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        網架結構如何大跨度大空間的應用?網架工程專家為您解答!

        編輯:山東淄博綠之源建材有限公司  時間:2016-06-18


        1 網架結構大跨度大空間特點
        1.1結構體型更為豐富
        采用大跨度大空間的網架結構,在當前建筑業發展過程中已經成為衡量一個國家整體建筑行業發展水平的重要標志之一。通過該種結構,設計師可以獲得更加寬廣的想象空間與設計思路,從而設計出千變萬化、豐富多彩的結構體型,使之展現出更加強烈濃厚的認為景觀以及象征性寓意。

        綠之源建材將從網架結構大跨度大空間特點、其設計的方法、原則以及理論基礎、未來發展前景做出深入分析,以此來為網架結構大跨度大空間的進一步推廣使用積累經驗,從而為我國建筑行業實現可持續發展略盡綿薄之力。

        1.2網架結構及鋼混框架結構體系應用范圍更加廣泛
        相較于平面結構,采用網架結構以及鋼混框架結構體系具有以下兩個明顯的優勢:一是自身采用混合結構設計,所用材質更輕,特別是目前其所采用的鋼材、膜材、具有高強度的輕質材料,具有良好的經濟性,可以為建筑企業創造更加更厚的經濟效益。二是便于工業化生產,其所采用的空間結構的絕大多數構件均可以在地面進行設計制作,之后運輸至指定建設地點之后可以更加靈活的予以組裝并進行設備的維護與更換。因而,網架結構及鋼混框架結構體系應用范圍更加廣泛。
        1.3剛度及抗震性能好

        由于網架結構存在著顯著的三維受力特征,建筑自身所承受的內力相對更為均勻,對于較大的集中負荷可以有效分散,因而整體的剛度更大。同時,由于剛度的增強,使得其自身的抗震性能更加良好。
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        2 網架結構設計方法、原則以及理論基礎
        2.1網架結構設計方法
        (1)按照結構組成分類
        在該類型下主要有以下三種網架結構,其各自設計方法如下所述:
        第一種為雙層網架,即:具有上下兩層弦桿的結構,其最簡單也是最為常用的網架結構形式。
        第二種為三層網架,即:雙層網架基礎上于中間加上一層弦桿,當網架跨度≤50m時可以酌情考慮此種設計方法;若跨度≤80m時,則需要將其作為優先考慮設計方案。
        第三種為組合網架,即:利用具有良好抗壓性的鋼筋混凝土板替代上弦桿,將不同組織材料構建成為網架的最基本單元,最終形成網架結構。

        (2)依據網格形式分類
        ①四角錐體系。在該網架體系中,其所采用的上下弦桿均呈現出明顯的正方形,或者根據建筑具體結構設計成與正方形相接近的矩形網格,并且上下弦桿之間稍稍錯開,通常是以半格為宜。
        ②三角錐體系。三角錐體系網架結構的基本單元為一組呈倒置姿態的三角椎體,上弦桿布滿了三角錐體系的錐底正三角形的各部分空間,而其結合棱部位采用腹桿與之相連接。一般情況下隨著三角錐單元體的布置方式所呈現出的差異,其上下弦網格將會由此而呈現出正三角形或者是正六邊形。
        ③折形網架。在設計過程中,折形網架被稱之為折板網架,其主要是由四角錐網架正放而演化出來的一種全興網架結構。在所需要施工的建筑平面長寬之比≥2時,可以考慮取消長向弦桿,使得網架內力沿著短向弦桿外延,繼而形成折形網架結構。

        2.2網架結構設計原則
        根據當前網架結構的設計研究成果分析可知,其設計原則大致為以下幾方面:
        首先,網架結構設計應符合簡化原則。由于網架結構是一種具有高次超靜定的空間結構形式,在設計過程中無法精準的給出空間結構內力以及變形情形的傳導或演變,因而導致其設計充滿著復雜性與艱巨性。為此,國內外建筑行業的科研人員在對網架結構進行設計時,通常都會在滿足建設需求的前提下盡可能的簡化網架結構各個空間節點剛度、弦桿變形的計算等工作,從而促使其設計既不過分繁雜,同時又兼顧了工程的質量以及整個網架空間的穩定性。
        其次,網架結構設計應秉承安全性原則。安全是建筑行業的命脈,特別是網架結構自身所占空間較大,無論是在設計還是在施工階段,均需要承擔一定的高空作業,此時對于安全性提出了較為嚴格的要求。一方面,網架結構的各部分弦桿或者腹桿應固定牢靠,不會因外力作用下而發生大幅度變形,從而保證其結構的穩定性,確保施工人員能夠處在一個安全的作業環境中。另一方面,網架結構的計算應符合預期設計理念,其各部分受力數值處于良好的控制范圍之中,特別是基底部分的受力更應當具備較強的受壓能力,以保證整個網架結構不會發生位移,影響施工進度以及安全生產工作開展。

        2.3網架結構設計理論基礎
        (1)小變形理論
        小變形理論內容為構件自身受到內外力作用之下所產生的變形較小,其受力之后的位置并沒有發生明顯的位移,因而不需要考慮位置變動之下應力產生的二階效應。就網架結構而言,由于其各部分結構采用了弦桿以及腹桿進行連接,各自承受的內力在科學有效的分散作用下傳遞至各個部分,因而相對應的受力較為均勻,最終使得網架結構中各組成部分受力不會出現顯著的差異,因而其具有較強的穩定性。
        (2)靜力學理論
        ①二力平衡
        在剛體上存在的兩個力大小相等且方向相反,最終其和為0,即:F1=-F2。而對于變形體而言,二力平衡則是其必要條件而非充分條件。
        ②加減平衡力系原理
        在已知作用在網架結構的任意力系之中,加上或者去除任意的一個平衡力系,均不會改變其原力系對該空間結構所產生的作用。換而言之,其作用效果相同或者相接近,不同平衡力系可以實現等效替換[1]。
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        3 網架結構大跨度大空間發展前景
        3.1網架結構大跨度大空間結構將會得到不斷創新
        大跨度大空間網架結構中融入預應力技術已經成為強化建筑自身剛性以及抗震性等多方面使用需求的重要途徑。我國科研人員在經過不斷摸索之后已經研制開發出了一種全新的預應力空間結構,能夠促使傳力更加明確。而且隨著索托結構、索網結構的陸續開發應用,不僅改變了網架結構的受力狀態,使得內力峰值得到了大幅度降低,結構剛度以及相應的穩定性隨之增強。由此可見,隨著時代的不斷發展,網架結構大跨度大空間結構將會得到不斷創新。

        3.2膜結構為網架結構大跨度大空間應用與發展提供更廣闊空間
        膜結構是目前我國科研人員正在權利攻關的一種空間結構,就當前實際研究成果而言,采用頻率較大的則是張力膜結構。而此種結構則是由玻璃纖維織物或者是聚酯纖維織物為結構的構建基礎層,之后采用較強抗酸抗堿、抗有機溶劑侵蝕、不溶于所有溶劑的聚四氟乙烯作為空間結構圖層的材料,并且與鋼結構或者鋼混結構相組合而形成全新的空間結構。通過實驗證實,膜結構在現有大跨度大空間網架結構基礎上進一步降低了生產成本,使得建筑的使用年限得到進一步提升,為其應用與發

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