網(wǎng)架是由很多桿件從兩個(gè)或幾個(gè)方向有序排列組成的高次超靜定空間結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架桿件相互支撐作用，在任一種荷載工況下，所有桿件均參與工作，充分利用了材料的性能，從而達(dá)到節(jié)約材料的目的。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實(shí)際受力與工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較接近，桿件制作簡(jiǎn)便、工廠化程度高、施工工期短等特性是其突出的優(yōu)點(diǎn)。

1 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)述

  1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)型式

  網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[1]根據(jù)網(wǎng)格形式不同分為：交叉桁架體系；四角錐體系；三角錐體系[3]。

  單層汽車工業(yè)廠房的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一般采用正交正放的四角錐網(wǎng)架，這種結(jié)構(gòu)造型簡(jiǎn)單、制造方便、特別是在有懸掛吊車的情況下[2]，具有較大的空間剛度的正放四角錐網(wǎng)架比較有利。

  1.2網(wǎng)架支承形式

  網(wǎng)架與柱的節(jié)點(diǎn)連接方式分為：上弦支承式和下弦支承式。

上弦支承對(duì)網(wǎng)架平面內(nèi)本身的穩(wěn)定比較有利，但對(duì)柱子的穩(wěn)定不利。汽車工業(yè)廠房中因工藝要求一般采用大跨度、大柱距的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一般采用下弦支承[5]。

  1.3網(wǎng)架支座形式

  網(wǎng)架支座的選取原則為：網(wǎng)架設(shè)計(jì)支座的力學(xué)模式必須和設(shè)計(jì)的支座構(gòu)造保持一致。

  網(wǎng)架支座分為壓力支座節(jié)點(diǎn)和拉力支座節(jié)點(diǎn)。壓力支座節(jié)點(diǎn)主要有：平板壓力、單面弧形壓力、雙面弧形壓力、球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)。拉力支座節(jié)點(diǎn)主要有：平板拉力、橡膠板式、單面弧形拉力支座節(jié)點(diǎn)。在汽車工業(yè)廠房中，運(yùn)用較多的是平板支座，單面弧形支座。

  1.4網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)形式有焊接空心球和螺栓球兩種。焊接空心球節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳力明確，但現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高，且焊接變形易引起尺寸偏差。螺栓球節(jié)點(diǎn)避免了大量的現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，且零配件規(guī)格便于系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。但螺栓球節(jié)點(diǎn)也存在如節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、機(jī)械加工量大、制作費(fèi)用較高等問(wèn)題，一般適用于中小跨度網(wǎng)架，桿件長(zhǎng)度不超過(guò)3m為宜。

2 網(wǎng)架設(shè)計(jì)一般原則

    2.1桿件計(jì)算長(zhǎng)度及容許長(zhǎng)細(xì)比網(wǎng)架桿件計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)球節(jié)點(diǎn)形式確定。當(dāng)采用螺栓球時(shí)，弦桿及支座腹桿、腹桿計(jì)算長(zhǎng)度均為1.0L；當(dāng)采用焊接空心球時(shí)，弦桿及支座腹桿計(jì)算長(zhǎng)度為0.9L，腹桿計(jì)算長(zhǎng)度為0.8L。（L為桿件的幾何長(zhǎng)度）

  網(wǎng)架桿件中拉桿容許長(zhǎng)細(xì)比取值：直接承受動(dòng)力荷載桿件、支座附近桿件為250，一般桿件為300；壓桿容許長(zhǎng)細(xì)比取值為180。因網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下弦工藝荷載為均布荷載，應(yīng)考慮最不利布置形式，除滿布荷載以外，還應(yīng)按照棋盤(pán)式布置荷載。

  2.2網(wǎng)架高度與桿件選取

  網(wǎng)架的高跨比可取為1/10～1/18，通常在2～6 m范圍內(nèi)；網(wǎng)格的長(zhǎng)寬宜相等，也可以不等，網(wǎng)架在短向跨度的網(wǎng)格數(shù)不宜小于5。網(wǎng)架桿件的長(zhǎng)度一般控制在3～6 m，腹桿與地面夾角應(yīng)控制在30～60度，以45度為宜，腹桿的內(nèi)力一般僅為上下弦桿內(nèi)力的1/3～1/6[4]。為了提高網(wǎng)架的剛度，網(wǎng)架撓度控制值提高為1/300，以滿足工藝吊掛對(duì)網(wǎng)架剛度的要求。

3 實(shí)例分析

  某廠房焊裝車間總長(zhǎng)為248m，寬度54m，主要柱網(wǎng)為27mx24m，廠房?jī)?nèi)工藝荷載分布均為且較大（主要為3KN/m2）此廠房屋蓋設(shè)計(jì)宜采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[5]。根據(jù)溫度分區(qū)，焊裝車間長(zhǎng)度方向劃分為120m和127m，以120mx54m為例。網(wǎng)架柱設(shè)計(jì)時(shí)偏安全的取μ=2。廠房荷載設(shè)置：屋面恒載 0.3KN/m2，屋面活載 1.0 KN/m2，工藝吊掛荷載為2.8KN/m2、3.0KN/m2。

  焊裝車間采用正放四角錐形式，主要柱網(wǎng)為27mX24m，網(wǎng)架最低點(diǎn)高度為2.4m，坡度為5%。網(wǎng)格尺寸大小為3mx4m，下弦支承。網(wǎng)架球節(jié)點(diǎn)有焊接空心球和螺栓球，桿件計(jì)算長(zhǎng)度均取為1.0L，拉桿、壓桿長(zhǎng)細(xì)比均按λ=180取值。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通過(guò)調(diào)整網(wǎng)架上弦外側(cè)球節(jié)點(diǎn)布置，使得上下弦外側(cè)球節(jié)點(diǎn)對(duì)齊，方便現(xiàn)場(chǎng)安裝抗風(fēng)短柱，無(wú)需采用輔梁來(lái)連接抗風(fēng)短柱。但此種方法，影響了管道支架小立柱的設(shè)置，外圍軸線管道支架一側(cè)需連接在豎向腹桿上，豎向腹桿需復(fù)核管道荷載，如不足則需增大桿件截面尺寸，保證滿足強(qiáng)度要求。

因考慮風(fēng)荷載的作用，焊裝車間外側(cè)柱頂支座均采用單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)，支座弧形板與其上的底板為線接觸，能使支座有微量轉(zhuǎn)動(dòng)和微量線位移。中柱支座采用平板壓力支座節(jié)點(diǎn)，這種支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，加工方便，用鋼量省，見(jiàn)圖（1）。

  網(wǎng)架計(jì)算：網(wǎng)架采用同濟(jì)大學(xué)研制的3D3S V12.1.1網(wǎng)架模塊進(jìn)行建模和計(jì)算優(yōu)化，并采用后處理模塊進(jìn)行施工圖的繪制。

  焊裝車間總面積13392m2，折合單位用鋼量為36.3kg/m2。

4 總結(jié)

  網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅是軟件的應(yīng)用，更是對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的清晰理解。在網(wǎng)架設(shè)計(jì)中，最重要的一點(diǎn)是選擇符合工程實(shí)際情況和綜合條件的結(jié)構(gòu)形式，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式、支承形式、支座形式、球節(jié)點(diǎn)形式的選用上，最終保證結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)濟(jì)和施工便利。