理论教育 交叉桁架体系网架:建筑结构概念设计与选型

交叉桁架体系网架:建筑结构概念设计与选型

时间:2023-09-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:图6-4 两向正交斜放网架从受力上看,当这种网架周边为柱子支承时,因为角部短桁架C-D、E-F等的相对刚度较大,于是便对与其垂直的长桁架A-H、B-G等起弹性支承作用,使长桁架在角部产生负弯矩,从而减少了跨度中部的正弯矩,改善了网架的受力状态,见图6-5b。为了不使拉力过大,北京国际俱乐部网球馆把角柱去掉,使拉力分散,由角部两个柱子共同来承担,避免了拉力集中,简化了支座构造。

交叉桁架体系网架:建筑结构概念设计与选型

这类网架结构是由许多上下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状结构。一般来讲,斜腹杆较长,设计成拉杆;竖向腹杆较短,设计成压杆,以利于充分发挥材料的强度。上下弦杆则有拉有压。网架的节点构造与平面桁架类似。交叉桁架体系网架的主要形式可分为:

1.两向正交正放网架(井字形网架)

这种网架是由两个方向相互交叉成90°角的桁架组成,而且两个方向的桁架与其相应的建筑平面边线平行,如图6-2所示。

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图6-2 两向正交正放网架

上海体育学院篮球房)

这种网架构造比较简单。一般适用于正方形或接近正方形的矩形建筑平面,这样两个方向的桁架跨度相等或接近,才能共同受力发挥空间作用。如果平面形状为长方形,受力状态就类似于单向板结构,长向桁架相当于次梁,短向桁架相当于主梁,网架的空间作用便很小,而主要是短向桁架受力,因此不宜采用这种形式的网架。

对于中等跨度(50m左右)的正方形建筑平面,采用两向正交正放网架较为有利。

在实际工程中,这种形式的网架用得较少,尤其是当网架周边支承时,它不如两向正交斜放网架刚度大,用钢量也较多。当为四点支承时,它就比正交斜放的网架有利。四点支承的两向正交正放网架与两向正交斜放网架相比,弯矩大小为6∶7,挠度大小为5∶7。我国援助巴基斯坦的体育馆屋盖结构即采用了四点支承的两向正交正放网架。它比两向正交斜放有利的原因是:正放网架的柱带桁架(见图6-3a)起到主桁架的作用,它缩短了与其相垂直的次桁架(如图6-3a中桁架A-B)的荷载传递路线。而斜放网架的主桁架是柱上的悬臂桁架(见图6-3b的C-D)和边桁架,其刚度较差;对角线方向的各桁架成了次桁架,它的荷载传递路线较长。因此网架刚度较差内力较大。这个例子说明,在实际工程中网架形式的选择与其支承情况有很大关系。

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图6-3 援巴基斯坦体育馆设计方案

a)正交正放方案(采用方案) b)正交斜放方案(比较方案)

当两向正交正放网架为四点支承时,其周边一般均向外悬挑,悬挑长度以1/4柱距为宜。

这种形式的网架,从平面图形看是几何可变的,为了保证网架的几何不变性和有效地传递水平力,必须适当地设置水平支撑。

2.两向正交斜放网架

这种网架是由两个方向相互交角为90°的桁架组成,桁架与建筑平面边线的交角为45°,如图6-4所示。(www.daowen.com)

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图6-4 两向正交斜放网架

(北京国际俱乐部网球馆)

从受力上看,当这种网架周边为柱子支承时,因为角部短桁架C-D、E-F等的相对刚度较大,于是便对与其垂直的长桁架A-H、B-G等起弹性支承作用,使长桁架在角部产生负弯矩,从而减少了跨度中部的正弯矩,改善了网架的受力状态,见图6-5b。但角部负弯矩的存在,对四角支座产生了较大的拉力,如图6-5b所示。首都体育馆四角支座拉力达1470kN,施工时网架四角出现向上的位移约5mm。如果四角支座抵抗不了此拉力,网架四角就会翘起,如图6-5a所示。因此,采用这种网架时,要特别注意对四角的锚拉,设计特殊的拉力支座。为了不使拉力过大,北京国际俱乐部网球馆把角柱去掉,使拉力分散,由角部两个柱子共同来承担,避免了拉力集中,简化了支座构造。但这样做的结果是屋面起坡脊线的构造处理较为复杂。所以当需四坡起拱时,长桁架通往角柱是有利的,如图6-6所示。

两向正交斜放网架用于较长的矩形建筑平面时,布置方法如图6-6所示。其平面桁架长度l为其相应的直角边的2倍,桁架最大的长度为2l1。由此可以看出桁架长度并不因l2的增加而改变。它克服了两向正交正放网架当建筑平面为长条矩形时接近单向受力状态的缺点。

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图6-5 四角翘起分析图

a)四角翘起 b)对角线长桁架受力示意图

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图6-6 长桁架通往角柱(四坡起拱)

这种网架不仅适用于正方形建筑平面,而且也适用于不同长度的矩形建筑平面。由于它的建筑形式也较美观,因此使用范围较两向正交正放网架广泛。在周边支承的情况下,它与正交正放网架相比,不仅空间刚度较大,而且用钢量也较省。特别在大跨度时,其优越性更为明显。

3.三向交叉网架

它是由三个方向的平面桁架互为60°夹角组成的空间网架,如图6-7所示。它比两向网架的空间刚度大。在非对称荷载作用下,杆件内力比较均匀。但它的杆件多,节点构造复杂。当采用钢管杆件球节点时,节点构造比较简单。

它适合于大跨度的建筑,特别适合于三角形、多边形和圆形平面的建筑,如图6-8所示。

这种网架的节间一般较大,有时可达6m以上,因此适于采用再分式桁架。

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