螺栓检测项目：

检查数量：每种规格抽查5%，且不少于5只。

㈢封板、锥头、套筒：

a.用于制造封板、锥头、套筒的钢材必须符合设计规定及相应的材料技术条件和标准；

b.封板、锥头、套筒外观不得有裂纹、过烧及氧化皮。每种抽查5%，不少于10只。用10倍放大镜观察检查；

c.封板、锥头、套筒的允许偏差及检验方法：

表3.封板、锥头、套筒检测项目：

②r为套筒的外接圆半径。检查数量：每种抽查5%，且不少于10只。

㈣杆件：

a．用于制造钢管的钢材品种、规格、质量必须符合设计要求及相应标准。焊接用的焊条、焊剂、焊丝和施工用的保护气体，必须符合设计要求和焊接工艺评定要求；

网架结构篇10

引言

城市建设规模不断扩大，城市建筑用地却在不断缩小，为了能够满足城市居民居住需求，缓解城市资源环境问题，CL建筑结构开始兴起，并在高层建筑中普及，研究CL网架板结构，对促进我国建筑行业的可持续发展有着巨大的现实意义。

一、CL建筑结构体系概述

CL建筑结构是现代工业建筑的主要结构形式，这种结构的设计被广泛应用在不同的建筑上，由于它的设计精巧，结构简单而且完成之后又十分结实等，所以也被应用到了地震频发地域。这种结构的设计主要有三个特点，即承重、保温和隔音。将钢筋、保温夹心板、混凝土等综合应用，形成了非常坚固且耐用的墙体，可以作为建筑物的外墙、分户墙以及楼梯之间的墙体结构，还有，这种墙也有非常好的隔音效果，有效的降低了由于住户比较多而产生的噪音问题。墙体中夹杂着钢筋，起到承重固定的效果，不同的建筑所使用的承重钢筋规格也不一样，高低层建筑也有所不同。墙体采用添加保温隔热板等材料，目的就是保持室内温度，板体材料以及厚度也要符合国家规定的建筑标准。在具体施工之前，工程师要将事先设计好的图纸以及所需的材料一定交给施工单位，进而方便施工。

这种结构最先被提出引起了建筑行业的质疑，能否保证施工之后墙体的整体效果达到验收标准是众多施工单位所担心的问题。为了证明这种技术非常先进、实用，相关部门也出具证明，经过严格的审核以及模拟建筑模型试验，认定这项技术已经达到了国家要求的综合技术水平，不同的大学相关专业也开始竞相试验，结果都证实了这种结构的可靠性极高。之后，这项技术也被全国各地的建筑商使用，由于设计巧妙，建筑结构稳定，成本低廉等众多特点，这种结构被越来越多的商业建筑商看中，应用到了自己的工程建筑中去了。截止到目前，我国众多省份近百余个项目已经使用了该种结构，其中所体现出来的经济价值和社会价值都十分巨大。

二、“CL”网架板结构特点

为了让这项技术更好的被应用到实际工程中去，众多的研究院开始进行研究，并且设计出多种方案供专业论证，最后，对这种先进的结构综合出以下特点：

1.合理的保温方法

这项技术最最突出的特点就是具有非常良好的保温效果，将保温板夹在内外两层混凝土之间，用来隔绝室内外空气差异产生的影响，保持室内温度变化不大。在墙体外侧，用近50mm厚的混凝土进行施工，而内侧更是有其三倍厚度的内墙组成，起到了良好的保温隔热的效果。这种十分厚的墙体中，还要掺杂不同规格的钢筋，用来保证墙体整体的稳定性。这种厚度的墙体，满足了不同用户对于墙体装饰的要求，也满足了住户在使用过程中进行改造的要求。其中，在混凝土中夹杂了足够承重能力的钢筋焊网，可以严格控制由于时间以及日常使用等原因造成的墙体干缩等问题。良好的保温效果除了能够给用户提供方便之外，也解决了传统施工所起到的建筑层面开裂、渗水、脱落等问题。这种结构体系可以有效控制污染，用的是清洁节能材料，整体的结构体系可以大大降低在住户使用过程中的不必要的维修费用，材料的清洁也有所体现。

2.可靠的结构形式

CL建筑结构体系作为现代工业最为常用的体系结构，其中的钢筋混凝土结构已经达到了我国建筑行业先进的水平。不同于普通的混凝土设计，这种结构中除了在相应的位置添加网状结构的钢筋以外，还要设计一个立体的框架，将两层混凝土有机的结合起来，达到互相牵制互相承重的作用，这种形式的设计大大增强了混凝土墙面的截面惯性矩，使整体的稳定性变得更强，承重能力也相应的提高。这种设计相对于普通的混凝土墙面有明显的承重方面的提高。工程设计人员为了更好的在实际工程中应用该项技术，需要在实验室进行模拟实验，经过大量的数据分析以及实验证明，该项技术的整体抗地震效果十分明显，保温、隔音效果也十分显著。

3.显著的经济效益

由于该项技术使用的是环保材料，对于环境不会造成过多的污染。其次，该项技术中混凝土以及其他保温材料结构合理，多数结构可以使用半个世纪之久，可见该项技术的耐久性有多高。另外，该项技术在完成之后，其中的保温隔热材料无需更换，墙体也不需要过多的维护，这也就省下了一大笔维护费用。

三、CL网架板结构工程设计要点

因为现代化工业以及住宅的需要，多数小区都是高层建筑，这就对CL建筑体系提出了更高的考验，为了提高该项技术的应用，确保在施工过程的可行性，工程师在设计时应充分考虑每一个工程中所使用的建筑设备，不可以与实际的工程能力脱轨，造成费用的超额支出。经过多方面探讨以及工程师的精心设计，对于整体的设计方案有以下几点依据：第一，要严格按照国家要求的标准进行设计，结合具体工程的施工环境，天气以及当地的气候进行设计；第二，选用的材料要绝对环保，不可以过多的使用自然资源，钢筋以及混凝土的厚度都要有明确的设计方案，墙体在完成之后要有足够的承载能力；第三，除了墙体的承重以及外墙的美观之外，还要具有保温、隔热、隔音、防潮等特点。综合以上要求，该项技术就需要由专业的人员严格设计，不能在施工过程出现任何重大的问题。为了更好的应用该项技术，需要更多的设计人员进行完善、补充。不断的提高我国在建筑行业的能力，是每一位工程设计人员都要坚持的目标。

四、CL网架板结构工程施工要点

3.1做好施工准备工作

CL网架板虽然规格比较固定，但为了便于施工，其平面尺寸可根据施工图定制生产，因此，需要提前与生产单位对产品规格、数量、供货计划进行商定。由于CL网架板因钢筋密、截面薄，采用普通混凝土难以实现，所以采用石子粒径为10 mm的自密性混凝土，其塌落度不小于270 mm。

3.2施工工序

CL建筑结构体系施工工序与剪力墙结构基本相同，即先进行边缘构件（暗柱）钢筋绑扎，然后进行墙体普通钢筋绑扎。完毕后安装CL网架板并支设垫块。在钢筋等隐蔽工程验收后，支设模板、浇筑混凝土。

3.3控制重点

3.3.1保证CL网架板的焊接质量。现场安装时严禁摔震，避免钢筋焊点开焊。

3.3.2垫块安装要保证一定的密度且安装到位。CL建筑结构体系中复合剪力墙垫块一般有现场预制的混凝土垫块和定制的塑料V形卡件。齐鲁医院项目采用的是塑料卡件，按每平方米不少于4个进行安装，以保证较薄侧混凝土截面厚度和钢筋、保温板的位置。

3.3.3混凝土浇筑量的控制。为了防止混凝土在浇筑过程中因两侧混凝土高差太大对保温板产生侧压力，而导致其发生偏移，因此，在自密性混凝土浇筑过程中要控制两侧浇筑速度和液面高差。通过现场总结，我们认为高差控制在400 mm以内可以达到较理想的效果。

3.3.4辅助振捣。因CL复合剪力墙外侧只有50 mm厚，为了达到密实和表面光洁的目的，在混凝土浇筑时应进行模板外的辅助振捣，以及由上而下的插捣。