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网架结构设计与研究 1. 设计条件 40m×40m网架结构，采用周边支承，抗震设防烈度8度，节点采用焊接球，不考虑下部结构。采用MST程序进行结构内力计算及截面设计。 2. 结构选型 空间网架的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计、制造安装方法及材料供应情况等要求综合分析确定。 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91推荐规定：平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（长边/短边）1.5时，宜选用正放四角锥网架、斜放四角锥网架、两向正交正放网架、两向正交斜放网架等。 根据上述要求，拟采用正放四角锥网架。 3. 平面网格尺寸和高度的确定 主要指标：网架杆件内力尽量均匀；同等跨度和荷载下网架用钢量指标最优。 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定： 网格数： 选取10×10网格。 网格尺寸：4m×4m。 网格高度： 选取网架高度3m 4. 荷载作用 网架结构所受的荷载主要有永久荷载，可变荷载，温度作用和地震作用。 (1) 永久荷载 作用在网架结构上的永久荷载包括网架结构及材料自重。 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定自重估算式为： 自重估算为： 在3D3S设计中，结构自重由程序自动计算。网架结构的结点自重一般占网架杆件自重的20℅～30℅，故将自重乘以1.2的放大系数。另外，采用夹芯板材屋面，一般自重取0.4kN/m2。 (2) 可变荷载 作用在网架结构上的可变荷载包括：屋面活荷载、雪荷载、风荷载。根据《建筑荷载规范》，我们选用： 屋面活荷载：0.5kN/m2 雪荷载：0.65kN/m2 其中雪荷载与屋面荷载不同时考虑，取两者的较大值0.65kN/m2 风荷载：采用上弦周边支撑，故只考虑风荷载在屋面上的作用，采用B类地面，基本风压标准值0.4kN/m2，风载体型系数取-0.6。 (3) 温度作用 温度作用会对网架结构产生显著的影响。 取参考温度为20℃，温度变化为+15℃~-25℃（），将温度变化加到所有杆件单元上，由程序自动计算。 (4) 地震作用 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定： 在抗震设防烈度为8的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。对于周边支承的中小跨度网架可不进行网架结构水平抗震计算。 网架结构在地震作用下的内力分析采用反应谱法。结构阻尼比0.02，地震烈度8度，设计基本地震加速度0.20g，场地类别Ⅱ，设计地震分组Ⅱ。 (5) 荷载组合 作用在网架上的荷载类型很多，应根据使用过程和施工过程中可能出现的最不利荷载进行组合。 常见荷载组合有： （1）1.35永久荷载+0.98雪荷载 （2）1.2永久荷载+1.4雪荷载 （3）1.35永久荷载+0.98雪荷载+温度作用 （4）1.2永久荷载+1.4雪荷载+温度作用 （5）1.2永久荷载+1.4风荷载+温度作用 （6）1.2永久荷载+0.6雪荷载+1.3地震作用 5. 网架杆件设计 建立网架模型，定义截面，施加荷载并列出荷载组合情况，用3D3S在上述荷载组合下进行内力分析，进行截面优选，从电焊钢管截面库中选取截面，设计出杆件尺寸。 6. 网架动静力分布规律 （1）受力特点 网架结构在恒载、雪荷载、屋面活荷载和风荷载作用下的受力特点相同。 图2 上弦杆件在恒载作用下的轴力示意图 支座处的上弦杆承受拉力（中间支座受最大拉力），网架上弦中间部分承受较大的压力。 图3 下弦杆件在恒载作用下的轴力示意图 下弦杆件在恒载作用下全部受拉，且周边受力小，中间受力非常大。 图4 斜腹杆件在恒载作用下的轴力示意图 斜腹杆受力较为复杂，拉杆压杆交错，受力均不是很大，越靠近支座内力稍微大些。 （2）温度作用下网架结构的内力变化 图5 降温时上弦杆轴力示意图 降温作用下，上弦杆承受的很大的拉力，中间受的拉力最大。 图6 降温时下弦杆轴力示意图 下弦杆在降温作用下，支座附近的杆件承受较大拉力，越往中间，杆件逐渐转向受压杆，但受压力很小。 图7 降温时腹杆轴力示意图 腹杆在降温作用下，支座四个角附近的杆件承受较大的压力和拉力，而中间截面受的拉力较小。 升温作用下的拉压情况相反。 （3）网架各杆件最大正应力情况 图8 上弦最大正应力情况 图9 下弦最大正应力情况 图10 腹杆最大正应力情况 由以上三幅图可以看出，网架结构中杆件最大正应力很少能达到“满应力”状态，故推测网架设计可能由变形或长细比控制。 （4）竖向地震荷载作用下的动力特性 用反应谱法分析结构的内力，设置了5个基本振形，其周期如下： 振型 周期(s) 1 0.34852 2 0.17507 3 0.14042 4