网架结构范文

网架结构篇1

关键词：网架结构；设计；措施

中图分类号：S611文献标识码： A

1、网架结构设计要点研究

1.1、网架结构的优点

网架结构在大跨结构中应用广泛且发展很快，其造型优美，形态变化多端，可以满足建筑外观丰富多变的要求；结构自重轻，有很好的经济指标；网架结构为高次超静定结构，各杆件协同工作，即使某根杆件破坏结构仍不会变为静定结构，从而保证结构能正常工作，所以网架结构安全系数较一般结构形式的高；网架结构中一些杆件交汇到同一节点，同一节点处各杆件既共同受力，又互为支撑，所以其整体性能好、稳定性好，这对结构受力是非常有利的；由于其自身特定的结构形式，网架结构相比其它结构形式具有良好的抗震性能；网架结构中杆件主要承受轴力，这与杆件的主要受力形式相符合，可以充分发挥材料的力学性能，达到节约用材的目的；网架结构成功实现了以较小的空间来造就较大的跨度，并且可以利用上弦下弦之间的空间来布置管道设备等，可以创造大的建筑空间来满足人们的需求。

1.2、网架结构的形式

网架结构有两层和三层的形式，两层形式是由上弦、腹杆、下弦组成，三层形式是由上弦、上腹杆、中弦、下腹杆、下弦组成，目前的结构中应用最为广泛的是两层的网架结构形式。

2、网架结构设计过程中若干问题的探讨

2.1、网架设计软件的选取问题

目前，国内外设计网架结构的软件主要有MSTCAD,SFCAD,MSGS等，其中MSTCAD开发运用最早，因为其良好的建模、分析及出图等综合性能被广泛采用，该建筑物中的网架结构设计也是采用该软件。该软件不仅能分析各种网架、网壳结构形式，还能处理平面析架、空间析架、门式钢架等结构形式。

2.2、下部框架与上部网架的建筑物在结构建模时是分开建模还是整体建模的问题

一般情况下从理论方面分析，把上部网架与下部建筑物建在一个模型进行整体分析最接近实际情况，能分析上部与下部的协调受力，也能分析出结构的整体受力与稳定问题。但实际情况是这种形式的建筑物在建模过程别是实际工程在设计院进行设计建模时，由于下部结构是框架，框架一般用PKPM软件来进行建模与分析及出施工图等，而上部网架结构则一般多用MSTCAD软件来进行以上的工作，设计院所用的设计软件很少有能把上部与下部两种性质不同的结构建在同一个模型中，现在所用的SAP2000与Ansys等大型有限元分析软件虽然能把两者同时建在一个模型中进行整体分析，但在这些软件中进行建模比在前面提到的PKPM与MSTCAD中建模要复杂的多，且在这些软件中不能直接出施工图，对设计院来说工作效率会大大降低。

2.3、支座的选取问题

在网架结构设计中支座的选取问题是重点也是难点，网架结构中采用的支座形式有固定铰支座、弹性支座、滚轴支座等，而工程中最为常用的是固定铰支座、弹性支座两种支座形式。采用这两种支座形式各有其优缺点，当采用固定铰支座时由于支座处约束刚度大，所以上部的网架相对来说产生的轴力、位移、挠度等会较小，但其缺点是由于约束强，上部网架会对下部柱子产生很大的剪切力，这对下部柱子的设计会增加一定的难度。当采用弹性支座时，因为下部柱子在Z向对上部的约束较强，所以一般情况下会采取Z向固定约束，X与Y向为弹性约束，也即在X与Y向能释放内力，这可大大减小连接处柱子所受的剪切力，而在Z向柱子受的是压力，柱子的抗压能力是很大的，所以采用这种支座形式下部柱子的受力情况良好。但不利方面的是上部网架结构由于连接处的约束较弱，内部杆件会产生较大的轴力、位移与挠度，特别是跨中的挠度会有很大的增加。所以选用什么样的支座形式是根据多方面因素综合而定的。

2.4、杆件的设计与选取问题

在设计杆件时，拉杆与压杆的设计原则是不同的一一压杆是按照长细比限值进行设计而拉杆是按照强度限值进行设计，一般情况下按照强度限值比按照长细比限值设计出来的杆件要小，但是在实际工程中我们并不能按照这一原则来进行设计，因为当荷载改变或某些外部原因作用时拉杆有可能会转变为压杆，所以在设计时我们一般都是按长细比限制来进行拉压杆件的设计。另外按照网架受力特性运用规范、软件等计算设计出来的杆件规格在受力上是合理的，但是有时实际中并不能直接采用，因为要考虑到当地的材料供应问题，所以在设计过程中从材料库中选择杆件时最好要先了解市场，采用市场中常供应的材料。

3、网架结构的耐久性及设计

网架结构的杆件和节点采用钢材制作，但是钢材是非常容易锈蚀的，锈蚀杆件截面减小，以此就会大大的降低网架结构的安全性，尤其是在相关的使用环境比较潮湿的情况下，就应该更加的注意对网架防锈处理工作的强化。在以往的工作中，通过我们对现场网架结构的检测中发现，在相关的使用环境比较潮湿的情况下，网架的使用时间是不会太长的，都会产生一些杆件的锈蚀。对网架结构防锈方法有以下几种:改变金属结构的组织，在钢材的炼制过程中增加合金元素以提高钢材的抗锈蚀能力，如采用不锈钢；在钢材表而用金属镀层保护；在钢材表而涂以非金属保护层。当采用非金属涂料的防锈方法时，应根据网架使用的环境条件、腐蚀介质的情况等条件选择合适的底漆和面漆，并确定涂层厚度。

与此同时，我们在现场检查中发现部分螺栓球节点网架下弦杆与螺栓球间产生缝隙，这是由于下弦杆受拉变形引起的，潮气很容易通过缝隙进入钢管或高强螺栓中，腐蚀高强螺栓。所以等网架屋盖系统安装完毕，网架承受大部分荷载后，应用油腻子将接缝处填嵌密实。当使用环境比较潮湿时，最好是采用密封性较好的焊接球节点网架。网架节点设计时要注意不要出现死角，以方便焊接及进行防腐处理。网架由于其节点设计不合理造成焊接及防腐处理困难。检查中发现当网架周边的杆件埋在墙中时，杆件极易锈蚀，而杆件与墙面之间留有一定间隙时杆件不易锈蚀。所以在设计时应使网架周边杆件与墙面间留有一定间隙，以此防止杆件锈蚀及有利于杆件的维护。

结束语

综上所述，现阶段，网架结构是发展最迅速、被应用最多的空间结构形式，这主要因为其有众多的优点：其属于空间受力结构，故各杆件受力均较为均匀；同时其结构的高度较小，便可以利用较小的杆件来建造出较大的跨度，这样一来既可以满足大空间的要求又可以降低工程的成本，且可以充分利用建筑物的建筑使用空间；属于多次超静定结构，结构的安全度高；结构的整体抗震性能较好；整体结构的空间刚度较大，使得结构的稳定性较好；杆件主要是以承受轴向力为主，能充分发挥材料的强度；杆件的类型统一，适用于工业化生产、拼装和整体结构的吊装，施工周期大大缩短，使得工程的投资回报期限短等等。所以在以后的工作中，一定要特别注意对其的设计应用。

参考文献

[1]周燕.钢结构网架结构设计要点研究[J].江西建材，2014，07:12.

[2]刘琦，徐建新，闫亚汐.大空间结构网架部分的加固[J].河北联合大学学报(自然科学版)，2014，01:88-91.

网架结构篇2

[关键词] 焊接空心球；螺栓球；锥头；封板

网架节点的按构造形式可分为：焊接空心球节点、螺栓球节点、

水雷式螺栓球节点、钢管圆筒节点或钢管鼓节点。

1、焊接空心球节点设计

焊接空心球节点是天津大学土木系刘锡良教授研究成功和发明创造的，并于1966年8月在全国首先应用在天津科学宫礼堂屋盖(现天津市科委礼堂)上。从那时至今已将这项发明推广应用于数千座网架工程之中，它对开创我国网架结构事业的发展，起到了重大的推动作用。

网架连接节点的空心钢球，可采用焊接成型或铸造成型。在工程实践中，普遍采用焊接成型的空心钢球。焊接空心球节点有着许多独特优点：首先加工简单，由两个半球焊接而成；其次是杆件与球焊接自然对中，避免了节点偏心；三是受力合理、安全可靠，并且造价低廉，这也是便于推广的主要原因。

焊接成型的空心钢球是将按要求确定的两块圆钢板经热压或冷压成两个半圆球壳(一般采用钢板热压成型的加工方法)，而后再对焊成一个整球(无肋空心球)；或是由两个半圆球壳中间加设一块环形加劲板，而后再对焊成一个整球(有肋空心球)。对于个别受力较大的空心球，也可加设互相垂直的双向环形加劲肋板。

加设的环形加劲肋板的厚度，一般不应小于空心球的壁厚，通常取与空心球的擘厚相同；而且应将内力较大的圆钢管杆件设置在环形加劲肋板的平面内。在工程实践中，一般是设置在较大内力弦杆的轴线平面内。

2、螺栓球节点设计

我国的螺栓球节点是从德国的米罗体系演变而来。螺栓球节点由螺栓、钢球、销子(或螺钉) 、套筒和锥头或封板等零件组成，适用于连接管杆件。

2．1螺栓球体的设计。在确定螺栓球直径的大小时，主要取决于：(1)连接球体和杆件所采用的高强度螺栓直径的大小；(2)连接球体和杆件所采用的高强度螺栓拧入球体的长度；(3)连接于螺栓球的两相邻圆钢杆件轴线夹角的大小。

2．2高强螺栓的设计。连接螺栓和圆钢管杆件所采用的高强度螺栓，应符合国家标准《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》(GB／T16939―1997)规定的性能等级为8．8级或10．9级的要求，并应符合国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》(GB／T1231―1991)和《普通螺纹基本尺寸．粗牙普通螺纹》(GBl96-81)的规定。但为了构造的需要和转动的方便，高强度螺栓的大六角头应制成圆头。

一个高强度螺栓的抗拉承载力设计值应按下式计算：

Ntbh=ψAebhftbh≥Ntmax

Aebh为高强度螺栓的有效面积

ftbh为高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值：对40cr钢、40B钢、20MnTiB钢为430N／mm2；对45号钢为365N／mm2；

ψ为高强度螺栓直径对承载力的影响系数；

当d＜30mm时,ψ=1.0；

当d≥30mm时,ψ=0.93；

Ntmax为被连接的圆钢管杆件的最大轴心拉力。

连接螺栓球和受压圆钢管杆件所采用的高强度螺栓，可按被连接杆件内力的绝对值参照下式计算确定：ψAebhftbh≥Ntmax

Ntmax为被连接的圆钢管杆件的最大轴心压力的绝对值。

连接螺栓球和圆钢管杆件所采用的高强度螺栓的螺栓的螺杆长度Lb，可根据构造要求确定，即：Lb=拧入螺栓球的长度+长形六角套筒的长度+锥头底板(或杆端封板)的厚度。

2．3长形六角套筒的设计。长形六角套筒的作用是拧紧高强度螺栓和承受圆钢管杆件传来的压力。因此，设计时应满足以下要求：(1)长形六角套筒的外形尺寸应符合搬手开口尺寸系列，端部要保持平整；(2)长形六角套筒内孔无螺纹，孔径一般比高强度螺栓直径大1.0mm；(3)长形六角套筒的壁厚应按被连接圆钢管杆件的轴心压力计算确定，并应验算开设滑槽或紧固螺孔处以及端部有效截面的承压应力。

承受被连接圆钢管杆件轴心压力的长形六角套筒在开设滑槽处或紧固螺钉孔处的强度，应按下式计算：бc=N/Ann≤f

式中N为被连接网钢管杆件的轴心压力。

Ann为长形六角套筒在开设滑槽处或紧固螺钉孔处的净截面面

积。

承受被连接圆钢管杆件轴心压力的长六角套筒端部的承压强度，应按下式计算：бce=N/Aen≤fce

式中Aen为长形六角套筒端部的有效面积。

长形六角套筒端部举滑槽端部或紧周螺钉孔边缘的距离，应考虑该处有效截面的抗剪承载力不低于销子或紧同螺钉的抗剪承载力进行计算确定，且不应小于滑槽宽度或紧固螺钉的抗剪承载力进行计算确定，且不应小于滑槽宽度或紧同螺钉孔径的1.5倍和6mm，以保证长形六角套筒整体刚性和抵抗带动销子旋紧高强度螺栓时所产生的扭矩。设置在长形六角套筒上的滑槽宽度一般比销子直1.5-2.0mm。

2．4锥头和封板的设计。网架中螺栓球节点的圆钢管杆件，可采用锥头连接，也可采用封板连接。锥头和封板作用是连接圆钢管杆件和高强度螺栓，承受被连接杆件的轴心拉力或轴心压力。因此它既是螺栓节点的组成部分，也是网架圆钢管杆件的组成部分。

设计锥头和封板时应满足以下要求：(1)为避免交汇于节点处的网架圆钢管杆件的相互干扰并使其传力顺畅，当圆钢管杆件的管径大于76mm时，一般宜采用锥头的连接形式；当圆钢管杆件的管径等于或小于76mm时，可采用封板的连接形式；(2)锥头的任何截面均应与被连接的圆钢管杆件截面等强度；而且锥头筒壁任何截面的最小厚度不应小于被连接圆钢管杆件的壁厚加2mm，并应满足锥头与圆钢管杆件相连的焊接构造要求。锥头底板外侧平直部分的外接圆直径，通常取连接所用高强度螺栓直径的1.8倍加3～5mm：锥头(斜向)筒壁的坡度不应大于1／4的斜角，且锥头底板与(斜向)筒壁的交角应为圆弧角，以使传力圆滑过渡。锥头的长度根据被连接圆钢管杆件直径、锥头底板连接高强螺栓的构造要求、锥头(斜向)简壁的合理坡度以及锥头与圆钢管件焊接连接的构造要求来确定；(3)锥头或封板与圆钢管杆件的连接焊接，均应与被连接的杆件截面等强度；因此其连接焊缝应采用完全焊透的坡口对接焊缝：(4)锥头与封板的厚度，考虑到由于锥头底板和封板承受较大的局部压力或拉力，锥头底板和封板的厚度宜按握性理论计算确定，但封板的厚度一般不宜小于被连接圆钢管杆件外径的1／5；锥头底板的厚度不宜小于被连接圆钢管杆件外径的1／6；(5)锥头和封板的表面要保持平整，以确保固高强度螺栓的装配质量。高强度螺栓的中心线应尽可能与杆件轴线相重合，螺栓孔径

一般只能比螺栓直径大0.5―1.0mm。

2．5销子和开槽圆柱端紧固螺钉的设计。销子和开槽圆柱端紧同螺钉的作用有：(1)销子和开槽端紧崮螺钉是连接高强度螺栓和长形六角套筒的辅助紧固件；它在搬手转动长形六角套筒时，带动高强度螺栓转动而逐步紧固，承受搬手转动长形六角套筒所产生的剪力；(2)在高强度螺栓未与螺栓连接之前，要防止长形六角套筒脱落；在高强度螺栓紧固后，防止长形六角套筒松动。

3、水雷式螺栓球节点的设计

水雷式螺栓球节点是在螺栓球节点的基础上，对球体形状作了改进而成的。它是在跨度较大和屋面荷载较重的网架中，从缩小螺栓球体的直径，节省钢材，适应内力大的弦杆采用大直径的高强度螺栓，内力较小的腹杆采用较小直径的高强度螺栓等方面出发，对球体形状作了改进的一种螺栓球连接节点的形式。因此，组成水雷式螺栓球节点的零部件及采用的钢材等均与螺栓球节点相同，只是钢球体的形状不同而已。

4、钢管圆筒节点的设计

钢管圆简节点采用短钢管与网架的圆钢管弦杆和腹杆直接焊接的连接节点的形式。它主要用于网架杆件采用圆钢管的小跨度轻型四角锥嘲架和三角锥网架。钢管鼓节点是一种采用短钢管在其上下两端焊以封板作成的鼓筒，将网架弦杆直接与焊于鼓筒的短钢管上，腹杆焊于封板上的连接节点形式。它主要用于杆件为圆钢管的跨度小的轻型刖角锥网架。

结束语

网架结构篇3

关键词：农村电网；网架结构；规划方法；优化算法

1 农村配电网规划的现状分析

对农村电网现状，大部分地区的分析还局限于统计现有的电网状况，未能深入细致地分析规划要求和内容，出现了基础数据收集不全、文字表述不清、前后数据不对应、数据不准确、负载率和容载比概念混淆等问题。此外，配电网络的结构薄弱。现在农村电网配电网络没有环网供电方式，都为辐射网，事故率高，负荷转移能力差，停电检修范围大。

（1）由于目前一些从事农村电网规划的人员缺乏负荷预测方面的专业知识，在进行电力需求预测时完成的电力需求预测准确度不高，收集的历史数据不全，负荷预测的最终结果不准确。大多数地区没有对电气二次及配网自动化进行全面的规划，只有少数仅仅是介绍建设规划方案的系统，对设备、材料的选择，技术的要求和管理工作方面缺少规划，没有结合实际。

（2）投资估算不准确的现象也屡见不鲜。单位工程造价由于没有统一的规范，再加之缺乏经验和技术的指导，使单位工程缺乏可比性和统一性，投资方面差别较大。并且经济效益分析简单也是农村配电网规划方面的弱点。

（3）农村配电网规划和目前新农村建设的要求不相适应。众所周知，服务于新农村建设，服务于三农工作是电网公司的责任，然而直到现在都几乎没有关于农村配电网规划中适应不同功能定位的村级低压网规划。

（4）电压、无功缺乏有效的、专项的规划。因为无功补偿能降低网络损耗，保持网络无功平衡，所以，它对电力网建设和改造十分重要。目前，在农村配网规划中，没有进行对无功补偿电压损失率和电压损失等的分析，由于现有的配电变压器布点不足、无功补偿容量欠缺、配电网导线较细等原因，导致农村电网电压的合格率较低。

2 农村电网规划的主要内容

研究调查农村电网规划的主要内容有电网的线路损耗率、供电可靠性、电网的电能损失、各主要线路的电压损失、供电能力是否满足现有负荷的需要和设备的使用情况等。

农网规划与改造的基础是负荷预测，规划方案的质量与其准确性直接相关。在电网规划范围内搜集和调查各个生产部门的人日常生活用电的变化和发展计划的资料，运用负荷预测的方法再根据资料，测算用电负荷分区，然后依照预测结果做电网规划。在做电网规划时，依据负荷预测的结果来确定电网结构的原则和规划的总体目标。此时，要综合考虑农村电网供电的特殊性和电网规划的整体性。在对农网网架结构的研究中，需要从整体上来规划农网网架结构，再根据农村的各变电所确定最佳的地理位置和布局、线路路径、输配电线路的接线方式、输配电线路和变电所的建设进度，同时还要确定通信、自动化、调度的要求、规模和保护的方式。农网规划的目的是减少线路的电能损失和电压损失，降低线损率，提高供电可靠性。所以，需要分析和计算农村电网规划前后的各项指标，预测规划期末扩大供电能力后取得的社会效益和经济效益。

3 网架结构规划的方法

目前，在实际中普遍采用数学方法，以计算机为工具对电网进行优化规划，这里的数学方法主要包括数学规划方法和启发式方法，下面对这两种方法进行介绍。

数学规划方法研究规划问题中各因素或变量间的相互关系，从整体对问题进行考虑，相对启发式算法而言，在理论上数学优化方法更为优越。数学规划方法主要包括非线性规划、线性规划、混合整数规划、动态规划和整数规划。

（1）数学规划方法中的非线性规划法的目标函数与工程实际更为接近，十分精确，但是求解方法的难度也更大，用这种方法所得的结果和真正的最优方案同样可能存在偏差，这是因为用的是连续变量模拟离散变量。

（2）线性规划法研究是发展最成熟的方法，在实际工程中非线性问题是用的简化措施将其线性化，再用线性规划法对其求解。线性规划具有求解速度快和计算简单等优点，但是这种方法不能考虑配电网规划的离散性，导致结果不满足约束条件或者偏离最优解。

（3）混合整数规划法不仅给出了最优的发电机出力的调度计划，确定了最佳电网结构，而且模型中还考虑到线路的损耗，在经过线性化处理之后，求解就可以调用标准的数学优化程序来进行。

（4）数学规划方法中的动态规划是一种分阶段考虑问题的方法，它是把一个问题变成几个子问题来考虑，这样可以过渡和协调多阶段规划问题各阶段间的方案，然而这种方法的缺陷是计算时间较长，如果系统的规模比较大，则计算量会更大。

（5）整数规划解的数目是有限的，因为它考虑到配电网规划的离散性。这种方法适合解决小规模的问题，但是待选线较多时计算时间会较长。

启发式方法通常是定义一个反映投资需求或者运行性能的综合指标，在依据一定的原则规划网络结构时，若不符合指标，就要对网络结构进行修改和重新校核，直到网络结构满足指标。启发式方法计算量小、直观、简单，能很好地结合规划人员的经验，在实际工程中的应用也较为广泛。不过在进行修改和重新校核的过程中，如果找到满足指标的解就停止计算，所以，此方法不是一种严格的优化方法。

4 网架结构规划的智能优化算法

随着电网规模的扩大，传统的数学优化方法的局限性也日益凸显。采取一些智能优化算法能够得到实用性较好的电网优化网架，所以，在电网规划中各种基于人工智能技术的优化算法开始得到广泛应用。下面着重介绍四种智能优化算法。

（1）在电网规划中广泛使用遗传算法，它是一种模仿生物进化过程最终找到最优解的优化算法。遗传算法与传统算法不同，具有随机操作、隐并行性、多路径搜索等特点，对搜索空间和数据的要求很低，仅采用适应性信息，不需要导数等辅助信息，适应的范围更加广泛。但是，遗传算法的不足，是可能收敛到局部最优解和计算速度慢等，对此，现在也正在进行研究和改进。

（2）求解电力系统的组合优化问题开始应用Tabu 搜索。例如，配电网规划问题、警报处理、输电网络的扩展规划问题、短期负荷预测电压和无功控制、配电网络的故障恢复等。不过Tabu搜索法还有待进行进一步的研究，这是由于收敛受到初始解的影响，导致无法从数学上证明最终的结果和搜索的效率一定能达到最优解。

（3）模拟退火算法主要模仿热力学中液体的结晶和冻结的退火和冷却过程，它是一种随机搜索技术，适用于大型组合的优化问题。这种方法能够有效防止造成局部最优，而且还保留了局部搜索的简单性和通用性。它的不足之处在于存在多个最优解，而且算法的运行时间较长，适合同其它方法结合使用。

（4）蚁群算法是新型的仿生启发式优化寻优算法，它构造人工蚂蚁利用蚂蚁群觅食的机理，让人工蚂蚁选择前进的路径，再经过反复迭代，使大部分的蚂蚁沿最佳的线路完成搜索。求解组合最优问题适宜用蚁群算法。蚁群算法的寻优能力和效率都比目前已有的其它现代启发式优化算法强，应用前景十分广阔。

结语

针对现有的农村配电网存在的问题，希望各级政府和电力部门根据当地的社会经济发展，加强对规划报告的评审、实施、编制的管理，合理规划农村配电网网架结构，提高供电可靠性和供电能力，有效降低网络损耗，最大限度地满足电网的自身发展和用电需求的增长，满足农村经济发展和人民生活质量不断提高的需要，做好农村配电网规划和农网建设的衔接工作，确保农村配电网可靠、安全地运行。

参考文献：

[1]李柱峰，浅谈农村配电网存在的问题和对策[J].中国电力教育。

[2]张宁，任玲，农村配电网网架结构规划方法研究[J].农业网络信息。

网架结构篇4

关键词：空间网架结构；设计要点；措施

Abstract: network design is steel structure design in common a structure design form, in the actual project, the design of software relies mainly on the composition is bigger, this paper mainly discusses the design points of the space grid structure.

Keywords: space grid structure; Key points of the design; measures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1空间网架的建筑设计

1.1网架选型

空间网架结构形式多种多样，按结构组成分类，有单层网壳、双层和多层网架；按支承情况分类，有周边支承网架、多点支承网架及周边和多点结合支承网架；按网格组成情况分类，有平面交叉桁架体系、空间桁架体系及表皮受力体系；按球节点形式分类，有螺栓球节点网架，焊接球节点网架等等。其中正放四角锥网架是目前应用最为广泛的空间网架形式。

空间网架结构之所以应用广、发展快，除了其受力合理性和经济实用型外，其多变的造型，能赋予建筑师丰富的想象力和广阔的设计空间。同样，置身于大型工业厂房中，屋面网架结构以其规则的网格，富有立体感的正放四角锥组合，能让人感到赏心悦目。这种屋面形式与功能的和谐统一，是普通钢结构屋面无法达到的，因此，空间网架结构形式越来越受到建筑师的亲睐。

1.2设计模型的建立

网架选型后，设计者还必须确定网架的计算单元，网格尺寸和矢高即网架高跨比、格跨比等基本参数，从而建立起计算模型。

一般形状较规则的中小型网架，温度影响不大。因此，网架可以作为一个计算单元。大型网架或平面形状很不规则的网架，考虑到温度变化对网架杆件及支座受力影响较大，安装累积误差不易调整，因为，应将整体网架划分成为多个相互独立工作的计算单元。

网架的高跨比、格跨比是确定网架尺寸的重要参数，它与网架跨度大小、柱网尺寸、屋面材料、构造要求及建筑功能有关。

1.3屋面材料

屋面材料的选择直接关系到网架结构的经济分析。不同的屋面板具有不同的自重及屋面活载荷，因而影响网架的用钢量。采暖地区的民用建筑屋面一般采用隔热保温效果好的复合夹芯板，工业厂房热车间屋面板一般采用彩色压型钢板等轻屋面形式。有特殊要求时，则采用其他的屋面板吗。

1.4屋面排水

网架结构屋面排水方式与普通钢屋架屋面一样，可分为内排水和外排水方式。

内排水方式可以减少屋面汇水面积及天沟尺寸，同时降低网架上弦支托的高度，这种排水方式在一些形状不规则的复杂网架结构中经常采用。

外排水方式构造简单，应用较广。特别是在大型工业厂房网架设计中，各种工艺管道较多，地下设备基础复杂，而且厂房柱上多设有桥式吊车，所有这些都极大地影响了内排水方式中排水管的行走路线。因此，宜优先采用外排水方式。

1.5天窗

对于网架结构屋面而言，天窗结构有两种形式，一种是普通钢天窗架形式，另一种是网架形式。前一种形式的天窗与网架屋面是独立的两部分。天窗只是作为网架荷载输入到网架屋面的计算中，此时，虽然网架安装要简单一些，但结构形式是不协调的，而后一种天窗形式中，天窗本身就是网架，与屋面网架练成一个整体结构，在局部形成了三层网架，这样，对于大型平板网架来说，网架天窗在局部形成强受力带，起到了加劲肋的作用。

1.6荷载和组合

一般来书荷载组合由计算机程序自动完成，特殊荷载组合可以人工干预，目前，较为优秀的网架设计软件是浙江大圩编制的MSTCAD空间网架结构设计软件。

1.7支座设计

支座设计时网架结构设计的重要环节，网架支座应保证传力可靠，构造简单，一般的网架可以选用平板支座或弧形板支座，支座处变形大的网架可以选用球铰支座或橡胶支座。计算时所选用的支座形式应力求与实际的支座工作性能相吻合，否则对网架结构极为不利。

1.8网架设计与生产使用功能相统一

一般民用或公共建筑网架设计应综合考虑建筑使用功能、照明布置、空调管道、吊顶、悬挂设施及检修通道等。

2网架结构计算及分析

在网架计算过程中，主要包括支座情况的设置，荷载的输入，工况的组合，以及计算结果的调整。可能会遇到的问题：

2.1风荷载的。特别是异形结构注意对风荷载各种参数的理解，准确输入，反映真实受力，看杆件在不同工况下内力是否反号。

2.2支座情况的模拟。需要注意的是支座构件是悬臂立柱时，需要设置为弹性支座会更加准确一些，其他支座只要有圈梁的支座构件，都可以设置为简支支座。

2.3工况组合的时候，主要注意重力荷载有利时候要考虑分项系数为1.0；

2.4计算结果的调整。一般有两种情况：杆件内力不过，主要通过调整网架厚度及增加杆件截面来调整，杆件内力过了，但是挠度不过，主要也是通过增加网架厚度和人为增大重要部位的杆件来减小挠度。所以建议在初期建模型的时候，网架网格划分的时候，尽量想的周全一些，多花一点时间，好的网格划分会很大程度上减少后续工作。

2.5出现结构几何可变。主要检查方法：消除多余杆件及节点、支座对分法判断，分层显示查找法判断。

2.6螺栓设计，球节点设计。注意螺栓大小应根据杆件轴力来设计，一般不用最大轴力控制螺栓大小。同时在球节点设计中，最小螺栓设定时候，一般软件默认的螺栓一般都偏小，需要认为调大一点，这样更容易在螺栓球验算中通过。

3出图部分

网架结构出图主要是螺栓球球图计算和加工图施工图的出图。需要注意以下问题：

3.1在出加工图前，复核现场的所有支座位置的准确坐标。即根据现有的支座坐标调整模型中的支座位置，计算满足后才能够出具加工图，没有经过现场复核支座尺寸的所有网架施工图、球图，都不具有加工的意义（一般作投标报价用）。

3.2在出施工图的时候，有可能会遇到出图程序死掉的情况，或者不能够出图等情况，一般只要把模型考到非安装程序所在盘符下，重新出图就可以了。

3.3在计算球图的时候，基准面的选取。一般上弦层工艺孔朝上，下弦层一般也朝上，要是需要吊顶则工艺空朝下。水平网架一般都选水平面为基准面，弧形网架一般都选用拟合平面比较好，但是多个弧线相交的位置最好重新用其他基准面来计算。

3.4关键一点是精确。就是网架模型在计算软件里面，平面所在的位置，一定要移动到基点零零零，不然出图时会产生很多微小的角度上的差别，甚至影响网架球的安装。

网架结构篇5

【关键词】钢结构；网架设计；施工

由于钢结构网架的主材是钢材，所以被统称为钢结构。根据结构和用途的不同，又出现了网架结构。钢结构本身具有生产快、生产量大，而且施工速度较快的特点，这也是钢结构网架被广泛应用的原因之一。

一、网架结构的基本特点

网架结构在结构形式上分为正交与斜交两种。其中，正交是通过正放钢材使其成为“井”字形的网架，其施工方式极为方便，因此在工程施工中被大量采用。对于60―80m的大跨度双向桁架网架，其属于相互交叉的桁架网架结构。在设计与施工时，将其简支在周围存在的支柱上，而且对于该结构来说，其本身质量轻，而且其设计原理是通过相互交叉的桁架结构，使其受到的力能够均匀的分布到各个方向，使得桁架整体受力，从而有效地减轻其破坏强度，延长其寿命。而且对于钢结构桁架网架结构来说，其使用的材料强度高，整体性能较好，具有很强的稳定性，能够充分的发挥出材料的各方面性能，而且大型的桁架结构所占空间大，具有很强的刚度，其危险截面也有很强的承受剪切或扭曲载荷的能力，同时，又因为在施工时采用了正交的结构形式，其都是以90°的角度正交连接的，从而使得整个机构呈现“井”字形结构，在施工时采用该种结构形式会使得其施工与安全都能够得到相应的保证，而且对于施工过程来说，采用该种形式的安装结构对于在施工之前制造半成品或成品都变得十分简单，而且其在高空中的拼接也变得十分简单，这也就使得整个工程的施工进度与质量都能够得到很好的保证。而对于斜角结构形式来说其制作难度大，而且在高空拼接时对于精度与角度的掌握非常困难，这也就使得整个高空作业变得十分困难。

二、网架结构的设计方法

（一）对相应的杆件、节点进行假定

在设计方案中，要采用假定的方式对其进行设计，假定杆件只在轴向载荷的作用下失效，假定其节点的连接方式属于铰链连接。在网架结构中，由于其挠度大于其平面内的水平变位角度，而其挠度范围又非常大，远远大于起挠度，因此在设计网架时，要以其理论计算方法进行计算。

（二）对钢结构网架进行分析，采用合理的分析方法

一般情况下，在大型的钢结构网架的设计一般都是采用空间桁架位移的方法分析，该方法是一种有限元法，当然，该方法本身具有缺陷，因此，在使用该方法进行分析时，要注意对节点载荷的计算。采用该分析方法，要把节点的位移作为目标函数，对其每一单元进行相应的分析，以杆件所受载荷与发生的位移关系为基础建立坐标系，然后，通过在节点处的平衡条件就可以列出总刚度方程。

（三）边界设计

对于网架结构的边界设计是通过网架的形变程度来进行计算的，其不仅与节点位置有关，而且跟结构本身的支撑刚度有关。在支撑结构的刚度所引起的变形极其微小时，可以将其进行忽略，仅仅考虑又支撑节点受力而引起的形变，通过其形变程度，根据钢材本身的特性对其进行计算，从而有效地计算出其承载能力与危险截面所在。

（四）网架的稳定性设计

对于网架的失效原因来说，其一般不是由于强度问题引起的，而是由于其本身的稳定性不好使得网架失稳从而造成钢架的失效。钢架的失稳形式可以分为三类，有杆件、局部以及整体失稳。其中杆件失稳与局部失稳对整个工程的影响并不大，而整体失稳造成的影响是非常大的。对于网架的整体失稳来说，其表现形式为网架的位移，而其位移又包括水平位移和挠度两种形式。对于控制其挠度，可以通过对钢架网格进行调整，可以使得“井”字形结构起拱，但是采用这种形式的控制挠度方式也存在其弊端，那就是会使得制作承受的反力增大，从而使得支座的危险度加大。而对于水平位移的控制，就通过支座进行移动，使得其内积蓄的位移能得以释放，从而有效地保证结构的稳定性。

三、钢结构网架的施工措施

（一）注意预先埋好弧形钢板

由于桁架结构具有热胀冷缩的特点，而且在将支撑架拆除时，其容易产生很大的形变，从而对其整体结构造成很大的影响，使得整个工程的质量受到制约。而在浇灌混凝土的顶端时，事先埋好弧形钢板，能够有效地防止变形的出现，对其接触面起到保护作用。

（二）拆支撑模时，要事先对桁架护柱四角进行加固

在高空拼接的环节完成之后，就要将其支撑模进行拆除，为了防止在拆除支撑模时，钢结构网架引起自身重力而使得其发生严重的几何变形。由于在对支撑模进行拆除时，在其自身重量与支座传来的支撑载荷产生的相应应力作用用下，产生剧烈形变，甚至导致柱头产生裂缝。为了避免该种现象的发生，这就要求我们在将支撑模拆除之前，将桁架的支座四角进行加固，用5道螺栓钢箍，2.0m护柱角钢将四角护住，使得柱头的强度与刚度的到增强，从而有效地增强整个结构的稳定性，使得其在支撑模被拆除后，几何变形非常小。当然，在支撑模拆除之后，等整个结构稳定之后，将护柱角钢也进行拆除，从从而有效地保持整个结构的简便稳定的性能。

（三）对于高空作业，在地面组装成半成品，然后进行高空拼接

在一些大跨度桁架施工过程中，由于种种因素的影响，而使得吊装设备无法使用，对于其整体起吊又十分困难，在这种情况下，最好的方法就是采用地面放样的方法，根据计算的结构，结合具体情况，现在地面进行拼接之后，再进行高空拼接，使得工程能够正常进行。对于施工过程中使用的脚手架，要先设计出其起拱的标高，如果在设计是忽略了其起拱标高，可以按照2.5/1000的标准起拱，这一点主要应用在轴柱的固定上。对于施工过程中，其两榀桁架要先进行施工，这是整个工程的基础环节。在该环节中，首先要对桁架下弦进行拼接，其次要对龙骨进行拼接，将其定型定位，然后将次桁架进行拼装，使得整个呈“井”字形展现出来，在这过程中，要不间断的用经纬仪进行校正工作，使得基础牢固。当在进行第三品桁的施工时，其上、下弦都需要用前面生产的固定卡子进行定位，当然在这过程中，经纬仪的定位检验工作是必不可少的。通过经纬仪的检查，来确定该桁架的精确度是否达到标准。如果达到标准，就将各个构件以及龙骨进行拼接工作，然后将其紧固，从而有效地保证在施工过程中，不会给工程的稳定性埋下隐患。完成上述工作之后，就可以将第四榀桁架进行同类方法的建造，在其完工后，就可以将第一榀桁架的支撑模进行拆除工作。

四、结语

对于网架的结构设计中，要根据工程的实际情况，结合建筑方案的设计，利用合理的计算公式，适当的选用其支座的形式，要对结构所承受的各种载荷充分全面的进行考虑。在施工中，要做好施工前的准备工作，要注意将网架与支撑模进行相应的结合，采用简便的高空作业方式，从而使得施工前、施工中、施工后的各个阶段的施工质量都能够得到保证。

参考文献：

[1]张运来. 浅谈网架设计[J]. 科技情报开发与经济，2010（02）

[2]蒋亮. 大型机库的钢结构网架及特大钢门施工[J]. 建筑施工，2010（09）

网架结构篇6

关键词：钢结构；网架屋面；施工技术

引言

在大跨度以及大空间建筑结构中，螺栓球网架结构使用较多，原因在于其具有的几大突出优点：重量轻、跨度大、刚度强、抗震性能和整体性好。当前，在体育馆、影剧院、展览馆等大中型建筑结构中已经广泛使用，本文就以体育馆为例分析钢结构网架屋面施工技术。

一、工程概况

广西荔浦体育馆屋面建设使用的是钢结构螺栓球节点网架，总建筑面积4200m2，跨度为60m×70m，双坡屋面设计，网架结构起坡，网架的最大厚度可达3.8m。广西荔浦体育馆在建设过程中，网架球节点和套筒材料为45#钢，高强度螺栓使用材料为40Cr钢，别的重要部件，比如网架杆件、支座、支托材料为A3钢，金属屋面施工材料为镀锌彩钢板、钢檩条、保温棉，并且进行了双层设计，周边封板采用的材料为单层镀锌彩钢板。

二、施工准备

1、网架施工之前，各种工程技术资料必须准备齐全，主要资料包括施工全套图纸和各种报告等。

2、在网架安装之前，需要进行的两项工作是搭设脚手架、科学安排安装队生活与施工。

3、安装之前要确保各种网架零部件全部加工完毕，并对零部件进行验收和小单元拼装，合格之后才能全部进场。

4、安装之前需要准备的机具很多，要确保机具准备齐全，比如电焊机、砂轮切割机、气泵、电动铆枪等。施工前需要准备的测量工具也很多，比如经纬仪、水准仪、钢卷尺、水平尺、游标卡尺等，这些工具都要准备齐全。

三、网架安装

1、安装前准备工作

网架安装前需要进行的准备工作很多，比如检查网架支座轴线与标高、检查支座混凝土强度、搭设满堂红脚手架并检查各支点的位置与标高、用千斤顶调整临时支点的网架高度。网架支座轴线以及标高设计要严格按照有关标准规定进行，严禁随意进行；对于混凝土强度，必须符合设计要求与国家现行标准；搭设的脚手架要详细布置临时支点，经过计算准确得出临时支点的位置和数量；临时支点的网架高度必须使用千斤顶严格调整。

2、安装工艺流程

（1）总体安装步骤高空散装法是网架安装常用的方法，本工程在施工过程中就采用了这种方法，施工之前要将网架零部件垂直放置于安装平台，注意要分散开，安装过程中要严格按照安装图进行，编号要一一对应。为了提高安装轴线的准确率，经过研究决定首先将对应支撑点与一榀网架相连，待支座位置校正之后，从一边向另一边依次安装，将积累误差最大限度减小。（2）具体安装步骤安装底部弦杆和底部弦球：每个安装球都编号，根据固定的底部球数的数量确定连接后的底部和弦，与对角线尺寸测量和其他结束的水平，右后焊接。下弦杆与下弦球的安装：施工前，将每一个安装球对应一个编号，施工的过程中可以根据编号对下弦球进行固定以确定中心，然后将下弦球连接下弦杆，测量方式为对角尺寸测量，而且应与另一头作为基准，确定之后方可进行点焊。腹杆的安装：上弦杆与下弦杆的位置在网架安装之前要得到科学校正，之后才能进行焊接。运用高强螺栓将网架腹杆以及网架上弦球进行连接，然后设置为朝下的四角锥体系，同时运用点焊的连接方式，将腹杆的下部同下弦球进行连接，以此来保证上弦杆的安装能够顺利完成。顶部弦的总成：向上的四角锥体系中的四根上弦杆采用由内向外的安装方式进行，在排列杆件时，注意参照腹杆椎体，高强度螺栓应依次拧紧，对腹杆应加以检查并拧紧，以免有松动的杆件造成不安全。每榀装的安装方法相同，一榀装好之后再进行第二榀，安装完毕为止。网架安装过程中，要随时检查螺栓的松紧、焊接质量、安装过程中产生的挠度以及支撑点轴线偏差，发现问题及时解决。（3）网架的检测网架的监测要严格按照《钢结构工程质量检验评定标准》进行，网架的安装纵横长度要在±30mm以内，周边支座的高度要在15mm以内，杆件的弯曲矢高要在5mm以内。水准仪钢尺为检测过程中最常使用的工具，通过拉线对结果进行自检，并将结果详细填入验收资料。

四、网架结构防腐涂装

1、基面清理

涂装是网架结构工程中必不可少的项目，而涂装的过程也是要建立在网架的构件的制作及安装合格的基础上，因而需检验合格，方可进行涂装。在涂刷之前需要清理涂装部位，比如涂装部位的铁锈、焊缝药皮、油污以及尘土等杂物要彻底清除。以保证网架结构的涂装质量作为出发点，对成品的螺栓球和杆件要进行全方位自动喷丸除锈。全方位自动喷丸除锈的除锈方法是借助于压缩空气的压力，对网架构件表面要连续不断地使用钢丸进行冲击，将构件表面的氧化皮、锈以及附着物清除干净，直至表面仅留下轻微痕迹，螺栓球和杆件表面出现均匀一致的光泽。

2、底漆涂装

底漆涂装过程中要勤沾、短刷，主要为了防止刷子粘上太多的漆，造成油漆的浪费。防锈漆在涂刷之前要调匀，科学调制油漆，保证油漆有足够的粘度、稠度和稀度，为了确保油漆颜色均匀要充分搅拌。油漆在涂装的第一次必须保证同一个方向，接搓而且要整齐，前一次的油漆彻底干后方可油漆下一层，并且后一次的涂刷方向应当与前一次垂直，这样就可以确保漆膜厚度的均匀性。底漆涂刷结束以后，要重新标注构件上对应的原始编号，对于一些主要部件，重量、重心、位置等细节要标注在构件的表面上。

3、面漆涂装

现场安装完成之后要进行面漆涂装，，也要将表面要涂装的网架构件彻底清洁干净，清除其表面上的灰尘等杂物。面漆涂装之前要调制面漆，确保面漆颜色一致，稀稠适中，并且在涂刷之前要充分搅拌，使其色泽均匀。调制的面漆粘度和稠度不能出现流坠和刷纹。涂装过程中还需要不断调和面漆，采用与底漆涂装相同的方法进行涂装。

4、涂层检查与验收

涂装之后的检查和验收主要是检查涂装过的工件是否得到保护、涂装颜色是否一致、涂装厚度是否均匀。涂装后的构件应该得到有效保护，避免表面出现尘土和其它杂物；涂刷的构件图层颜色应该保持一致，确保构件表面鲜明、光亮、没有皱皮和疙瘩；涂装厚度应在3点厚度之内，且保持均匀，主要采用触点式漆膜测厚仪进行检测。

5、成品保护

网架结构涂装完成之后需要进行维护，对构件进行维护隔离操作，避免涂层被践踏或者损伤；在4小时之内如果遇到刮大风或者下雨天气，需要加以覆盖，防止涂层上面沾染尘土和水气，破坏涂层；对于需要运输的涂装构件，在运输过程中要加防护措施，防止出现磕碰、地面拖拉等现象，损坏涂层；涂装的构件要避免与酸性溶液接触，防止涂层遭到腐蚀。

五、屋面施工

1、质量标准

本网架屋面面层采用的是彩钢板，屋面采用的是岩棉夹芯板。施工过程中选用的彩钢板品种、规格以及尺寸等都符合《建筑用压型钢板》的规定以及相关设计文件的要求。

2、安装前准备

屋面施工之前除了要做好必要的准备之外，还要采取安全措施，仔细包装彩钢板、科学搬运和贮存彩钢板、有效保护檩条、安全接通工具电源。对于板的包装，采用叠板方式供货，每层之间的支撑物是60mm厚的聚苯乙烯，放置的间距为900-1000mm，目的在于方便起吊与装卸。至于选用何种起吊与装卸方法要根据每件包装质量来决定，每件包装上要详细注明重量、数量、长度以及工程名称等信息。对于板的搬运和贮存，第一在吊装板时要保持平衡，采用宽度在200mm以上的尼龙带进行吊装，在板与带之间需要嵌入木板；第二要将包装好的板放置于牢固平坦的地面上，并且在下部以聚苯乙烯或者是木条嵌入，要倾斜存放，确保凝聚液及积水及时排出；第三包装好的板堆放要低于三层，每层之间以隔板分割；第四不能将板长时间暴露放置，一般在4个月之内。

3、安装技术要求

第一，板安装之前要将其按照图纸进行准确定位。确定安装起始点之后，开始从一侧向另一侧，沿檐口向屋脊方向安装。第二，安装方向明确了就要开始安装彩钢板，安装之前首先固定好端边封口板，然后安装第一块板，并用檩条垂直固定，按照顺序依次完成第二块、第三块的安装，直至安装完毕。前一个板与后一个板的凸沿要重叠，并且要保持垂直，将板用自攻螺钉与檩条紧密连接在一起。第四，彩钢板与C檩条之间的连接采用自攻螺钉，采用两个Φ6.3的自攻螺钉。第五，以保证屋面平整作为出发点，每两个檩条之间，要在板宽方向另加铆钉，檩条之间的间距要在300mm以内。第六，板安装要按照顺序进行，并且在安装过程中要注意连接部位的防水处理。第七，彩钢板的短边搭接长度要在200mm以内，具体多少根据排水距离和坡度来确定。以改善搭接部分的抗气候能力作为出发点，一般还会在搭接处涂两行胶泥，外加铆钉紧固，每个铆钉的间距在300mm以内。第八，压型彩钢板铺设过程中，每相邻两块板的连接要沿着最大频率风向；根据屋顶的长度，确定上下两排板间的搭接长度，搭接长度一般大于200mm，同时连接部位要用密封胶密封。此外，要用自攻螺钉加上密封垫圈连接彩钢板和檩条，并且用密封胶对屋脊处进行密封。

4、质量保证措施

要想确保钢结构网架屋面的施工质量，需要从材质、网架构件等方面进行努力，施工过程中使用的材料要进行力学性能检测和化学分析，合格之后才能用于施工；网架构件要确保在工厂内制作，对于螺栓球、杆件以及支座等零部件要有检验合格记录，满足相关设计要求；网架构件表面清洁度要达到要求，喷砂除锈要达到Sa2.5级,手工除锈要达到St2.5级。网架构件之间要按照等级强度要求进行焊接，要按照相关规范要求进行焊接，确保焊接质量，焊缝要满足国家规定的二级质量检验标准要求。进行支座球体与普通钢的焊接时要确保温度在50℃，并且采用系列焊条进行。

5、检查验收

（1）用拉线和钢尺检查彩钢板的尺寸偏差符合下表：注：H为彩钢板截面高度

（2）检查彩钢板、泛水板的过程中要严格按照国家相关标准进行，此外，还要检查连接件的规格以及密封材料的性能。

（3）检查彩钢板以及泛水板是否固定可靠，涂刷的防腐涂料以及辐射的防水密封材料是否均匀，并且严格按照国家标准检查连接件的数量以及设计的间距。

（4）检验压型金属板安装的搭接长度。

【总结】

综上所述，钢结构网架屋面施工技术十分复杂，为了确保施工能够顺利进行，应该严格进行施工准备，施工过程中应该严格按照国家标准要求规范进行。钢结构网架屋面施工技术作为一项技术经过长期发展已经趋于成熟，目前在大中型建筑结构中都有应用，本文列举的广西荔浦体育馆屋面建设就是非常典型的案例。未来，随着社会的发展，网架屋面施工技术的进步和创新，会有更多的建筑使用网架屋面施工技术，网架屋面施工技术发展前景一片看好。

参考文献

[1]杜书廷.钢网架XPS板外墙外保温系统性能分析与应用[J].施工技术,2013(03):26-30.

[2]刘公林.钢网架XPS板外墙外保温系统防火技术性能分析与应用[J].消防技术与产品信息,2014(04):24-27.

网架结构篇7

关键词：网架结构；安装应力；非线性有限元；Abaqus

中图分类号：TU393.3

文献标志码：A

文章编号：1674-4764（2013）04-0055-05

近年，网架倒塌事故频频发生。倒塌事故与网架施工、网架设计和其他不可抗力有不可分割的联系，但也与结构特点有本质的联系：1）杆件制作偏差、定位放线偏差、地面拼装偏差等使实际安装完成后节点位置与设计节点位置不一致[1-2]，会造成整体结构产生安装应力，使实际性能与设计模型相差很大；2）《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）[3]只从制作拼接允许偏差方面提出了控制措施，缺乏考虑安装应力的网架设计方法，设计人员无法定量计算安装应力的不利影响。

鉴于网架倒塌事故的巨大破坏性以及安装应力研究空白，研究安装应力的分布特征，揭示安装应力对极限承载力的影响机理成为网架结构体系科学发展的迫切需要。

目前，对安装应力的研究较少，仍处于理论定性分析阶段。Smith[4]分析了Hartford体育馆屋盖倒塌事故，认为杆件随机缺陷研究是网架研究的重要前景。Schmidt等[5]网架试验研究表明：部分杆件安装应力达杆件承载力的7%～12%，导致网架试验承载力比理论计算值下降13%～37%，有力地证明了安装应力对极限承载力的影响。El-Sheikh[6-7]计算了带有0.1%杆件长度制作偏差的三层网架极限承载力，结果表明：安装应力影响程度与偏差位置、支座约束条件、屋面板刚度、网架长宽比有重要关系。Karpov等[8]从随机分布理论入手，提出了一种由小区域缺陷计算整体安装应力分布的算法。Balut[9]认为初始几何缺陷通过影响曲面构形降低网壳稳定承载力，而杆件长度偏差却通过安装应力降低网架极限承载力，杆件长度偏差和初始几何缺陷影响机理不同。杜新喜等[10-11]研究表明，随机制作偏差可引起较大安装应力，使局部杆件提前失稳破坏，对结构承载力有较大影响，不容忽视。

1安装应力试验

试验模型采用正交正放四角锥网架：网格尺寸1 m×1 m，高度0.5 m，周边点支撑。网架跨度包括4 m×4 m、5 m×5 m、6 m×6 m共3种类型，各进行3次安装应力测量。杆件采用Q235钢，截面尺寸为32 mm×1.8 mm。采用自主开发的钢结构设计软件USSCAD进行试验模型计算。结果表明：多数上弦杆件承受压应力，多数下弦杆件承受拉应力，跨中受力最大；上弦跨杆件应力比显著大于下弦跨杆件和支座腹杆，模型破坏将从上弦跨压杆屈曲开始。以6 m×6 m为例，选定20根上弦杆，16根斜腹杆，16根下弦杆共52根杆为关键杆件，如图1，关键杆件沿长度方向对称粘贴应变片。

试验之前，杆件和螺栓球节点“搭接”，螺栓仅深入螺栓球孔洞但不拧紧，不约束网架周边节点，此时由于杆件两端节点没有约束刚度，故杆件的安装应力为零。试验开始后，拧紧节点两端螺栓至完全深入螺栓孔洞，顺序如下：从一端依次向另一端，先拧上弦节点，再拧下弦节点。整个过程中，试验仪器不停机。检查所有节点是否完全拧紧，待数据稳定后记录应变读数即可得到杆件安装应力。

2极限承载力试验

由于足尺网架试验模型跨度大、多点同步加载难度大、破坏荷载大，网架试验仍多局限于缩尺、小跨度模型、弹性试验荷载范围[12-13]。如何选择加载装置成为极限承载力试验的关键。根据实际条件，最终采用千斤顶和分配梁对6 m×6 m试验模型进行极限承载力试验。分配梁加载方法虽然可能使极限承载力偏小，但千斤顶易于操作，可直观地得到网架模型破坏形态，试验结果可靠性较强。加载装置如图2所示，千斤顶对一级分配梁施加竖向荷载，一级分配梁再将荷载平分给二级分配梁。加载杆与螺栓球和二级分配梁连接，可以将二级分配梁荷载传递给下弦跨中的4个节点（如图1）。

经USSCAD初步计算，6 m×6 m试验模型的最大设计值为74 kN。按照非线性分析结果，加载阶段，前3级加载按10 kN一级进行，之后按0.5 kN一级进行。当结构位移迅速增大或千斤顶卸载时，则认为试验模型达到极限承载力状态。

3极限承载力非线性分析

为了得到不考虑初始缺陷的网架性能，基于几何大变形效应、理想弹塑性本构模型（或Marshall压杆模型[14]），采用通用有限元分析软件Abaqus对6 m×6 m试验模型进行双重非线性计算。计算理想弹塑性本构模型时，单元采用2节点杆单元（T3D2），屈服强度取材料标准值235 MPa。T3D2单元拉压性能相同，受力超过屈服强度后单元刚度为零。计算Marshall压杆模型时，单元采用三维框架单元（FRAME3D）。FRAME3D单元可释放两端弯矩自由度，能够考虑压杆屈曲失稳，是一种优秀的压杆屈曲模型。

4 m×4 m模型的安装应力直方图如图4所示，尽管试验模型完全相同，但3次试验所得的安装应力分布有显著差异。从总体上来讲，3次试验安装应力都呈现正态分布的特点，可认为安装应力随机正态分布，这一点与有限元分析结果是一致的[10]。

安装应力随机分布的特征破坏了试验模型原有的对称性。以第8次试验为例，上弦关键杆件3、4、5、7、14、19、20（如图1）是对称杆件，3号轴向安装应力为86 MPa（如图5所示），7号为3 MPa，而14号杆件却为-158 MPa，由于安装应力的存在丧失了原本的结构对称性，导致工作阶段杆件受力不对称，试验模型偏心受力。

另外，由于杆件初弯曲、节点配件平整度偏差等因素，杆件安装应力存在弯曲应力现象。以3号杆件为例，轴向应力为86 MPa，弯曲应力31 MPa。弯曲应力降低压杆刚度和承载力，影响杆件性能[16]。

4.2极限承载力对比分析

极限承载力试验结果、Abaqus有限元分析结果如图6荷载位移曲线所示。有限元分析表明，OD段网架性能线弹性变化，比例极限为100.27 kN。理想弹塑性本构模型的极限承载力为133.15 kN，开始进入屈曲后阶段的位移为21.5 mm；Marshall压杆模型的极限承载力为112.79 kN，E点位移167 mm。两种计算结果位移相差很小但极限承载力相差较大，这是因为理想弹塑性本构模型假定拉杆屈服与压杆屈曲强度相同，且屈服后单元刚度为零，位移无限增大。因此，理想弹塑性计算结果是极限承载力的上限，6 m×6 m网架模型的理论极限承载力为112.79 kN。

对比试验承载力和理论承载力发现：试验承载力比理论承载力下降17.9%。对比试验承载力和最大设计值发现：安全系数K=（试验承载力）/（最大标准值）。荷载分项系数取1.2时，K=92.65/（74/1.2）=1.50，荷载分项系数取1.4时，K=9265/（74/1.4）=1.75，网架实际安全系数K在150～1.75。而根据规程定义，理论安全系数K在2.15～2.52。较之理论安全储备，网架模型的实际安全储备显著偏低。

网架实际性能与理想模型的差距以及较低的安全储备，直接原因是试验极限承载力较低，而最本质的原因是安装应力对结构性能有不利的影响。如图5，以3、7、14号压杆为例，7号压杆的安装应力仅为3.09 MPa，可忽视安装应力的影响，加载至第9级荷载才发生弯曲失稳，代表了理想杆件的受力性能。3号压杆带有较大的安装拉应力，前4级加载后仍处于受拉状态，这一效果类似于对受压杆件施加预拉力，安装应力对杆件受力有利，故3号压杆加载至14级荷载之后仍可正常工作。14号压杆的安装压应力为-159.8 MPa，稳定应力为-174.6 MPa[15]，安装压应力高达稳定应力的91.5%，杆件一旦工作之后就会立刻弯曲失稳而提前退出工作，对杆件受力非常不利。实际上，14号压件在第2级加载之后即弯曲失稳。类似的，5、20号压杆也都由于较大安装压应力而提前退出了工作。安装压应力对结构危害较大，它造成压杆提前屈曲失稳，导致结构整体刚度下降，促使结构受力提前重分布。

此外，当采用满应力方法选择压杆截面时，杆件应力储备将很小。安装压应力较大时，很容易就会超过杆件应力储备，压杆屈曲失稳而提前退出工作，危及整体结构的安全。

为了考虑安装应力对极限承载力的影响，根据网架杆件长度允许偏差的规定，偏差服从标准正态分布，偏差范围在±2.0 mm内[3]。采用数值方法生成偏差样本，计算各样本的安装应力作为结构初应力，进行非线性分析即可得到考虑安装应力的网架极限承载力[10]。以6 m×6 m网架为例，共计算了9个偏差样本，最大和最小极限承载力的荷载位移曲线如图6所示。最小极限承载力为9304 kN，比不考虑缺陷的理论值下降了17.86%，进一步证明安装应力对网架结构性能的不利影响。网架设计时，选取足够多的安装应力样本进行非线性分析，并按照一定准则对各样本的极限承载力进行可靠度计算，就可得到用于工程设计的最终极限承载力。该方法可操作性强，比不考虑安装应力的计算分析更加精确可靠。

5结论

采用安装应力测量、网架结构极限承载力试验和Abaqus非线性计算等方法，研究了网架结构安装应力的分布特征，揭示了安装应力对网架结构极限承载力的影响机理。

1）安装应力呈现正态分布特征，多数杆件安装应力较小，但少数杆件接近甚至超过稳定应力。

2）安装应力随机分布，破坏试验模型原有对称性。

3）存在弯曲安装应力，杆件带有不同程度的初弯曲。

4）安装压应力使压杆提前屈曲失稳而退出工作，导致整体刚度降低，影响网架结构性能。

5）安装应力破坏网架结构原有对称性、产生初弯曲、促使压杆提前失稳，三者共同影响，导致试验极限承载力比理论极限承载力下降了17.9%，安全系数K仅为1.25，安全储备严重不足。

6）网架设计（特别是满应力设计）须考虑安装应力不利影响，保证杆件有合理的应力储备。

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[15]中华人民共和国建设部. GB 50017-2003 钢结构设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2003.

网架结构篇8

关键词：电力系统；网架结构；优化

引言

随着电力体制改革的逐渐深入，电力系统的运营正在向着市场化的方向逐渐迈进。在此背景下要想提升电力企业的竞争力，就需要在确保电力系统安全性的前提下最大程度的降低电网建设以及运行中的成本。电网规划所要做的工作就是要遵照上述原则的基础上来制定年度电网网架结构以及其他方面的规划。所以电网网架结构的优化已经成为了电网发展的最主要问题，直接决定着电网的建设成本和安全性，因此对网架结构规划进行优化是非常有意义的。

1 电网网架结构规划优化的基本原则

1.1 安全稳定的原则

电力系统网架结构优化最基本的原则就是确保系统的安全稳定。当用电量出现大幅度上升时，要按照科学合理的方式将部分电量进行转移，保证电力线路功能处在正常状态。就算某一线路发生相应故障也不会影响到其他线路的正常供电。

1.2 电压等级分配原则

电力系统中电压等级的分配直接决定着电网系统的供电能力，同时也会对电网后期的运行维护成本具有较大影响。

1.3 服务模式多样化原则

电力系统服务的对象分布在不同的领域，每个用户都有其自身的需求特点，这样就需要电网结构具有多种运行模式，能够满足用户不同的用电需求。在此基础上要保证电力系统能够正常的发挥出相应的作用，只有这样才能够充分体现出网架结构优化带来的作用。

2 电网网架结构规划优化的方式

2.1 电力系统网架结构优化的相关内容

第一，要对不同区域、不同空间的电力网架线路构造进行充分的分析，例如分析所用电缆、绝缘导线等的不同，要确定好不同区域范围内所需要的供电量等内容，为科学合理的网架结构优化提供参考。

第二，对于配网主干线路长宽的确定。在电力系统中，配网是和电力用户较为接近的电网架构，主要传送的是经过一定程度降压之后的电压，这就使得主干线路的长宽直接影响着供电末端电压大小情况和配电所具有的安全性以及稳定性，甚至会影响电网线路的使用寿命。这就需要通过区域来划分单位，从而形成主干线长、宽的记录。

第三，对于电网线路使用时间的分析。电网线路使用时间的长短会在很大程度上决定着系统整体的安全性和稳定性，尤其是随着电力需求量的不断上升，某些线路的长时间使用一定会造成相应的破损老化现象，这会严重影响供电安全性，尤其是电力过载时危险性更大。

2.2 电力系统网架结构优化中GIS技术的应用

电力系统是较为复杂的、综合性的系统，包括不同的组成部分，例如输电网、配电网以及变电站等等，每个部分都有各自的特点，同时有自身的地理坐标。这些地理数据信息都需要某个系统来对其进行集中分析处理，这就需要采用GIS技术。GIS技术能够对空间地理信息数据进行采集、存储以及分析处理，同时也具有空间信息定位和查询的功能，这样就能够给网架结构优化提供技术支持。

GIS技术能够在网架结构优化中发挥有效作用的基础是建立起GIS的空间数据库，较为科学的方式就是按照网架结构所具有的特点设计出GIS软件数据结构模型，例如在网架结构设计时要以道路为基准进行分段，从而将单条道路形成折线，使得道路段位于拐点间或者位于障碍点间。

2.3 以GIS技术为基础的电力系统网架结构优化策略

第一，加快数据可视化发展。电力系统通过GIS技术能够搜集到各个电力设备的地理信息，这样就能够形成完成的屏幕坐标系统，使其能够通过电脑屏幕很形象的展现出来。与此同时也能够将所有的数据信息进行统一储存，并且能够在屏幕中的不同位置标示出不同设备所在的地理坐标以及空间分布信息等。

配电网的节点主要是负荷点，所以要以负荷点作为中心进行网架结构规划设计。要将所有的计算数据信息集中进行数据库录入，同时对于搜集到的数据进行相应的可视化处理，通过显示屏展示出不同负荷点所具有的分布特征，以此作为基础来进行分区的规划设计，同时将负荷点作为界限来划分所要优化的区域，之后可以地理实物分布为基础得到不同分区衔接位置的地理坐标，这样就能够对不同的区域进行科学合理的规划设计。

第二，对于分区主线位置的确定。相对于空间较为狭小的城市市区来说，郊区或者是乡镇区域具有更加广阔的地理空间，能够有更加充足的街道空间进行主线的位置的确定。最佳的主线位置应是距离负荷点最近的直线，按照不同分区相关负荷点地理空间不同，可以通过相应的函数“y=kx+b（k≠0）”来计算得到分区内主线的明确位置，通过计算K值的大小表示的就能够此函数主线的斜率，这样就能够得到倾斜的角度，从而进行主干线的定位。

第三，对于负荷点链接模式的确定。主要是以初期确定的规划最为参照来获得负荷点的链接模式。在实际操作中主要是以主线作为参照，通过节点进行划线，这样就能够和主线保持平行。在划线之后就会形成各边和主干线相平行的四边形，以此作为基础进行相应的计算就会得到此节点和负荷点间的距离，之后就能够得到主干线和节点之间的距离，这些距离中最小的就是负荷点的链接模式。

第四，对于最初网架结构的计算。在进行最初网架结构计算时要首先忽略功率方面的消耗，而是要以负荷值作为基本的参照来进行计算，从而获得配网架构的初始功率，之后再按照功率的消耗情况来选择适合的导线。另外也可以通过相应的公式进行对应的检验，公式为：Umax>Ui>Umin（i=1、2、3）；Pij

此式中，Umin表示的是不同节点所具有的最小电压；Umax表示的是不同节点所具有的最大电压；Ui表示的是不同节点的实际电压值；Pij表示的是i、j所代表的不同线路节点的功率；Pijmax表示的是优化线路所能承受的最大功率。

一般情况下，普通线路的负荷极值都会达到线路负荷的50%以上，若是所得数据符合上述公式，那么就表示线路满足标准要求。反之就要更换合适的导线，之后再通过此公式进行检验。

第五，对于分区电力网架结构的修正。对于负荷点的准确定位能够影响到分区主线的选择，同时线路所具有的负荷量以及负荷的分布情况也会对主线的良好定位造成影响。所以在进行主线修复过程中最主要的是要确定电源点的位置，确保其处在主线之上。若是电源点偏离了主线就要进行主线位置调整，保证电源点位于其上，这样就能够进行负荷的分解，从而形成i区段负荷以及j区段负荷，分别计算出不同区段负荷值，之后对其进行对比。若是SiSj，就需要对主线向着i的方向调整。通过此种方式再结合上述的一次函数就能够得到网架结构的优化方案。

3 结束语

对于电力系统网架结构规划进行优化就是要提升电网系统整体的运行效率，并且提升供电服务的质量。要以这些内容为核心进行相应的优化，优化过程中要通过科学合理的现代化技术来确保达到预期的效果，从而推动电力系统进一步发展。

参考文献

[1]张绕钢.怒江电网110kV网架结构优化研究[J].中国电业（技术版），2011（10）：19-21.