網架結構各組分占比研究

謝軍君 卓春笑

1.荷載確定

空間網格結構的桿件宜采用高頻焊管或無縫鋼管。桿件采用的鋼材牌號和質量等級應符合現行國家標準《鋼結構設計規范》GB/50017 的規定[2]。

（1）小跨度網架≤30m

2.0m×12m=24m；2.5m×12m=30m

（2）30m＜中等跨度網架≤60m

2.5m×15m=37.5 m；3m×15m=45m；3.5m×15m=52.5 m 變網格尺寸網格數量固定為15 格。

（3）大跨度網架＞60m

3.5m×18m=63m；4m×18m=72m 變網格尺寸網格數量固定為18 格。

根據荷載情況對恒活荷載進行進一步區分：

恒荷載按：

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）。

活荷載按0.5；

地震作用按6、7、8度，風荷載按0.45，屋面坡度5%，坡度較小基本為風吸力，其組合主要考慮其抗拔荷載。

溫度作用按-25～+25；

另外，也可根據網架跨高比，對跨中高度作出限制，如1/12、1/15、1/18、1/20、1/25（此處主要考察跨高比最小能做到多少）。

鋼材Q235B，Q355B。

網架應力比按0.8 控，網架位移按1/250 控，長細比控制拉桿1/250、壓桿1/180，7（平面）×3（荷載）×3（烈度）×5（跨高比）=315 個模型。

2.網架各組分占比影響

一般來講，螺栓球網架包含的組分有桿件重量、螺栓球重量、錐頭重量、套筒重量、螺栓重、封板重，其中桿件占比最大60%～75%，球占比10%～30%，錐頭重5%～15%，其余占比約為1%～5%[2]。

其中桿件和球體重量呈反相關，桿件和套筒螺栓及封板重量呈正相關，錐頭變化略顯復雜，隨著桿件加大，若球體直徑變化有限，一個球體不才有錐頭連接的情況下多數桿件會有碰撞的情況，因此會采用錐頭來避免碰撞，錐頭會用得更多，當跨高比超過一定比例時，部分桿件應力會大幅增長，桿件截面加大，球體直徑大幅增長，當球體直徑增長幅度超過桿件截面增長幅度時，桿件有足夠的空間和球體相連，錐頭用量又減少了。因此錐頭用量會表現出先增后減的變化規律。

表1 桿件和節點材料表

總體變化趨勢來講，隨著跨高比加大，桿件占比會減小，特別是跨高比突破1/20 時球體占比大大增加，這是由于局部幾根桿件截面加大過快，節點間桿件截面不匹配，導致節點設計困難，球體直徑大大增加，球體的重量占比加大[3]。有的甚至超過30%，此時桿件占比已經降低到50%以下。由于其余組分占比并不多，整體波動不大。此時球體占比已經不太合理，節點質量過大還會引起較大豎向地震作用效應，對結構不利。當跨度增大時，桿件占比線和球體占比線都趨于平緩，各組分占比也趨于穩定，不會出現桿件截面和球體直徑的大斜率的變化。荷載增大和跨高比加大的效果趨同，桿件占比和球體占比變化趨勢一致[5]。

隨著跨高比和荷載的加大，桿件占各組分的比重會下降，螺栓球比重則會上升，兩者基本呈反相關的變化規律。一般情況下各組分占比分布規律為：桿件占比60%～75%，球占比10%～30%，錐頭重5%～15%，套筒封板和螺栓占比接近，約為1%～5%。高強度鋼隨著荷載和跨高比變化各組分占比更加穩定，高強度鋼能夠在同等情況下減小桿件截面，同時也減小了螺栓球的直徑，更容易計算滿足。

圖1 Q235 鋼不同跨高比、荷載對各組分的影響