解密！五大钢结构之三“网架”建筑如何深化设计？

作者丨杨勇

单位丨中建五局三公司钢结构事业部

前言

钢结构事业部成立至今累计完成网架结构项目约50万平方，积累了丰富的网架深化及施工经验，本文基于这些实际案例，介绍网架结构深化设计的内容和要点。

株洲神农文化艺术中心网架——神农文化艺术中心由外墙以及屋盖钢网壳形成空间造型，内部为四层混凝土楼层结构。网壳最大投影面积约90m×87m，地上高度24m，整个网壳工程由2139个焊接球和6400余件钢管组成，钢结构总用钢量约3000吨。

株洲大剧院网架

赣州家居特色小镇展览馆屋面网架——一栋钢框架+屋面网架的展馆建筑，整个建筑呈椭圆形，造型新颖；屋面网架为双层+局部三层网架，屋盖中间位置有突起造型；网架用钢量约1300吨。

赣州家居特色小镇展览馆屋面网架

常德烟厂易地技术改造项目屋面网架——屋面网架由预处理车间等三个单体共16个分区组成，结构形式为正放四角锥平板网架；网架下部结构为混凝土框架；建筑总用钢量约4500吨，面积约13万平方米。

常德烟厂易地技术改造项目屋面网架（加料切烘区）

郴州烟厂易地技术改造项目屋面网架——郴州卷烟厂易地技术改造项目联合工房钢结构按结构分区分为A1、A2、A3、B1四个区，主要柱距7.5m，主要跨度有30m、36m，屋面网架用钢量约2600吨，面积约6万平方米。

郴州烟厂易地技术改造项目屋面网架

郴州烟叶复烤厂屋面网架——建筑整体由屋面网架和下部混凝土支承结构组成，结构形式为正放四角锥平板网架，屋面设有通风气楼，网架用钢量约2100吨，面积约5万平方米。

郴州烟叶复烤厂项目屋面网架

北汽滨州制造中心屋面网架——滨州经济开发区北汽海纳川零部件厂房位于山东省滨州市滨州经济技术开发区。由铸造中心车间、发动机车间、变速器壳体加工车间3个单体厂房组成，其中发动机车间、变速器壳体加工车间屋面为正放四角锥式空间网架结构，网架用钢量约1600吨，6万平方米。

北汽滨州制造中心屋面网架

网架结构是一种由支座、杆件、球节点以及围护系统组成的一种建筑结构形式。它属于空间网格结构中发展最快、应用最广的一种。与平面结构体系中构件之间呈现主次关系不同，网架结构是由一整块连续空间体构成或是由许多杆件扩展而成，它的每一构件均是整体结构的一部分，按照空间的几何特性分担承受荷载，内力传递简捷，结构整体性好，因此能用较小的截面实现大的跨度，减轻了结构自重提高整体经济效果。

屋面网架施工现场

解读网架结构深化设计的4部分内容

1支座节点深化设计

支座节点深化建模

网架一般都搁置在柱顶、梁顶等下部支撑结构上，支座节点指的就是支撑结构上的网架节点。网架的深化设计首先从支座节点开始，支座节点的标高、位置决定了网架施工是否能正常进行。

支座节点深化需要注意以下几点：

（1）下部混凝土结构或钢结构顶面标高及预埋件的位置要求准确。

（2）支座节点形式需确定，常见的有橡胶平板支座、盆式支座，应注意支座的约束方向。

（3）边支座节点往往靠近女儿墙，需注意支座节点与女儿墙间的净距，一般保持50mm以上。

（4）中间支座承载大，往往底板尺寸较大，需注意下部混凝土柱或钢柱截面是否满足要求，不满足要求情况下需采用扩大柱头节点。

（5）上弦支承式网架，支座位置杆件往往容易与下部支撑结构发生碰撞需要注意复核，支座球节点底部至支座底板间的距离应满足斜腹杆与柱或连梁不相碰的要求。

（6）网架支座外侧需要采取限位措施。

2球节点深化设计

螺栓球节点模型

焊接球节点模型

网架球节点形式分为焊接球和螺栓球两种，螺栓球采用高强螺栓紧固连接，焊接球则采用的是现场焊缝连接。

球节点深化设计时注意的主要有以下几点：

（1）螺栓球节点配件各生产厂家之间有所不同，在深化前应取得配件数据。

（2）螺栓球节点中钢球、高强螺栓、套筒、紧固螺钉、锥头或封板的材料应符合设计和规范的要求。

（3）螺栓球节点中高强螺栓的等级应根据规格分别选用。

（4）螺栓球的直径应保证相邻螺栓在球体内不相碰并应满足套筒接触面的要求。

（5）螺栓球节点中杆件端部的锥头或封板采用焊接连接，连接焊缝的承载力应不低于连接钢管；锥头截面和封板厚度均应按实际受力大小计算确定。

（6）焊接球一般是由两个半球焊接而成的空心球，需要根据受力大小确定是否设置加劲肋。

（7）焊接球的外径与壁厚之比、球外径与主钢管外径之比、球壁厚与主钢管壁厚之比需要满足规范规定：球外径与壁厚之比宜取25~45，球外径与主钢管外径之比宜取2.4~3.0，球壁厚与主钢管壁厚之比宜取1.5~2.0且球壁厚不宜小于4mm。

（8）焊接球与钢管连接应采用坡口焊缝，钢管与球之间应留有间隙以保证焊缝焊透达到与钢管等强。

（9）焊接球节点连接杆件数量过多时，为减少球直径允许部分杆件交汇，但应符合规范规定的构造要求：所有汇交杆件的轴线必须通过球中心线；两杆汇交时，截面积大的杆件必须全截面焊在球上（两杆截面积相等时，取受拉杆），另一杆坡口焊在相汇交杆上，但应保证有3/4截面焊在球上，并应按要求设置加劲肋；受力大的杆件，可按要求设置支托板。

3支托节点深化设计

支托节点深化建模

支托节点是网架结构与围护结构连接的纽带，常布置于网架上弦及侧面。

支托节点深化设计需要注意以下几点：

（1）在满足受力要求的前提下，支托与球间连接尽量采用高强螺栓以减少现场高空焊接量。

（2）支托顶板宜设置成圆形，以保证支托沿杆轴心旋转360度均可定位安装。

（3）支托高度较大时，宜设置斜撑以保证支托的侧向稳定性。

4檩条天沟围护系统深化设计

屋面檩条天沟围护系统深化建模

网架檩条围护系统常采用主次檩连接的形式，主檩常采用工字钢、矩形管截面，次檩常采用C型截面。

檩条围护系统深化设计需要注意以下几点：

（1）主檩与支托、主檩与次檩连接宜采用螺栓连接。

（2）采用矩形管截面时，应注意檩条端部封堵，避免因内部不便于进行防腐处理而造成锈蚀。

经过以上几点工作

网架的深化设计阶段工作到此完成

网架结构形式多样，能呈现各种形状的建筑平面，而且建筑造型轻巧美观、空间感实足同时又能以较低的用钢量满足大的跨度要求，因此被广泛应用于车站、机场、展馆等大型建筑。网架结构的深化设计不同于其他钢结构类型，需要结合Tekla、3D3S、MST等不同软件来共同完成，要求设计人员更加全面，能利用不同的工具软件对各细部的深化设计无缝对接。

来源： 建筑工程鲁班联盟