网架工程设计要点及质量控制

(烟台飞龙集团有限公司，山东 烟台 264000)

随着体育馆、展览馆、影院等一些大跨度公共建筑物的兴建，网架结构备受青睐，它多变的造型不仅能赋予建筑师丰富的想象力还有相当的合理性和经济实用性。网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。我国从20 世纪60 年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。

一、网架的定义

网架是以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状高次超静定结构。由于网架结构杆件之间的相互作用，使其整体性好、空间刚度大、结构非常稳定。主要有三方面优点：

（一）网架结构靠杆件的轴力传递载荷，材料强度可以得到充分利用，既节约钢材，又减轻了自重。

（二）网架结构高度小，可有效利用空间，普通钢结构高跨比为1/8—1/10，而网架结构高跨比只有1/10—1/18，能降低建筑物的高度。

(三)建设速度快，网架结构的构件，其尺寸和形状大量相同，使现场工作量降至最低，这就便于网架进行定型化工业化的施工，工期缩短。

二、网架结构分类

根据外形不同，可分为双层的板型网架结构、单层和双层的壳型网架结构。板型网架和双层壳型网架的杆件分为上弦杆、下弦杆和腹杆，主要承受拉力和压力；单层壳型网架的杆件，除承受拉力和压力外，还承受弯矩及切力。目前中国的网架结构绝大部分采用板型网架结构。网架结构板型网架结构按组成形式主要分三类：第一类是由平面桁架系组成，有两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架及三向网架四种形式；第二类由四角锥体单元组成，有正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架及星形四角锥网架五种形式；第三类由三角锥体单元组成，有三角锥网架、抽空三角锥网架及蜂窝形三角锥网架三种形式。

网架设计时宜采用空间杆系有限元法进行计算，常用软件有3D3S，SFCAD，MST 等，网架可采用双层或多层形式，网格形式也分为交叉桁架体系、四角锥体系和三角锥体系，常用的为正放四角锥体系。因网架的支点会落在下部混凝土结构的梁或者柱上，建模确定网架分格时要结合下部结构尺寸，然后根据跨度，荷载条件（目前网架屋面板一般为混凝土屋面，网架板，彩钢板，玻璃等），初定网架高度，并宜使相邻杆件的夹角大于45 度。再进行恒载，活载（检修桥架，消防水管等）风载，地震，温度等作用下的位移和内力计算。

结构分析时，应考虑上部空间结构与下部支承结构的相互影响，可把下部支撑结构折算等效刚度和等效质量作为上部网架结构分析时的条件，或按实际情况做两向或一向可位移的铰接支座及弹性支座，支座的选取对网架用钢量影响较大。严禁支座构造与计算模型不符，条件允许时应将上部网架与下部混凝土结构整体分析。网架支座优先设在柱顶，而非混凝土梁上，因柱轴向变形可忽略，而梁的弯曲变形对网架内力影响较大，同时梁的配筋也会大大加大。

三、在网架具体应用

在使用的过程中，网架事故时有发生，轻则出现网架杆件弯曲，重则网架变形过大，甚至坍塌。而这其中涉及到的原因大致有如下3 点：

（一）设计原因，网架结构选型不合理，工程考虑不全面，建设及使用过程的荷载考虑不全面；

（二）加工制造原因，构件加工质量粗糙，精度不足，材质使用混杂，构件组合错乱等；

（三）安装原因，测量精度低，安装偏差过大，螺栓安装深度不足，吊装过程吊点选择不合理，焊接质量差，吊挂位置及方式不合理等。

四、以上几种原因都会造成网架在实际的安装过程中产生安全事故隐患

（一）高空拼装法

钢网架用高空拼装法进行安装，是先在设计位置处搭设拼装支架，然后用起重机把网架构件分件(或分块)上吊至空中的设计位置，在支架上进行拼装。此法有时不需大型起重设备，但拼装支架用量大，高空作业多。因此，对高强度螺栓连接的、用型钢制作的钢网架或螺栓球节点的钢管网架较适宜，目前仍有一些钢网架用此法施工。

（二）整体安装法

整体安装法就是先将网架在地面上拼装成整体，然后用起重设备将其整体提升到设计位置上加以固定。这种施工方法不需高大的拼装支架，高空作业少，易保证焊接质量，但需要的起重量大的起重设备，技术较复杂。因此，此法对球节点的钢网架(尤其是三向网架等杆件较多的网架)较适宜。

（三）多机抬吊法

此法是用于高度和重量都不大的中、小型网架结构。安装前先在地面上对网架进行错位拼装作业(即拼装位置与安装轴线错开一定距离，以避开柱子的位置)。然后用多台起重机(多为履带式起重机或汽车式起重机)将拼装好的网架整体提升到柱顶以上，在空中移位后落下就位固定。

五、结语

目前，一些钢结构建筑企业正看到钢结构网架的未来发展，逐步改变传统的生产方式，实现钢网架配件的流水线生产，不断改进生产工艺，使钢网架配件进行工厂化加工。同时，将其应用于实际，降低企业成本，降低项目设计的人工成本，提高项目设计各方面的工作效率。当前，我国装配式建筑正进入全面提速阶段。随着行业发展和配套产业链的完善，企业可以顺应行业发展趋势，积极参与其中，加快传统建筑产业向新方式转变，开辟企业转型升级的新空间。钢结构网架结构以其施工速度快、噪音低、扬尘少、建筑垃圾少等优点得到了广泛的应用。同时该网架结构性能良好，使用寿命长，使用过程中环保效果突出。它将在未来的建筑构件中发挥更大的作用，在建筑业中具有更大的发展前景。