第三章 网架结构的计算
第一节 一般计算原则
第3.1.1条 网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算, 并
应根据具体情况,对地震、温度变化、支座承降及施工安装荷载等作
用下的内力、位移进行计算。 对非抗震设计,荷载及荷载效应组
合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87进行计算,在截面及
节点设计中,应按照荷载的基本组合确定内力计算值;在位移计算中
应按照短期效应组合确定气挠度。
对抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计
规范》GBJ11-89确定内力设计。 网架结构的内力和位移可按弹
性阶段进行计算。
第3.1.2条 网架结构的外荷载按静力等效原则,将节点所辖区域
内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影响,
假定节点为铰接,杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时,
应另考虑受弯的影响。
第3.1.3条 网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可
分别 按下列规定选用不同方法进行内力、位移计算:
一、空间桁架位移法 适用于各种类型、各种支承条件的网架计
算;
二、交叉梁系差分法 可用于跨度在40mm 以下的由平面桁架系组
成的网架或正放四角锥网架的计算; 三、拟夹层板法 可用于跨
度在40mm 以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算; 四、假
想弯矩法 可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。 第3.1.4条 网架结构的支撑条件,可根据支撑结构的刚度、支
座节点的构造情况,分别假定为二向可侧移、一向可侧移、无侧移的
铰接支座或弹性支承。
第二节 空间桁架位移法的计算原则
第3.2.1条 空间桁架位移法是网架节点的三个线位移为未
知量、 所有杆件为承受轴向力的铰接杆系有限元法,并利用电子计
算机进行内力分析和位移计算。
第3.2.2条 当网架结构和外荷载有n 个对称面时,可利用
对称 条件只需分析1/2n网架。在计算时,对称面内各杆件的截面面
积应取原截面面积的一半,n 各对称面交线上的中心竖杆,其截面面
积应取原截面面积的1/2n;对称面内节点荷载亦应按相同原则取值。 第3.2.3条 在对称荷载作用下,对称面内网架节点的反对
称 位移应取为零。在计算时应在相应方向予以约束; 与对称面相交的
杆件, 作为结构分析的处理方法可将该交点作为一个节点并在三个方
向予以约束; 交叉腹杆或人字腹杆的交点位于对称面时, 亦应作为一
个节点并在两个水平方向予以约束。在反对称荷载作用下,对称面内
网架节点的对称位移应取为零。
第3.2.4条 网架杆件截面可先根据经验或参照已建工程或由
简化计算方法估算确定,计算后应按内力重新设计调整截面,并进行
重分析,重分析次数宜取3-4次。
第三节 简化计算法 第3.3.1条 由平面桁架系组成的网
架结构和正放四角锥网架结 构, 经过惯性矩的折算, 可简化为相应的
交叉梁系, 用差分法进行内力、位移计算。梁的折算惯性矩I 可按下
式计算:
I=AtAbh2/(At+Ab)
(3.3.1) 式中At 、Ab--分别为网架上、下弦杆截面面积(截
面面积不等时,在差分法计算中可分别取上、下弦杆截面面积的算术
平均值);
h--网架高度。
第3.3.2条 由平面桁架系组成的网架,当采用交叉梁系差分
法分 析时,其网架弯矩和杆件内力可按下列公式计算(图3.3.2):
MA,X=EI(2ωA-ωA+1-ωA-1)/s2 (3.3.2-1)
Nt=-MA+1,X/h (3.3.2-2)
Nb=MA,X/h (3.3.2-3)
Nc=(MA+1,X-MA,X)/(s ×sin φ) (3.3.2-4)
式中 ω--由荷载设计值引起的竖向挠度;
h --网架高度;
s --上,下弦杆长度;
φ--斜腹杆与下弦平面夹角。
Nv由上弦节点(或下弦节点)的竖向平衡条件确定。
图3.3.2 平面桁架系网架的弯矩与杆件内力
第3.3.3条 由平面桁架系或角锥体组成的网架结构,可简化
为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行内力、位移计算。 第3.3.4条 对于两相正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥
等三种网架,当平面形状为矩形、周边简支时,拟夹层板法的弯矩和
挠度可按下列公式计算:
Mx=(1.2Gk+1.4Qk)2 ρmx/10 (3.3.4-1)
My=(1.2Gk+1.4Qk)L12ρmy/10 (3.3.4-2)
ω=(1.0Gk+1.0Qk)L14ρW/100D (3.3.4-3)
注:1. 当网架用于楼层且活荷载标准值不小于4kN/m2 时,
公式(3.3.4-1)及(3.3.4-2)中Qk 的系数应取1.3。
2. 当网架上作用有二个以上可变荷载时,其荷载效应组合应按国
家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87确定。
式中 ω——荷载的短期效应组合下的挠度;
Gk——网架的永久荷载标准值(kN/m2);
Qk——屋面或楼面的活荷载标准值(kN/m2);
L1——网架长向跨度;
D——网架的折算抗弯刚度,可按本规程附录二确定;
ρmx 、ρmy 、ρW ——无量纲弯矩系数、挠度系数,可按
本规程附录三查取。
将拟夹层板弯矩换算成网架杆件内力的一般计算公式,以
及拟夹层杆的折算抗弯刚度等物理常数可按本规程附录二附表
2.1-2.3确定。当上弦、下弦、斜杆、竖杆等各类杆件截面面积不等
时,可分别取其截面面积的算术平均值。
第四节 地震、温度作用下的内力计算原则
第3.4.1条 在抗震设防烈度为6度或7度的地区,网架
屋盖结构 可不进行竖向抗震验算。在抗震设防烈度为8度或9度的
地区,网架屋盖结构进行竖向抗震演算。 对于周边支承网架屋盖以
及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖,竖向地震作用标准值可按
下式确定:
FEvkl=±ψv ×G1 (3.4.1)
FEvkl——作用在网架第i 节点上竖向地震作用标准
值;
G1——网架第i 节点的重力荷载代表值,其中恒荷
载取100%;雪荷载及屋面积灰荷载取50%;不考虑屋面活荷载; ψv ——竖向地震作用系数,按表3.4.1取值。
对于周边支承的网架,书箱地震作用效应可按本规程
附录四计 算。 对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼
层的网架结构,当设防烈度为8度或9度时,其竖向地震作用标准值
可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。计算重力荷载代表值
时,对一般民用建筑可取楼层活荷载的50%。
对于平面复杂或重要的大跨度网架结构可采用振型分解反应
谱法或时程分析法作专门的竖向抗震分析和验算。
第3.4.2条 在抗震设防烈度为7度的地区,可不进行网架结构水 平抗震验算。在抗震设防烈度为8度的地区,对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为9度的地震区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震作用下网架的内力,位移可采用空间桁架位移法计算。 网架的支承结构应按有关规范的相应规定进行抗震验算。
第3.4.3条 网架结构如符合下流条件之一者,可不考虑由于温度 变化而引起的内力: 一、支座节点的构造允许网架侧移时,其侧移值应等于或大于式(3.4.4-1)的计算值; 二、当周边支承的网架、且网架验算方向跨度小于40m 时,支承结构应为独立柱或砖壁柱; 三、在单位力作用下、柱顶位移大于或等于下式的计算值:
u=L(E αΔt/0.038f-1)/2ζEAm (3.4.4-1) 如需考虑温度变化而引起的网架内力,可采用空间桁架位移法或其他近似方法计算。
当网架支座节点构造沿边界法向不能相对位移时,由温度变化而引起的柱顶水平力可按下列公式计算:
Hc=
(3.4.4-2)
Kc=3EcIc/hc3
(3.4.4-3)
式中 Kc——悬臂柱的水平刚度; αΔtL/(L/ζEAm+2/Kc)
Ec——柱子材料弹性模量;
Ic——柱子截面惯性矩,当为框架柱时取等代柱的折算截面惯性矩;
hc——柱子高度;
α——网架材料的线胀系数;
E——网架材料的弹性模量;
f——钢材的强度设计值;
L——网架在验算方向的跨度;
Am——支承(上承或下承)平面弦杆截面积的算术平均值; ζ——系数,支承平面弦杆为正交正放时ζ=1.0,正交斜放时ζ=√2,三向时ζ=2;
Δt ——温度差。
第五节 组合网架结构的计算原则
第3.5.1条 组合网架结构可按有限元法进行内力位移计算。分析 时应将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、面力和弯矩的梁元和板壳元,将腹干和下弦作为承受轴力的杆元,并应考虑两种不同材料的材性。
第3.5.2条 组合网架结构也可采用空间桁架位移法作简化计算。 分析时将组合网架的带肋平板等代为仅能承受轴力的上弦,并与腹杆和下弦构成两种不同材料的等代网架,按空间桁架位移法进行内力、位移计算。等代上弦截面及带肋平板中内力可按本规程附录五确定。
第1节 一般计算原则
第1.1条 网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算,并应根据具体情况,对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的内力、位移进行计算。
对非抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ 9—87进行计算,在截面及节点设计中,应按照荷载的基本组合确定内力设计值;在位移计算中应按照短期效应组合确定其挠度。
对抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ 11—89确定内力设计值。
网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。
第1.2条 网架结构的外荷载按静力等效原则,将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影响,假定节点为铰接,杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时,应另考虑受弯的影响。
第1.3条 网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可分别按下列规定选用不同方法进行内力、位移计算:
一、空间桁架位移法 适用于各种类型、各种支承条件的网架计算;
二、交叉梁系差分法 可用于跨度在40m 以下的由平面桁架系组
成的网架或正放四角锥网架的计算;
三、拟夹层板法 可用于跨度在40m 以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算,此法可考虑剪切变形和刚度变化的影响;
四、假想弯矩法 可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。
第1.4条 网架结构的支承条件,可根据支承结构的刚度、支座节点的构造情况,分别假定为二向可侧移、一向可侧移、无侧移的铰接支座或弹性支承。
第2节 简化计算法
第2.1条 由平面桁架系组成的网架结构和正放四角锥网架结构,经过惯性矩的折算,可简化为相应的交叉梁系,用差分法进行内力、位移计算。梁的折算惯性矩I 可按下式计算:
第2.2条 由平面桁架系组成的网架,当采用交叉梁系差分法分析时,其网架弯矩和杆件内力可按下列公式计算
:
第2.3条 由平面桁架系或角锥体组成的网架结构,可简化为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行内力、位移计算。
第2.4条 对于两向正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥等三种网架,当平面形状为矩形、周边简支时,拟夹层板法的弯矩和挠度可按下列公式计算
:
当上弦、下弦、斜杆、竖杆等各类杆件截面面积不等时,可分别取其截面面积的算术平均值。
第三章 网架结构的计算
第一节 一般计算原则
第3.1.1条 网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算, 并
应根据具体情况,对地震、温度变化、支座承降及施工安装荷载等作
用下的内力、位移进行计算。 对非抗震设计,荷载及荷载效应组
合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87进行计算,在截面及
节点设计中,应按照荷载的基本组合确定内力计算值;在位移计算中
应按照短期效应组合确定气挠度。
对抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计
规范》GBJ11-89确定内力设计。 网架结构的内力和位移可按弹
性阶段进行计算。
第3.1.2条 网架结构的外荷载按静力等效原则,将节点所辖区域
内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影响,
假定节点为铰接,杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时,
应另考虑受弯的影响。
第3.1.3条 网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可
分别 按下列规定选用不同方法进行内力、位移计算:
一、空间桁架位移法 适用于各种类型、各种支承条件的网架计
算;
二、交叉梁系差分法 可用于跨度在40mm 以下的由平面桁架系组
成的网架或正放四角锥网架的计算; 三、拟夹层板法 可用于跨
度在40mm 以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算; 四、假
想弯矩法 可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。 第3.1.4条 网架结构的支撑条件,可根据支撑结构的刚度、支
座节点的构造情况,分别假定为二向可侧移、一向可侧移、无侧移的
铰接支座或弹性支承。
第二节 空间桁架位移法的计算原则
第3.2.1条 空间桁架位移法是网架节点的三个线位移为未
知量、 所有杆件为承受轴向力的铰接杆系有限元法,并利用电子计
算机进行内力分析和位移计算。
第3.2.2条 当网架结构和外荷载有n 个对称面时,可利用
对称 条件只需分析1/2n网架。在计算时,对称面内各杆件的截面面
积应取原截面面积的一半,n 各对称面交线上的中心竖杆,其截面面
积应取原截面面积的1/2n;对称面内节点荷载亦应按相同原则取值。 第3.2.3条 在对称荷载作用下,对称面内网架节点的反对
称 位移应取为零。在计算时应在相应方向予以约束; 与对称面相交的
杆件, 作为结构分析的处理方法可将该交点作为一个节点并在三个方
向予以约束; 交叉腹杆或人字腹杆的交点位于对称面时, 亦应作为一
个节点并在两个水平方向予以约束。在反对称荷载作用下,对称面内
网架节点的对称位移应取为零。
第3.2.4条 网架杆件截面可先根据经验或参照已建工程或由
简化计算方法估算确定,计算后应按内力重新设计调整截面,并进行
重分析,重分析次数宜取3-4次。
第三节 简化计算法 第3.3.1条 由平面桁架系组成的网
架结构和正放四角锥网架结 构, 经过惯性矩的折算, 可简化为相应的
交叉梁系, 用差分法进行内力、位移计算。梁的折算惯性矩I 可按下
式计算:
I=AtAbh2/(At+Ab)
(3.3.1) 式中At 、Ab--分别为网架上、下弦杆截面面积(截
面面积不等时,在差分法计算中可分别取上、下弦杆截面面积的算术
平均值);
h--网架高度。
第3.3.2条 由平面桁架系组成的网架,当采用交叉梁系差分
法分 析时,其网架弯矩和杆件内力可按下列公式计算(图3.3.2):
MA,X=EI(2ωA-ωA+1-ωA-1)/s2 (3.3.2-1)
Nt=-MA+1,X/h (3.3.2-2)
Nb=MA,X/h (3.3.2-3)
Nc=(MA+1,X-MA,X)/(s ×sin φ) (3.3.2-4)
式中 ω--由荷载设计值引起的竖向挠度;
h --网架高度;
s --上,下弦杆长度;
φ--斜腹杆与下弦平面夹角。
Nv由上弦节点(或下弦节点)的竖向平衡条件确定。
图3.3.2 平面桁架系网架的弯矩与杆件内力
第3.3.3条 由平面桁架系或角锥体组成的网架结构,可简化
为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行内力、位移计算。 第3.3.4条 对于两相正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥
等三种网架,当平面形状为矩形、周边简支时,拟夹层板法的弯矩和
挠度可按下列公式计算:
Mx=(1.2Gk+1.4Qk)2 ρmx/10 (3.3.4-1)
My=(1.2Gk+1.4Qk)L12ρmy/10 (3.3.4-2)
ω=(1.0Gk+1.0Qk)L14ρW/100D (3.3.4-3)
注:1. 当网架用于楼层且活荷载标准值不小于4kN/m2 时,
公式(3.3.4-1)及(3.3.4-2)中Qk 的系数应取1.3。
2. 当网架上作用有二个以上可变荷载时,其荷载效应组合应按国
家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87确定。
式中 ω——荷载的短期效应组合下的挠度;
Gk——网架的永久荷载标准值(kN/m2);
Qk——屋面或楼面的活荷载标准值(kN/m2);
L1——网架长向跨度;
D——网架的折算抗弯刚度,可按本规程附录二确定;
ρmx 、ρmy 、ρW ——无量纲弯矩系数、挠度系数,可按
本规程附录三查取。
将拟夹层板弯矩换算成网架杆件内力的一般计算公式,以
及拟夹层杆的折算抗弯刚度等物理常数可按本规程附录二附表
2.1-2.3确定。当上弦、下弦、斜杆、竖杆等各类杆件截面面积不等
时,可分别取其截面面积的算术平均值。
第四节 地震、温度作用下的内力计算原则
第3.4.1条 在抗震设防烈度为6度或7度的地区,网架
屋盖结构 可不进行竖向抗震验算。在抗震设防烈度为8度或9度的
地区,网架屋盖结构进行竖向抗震演算。 对于周边支承网架屋盖以
及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖,竖向地震作用标准值可按
下式确定:
FEvkl=±ψv ×G1 (3.4.1)
FEvkl——作用在网架第i 节点上竖向地震作用标准
值;
G1——网架第i 节点的重力荷载代表值,其中恒荷
载取100%;雪荷载及屋面积灰荷载取50%;不考虑屋面活荷载; ψv ——竖向地震作用系数,按表3.4.1取值。
对于周边支承的网架,书箱地震作用效应可按本规程
附录四计 算。 对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼
层的网架结构,当设防烈度为8度或9度时,其竖向地震作用标准值
可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。计算重力荷载代表值
时,对一般民用建筑可取楼层活荷载的50%。
对于平面复杂或重要的大跨度网架结构可采用振型分解反应
谱法或时程分析法作专门的竖向抗震分析和验算。
第3.4.2条 在抗震设防烈度为7度的地区,可不进行网架结构水 平抗震验算。在抗震设防烈度为8度的地区,对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算;在抗震设防烈度为9度的地震区,对各种网架结构均应进行水平抗震验算。水平地震作用下网架的内力,位移可采用空间桁架位移法计算。 网架的支承结构应按有关规范的相应规定进行抗震验算。
第3.4.3条 网架结构如符合下流条件之一者,可不考虑由于温度 变化而引起的内力: 一、支座节点的构造允许网架侧移时,其侧移值应等于或大于式(3.4.4-1)的计算值; 二、当周边支承的网架、且网架验算方向跨度小于40m 时,支承结构应为独立柱或砖壁柱; 三、在单位力作用下、柱顶位移大于或等于下式的计算值:
u=L(E αΔt/0.038f-1)/2ζEAm (3.4.4-1) 如需考虑温度变化而引起的网架内力,可采用空间桁架位移法或其他近似方法计算。
当网架支座节点构造沿边界法向不能相对位移时,由温度变化而引起的柱顶水平力可按下列公式计算:
Hc=
(3.4.4-2)
Kc=3EcIc/hc3
(3.4.4-3)
式中 Kc——悬臂柱的水平刚度; αΔtL/(L/ζEAm+2/Kc)
Ec——柱子材料弹性模量;
Ic——柱子截面惯性矩,当为框架柱时取等代柱的折算截面惯性矩;
hc——柱子高度;
α——网架材料的线胀系数;
E——网架材料的弹性模量;
f——钢材的强度设计值;
L——网架在验算方向的跨度;
Am——支承(上承或下承)平面弦杆截面积的算术平均值; ζ——系数,支承平面弦杆为正交正放时ζ=1.0,正交斜放时ζ=√2,三向时ζ=2;
Δt ——温度差。
第五节 组合网架结构的计算原则
第3.5.1条 组合网架结构可按有限元法进行内力位移计算。分析 时应将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、面力和弯矩的梁元和板壳元,将腹干和下弦作为承受轴力的杆元,并应考虑两种不同材料的材性。
第3.5.2条 组合网架结构也可采用空间桁架位移法作简化计算。 分析时将组合网架的带肋平板等代为仅能承受轴力的上弦,并与腹杆和下弦构成两种不同材料的等代网架,按空间桁架位移法进行内力、位移计算。等代上弦截面及带肋平板中内力可按本规程附录五确定。
第1节 一般计算原则
第1.1条 网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算,并应根据具体情况,对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的内力、位移进行计算。
对非抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ 9—87进行计算,在截面及节点设计中,应按照荷载的基本组合确定内力设计值;在位移计算中应按照短期效应组合确定其挠度。
对抗震设计,荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ 11—89确定内力设计值。
网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。
第1.2条 网架结构的外荷载按静力等效原则,将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。结构分析时可忽略节点刚度的影响,假定节点为铰接,杆件只承受轴向力。当杆件上作用有局部荷载时,应另考虑受弯的影响。
第1.3条 网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可分别按下列规定选用不同方法进行内力、位移计算:
一、空间桁架位移法 适用于各种类型、各种支承条件的网架计算;
二、交叉梁系差分法 可用于跨度在40m 以下的由平面桁架系组
成的网架或正放四角锥网架的计算;
三、拟夹层板法 可用于跨度在40m 以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算,此法可考虑剪切变形和刚度变化的影响;
四、假想弯矩法 可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。
第1.4条 网架结构的支承条件,可根据支承结构的刚度、支座节点的构造情况,分别假定为二向可侧移、一向可侧移、无侧移的铰接支座或弹性支承。
第2节 简化计算法
第2.1条 由平面桁架系组成的网架结构和正放四角锥网架结构,经过惯性矩的折算,可简化为相应的交叉梁系,用差分法进行内力、位移计算。梁的折算惯性矩I 可按下式计算:
第2.2条 由平面桁架系组成的网架,当采用交叉梁系差分法分析时,其网架弯矩和杆件内力可按下列公式计算
:
第2.3条 由平面桁架系或角锥体组成的网架结构,可简化为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行内力、位移计算。
第2.4条 对于两向正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥等三种网架,当平面形状为矩形、周边简支时,拟夹层板法的弯矩和挠度可按下列公式计算
:
当上弦、下弦、斜杆、竖杆等各类杆件截面面积不等时,可分别取其截面面积的算术平均值。