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【摘 要】结合工程实例，介绍网架的选型和支承状况对选型的影响。
【关键词】网架；支承结构
Tablet oblique grid and supporting structure
Jin Lan
（New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030012）
【Abstract】Engineering examples， describes the situation affecting the selection and support of grid selection.
【Key words】Grid；Supporting structure
1. 概述
1.1 随着改革开放的进一步深化，我国建设市场也出现了前所未有的繁荣景象，特别是一些文化、体育等公共设施，在建筑风格、平面及造型上日新月异，千变万化，给结构工程师提出了许多新的课题。目前，许多大跨度、大空间的建筑大多都采用了网架结构。为了最大限度的满足建筑平面与功能上的要求，美化人民生活，网架结构已越来越多的被应用于各种建筑中。
1.2 网架作为空间结构的一种形式，具有以下一些特点。
（1）结构构件的尺寸与结构整体尺寸相比很小，具有大致相同的网格或单元，力流能够均衡地向各方向传递，充分利用了钢材的耐拉优势。
（2）可以提高建筑空间规模，满足大跨度建筑的要求，以及形体的自由变化。
（3）结构轻型化，构件体积小，重量轻，便于操作、运输，施工安装。
（4）工业化生产，生产效率高，成本低。
（5）可以使结构具有明暗对比，有韵律性，体现“韵律美”，得到其它结构所不能得到的观感效果。
1.3 网架结构是把力学的合理性与生产的经济性相结合，建筑美与结构美相结合的结构。为建造合理形体，大跨度、大空间结构提供了可能性和广阔性。
2. 本工程的特点
布龙湖游乐园之夏威夷馆是整个游乐中心的场馆之一，建筑风格独特，平面复杂，立面起伏变化，具有一定的特点。建筑物的平面基本上由三个扇形组合而成，建筑面积3200m2，网架总覆盖面积2738m2。主馆半径为45m，圆心角为90度的扇形，屋面与水平面的夹角为11.91度。侧馆分布在主馆两侧，为半径40m，圆心角为45度的两个轴对称扇形。根据建筑平面、立面及功能上的特点要求，设计中支承结构采用钢筋混凝土结构，屋盖采用网架结构，特别是主馆网架与一般的矩形平板网架的不同之处在于：
（1）网架平面为扇形。
（2）网架所在平面与水平面倾斜达11.91度。
（3）支承点呈非规则性。
（4）局部活荷载达500Kg/m2。
3. 网架选型和支承结构方案比较
3.1 网架选型涉及的因素很多，如具体工程的平面形状和尺寸大小，网架的支承方式，荷载的种类及其量级，屋面构造和材料，建筑功能要求，以及网架的制作安装方法等。
网架是由杆件和节点组成的空间结构，具有一定的刚度、延性。普通的平板网架与水平面成0度角，故根据平衡条件，支座处杆件在X方向内力自平衡，支座一般在垂直荷载的作用下均没有水平推力。而本工程的网架结构由于与水平面成一夹角（11.91度），且因网架在受力状态下有一定的容许变形，故支座处X方向的杆件内力之合力不为零，这就需要支座提供水平反力使节点平衡，于是网架就产生了对支座的水平推力。支座水平推力的大小对网架支承结构的设计有很大的影响。
3.2 根据本工程的平面形状，结构所能提供的支承位置，荷载的特殊性及建筑要求等。本工程主馆采用四角锥螺栓球节点网架，网格布置：圆弧方向10x2.3m，5x2.4m，半径方向每4.5度辐射布置，网格为梯形，最大网格2.35x3.543m，网架上弦荷载90Kg/m2，下弦荷载100Kg/m2，局部下弦荷载500Kg/m2。
3.3 在本工程设计中，我们在上述条件不变的情况下，仅对网架在两种不同的支承方式下进行了两种方案的计算分析，计算的主要数据见表1。
3.3.1 方案（一）中，杆件的最大拉、压力相差较大，单位用钢量也较高，尤其是在○C轴处支座在X方向的水平推力给下部支承结构的设计带来了很大的困难， ○C轴处支承结构为一道14m高，14m宽的混凝土墙。
尽管在墙体的两顶点设置了一根与混凝土墙体成45度的斜梁来协调墙体的变形，但因斜梁的刚度很小，只能起连系作用。虽然，支座处在X方向的水平推力之合力为零，但每一点的水平力变化很大，单靠混凝土墙体本身来抵抗水平力，所需墙体厚度很大，但受力状态不明确，也给建筑设计带来了较大的困难。因此，方案（一）显然是不太合理，不可取的。
3.3.2 方案（二）中，杆件的最大拉、压力相差较小，单位用钢量也较小，尤其是支座处在x方向的水平推力及挠度的大大减小，解决了方案（一）中因水平推力过大而带来的一系列问题。但方案（二）中，也存在几个小问题：
（1）最大支座压力集中在②轴圆弧段的两个支座处。
（2）最大支座拉力达36.2t，普通的螺栓球支座承受力不够，不能满足设计要求。设计中，采取的解决办法是：第一，在②轴圆弧段采用落地混凝土墙体来解决竖向力过大的问题。第二，由原来的螺栓连接支座改为焊接十字板连接支座，以抵抗支座拉力。
3.4 通过分析比较方案（一）、（二）的各种因素，虽然，方案（二）较方案（一）增加了六个支座及一道混凝土墙体，使现场工作量加大，但方案（二）较方案（一）合理可行，具有更好的效益。这是因为：
（1）方案（二）解决了方案（一）中网架支承结构不易解决的问题。
（2）网架高度由2.8m降为2.0m，降低了0.8m。
（3）杆件的最大内力由97t将为90t，降低了8%，杆件的拉压力之差由12t变为4t，拉压杆的内力比由0.87提高为0.95，基本上达到了拉压杆平衡，使网架的受力状态更加合理。
（4）最大挠度值降低了40%。
（5）用钢量由85 Kg/m2降为64Kg/m2，降低了32%，使网架的总用钢量大大减少，节约钢材33t，节省投资20多万元，取得了较好的经济效益。
（6）支座水平推力大大降低，使下部支承结构的安全度得以提高。
4. 结束语
通过对本工程实例的分析比较，可以看出，复杂平面下平板斜网架的支座设置，直接影响下部支承结构的优化设计和网架设计的经济合理性。在条件许可的情况下，充分运用建筑平面所能提供的有利因素，通过调整支座的位置及数量，来实现网架支承结构和网架本身的最优化设计，改善网架与支承结构的受力状态，尽可能的减小对结构的各种不利因素，使两者有机的结合起来。
参考文献
[1] 《建筑结构荷载规范》GB5009-2012.
[2] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[3] 《钢结构设计规范》GBJ50017-2003.
[4] 《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010.
[文章编号]1006-7619（2013）10-30-921
【关键词】网架；支承结构
Tablet oblique grid and supporting structure
Jin Lan
（New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030012）
【Abstract】Engineering examples， describes the situation affecting the selection and support of grid selection.
【Key words】Grid；Supporting structure
1. 概述
1.1 随着改革开放的进一步深化，我国建设市场也出现了前所未有的繁荣景象，特别是一些文化、体育等公共设施，在建筑风格、平面及造型上日新月异，千变万化，给结构工程师提出了许多新的课题。目前，许多大跨度、大空间的建筑大多都采用了网架结构。为了最大限度的满足建筑平面与功能上的要求，美化人民生活，网架结构已越来越多的被应用于各种建筑中。
1.2 网架作为空间结构的一种形式，具有以下一些特点。
（1）结构构件的尺寸与结构整体尺寸相比很小，具有大致相同的网格或单元，力流能够均衡地向各方向传递，充分利用了钢材的耐拉优势。
（2）可以提高建筑空间规模，满足大跨度建筑的要求，以及形体的自由变化。
（3）结构轻型化，构件体积小，重量轻，便于操作、运输，施工安装。
（4）工业化生产，生产效率高，成本低。
（5）可以使结构具有明暗对比，有韵律性，体现“韵律美”，得到其它结构所不能得到的观感效果。
1.3 网架结构是把力学的合理性与生产的经济性相结合，建筑美与结构美相结合的结构。为建造合理形体，大跨度、大空间结构提供了可能性和广阔性。
2. 本工程的特点
布龙湖游乐园之夏威夷馆是整个游乐中心的场馆之一，建筑风格独特，平面复杂，立面起伏变化，具有一定的特点。建筑物的平面基本上由三个扇形组合而成，建筑面积3200m2，网架总覆盖面积2738m2。主馆半径为45m，圆心角为90度的扇形，屋面与水平面的夹角为11.91度。侧馆分布在主馆两侧，为半径40m，圆心角为45度的两个轴对称扇形。根据建筑平面、立面及功能上的特点要求，设计中支承结构采用钢筋混凝土结构，屋盖采用网架结构，特别是主馆网架与一般的矩形平板网架的不同之处在于：
（1）网架平面为扇形。
（2）网架所在平面与水平面倾斜达11.91度。
（3）支承点呈非规则性。
（4）局部活荷载达500Kg/m2。
3. 网架选型和支承结构方案比较
3.1 网架选型涉及的因素很多，如具体工程的平面形状和尺寸大小，网架的支承方式，荷载的种类及其量级，屋面构造和材料，建筑功能要求，以及网架的制作安装方法等。
网架是由杆件和节点组成的空间结构，具有一定的刚度、延性。普通的平板网架与水平面成0度角，故根据平衡条件，支座处杆件在X方向内力自平衡，支座一般在垂直荷载的作用下均没有水平推力。而本工程的网架结构由于与水平面成一夹角（11.91度），且因网架在受力状态下有一定的容许变形，故支座处X方向的杆件内力之合力不为零，这就需要支座提供水平反力使节点平衡，于是网架就产生了对支座的水平推力。支座水平推力的大小对网架支承结构的设计有很大的影响。
3.2 根据本工程的平面形状，结构所能提供的支承位置，荷载的特殊性及建筑要求等。本工程主馆采用四角锥螺栓球节点网架，网格布置：圆弧方向10x2.3m，5x2.4m，半径方向每4.5度辐射布置，网格为梯形，最大网格2.35x3.543m，网架上弦荷载90Kg/m2，下弦荷载100Kg/m2，局部下弦荷载500Kg/m2。
3.3 在本工程设计中，我们在上述条件不变的情况下，仅对网架在两种不同的支承方式下进行了两种方案的计算分析，计算的主要数据见表1。
3.3.1 方案（一）中，杆件的最大拉、压力相差较大，单位用钢量也较高，尤其是在○C轴处支座在X方向的水平推力给下部支承结构的设计带来了很大的困难， ○C轴处支承结构为一道14m高，14m宽的混凝土墙。
尽管在墙体的两顶点设置了一根与混凝土墙体成45度的斜梁来协调墙体的变形，但因斜梁的刚度很小，只能起连系作用。虽然，支座处在X方向的水平推力之合力为零，但每一点的水平力变化很大，单靠混凝土墙体本身来抵抗水平力，所需墙体厚度很大，但受力状态不明确，也给建筑设计带来了较大的困难。因此，方案（一）显然是不太合理，不可取的。
3.3.2 方案（二）中，杆件的最大拉、压力相差较小，单位用钢量也较小，尤其是支座处在x方向的水平推力及挠度的大大减小，解决了方案（一）中因水平推力过大而带来的一系列问题。但方案（二）中，也存在几个小问题：
（1）最大支座压力集中在②轴圆弧段的两个支座处。
（2）最大支座拉力达36.2t，普通的螺栓球支座承受力不够，不能满足设计要求。设计中，采取的解决办法是：第一，在②轴圆弧段采用落地混凝土墙体来解决竖向力过大的问题。第二，由原来的螺栓连接支座改为焊接十字板连接支座，以抵抗支座拉力。
3.4 通过分析比较方案（一）、（二）的各种因素，虽然，方案（二）较方案（一）增加了六个支座及一道混凝土墙体，使现场工作量加大，但方案（二）较方案（一）合理可行，具有更好的效益。这是因为：
（1）方案（二）解决了方案（一）中网架支承结构不易解决的问题。
（2）网架高度由2.8m降为2.0m，降低了0.8m。
（3）杆件的最大内力由97t将为90t，降低了8%，杆件的拉压力之差由12t变为4t，拉压杆的内力比由0.87提高为0.95，基本上达到了拉压杆平衡，使网架的受力状态更加合理。
（4）最大挠度值降低了40%。
（5）用钢量由85 Kg/m2降为64Kg/m2，降低了32%，使网架的总用钢量大大减少，节约钢材33t，节省投资20多万元，取得了较好的经济效益。
（6）支座水平推力大大降低，使下部支承结构的安全度得以提高。
4. 结束语
通过对本工程实例的分析比较，可以看出，复杂平面下平板斜网架的支座设置，直接影响下部支承结构的优化设计和网架设计的经济合理性。在条件许可的情况下，充分运用建筑平面所能提供的有利因素，通过调整支座的位置及数量，来实现网架支承结构和网架本身的最优化设计，改善网架与支承结构的受力状态，尽可能的减小对结构的各种不利因素，使两者有机的结合起来。
参考文献
[1] 《建筑结构荷载规范》GB5009-2012.
[2] 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[3] 《钢结构设计规范》GBJ50017-2003.
[4] 《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010.
[文章编号]1006-7619（2013）10-30-921