成都鋼結構廠房屋架設計方法詳解
鋼結構廠房圍護系統從外觀上看主要有兩個部分，一個是廠房圍墻，一個是廠房屋面，而廠房屋面主要是由鋼結構屋架支撐的，常見的屋架設計有三種：梯狀、三角形、平行面線。今天成都廠房設計公司就為大家分別介紹一下幾種屋架結構。
一、結構形式
大跨結構按照幾何形狀、組合方式、結構材料及受力特點的不同可分為平面結構體系和空間結構體系兩大類。
平面結構體系：梁式結構（平面桁架、空間桁架），平面剛架和拱式結構。
空間結構體系：平板網架結構，網殼結構，大部分懸索結構，斜拉結構，張拉結構等
二、網架的形式
網架按照弦桿的層數可分為雙層網架和三層網架。三層鋼架增加網架高度，減少弦桿內力、減小網架尺寸和腹桿長度，當網架跨度較大時三層網架用鋼量減少，但桿件和節點的增加，比較復雜。
1 網架為一空間鉸接桿系結構，桿件布置必須保證不出現結合可變性。得滿足以下條件：w=3j-m-r≦0
2 雙層網架的常用形式：
2.1、平面桁架系網架：上下弦桿完全對應并與腹桿位于同一豎向平面內，豎向受壓，斜桿受拉。（兩向正交正放網架、兩向正交斜放網架、三向網架）
2.2、四角錐體系網架：由若干倒置的四角錐按照一定規律組成。（正放四角錐網架、正放抽空四角錐網架、棋盤型四角錐網架、斜放四角錐網架、星形四角錐網架）
2.3、三角錐體系網架：基本單元是錐底為正三角形的倒置三角錐。（三角錐網架、抽空三角錐網架、蜂窩型三角錐網架）
3 網架的選型：網架的選型應結合工程的平面形狀、建筑要求、荷載和跨度的大小、支撐情況和造價等因素綜合分析確定。按照《網架結構設計與施工規程》（JGJ 7-91）的劃分：大跨度為60m以上；中跨度為30-60m；小跨度30m以下。
3.1網架結構的支承：網架的支承方式有周邊支承、點支承、周邊支承與點支承結合，兩邊和三邊支承等
3.2網架高度及網格尺寸：網架的高度與屋面荷載、跨度、平面形狀、支承條件及設備管道等因素有關。
3.3網架的擾度要求及屋面排水坡度：允許擾度不得超過下列數值，用作屋蓋-L2/250；用作樓面-L2/300.L2為網架的短向跨度。屋面排水一般為3%-5%。
三、網架的計算要點網架的結構設計滿足行業標準《網架結構設計與施工規程》（JGJ 7-91）的要求。
1 直接作用和間接作用：網架結構應對使用階段荷載作用下的內力和位移計算，并應根據具體情況對地震作用、溫度變化、支座沉降等間接作用及施工安裝荷載引起的內力和位移進行計算。
2 網架內力分析方法：網架結構的外荷載按靜力等效原則，將節點從屬面積內的荷載集中作用在該節點上。分析結構內力是忽略節點剛度的影響，假定其為鉸接，桿件只承受軸力。當有節間荷載時，應當同時考慮彎矩的影響。網架結構的內力和位移可按彈性階段進行計算。根據網架類型、跨度大小按規定選用（空間桁架位移法、交叉梁系差分法、擬夾層板法、假象彎矩法）
四、空間桿系有限元法
空間桿系有限元法也稱空間桁架位移法，分析時以網架的桿件為基本單元，以節點位移為基本未知量。有桿件內力與節點位移之間的關系建立單元剛度矩陣，然后根據各節點平衡及變化協調條件建立結構的節點荷載和節點位移間關系，形成結構剛度矩陣和總剛度方程。
基本假定：1、網架的節點為空間鉸接節點，桿件只承受軸力。2、結構材料為完全彈性，在荷載作用下網架變形很小，符合小變形理論。
空間桿系有限元法計算步驟：
1、根據網架結構、荷載對稱性選取計算簡圖，并對其節點和桿件進行編號為減小總剛度矩陣帶寬，節點編號應遵循相鄰節點好差最小原則
2、計算桿件單元長度及桿件與整體坐標軸夾角余弦
3、初選各桿截面積
4、建立局部和整體坐標系下的單元剛度矩陣
5、集合總剛度矩陣，減小矩陣的容量
6、建立荷載列陣
7、引入邊界條件對總剛度進行處理
8、求解總剛度方程，得出各節點位移值
9、根據節點位移計算桿件內力
10、按桿件內力調整桿件的截面，并重新計算，不超過4-5次
五、網架桿件設計
網架桿件可采用鋼管、熱軋型鋼和冷彎薄壁型鋼
六、節點設計
常見的節點形式：1、焊接空心球節點 2、螺栓球節點 3、焊接鋼板節點 4、焊接鋼管節點 5、桿件直接匯接節點
網架的節點構造滿足以下要求;1、受力合理、傳力明確2、保證桿件交匯于一點，不產生附加彎矩3、構造簡單，制作安裝方便，耗鋼量小4、避免難于檢查、清刷，涂漆和容易積留濕氣或灰塵的死角，管型界面應在兩端封閉。
七、網殼
網殼按照層數分為單層網殼和雙層網殼。按照曲面外形分類則有球面網殼、柱面網殼、雙曲扁網殼、扭曲面網殼、單塊扭網殼、雙曲拋物面網殼及切割或組合形成曲面網殼等結構形式。
網殼結構的支承必須保證在任意豎向和水平荷載作用下結構的幾何不變和各種網殼計算模型對支承條件的要求。
網殼結構應進行在外荷載作用下的內力、位移計算和必要的穩定計算，并應根據具體情況，對地震、溫度變化、支座沉降及施工安裝荷載等作用下的內力、位移、穩定性進行計算。滿足《網殼結構技術規范》JGJ 61的要求。
網殼是一個準柔性的高次超靜定結構，幾何非線性較一般結構明顯，其整體穩定性對結構幾何形狀的變化也很敏感，網殼計算主要采用幾何非線性的有限元法。雙層網殼連接節點多采用鉸接，單層網殼連接節點應采用剛接否則單元共面節點的法向剛度為零，屬于幾何可變。
八、懸索結構
按照索的受力特點，可將懸索結構分為：單層懸索體系、預應力雙層懸索體系、預應力鞍形索網、預應力橫向加勁單層索系、預應力索拱及張拉結構、懸掛薄殼張拉整體結構、索膜結構及混合懸掛結構等形式。
懸索結構一般的設計原則：懸索結構分別對使用和施工階段進行外荷載、預應力作用的內力、位移計算，并根據具體情況對地震、溫度變化等作用下的內力、位移進行計算。
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