设计网架结构的一般过程

3.5.2　设计网架结构的一般过程

当经过结构选型和布置完成后，就已确定了网架结构的形式及其拓扑和几何，或是平面系网架或是四角锥系网架等，即可进行设计。

首先确定网架结构的几何参数：沿两支承方向的网格数及网格尺寸、网格高度，在设计多层网架时还需要每一网格高度。由于通常给出的设计条件是两支承方向的跨度，因此在确定网格数时，就应该与网架的跨度，与网格的尺寸及支承点的位置一起考虑。此外，还应考虑到制作的方便，因而尽可能采用规则的网格。而网格尺寸与结构高度有关，如果网格尺寸过大，而网架高度较小，则腹杆的夹角就不合适；相反，如果网格尺寸过小，而网架高度较大，则腹杆与水平面的夹角也不太合适。关于网架跨度、网格尺寸与网格数三者之间的调整，在考虑了支承点位置之后，一般可得到比较理想的网格数与网格尺寸。考虑到与屋面的联系、屋面板的经济性和构造上的方便，并参考一些优化设计研究的结论，网格的尺寸建议以3～4m为宜，因为这样的网格尺寸基本上可以发挥构件强度，又考虑到了构造上的可能性和屋面的经济性。当然这样的网格尺寸与结构的净跨有关系，如果结构的净跨很大，结构高度也就有一定要求，而结构高度又对网格尺寸有一定制约，所以在净跨很大的情况下，网格尺寸可能就会较大。以上仅说明一点：结构跨度、网格数、网格尺寸、网架高度、屋面系统，甚至节点体系都应综合考虑，以确定这些几何参数。

在网架结构的几何参数确定后，应确定材料参数。材料的选择应满足强度、刚度的要求，不过，采用高强度材料可以提高构件的抗力，但对提高结构刚度的作用甚微。为了减少结构变形，提高结构刚度，主要依靠结构层的高度或导入预应力，高强度材料并不能有效提高结构刚度。材料的选择原则是：除了考虑强度以外，还应考虑材料的延性、可焊性以及加工性，此外，材料的一些特殊要求，如冲击韧性及耐高温、低温和抗疲劳等都应考虑。

所应考虑的第三个参数是截面参数，其中包括截面形式、相应的各几何参数，此外应特别留意截面积和惯性矩的级配，即所提供的各杆件的截面积和惯性矩等几何参数不宜出现有很接近或者相差非常悬殊的情况。

荷载向量的确定，根据设计要求和规范可确定荷载向量。

边界条件的确定，结构支承点的位置是根据建筑和结构的要求确定的，支承对网架的约束刚度是根据支承结构及基础的刚度确定的，约束刚度是设计的结果，同时，应考虑到支座构造形式使得网架分析时的边界条件与实际构造相吻合。在实际工程中，如果支承结构及基础的约束刚度不能确定，可根据圣维南原理调整约束刚度值，根据不利的约束刚度值分别设计结构的跨中及边缘的杆件。

当采用有限单元法进行分析时，对所分析的结果应进行检查。检查节点变形的对称性，如果存在对称性，检查结构中典型剖面的变形规律，如跨中变形规律。检查弦杆、腹杆等主要受力杆件的内力变化规律。检查节点的平衡状态，如每个节点的内力与外荷载是否平衡。检查荷载总量与支座反力是否平衡等。

通过分析力学性能的合理性、变形规律及用钢量耗材量因素后，确定是否需要调整结构参数，甚至重新选择结构类型以进行重分析。

事实上，其他结构的设计与网架结构设计的一般过程是相同的。