1.网架结构特点

空间网架结构属于空间网格结构的一种，它是由大致相同的格子或尺寸较小的单元组成的。一般人们把平板形的空间网格结构简称为平板网架；把曲面形的空间网格结构简称为网壳，或称壳形网架。自20世纪60年代以来网架结构发展很快，在空间结构中应用最广。近年来兴建的大型公共建筑，尤其是体育建筑的屋盖中，大多数采用了网架结构。

1）网架是由若干个杆件组成的高次超静定结构。它具有各向受力的性能，其中的若有个别杆件破损，例如节点开裂、杆件压屈或出现塑性铰等，不会引起整个结构的突然破坏。

2）在节点荷载作用下，网架的杆件主要承受轴向压力或轴向拉力，能够充分发挥材料的强度，节省钢材。

3）网架结构中的各个杆件，既是受力杆，又是支撑杆，并且整体性强，空间刚度大，稳定性好，是一种良好的抗震结构形式。

4）网架结构能够利用较小规格的杆件建造大跨度结构，而且具有杆件类型划一，比较适合用于工厂化生产、地面拼装和整体吊装或提升。

5）网架结构对建筑平面的适应性强，造型表现力十分丰富，这给建筑设计带来极大的灵活性与通用性，还能够适应发展需要，便于扩建。网架结构如在室内外露，其造型轻巧美观。因大量杆系有规律地纵横交叉，会产生重叠透视效果。如果对结构空间与下弦辅以恰当的建筑处理及照明设施，则将会产生非凡的效果。

6）网架结构制作要求准确、拼装要求严格，在实际设计中不仅要考虑整个网架的弯曲变形，而且还应考虑其温度变形。

2.网架结构形式

网架根据结构体系可分为平面桁架系与角锥体系。根据支承情况可分为周边支承、四点支承、多点支承、周边支承与点支承结合以及三边支承五种情况。

（1）平面桁架系网架 这是由一些平面桁架相互交叉组成。通常应设计成较长的斜腹杆受拉，较短的直腹杆受压，腹杆与弦杆间的夹角为40°～60°。桁架的节间长度即为网络尺寸。

图7-30 两向正交正放网架

1）两向正交正放网架（图7-30）。由两组平面桁架垂直交叉组成，弦杆与边界平行或垂直。其特点是上下弦的网格尺寸相同，各平行弦桁架长度一致。但由于上下弦杆组成方格，且与边界平行，所以基本单元为几何可变体系。为增加其空间刚度并有效传递水平荷载，应沿网架支承周边的上弦或下弦平面内设置水平支撑。若采用周边支承且平面接近正方形，则杆件受力均匀。此类网架适用于平面接近正方形中小跨度的建筑。

2）两向正交斜放网架（图7-31）。当两组平面桁架垂直交叉，而桁架平面45°斜交于边界时，称为两向正交斜放网架。其特点是靠近四角的短桁架相对刚度较大，对与其垂直的长桁架起弹性支承作用，从而减小了长桁架的跨中正弯矩，改善了网架的受力状态，所以比正交正放网架经济。但同时长桁架的两端也产生了负弯矩，对四角支座产生较大的拉力，在设计时应予以重视。此类网架适用于平面为正方形或矩形的建筑，当周边支承时，比正交正放网架的空间刚度大，用钢量省、跨度大时其优越性就更为显著。

3）三向网架（图7-32）。由三组互为60°的平面桁架相互交叉组成，上下弦平面内的网格均是几何不变的正三角形。三向网架的空间刚度比两向网架要大，内力分布也较均匀，各个方向能较均匀地将力传给支承结构。较适用于大跨度的三边形、多边形或圆形的建筑平面。

图7-31 两向正交斜放网架

图7-32 三向网架

（2）角锥体网架

1）四角锥体网架。网架的上、下弦平面均为方形网格，下弦杆相对于上弦杆平移半格，位于上弦方格的中央，用四根斜腹杆将上、下弦网格节点相连，就形成四角锥网架。

①正放四角锥网架（图7-33）。由倒四角锥体组成，锥底的四边为网架的上弦杆，锥棱为腹杆，各锥顶相连即为下弦杆，其弦杆均正交于边界。当网架高度为弦杆长度的2/2倍时，腹杆与腹杆，腹杆与弦杆间的夹角均为60°，所有腹杆均与弦杆的几何长度相同，杆件受力较均匀，空间刚度较好，但是杆件数量较多，用钢量略高。适用于平面接近正方形的中小跨度，周边支承的情况，也适用于大柱网的点支承、有悬挂吊车的工业厂房以及屋面荷载较大的建筑。

图7-33 正放四角锥网架

图7-34 正放抽空四角锥网架

②正放抽空四角锥网架（图7-34）。为了降低用钢量，以及方便设置屋面通风或采光天窗，可以采用抽去部分四角锥的正放抽空四角锥网架。这种网架适用于中、小跨度或屋面荷载较小的周边支承、点支承以及周边支承与点支承相结合的情况。

③斜放四角锥网架（图7-35）。四角锥体上弦杆与边界成45°放置，下弦杆仍正交于边界，则为斜放四角锥网架。其特点是上弦杆短，下弦杆长，在周边支承的情况下，通常为上弦受压，下弦受拉，杆件受力合理；并且节点处汇交的杆件较少，用钢量较省。适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的方形及矩形平面的建筑。(www.daowen.com)

④星形四角锥网架（图7-36）。由两个倒置的三角形小桁架相互交叉构成一个星体单元，两个桁架的底边即为网架的上弦，它们45°斜交于边界。在两个桁架的交汇处设置有竖杆，各单元顶点相连即为下弦。其特点是上弦杆比下弦杆短，受力合理，但是角部上弦杆可能受拉。网架的受力情况相似于平面桁架系，刚度比正方四角锥稍差。通常适用于中、小跨度的周边支承网架。

图7-35 斜放四角锥网架

图7-36 星形四角锥网架

图7-37 棋盘形四角锥网架

图7-38 三角锥网架

⑤棋盘形四角锥网架（图7-37）。在正方四角锥网架的基础上，除周边四角锥不变外，把中间四角锥间隔抽空，中部下弦杆改为正交斜放。因为周边不抽空，所以其空间刚度可以保证，受力较均匀；且杆件较少，用钢指标好。适用于小跨度的周边支承网架。

2）三角锥体网架。由三角锥体组成。上、下弦杆在本身平面内都组成正三角形网格，下弦三角形的节点与上弦三角形的重心正相对，用三根斜腹杆将下弦每个节点与上弦三角形的三个顶点相连，即组成三角锥体。

①三角锥网架（图7-38）。由一系列的三角锥组成，上、下弦平面均为三角形网格，上弦或下弦三角形的顶点分别与下弦或上弦三角形的形心相对。三角锥网架杆件受力均匀，抗弯和抗扭刚度均较好，但节点构造较复杂。通常适用于平面为三角形、六边形和圆形的建筑。

②抽空三角锥网架（图7-39）。在三角锥网架的基础之上抽去部分锥体的腹杆，即形成抽空三角锥网架。其上弦仍是三角形网格，而下弦则是三角形或六边形网格。这种网架减少了杆件数量，用钢量省，但空间刚度也会相应减弱。适用于荷载较轻，跨度较小的平面为三角形、六边形以及圆形的建筑。

③蜂窝形三角锥网架（图7-40）。蜂窝形三角锥网架的上弦平面为正三角形与正六边形网格，下弦平面为正六边形网格，下弦杆同腹杆在同一竖向平面内。其上弦杆较短，下弦杆较长，受力合理，每个节点只汇交6根杆件，在比较常见的几种网架中，是杆件数及节点数最少的。该类网架适用于中、小跨度，周边支承，平面为六边形、圆形以及矩形的建筑。

图7-39 抽空三角锥网架

图7-40 蜂窝形三角锥网架

3.网架主要尺寸

（1）网格尺寸 网格尺寸的大小直接影响着网架的经济性。网格尺寸应按照网架跨度、柱网尺寸、屋面材料、建筑和构造要求以及施工条件等来确定。综合国内工程实践经验，通常情况下，当网架跨度L₂（短跨）＜30m时，网格尺寸a=（1/6～1/12）L₂；30m≤L₂≤60m时，a=（1/10～1/16）L₂；L₂＞60m时；a=（1/12～1/20）L₂。同时应满足表7-3中的要求。

（2）网架高度 网架的高度不仅直接影响着杆件内力的大小，而且还影响着腹杆的经济性。一般应使腹杆同弦杆之间的夹角为35°～60°。

不同屋面体系，周边承的各类网架，其网格数及跨高比可按照表7-3选用。表7-3是按经济及刚度要求制定的。当符合表中规定时，通常可不验算网架的挠度。

网架的允许挠度不应超过：屋盖L₂/250；楼盖L₂/300。

表7-3 网架的上弦网格数和跨高比

注：1.L₂为网架短向跨度，单位为m。

2.当跨度小于18m时，网格数可适当减少。