网架美观性及经济性的探讨

中图分类号：TU356文献标识码： A

随着社会经济、技术的不断发展，现代建筑中，钢结构得到了广泛的应用。在钢结构的众多类型中，网架由于其形式灵活多变、安装方便快捷的自身特点，也被广泛的应用在体育馆之类的大空间建筑中。随着网架结构的广泛应用，人们对网架的美观性与经济性有了更多更高的要求。

一、网架的美观性

网架由于其空间分格，本身具有较好的美观性，而网架节点球的大小亦成为影响其美观度及经济性的重要因素之一。如若网架节点求的尺寸不大，比较均匀，会给空间的美观性增色不少，但如若网架节点球尺寸较大，且变化不均匀，将会对网架整体的美观度大为削弱。

《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）中第3.2.5款：“确定网格尺寸时宜使相邻杆件间的夹角大于45°，且不宜小于30°”。网架节点球的大小，除了网架本身荷载及分格等因素的影响外，弦杆与腹杆之间夹角是影响节点球尺寸的重要因素之一。这一点在空间四角锥网架中的体现尤为突出，现就以空间四角锥网架为例，对网架弦杆与腹杆空间夹角进行分析对比。

图1

如图1所示，空间四角锥网架的一个空间分格，空间四角锥网架的弦杆与腹杆最佳空间夹角为60°，设弦杆长度为 a，网架矢高为h，弦杆与腹杆空间夹角为α,这三者之间有如下关系：

即

空间四角锥网架的弦杆与腹杆最佳空间夹角为60°,

或a=

为了计算的快捷方便，可以取值a=1.4h、a=1.5h、a=h，此时，网架弦杆与腹杆的空间夹角分别为60.16°、59.04°、65.91°。

整体来说，网架的分格还要根据支座的间距，跨度的大小，荷载的取值等因素来确定，但网架的弦杆与腹杆的空间夹角尽量接近60°，网架的空间受力协调性及美观度必将得到更好的体现。

二、网架的经济性

网架空间分格尺寸直接影响着网架的经济性。

《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）第11页第3.2.5款：网架的网格高度与网格尺寸应根据跨度大小、荷载条件、柱网尺寸、支承情况、网架形式以及构造要求和建筑功能等因素确定，网架的高跨比可取1/10～1/18。

现在根据网架网格及网架高度的不同，对在同一情况下网架的经济性做一对比。

1、荷载假定

屋顶荷载明细如下：

1）抗震设防烈度 8 度（0.20g），第 二 组；

2）基本风压w0=0.66kN/m2，基本雪压s0=0.90kN/m2；

3）屋顶上弦恒载：0.5kN/m2，屋顶上弦活载：0.8kN/m2，屋顶下弦悬挂活载：0.3kN/m2；

2、工程示例假定

示例一：网架30mx42m，柱网（6mx5）x(6mx7)，网架平面网格取值分别为2.0m、3.0m两种情况，网架高度取值分别为1.7m(1/18)、2.0m(1/15)、2.3m(1/13)、3.0m（1/10）。

1）2.0m网格，高度为1.7m、2.0m、2.3m、3.0m；

用钢量统计（杆件与球节点总重）：

2.0m网格高度1.7m：38869kg；

2.0m网格高度2.0m：37324kg；

2.0m网格高度2.3m：38343kg；

2.0m网格高度3.0m：52131kg；

结论：2.0m网格，高度2.0m的用钢量最小。

2）3.0m网格，高度为1.7m、2.0m、2.3m、3.0m；

用钢量统计（杆件与球节点总重）：

3.0m网格高度1.7m：30414kg；

3.0m网格高度2.0m：28069kg；

3.0m网格高度2.3m：27282kg；

3.0m网格高度3.0m：；26277kg；

结论：3.0m网格，高度3.0m的用钢量最小。

示例二：网架45mx54m，柱网（9mx5）x(9mx6)，网架平面网格取值分别为3.0m、4.5m两种情况，网架高度取值分别为2.5m(1/18)、3.0m(1/15)、3.5m(1/13)、4.5m（1/10）。

1）3.0m网格，高度为2.5m、3.0m、3.5m、4.5m

用钢量统计（杆件与球节点总重）：

3.0m网格高度2.5m：77377kg；

3.0m网格高度3.0m：72157kg；

3.0m网格高度3.5m：73582kg；

3.0m网格高度4.5m：98245kg；

结论：3.0m网格，高度3.0m的用钢量最小。

2、4.5m网格，高度为2.5m、3.0m、3.5m、4.5m

用钢量统计（杆件与球节点总重）：

4.5m网格高度2.5m：77082kg；

4.5m网格高度3.0m：68724kg；

4.5m网格高度3.5m：64628kg；

4.5m网格高度4.5m：66452kg；

结论：4.5m网格，高度3.5m的用钢量最小。

根据以上两个工程示例，总计16中网格、矢高分格的用钢量的对比，可以得出一个结论，网格大小与矢高一致时，网架整体用量最小。对于4.5m网格高度4.5m的情况，主要由杆件的长细比控制，所以用钢量反而增大。