综合分析网架网壳设计中常见的几个问题论文
综合分析网架网壳设计中常见的几个问题论文
摘要： 在当今的建筑工程中，网架网壳结构被广泛应用在建筑建设中，它既是承载建筑结构符合的结构体系，也是一种超静定空间的结构体系。网架网壳结构设计在当前的建筑工程设计中是相对最常见的，它主要是对建筑中的各种结构、模板等各种问题以及参数进行探讨分析，对于建筑结构的计算与控制等问题而产生的原因提出设计重点。本文就网架网壳结构在建筑工程中的应用，概述了常见的几个问题，以供大家参考。
关键词： 建筑设计;网架结构;网架结构设计;支承结构
随着计算机网络的普及，网架网壳结构以性能高、承载力大、适应力强、抗震性好等特点被广泛应用与建筑工程设计领域中，在实际工作中，网架网壳结构以制作方便、经济实惠、完全系数高等特点被设计师广泛设计在建筑结构工程中。因为它是一种超静定空间的结构体系。下面我们通过网架网壳结构设计中最为常见的几个问题进行分析与探讨，以此来提醒工程设计师，并引起注意。
1网架(网壳)结构设计中支座参数选定
由于现行《网架结构设计与施工规程》(J GJ 7- 91)没有规定必须把网架和下部结构连成一体整体分析计算，国内多数网架专用程序都是把网架和下部结构分开来计算，这显然是不妥的。约束条件的不同，使得杆件的内力也不同，从而导致了用钢量的不同，采用固定计算出的网架用钢量最少，弹性次之，自由边界最大。但在当前市场经济条件下，由于网架的优化设计往往是以经济指标(用钢量)作为目标函数的，再加上从事网架设计人员多数专门仅仅设计网架。
因此网架和下部结构分开来计算时，通常假定网架支座刚度为无穷大，所有支座刚度相同(类似于结构力学中简支板的支座假定)，算出支座反力后再由其他设计者加到下部结构上。下部结构可能是柱，也可能是梁，也可能是其他结构形式，不仅刚度是有限的，而且具体工程刚度差异可能很大。在这种假定条件下，算出来的网架内力和支座反力及下部结构内力与采用网架支座刚度为实际刚度且上、下部结构共同工作的力学模型所计算出来的结果肯定是不相同的，因为超静定的网架结构的内力和反力分配与结构刚度分配有关。
经过计算机分析的结果表明，建筑工程中网架结构与下部结构如果分开来计算的话，是造成一个相对不合理的结果。由于建筑钢网架是一种超静定空间结构体系，就目前来说是一个非常理想的弹力塑造性很好的材料，当个别的钢杆件出现超载并达到极限时，刚才就会立刻将塑性内力进行重新分布，从而使钢杆件不会断裂破坏，进而让建筑工程施工过程中出事故的几率减小，着恰好也是钢网架结构的非常重要的优点之一，但是网架结构与下部结构不应该分开来计算。这种做法是正确的。
在设计师对这种网架结构和下部结构计算的过程中，不管是利用计算机或者其他什么软件，对于边缘的处理包括了三种形式：固定、自由、弹性。根据建筑工程的实际情况来看，支座参数应该利用网架的领过、受力均匀等情况来对其施加约束。不仅如此，还要考虑的因素有：网架的形式、承受负荷的能力以及支撑点(如柱、墙等)的形式等等。
当支承结构在某方向上的刚度不够大时，无论采用何种类型的支座，边界条件均应按弹性处理，参数应为-1，其支座刚度视具体工程而定。下面举例说明：当端节点支座处于刚度很大的墩体上时，可以认为是固定，即xyz三个方向不能移动，边界条件处理为OX，OY，02;当支座处于独立柱上时(柱间没有支撑，如加油站、收费站等)，z竖直方向为固定，其他两个方向为弹性，弹性系数取决于柱的长细比，具体为3EIPH3，注意I值为两个Ix及Iy时，边界条件为3EIxPH3。3EIyPH302;对于柱间设有墙体支撑的周边支承情况，如厂房，要看具体情况，一般多采用单面弧形支座，这时沿切线方向(即沿墙体方向)和竖直方向可以假定为固定，沿法向处理为自由，即为1X，OY，oz和ox.1Y.02(水平面两个方向)。值得注意的是，如果柱间没有墙体，沿切向刚度不是很大，仍然要按照弹性来处理。另外，需要特别提醒的是支座支承在梁上，并且梁的刚度不大时，沿切线方向
(即沿梁方向)可以假定为固定竖直方向和沿法向均应处理为弹性，即为OX，KYKZ和KX.OY.K2(7J(平面两个方向)，此时K可近似取为梁在相应方向的抗弯刚度。总之，网架设计时选用的约束条件，一定要与实际的支座和计算的假定相符。
2网架(网壳)结构设计中挠度、位移控制钢网架结构的破坏并不是因为其强度不够而造成的，而是由于在施工过程中很多时候网架的不够稳定而造成的，所以在建筑工程施工过程中，跨中的挠度是非常重要而不可忽视的。在建筑中，控制网架结构位移的方法有很多种：(一)从设计的角度来看，一般分为4种，网格的尺寸大小、支座设定参数、矢高以及预应力的大小，其中网格尺寸的大小、矢高以及支座设定参数是相互影响、相互作用、相互协调的关系。竖向位移的控制，可以通过调动网格来使网架结构形成拱形结构;或者是增加矢高的高度，但是在一般情况下，这样设置往往会导致不能控制支座，从而导致支座反力越来越大的后果。网架需要水平位移时，可以通过支座的水平移动来使网架结构移动，不然会在过程中产生非常大的水平推力，这样对下部结构的位移是相当不利的。(二)按照规范要求来控制挠度值来看，这样处理支座位移就相对而言简单容易一些，它是通过选择不同的'支座形式，例如橡胶等，按照其规范要求的范围内来控制挠度值，但是需要注意的是，无论我们在选择什么样的支座形式，都必须计算出支座反力，并控制其在支撑能力的范围之内。
3网架(网壳)结构设计中锥头相碰
锥头相碰时，网架的杆件无法安装。此问题多出现在从事网架设计时间不长的设计者设计的图纸中，究其原因乃是设计经验不足，使网架的杆件夹角偏小(小于30。)，解决该问题的办法有：
(1)增大球的直径(此方法在球很大时，不宜采用);
(2)调整杆件的角度(此方法较好);
(3)切削锥头(此方法在受力不大时采用，因为切削锥头降低了承载力)。设计中尽量不要出现大球，因为大球会增加含钢量，且安装起来也相对麻烦。如果是结构的问题可调整方案，变化一下结构形式，改变一下网格或矢高也很有效果。实在不行就把杆件抽掉，至于切削锥头笔者认为那只能是亡羊补牢的做法，不可取。
4结论
在建筑过程中，在网架结构施工过程中，不管是结构选型、计算绘图，还是安装制作、使用的每一个步骤中，都应该严格管理与监督，因为这些都是对整个网架结构质量存在着一定的影响与作用的，其中结构的选型与计算绘图是最为重要的。在设计师在设计网架的过程中，不但要将网架本身的因素考虑在其中，还要将支座等各种因素考虑在其中，能够计算出这些支撑体是否能够承载一定的负荷。然而，在网架的设计过程中计算出的支座的反力一定要和其他负荷载体相互联系、组合，这样组合出来的承载负荷的力应该在支撑体承载的范围内，这一点往往会被设计师忽略。
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