鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由很多桿件通過(guò)節(jié)點(diǎn),按照一定規(guī)律組成的空間桿系結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)根據(jù)外形可分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架。通常情況下,平板網(wǎng)架稱為網(wǎng)架;曲面網(wǎng)架稱為網(wǎng)殼。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是曲面型的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),兼有桿系結(jié)構(gòu)和薄殼結(jié)構(gòu)的特性,受力合理,覆蓋跨度大,是一種頗受國(guó)內(nèi)外關(guān)注、半個(gè)世紀(jì)以來(lái)發(fā)展快、有著廣闊發(fā)展前景的空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)美的建筑造型,無(wú)論是建筑平面、外形和形體都能給設(shè)計(jì)師以充分的創(chuàng)作自由。建筑平面上,可以適應(yīng)多種形狀,如圓形、矩形、多邊形、三角形、扇形以及各種不規(guī)則的平面;建筑外觀方面,可以形成多種曲面,如球面、橢圓面、旋轉(zhuǎn)拋物面屋面,建筑的各種形體可通過(guò)曲面的切割和組合得到;結(jié)構(gòu)上,網(wǎng)殼受力合理,可以實(shí)現(xiàn)較大的跨度,由于網(wǎng)殼曲面的多樣化,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)精心的曲面設(shè)計(jì)使網(wǎng)殼受力均勻;施工上采用較小的構(gòu)件在工廠預(yù)制,實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便快速,不需要大型設(shè)備,綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。本部分僅介紹平板網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為一種空間桿系結(jié)構(gòu),具有三維受力特點(diǎn),能承受各方向的作用,并且網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般為高次超靜定結(jié)構(gòu),倘若一桿局部失效,超靜定次數(shù)僅減少一次,內(nèi)力可重新調(diào)整和分布,整個(gè)結(jié)構(gòu)一般并不失效,具有較高的儲(chǔ)備。
網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的桿件,既為受力桿件,又互為支撐桿件,協(xié)同工作,整體性和穩(wěn)定性好,空間剛度大,能有效承受非對(duì)稱荷載、集中荷載和動(dòng)荷載的作用,具有較好的抗震性能。
在節(jié)點(diǎn)荷載作用下,各桿件主要承受軸向的拉力和壓力,能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度,節(jié)省鋼材。
平板網(wǎng)架與網(wǎng)殼相比,它是一種無(wú)水平推力或拉力的空間結(jié)構(gòu),支座構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,一般簡(jiǎn)支支座即可,便于下部支承結(jié)構(gòu)處理,而網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)型式,受力更趨于合理,且可以實(shí)現(xiàn)更美觀的建筑外形。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)在于:桿件和節(jié)點(diǎn)幾何尺寸的偏差以及曲面的偏離對(duì)網(wǎng)殼的內(nèi)力、整體穩(wěn)定性和施工精度影響較大,給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了一定的困難。為減小網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)初始缺陷,對(duì)于桿件和節(jié)點(diǎn)的加工精度要求較高,加工難度大。此外,網(wǎng)殼的矢高很大時(shí),增加了屋面面積和不必要的建筑內(nèi)部空間,增加建筑材料和能源的消耗。這些問(wèn)題在大跨度網(wǎng)殼中顯得更加突出。
由于網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)組合有規(guī)律,大量桿件和節(jié)點(diǎn)的形狀、尺寸相同,并且桿件和節(jié)點(diǎn)規(guī)格少,便于工廠成批生產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量高,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝較容易,施工速度快。
網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了利用較小規(guī)格的桿件建造大跨度結(jié)構(gòu),而且結(jié)構(gòu)占用空間較小,更能有效利用空間,如在網(wǎng)架和多層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上下弦之間的空間布置各種設(shè)備及管道等。網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)平面布置靈活,適用于矩形、圓形、橢圓形、多邊形、扇形等多種建筑平面,建筑造型新穎、輕巧、壯觀,富表現(xiàn)力,深受建筑師和業(yè)主的青睞。
由于網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有以上諸多的特點(diǎn),我國(guó)從1964年以來(lái)已建成為數(shù)眾多的不同類型、不同平面形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。目前我國(guó)已經(jīng)成為網(wǎng)架生產(chǎn)大國(guó),其年生產(chǎn)規(guī)模、建筑面積大。
網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用歷史不長(zhǎng),但發(fā)展速度很快,應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大,在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算理論、穩(wěn)定性分析、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、加工制作和施工安裝等方面已做了大量的工作,取得了較多的成果。
由于網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)能適應(yīng)不同跨度、不同平面形狀、不同支承條件、不同功能需要的建筑物,不僅中小跨度的工業(yè)與民用建筑有應(yīng)用,而且被大量應(yīng)用于中大跨度的體育館、展覽館、大會(huì)堂、影劇院、車站、飛機(jī)庫(kù)、廠房、倉(cāng)庫(kù)等建筑中。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中一種形式,絕大部分網(wǎng)架結(jié)是采用鋼管加球形節(jié)點(diǎn)制作而成。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般分為以下由平面桁架系、四角錐體、三角錐體和六角錐體組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)四大類。
在火力發(fā)電廠主廠房汽機(jī)房屋面系統(tǒng)通常采用的是正放四錐體網(wǎng)架,組成這種網(wǎng)架的四角錐底邊是與邊界平行或垂直的,角錐滿鋪于整個(gè)網(wǎng)架平面。網(wǎng)架的上(下)弦節(jié)點(diǎn)即是順(倒)置角錐的頂點(diǎn),也可看成是倒(順)置角錐底邊的角點(diǎn),從而使同方向的上、下弦桿的平面投影正好形成兩組平行線,互差半個(gè)網(wǎng)格間距。形成的上、下弦網(wǎng)格通常都是正方形的,當(dāng)兩個(gè)方向的弦桿長(zhǎng)度不等時(shí),也可形成矩形網(wǎng)格。