張英會

（河北寰球工程有限公司，河北涿州072750）

1 引言

在空間結(jié)構(gòu)類型中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的使用比較廣泛，在一些大、中以及小跨度建筑中都比較適用。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要包括單層、雙層以及多層等類型。其中，雙層結(jié)構(gòu)比較常用。如果跨度較大（大于或等于100m 時），可以使用3 層網(wǎng)架。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與其他的一些空間結(jié)構(gòu)相比較具備獨(dú)特的優(yōu)勢，因此，其使用范圍非常廣泛。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選擇

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于空間鉸接的桿結(jié)構(gòu)，不允許出現(xiàn)幾何形變。因此，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇時，要考慮結(jié)構(gòu)的幾何可變性。三角和四角錐是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中常用的幾何不變單元。當(dāng)前，國內(nèi)外很多網(wǎng)架結(jié)構(gòu)都使用了三角形金字塔單元和四邊形金字塔單元。

網(wǎng)架的類型較多，在使用過程中要和具體項(xiàng)目相結(jié)合，然后合理選擇結(jié)構(gòu)類型。在選擇網(wǎng)架類型的過程中，需要綜合考慮建筑物的平面尺寸、荷載、形狀、支撐方法、屋頂結(jié)構(gòu)，遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則等。在正常情況下，應(yīng)多選擇幾種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行方案設(shè)計，然后進(jìn)行方案比選，最終確定最佳方案。在優(yōu)化設(shè)計的過程中，不僅需要考慮鋼材的使用量，還要考慮綜合性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，比如，桿以及接頭之間存在的成本差異，屋面材料以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝成本等。從材料消耗的角度來講，如果平面接近正方形時，可以僅在對角放置四角錐網(wǎng)架，以節(jié)省材料的使用；結(jié)構(gòu)平面接近矩形時，可以選擇對角放置的四角錐網(wǎng)架、抽空四角錐網(wǎng)架或者棋盤形四角錐網(wǎng)架；如果平面屬于圓形或多邊形，需要使用三向網(wǎng)架，抽空三角金字塔網(wǎng)架以及三角金字塔網(wǎng)架[1]。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 整體性良好，剛度較大

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的各桿件既屬于受力桿，又是支撐桿，相互協(xié)同工作，因此，其具有空間剛度大，整體性良好，可以對集中荷載、非對稱荷載以及動荷載等進(jìn)行承載的優(yōu)勢。

3.2 適應(yīng)性強(qiáng)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以與不同支承條件的工業(yè)廠房和公共建筑的要求相適應(yīng)，對建筑平面的形狀要求不高，適用于多邊形、正方形、圓形、三角形、扇形以及由此組合而成的各種平面形狀的建筑，既可以在大跨度屋蓋中使用，也可以在小跨度屋蓋中使用。網(wǎng)架內(nèi)部空間中還可以設(shè)置管道、燈具、吊頂以及檢修馬道等設(shè)施。關(guān)于大跨度廠房，可以沿縱、橫2 個方向完成懸掛吊車的設(shè)置,更好地與工藝要求相適應(yīng)。

3.3 抗震性能良好

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的質(zhì)地均勻，自重輕，延性非常良好，可以吸收大量的地震能，整體穩(wěn)定性良好，因此，其抗震性能較強(qiáng)。

3.4 生產(chǎn)與安裝的工業(yè)化程度較高，施工周期短

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大量節(jié)點(diǎn)以及桿件的尺寸與形狀一致，在工業(yè)化中便于大批量生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝較為簡單，可以提高施工速度，縮短施工周期，進(jìn)而可以為提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造條件。

3.5 建筑造型美觀

網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有美觀、重量輕、裝飾性強(qiáng)以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)，比如，在公共建筑中使用比較大的挑檐，不僅可以使建筑形狀得以豐富，還可以保障網(wǎng)格構(gòu)件的受力更加合理。在體育建筑中使用網(wǎng)架屋蓋（四點(diǎn)支承外漏），可以使體育建筑的雄偉和勁度得以體現(xiàn)。除此之外，鋼管桿件球節(jié)點(diǎn)的具體網(wǎng)架部分外露或者直接外露，可以顯出幾何圖形的規(guī)則性，最終形成比較獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，存在韻律美。

3.6 設(shè)計與計算簡便

當(dāng)前，我國有很多設(shè)計通用程序以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析軟件，一些單位已經(jīng)在使用針對性的軟件，可以直接完成施工圖的繪制。在結(jié)構(gòu)計算方面，也存在非常多適用于不同類型網(wǎng)架解耦設(shè)計的近似計算圖表。所有這些都為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計算與設(shè)計提供了有利條件。除此之外，由于網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)和桿件存在單一性，其結(jié)構(gòu)施工圖的數(shù)量也較少，因此，可以減少工程設(shè)計人員的工作量。

4 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在的形式

常見的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)包括以下形式：（1）由平面架系組成的兩向正交斜放網(wǎng)架和兩向正交正放網(wǎng)架等；（2）由四角錐體組成的正放抽空四角錐網(wǎng)架、正放四角錐網(wǎng)架、斜放四角錐網(wǎng)架、棋盤形四角錐網(wǎng)架以及星型四角錐網(wǎng)架；（3）由三角錐體組成的抽空三角錐網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架以及蜂窩形三角錐網(wǎng)架等[2]。

5 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋頂排水情況

5.1 網(wǎng)架起拱

在屋頂上方設(shè)計網(wǎng)架起拱，主要是為了保持網(wǎng)架的上下弦桿件平行，并且應(yīng)注意在跨度中間使整個網(wǎng)架抬高，拱形高度需要按照屋頂排水坡度進(jìn)行確定，該設(shè)計方法可以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。但是需要注意，如果外傾角較高，會對桿件的內(nèi)力造成一定的影響。

5.2 上弦節(jié)點(diǎn)小立柱的上設(shè)

在網(wǎng)架的上弦節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置立柱，形成排水坡度，只要改變小立柱的高度或布置方式，就可以形成雙坡、四坡或者其他比較復(fù)雜化的多坡排水系統(tǒng)。小柱的結(jié)構(gòu)比較簡單，是當(dāng)前非常常用的一種找坡方法。但是，如果網(wǎng)架跨度比較大時，小柱的高度也會增加，但是細(xì)長小柱的抗震性能較弱，因此，在地震帶使用小立柱時，需要進(jìn)行穩(wěn)定性檢查以及計算。

6 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計

6.1 計算中對稱性的使用

空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定體系，但其桿件內(nèi)里以及節(jié)點(diǎn)位移都需要利用最終荷載狀態(tài)進(jìn)行控制。如果結(jié)構(gòu)體系本身及其所承受的荷載都存在對稱性，為了減少計算工作量，可以選擇整個網(wǎng)架的1/2n 進(jìn)行分析。

6.2 網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的合理性會對網(wǎng)架的工作性能、工程造價以及安裝質(zhì)量等造成一定的影響。當(dāng)前情況下，鋼板節(jié)點(diǎn)和球節(jié)點(diǎn)較為常用，球節(jié)點(diǎn)主要包括螺栓球節(jié)點(diǎn)和焊接空心球節(jié)點(diǎn)。

1）鋼板節(jié)點(diǎn)。鋼板節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)包括零件多、受力復(fù)雜、焊縫多等。如果弦桿的內(nèi)力較大，不能外加蓋板連接，只能在節(jié)點(diǎn)板的基礎(chǔ)上進(jìn)行受力傳遞。這樣就會使節(jié)點(diǎn)板的內(nèi)力分布更加復(fù)雜。在焊接鋼板節(jié)點(diǎn)中，如果角焊縫強(qiáng)度比較差，可以使用角焊縫以及槽焊為主的連接設(shè)計節(jié)點(diǎn)，這樣可以保障各匯交桿件的重心交于一點(diǎn)，與此同時，需要保障桿件截面中心以及桿件連接焊縫的中心重合，避免出現(xiàn)偏心力。

2）焊接空心球節(jié)點(diǎn)。焊接空心球節(jié)點(diǎn)在鋼管桿件的各種網(wǎng)架中使用較多。其優(yōu)點(diǎn)包括：球體不存在方向性，可以和任意方向的桿件相互連接，使鋼管與軸線垂直，和空心球節(jié)點(diǎn)對接相連易于對中，不會出現(xiàn)偏心，節(jié)點(diǎn)受力非常明確。

3）螺栓球節(jié)點(diǎn)。螺栓球節(jié)點(diǎn)形狀小巧、質(zhì)量輕、非常美觀。每個節(jié)點(diǎn)最多可以連接約18 根桿件。節(jié)點(diǎn)處的焊接工作量較少，安裝非常簡便，可以實(shí)施一定的拆卸?？梢栽诟黝惥W(wǎng)架中進(jìn)行使用，特別書用于四角錐以及三角錐組成的網(wǎng)架中。但是，這種節(jié)點(diǎn)還存在一些缺點(diǎn)：價格高、球體加工復(fù)雜、防銹性能較差，要進(jìn)行內(nèi)外鍍鋅，并且螺栓球節(jié)點(diǎn)屬于相應(yīng)的鉸接。

7 結(jié)語

總之，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中比較基本的類型，其使用范圍非常廣泛。隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，相信在未來，它將會不斷向著減小結(jié)構(gòu)自重和增加結(jié)構(gòu)跨度的方向發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。