網(wǎng)架是由很多桿件從兩個或幾個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，從而達到節(jié)約材料的目的。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實際受力與工程力學(xué)計算結(jié)果比較接近，桿件制作簡便、工廠化程度高、施工工期短等特性是其突出的優(yōu)點。

1 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系簡述

  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)點連接方式分為：上弦支承式和下弦支承式。

上弦支承對網(wǎng)架平面內(nèi)本身的穩(wěn)定比較有利，但對柱子的穩(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)計支座的力學(xué)模式必須和設(shè)計的支座構(gòu)造保持一致。

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

  1.4網(wǎng)架球節(jié)點

網(wǎng)架球節(jié)點形式有焊接空心球和螺栓球兩種。焊接空心球節(jié)點構(gòu)造簡單，傳力明確，但現(xiàn)場焊接工作量大，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)點避免了大量的現(xiàn)場焊接工作量，且零配件規(guī)格便于系列化、標(biāo)準化，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。但螺栓球節(jié)點也存在如節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜、機械加工量大、制作費用較高等問題，一般適用于中小跨度網(wǎng)架，桿件長度不超過3m為宜。

2 網(wǎng)架設(shè)計一般原則

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

  網(wǎng)架桿件中拉桿容許長細比取值：直接承受動力荷載桿件、支座附近桿件為250，一般桿件為300；壓桿容許長細比取值為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，以滿足工藝吊掛對網(wǎng)架剛度的要求。

3 實例分析

  某廠房焊裝車間總長為248m，寬度54m，主要柱網(wǎng)為27mx24m，廠房內(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)，焊裝車間長度方向劃分為120m和127m，以120mx54m為例。網(wǎng)架柱設(shè)計時偏安全的取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)點有焊接空心球和螺栓球，桿件計算長度均取為1.0L，拉桿、壓桿長細比均按λ=180取值。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)通過調(diào)整網(wǎng)架上弦外側(cè)球節(jié)點布置，使得上下弦外側(cè)球節(jié)點對齊，方便現(xiàn)場安裝抗風(fēng)短柱，無需采用輔梁來連接抗風(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，支座弧形板與其上的底板為線接觸，能使支座有微量轉(zhuǎn)動和微量線位移。中柱支座采用平板壓力支座節(jié)點，這種支座節(jié)點構(gòu)造簡單，加工方便，用鋼量省，見圖（1）。

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

  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)計不僅僅是軟件的應(yīng)用，更是對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計概念的清晰理解。在網(wǎng)架設(shè)計中，最重要的一點是選擇符合工程實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)點形式的選用上，最終保證結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)濟和施工便利。