网架结构各组分占比研究

谢军君 卓春笑

1.荷载确定

空间网格结构的杆件宜采用高频焊管或无缝钢管。杆件采用的钢材牌号和质量等级应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB/50017 的规定[2]。

（1）小跨度网架≤30m

2.0m×12m=24m；2.5m×12m=30m

（2）30m＜中等跨度网架≤60m

2.5m×15m=37.5 m；3m×15m=45m；3.5m×15m=52.5 m 变网格尺寸网格数量固定为15 格。

（3）大跨度网架＞60m

3.5m×18m=63m；4m×18m=72m 变网格尺寸网格数量固定为18 格。

根据荷载情况对恒活荷载进行进一步区分：

恒荷载按：

0.5KN/m2：0.5=（0.3 上 弦+0.2 下弦）；

1 KN/m2：1=（0.6 上弦+0.4 下弦）；

1.5KN/m2：1.5=（1 上弦+0.5 下弦）。

活荷载按0.5；

地震作用按6、7、8度，风荷载按0.45，屋面坡度5%，坡度较小基本为风吸力，其组合主要考虑其抗拔荷载。

温度作用按-25～+25；

另外，也可根据网架跨高比，对跨中高度作出限制，如1/12、1/15、1/18、1/20、1/25（此处主要考察跨高比最小能做到多少）。

钢材Q235B，Q355B。

网架应力比按0.8 控，网架位移按1/250 控，长细比控制拉杆1/250、压杆1/180，7（平面）×3（荷载）×3（烈度）×5（跨高比）=315 个模型。

2.网架各组分占比影响

一般来讲，螺栓球网架包含的组分有杆件重量、螺栓球重量、锥头重量、套筒重量、螺栓重、封板重，其中杆件占比最大60%～75%，球占比10%～30%，锥头重5%～15%，其余占比约为1%～5%[2]。

其中杆件和球体重量呈反相关，杆件和套筒螺栓及封板重量呈正相关，锥头变化略显复杂，随着杆件加大，若球体直径变化有限，一个球体不才有锥头连接的情况下多数杆件会有碰撞的情况，因此会采用锥头来避免碰撞，锥头会用得更多，当跨高比超过一定比例时，部分杆件应力会大幅增长，杆件截面加大，球体直径大幅增长，当球体直径增长幅度超过杆件截面增长幅度时，杆件有足够的空间和球体相连，锥头用量又减少了。因此锥头用量会表现出先增后减的变化规律。

表1 杆件和节点材料表

总体变化趋势来讲，随着跨高比加大，杆件占比会减小，特别是跨高比突破1/20 时球体占比大大增加，这是由于局部几根杆件截面加大过快，节点间杆件截面不匹配，导致节点设计困难，球体直径大大增加，球体的重量占比加大[3]。有的甚至超过30%，此时杆件占比已经降低到50%以下。由于其余组分占比并不多，整体波动不大。此时球体占比已经不太合理，节点质量过大还会引起较大竖向地震作用效应，对结构不利。当跨度增大时，杆件占比线和球体占比线都趋于平缓，各组分占比也趋于稳定，不会出现杆件截面和球体直径的大斜率的变化。荷载增大和跨高比加大的效果趋同，杆件占比和球体占比变化趋势一致[5]。

随着跨高比和荷载的加大，杆件占各组分的比重会下降，螺栓球比重则会上升，两者基本呈反相关的变化规律。一般情况下各组分占比分布规律为：杆件占比60%～75%，球占比10%～30%，锥头重5%～15%，套筒封板和螺栓占比接近，约为1%～5%。高强度钢随着荷载和跨高比变化各组分占比更加稳定，高强度钢能够在同等情况下减小杆件截面，同时也减小了螺栓球的直径，更容易计算满足。

图1 Q235 钢不同跨高比、荷载对各组分的影响