【文章內容簡介】 表示的自由振動方程。 網(wǎng)架的節(jié)點數(shù)較多 ， 因此自由度也很多 ， 根據(jù)資料分析 ， 對工程有影響的是前面幾個自振頻率和振型 ， 一般取前 10階自振頻率進行動力分析即可滿足工程設計精度要求 。 基本周期隨網(wǎng)架的短向跨度增大而加大 ， 周邊支承網(wǎng)架 ， 基本周期約在 — 。 網(wǎng)架的自振頻率和振型具有如下特點： (1)頻譜非常密集 ， 特別在水平振型類密集區(qū)域 ， 會出現(xiàn)相鄰兩個頻率相等或接近情況 。 (2)基本周期與網(wǎng)架的短向跨度關系很大 ， 且與支座約束的強弱等有關 。 (3)網(wǎng)架的振型可分為兩大類 ， 以水平振動為主的稱為水平振型類 ， 其節(jié)點水平分量較大 ， 豎向分量較小 。 以豎向振動為主的稱為豎向振型類 ， 其節(jié)點豎向分量較大 ， 水平分量較小 。 一般情況下 ， 網(wǎng)架以豎向振型為主 。 網(wǎng)架結構的地震反應分析 1．振型分解反應譜法 振型分解反應譜法求網(wǎng)架的地震作用效應，是目前網(wǎng)架地震反應分析中精度較高的分析方法之一。這種方法就是利用振型分解的概念，以單質點體系在地震作用下的反應理論為基礎，先求出對應于每一個振型的最大地震作用及其相應的地震作用效應，然后將這些效應進行組合，求得網(wǎng)架桿件的最大地震反應。 時程法是一種直接積分方法，它對所得到的動力方程進行直接積分，從而求得每一瞬時結構的位移、速度和加速度。直接積分法有線性加速度法、威爾遜一 θ(Wilson一 θ)法、 Newmark一 β法等。 網(wǎng)架結構桿件設計與節(jié)點構造 網(wǎng)架結構的桿件設計 1． 桿件常用材料及截面形式 (1)桿件的材料 大多數(shù)網(wǎng)架的材料為鋼材 。 Q345鋼強度高 ， 用于大跨度的網(wǎng)架 。 一般的網(wǎng)架結構采用 Q235鋼 。 兩種鋼材力學性能 、 焊接性能均很好 ， 材質也比較穩(wěn)定 。 (2)桿件截面形式 桿件的截面形式很多 ， 但以空腹截面為最優(yōu) ， 如圓鋼管 、方鋼管等 。 圓鋼管有高頻電焊鋼管及無縫鋼管兩種 。 盡量采用高額電焊鋼管 。 圓鋼管各方向慣性矩相同 、 截面封閉 、回轉半徑大 ， 對受壓受扭有利 。 端部封閉后 ， 內部不易銹蝕 ， 表面也難以積灰和積水 ， 具有較好的防腐性能 。 2． 桿件的計算長度和容許長細比 (1)桿件的計算長度 網(wǎng)架節(jié)點匯集了較多的桿件 ， 因此節(jié)點的嵌固作用較大 。網(wǎng)架桿件的計算長度如按平面桁架的有關規(guī)定采用 ， 偏于安全 。 網(wǎng)架規(guī)程中規(guī)定的計算長度取值是經(jīng)過模型試驗和分析研究確定的 。 桿件的計算長度與網(wǎng)架節(jié)點的形式有關 ， 對于螺栓球節(jié)點網(wǎng)架 ， 桿件兩端可視為鉸接 ， 弦桿和腹桿均取桿件的幾何長度 l， 即節(jié)點中心點之間的距離 l。 焊接空心球節(jié)點網(wǎng)架 ，弦桿和支座腹桿的計算長度取 ， 而其他腹桿的計算長度取 。 對于板節(jié)點的網(wǎng)架則取和平面桁架相同的計算長度 ， 即弦桿取 l， 腹桿取 l。 (2)桿件的容許長細比 網(wǎng)架的桿件的長細比不應該超過容許長細比 。 對于受壓的桿件 ， 容許長細比主要是防止桿件過于細長容易產(chǎn)生初彎曲 ， 初彎曲對壓桿穩(wěn)定極限承載力有較大影響 ，對于受拉的桿件 ， 容許長細比主要是保證桿件在制作 、 運輸 、 安裝和使用過程中有一定的剛度 。 網(wǎng)架規(guī)程中規(guī)定的桿件容許長細比如下： 受壓桿件： [λ ]＝ 180 受拉桿件： 1)一般桿件 [λ ] ＝ 400 2)支座附近的桿件 [λ ] ＝ 300 3)直接承受動力荷載的桿件 [λ ] ＝ 250 3． 桿件的截面選擇和構造要求 (1)桿件的截面選擇 桿件的選取應該注意以下幾點： 1)一個網(wǎng)架桿件的截面規(guī)格不宜過多 ， 一般較小跨度以2~3種為宜 ， 大跨度的網(wǎng)架也不宜超過 6~7種 。 2)桿件在相同截面面積的條件下 ， 宜選擇薄壁截面 ， 這樣增加回轉半徑對穩(wěn)定有利 。 3） 桿件截面規(guī)格的選擇宜用市場上經(jīng)常供應的規(guī)格 。 4） 桿件長度與網(wǎng)架網(wǎng)格尺寸有關 ， 確定網(wǎng)格尺寸時 ，除考慮最優(yōu)尺寸及屋面板制作條件等因素外 ， 也應考慮一般常用的定尺長度 ， 以避免剩頭過長造成浪費 。 5)鋼管出廠一般均有負公差 ， 所以在選擇載面時應當適當留有余地 。 (2)桿件的構造要求 桿件截面過小 ， 容易產(chǎn)生初彎曲 ， 所以對網(wǎng)架的桿件有最小截面的規(guī)定 。 普通型鋼不宜小于 L50 3， 圓鋼管不宜小于 φ48 2， 較大跨度的網(wǎng)架桿件的外徑不宜小于 φ60。 此外 ， 為了便于施焊和防腐要求 ， 圓鋼管的壁厚不宜太薄 ，一般不小于 2mm。 由于網(wǎng)架的桿件為軸向受力桿 ， 因此 ，桿件上不可承受橫向荷載 。 網(wǎng)架桿件在構造設計時 ， 宜避免難于檢查 、 清刷 、 油漆以及積留濕氣或灰塵的死角或凹槽 。 對于管形截面 ， 應將兩端封閉 。 受拉桿件一般不宜設有接頭 ， 受壓桿件也只容許有一個接頭 ， 且該接頭應設在受力較小區(qū)域 ， 并避免接頭過于集中 4 ． 桿件的設計計算 網(wǎng)架桿件主要承受軸向拉力和軸向壓力 （ 1） 軸心受拉： (2)軸心受壓： 當桿件截面不能滿足強度或穩(wěn)定的要求時，應當加大截面的規(guī)格。截面的規(guī)格改變將引起桿件內力的改變，因此，桿件截面的計算由計算機完成，截面的選擇也是根據(jù)提供的截面規(guī)格，按滿應力原則選擇最經(jīng)濟截面。 節(jié)點起連接桿件 、 傳遞荷載的作用 ， 因此 ， 節(jié)點設計是網(wǎng)架結構設計中的重要內容 。 通常節(jié)點用鋼量占整個網(wǎng)架桿件用量的 20％ 25％ 。 合理的節(jié)點設計對網(wǎng)架結構的安全性能 、 制作安裝 、 工程進度和工程造價都有著直接的影響 。 節(jié)點設計和構造均應符合以下一些原則： （ 1） 受力合理 ， 傳力明確 、 可靠 ， 實際構造與所采用的計算假定吻合 。 （ 2） 保證各桿件交匯于一點 ， 不產(chǎn)生附加彎矩 。 （ 3） 構造簡單 、 制作和安裝方便 。 （ 4） 盡量減少用鋼量 。 1． 網(wǎng)架節(jié)點的類型 （ 1） 焊接鋼板節(jié)點 主要用于弦桿呈兩向布置的各類網(wǎng)架 ， 如兩向正交正放網(wǎng)架 、 兩向正交斜放網(wǎng)架以及各種類型的四角錐網(wǎng)架 。網(wǎng)架中 ， 上 、 下弦桿均成兩向正交布置 ， 斜腹桿或位于弦桿的豎平面內或與弦桿豎平面成 45。 角相交 。 桿件端部均在節(jié)點處相交 。 為使這些匯交的桿件能在節(jié)點上有效地連成一體 ， 桿件內力得到可靠的傳遞 ， 應沿桿件方向設置相應的節(jié)點板 ， 各節(jié)點板間則以焊縫連成整體 ， 從而形成了焊接鋼板節(jié)點 。 這種節(jié)點與鋼桁架的節(jié)點構造較為相似 ， 有時為了增加節(jié)點的強度和剛度 ， 也可以在十字節(jié)點板中心加設一段圓鋼管 ， 將十字節(jié)點板直接焊于中心鋼管上 ， 從而形成一個由中心鋼管加強的焊接鋼板節(jié)點 。 （ 2） 焊接空心球節(jié)點 由兩個半球對焊而成 。 半球有冷壓和熱壓成型兩種方法 。熱壓成型簡單 ， 不需要很大的壓力 ， 采用多；冷壓不僅需要很大的壓力 ， 要求鋼材的材質好 ， 而且對模具的磨損也較大 ， 目前很少采用 。 當焊接空心球的直徑較大時 ， 為了增加球體的承載力 ， 可以在兩個半球的對焊處增加肋板 ，三者焊成整體 。 網(wǎng)架桿件通過角焊縫或對接焊縫與空心球相連 。 （ 3） 螺栓球節(jié)點 將網(wǎng)架桿件通過高強螺栓 、 套筒 、 螺釘或銷釘 、 錐頭 、 封板與實心鋼球連接起來的一種節(jié)點形式 。 （ 4） 直接相貫節(jié) 將網(wǎng)架腹桿 (支管 )的端部經(jīng)機械加工成相貫面后 ， 直接焊在弦桿 （ 主管 )壁上 ， 也可以將一個方向的弦桿焊在另一個方向弦桿的管壁上 。 這種節(jié)點因為省去了任何節(jié)點連接部件 ， 因而節(jié)點的用鋼量少 ， 但是它要求的加工精度很高 。桿件可以是圓鋼管 ， 也可以是方鋼管 。 （ 5） 焊接鋼管節(jié)點 它是由空心圓柱體組成的節(jié)點 ， 桿件直接焊在圓柱體的表面上 ， 由于網(wǎng)架桿件的端部要加工成與圓柱體表面相交的曲面 ， 因此 ， 它對桿件的加工精度要求較高 。 目前用得最為廣泛的是焊接空心球節(jié)點和螺栓球節(jié)點 。 2．焊接球節(jié)點設計與構造 焊接空心球節(jié)點是在我國應用較早 、 也最為廣泛的節(jié)點形式之一 ， 它分為加肋和不加肋兩種 。 （ 1） 焊接空心球的承載力設計計算 1） 受壓承載力設計計算 以受壓為主的空心球 ， 其破壞機理屬于殼體的穩(wěn)定問題 ，應該采用非線性分析方法進行其極限承載力的分析 ， 計算工作量大 ， 難以在設計中應用 。 目前的計算公式是在大量試驗資料的基礎上經(jīng)回歸分析確定的 。 試驗表明 ， 雙向受壓空心球的承載力與單向受壓空心球的承載力基本接近 ，并且空心球的鋼種對其受壓承載力的影響不顯著 。 球體的受壓承載力都以單向受壓的試驗為依據(jù) 。 對于空心球外徑 D＝ 120— 500mm時 ， 其受壓承載力設計值按下式計算： )(22DdtdtNcc ?? ?D—— 空心球外徑 (mm)； t—— 空心球壁厚 (mm)； d—— 鋼管外徑 (mm)； ηc—— 受壓空心球加肋承載力提高系數(shù)，不加肋時 ηc＝, 加肋時 ηc＝ 。 從以上公式可以看出 ， 球體受壓承載力與空心球壁厚 t、 空心球外徑 D和連接的鋼管外徑 d有關： a． 當 D、 d不變時 ， 隨 t的增大 ， 受壓承載力也相應地增大； b． 當 D、 t不變時 ， 隨 d的增大 ， 受壓承載力也相應地增大； c． 當 t 、 d不變時 ， 隨 D的增大 ， 受壓承載力也相應地增大 ， d． 空心球加肋時 ， 其受壓承載力可以提高 40％ 。 交匯于空心球有多根桿件，可以用受力最大的桿件來驗算 。 2)受拉承載力設計計算 空心球受拉破壞其機理屬于強度破壞 。 試驗表明 ， 其破壞具有沖切破壞的特征 ， 破壞面多為球體沿桿件管壁拉出 。 對于空心球外徑 D＝ 120～ 500mm時 ， 其受拉承載力設計值按下式計算： Nt＜ Nt—— 受拉空心球所受的軸向拉力設計值 (N)； f—— 鋼材強度設計值 (N／ mm2)； ηt—— 受拉空心球加肋承載力提高系數(shù) ， 不加肋時 ηt＝ ，加肋時 ηt＝ 。 （ 2） 焊接空心球的構造 1)不加肋空心球和加肋空心球兩個半球的焊接以及兩個 半球與加肋圓環(huán)的焊接構造 2)空心球球徑的大小應該能在球的表面排列所連接的全部鋼管 ， 為了便于施焊及母材不致過熱 ． 連接于同一節(jié)點上的各桿件之間的空隙不宜小于 10mm。 按此要求近似有以下關系式： 所以有 3)空心球外徑與壁厚的比值可按設計要求在 25～ 45范圍內選用 ， 同時空心球壁厚與鋼管最大壁厚的比值宜選用～ ， 空心球壁厚不宜小于 4mm。 4)當空心球的外徑不小于 300mm， 且桿件內力較大需要提高承載力時 ， 球內可加環(huán)肋 ， 其厚度不應小于球壁的厚度 ， 內力較大的桿件應位于肋板平面內 。 addd ???? 22D 221??addD 221 ???5)鋼管桿件與空心球連接，鋼管應開坡口。在鋼管與空心球之間應留有一定空隙予以焊透，以實現(xiàn)焊縫與鋼管等強，否則應按角焊縫計算。為了保證焊縫質量，鋼管端頭可加套管與空心球焊接 。 3．螺栓球節(jié)點設計與構造 螺栓球節(jié)點也是我國應用較早且很廣泛的節(jié)點形式之一，它由螺栓、鋼球、銷子 (或螺釘 )、套筒和錐頭或封板等零件組成，這種節(jié)點適用于鋼管連接。在螺栓球球體的同一個坐標平面內，若每個螺栓孔夾角為 450，則整個球具有 18個孔。采用這種螺栓球進行組合相當靈活，既適用于一般的網(wǎng)架結構，也適用于任何形式的空間網(wǎng)格結構。此外，對于雙層網(wǎng)殼結構、塔架、平臺和腳手架等也都可以采用螺栓球節(jié)點。 目前我國螺栓球節(jié)點網(wǎng)架的桿件內力最大拉力值一般可達到 70t， 最大懸掛吊車約為 5t。 螺栓球節(jié)點網(wǎng)架的桿件長度一般在 2～ 3m左右 ， 包裝簡單 ， 可以用集裝箱運輸；因為沒有現(xiàn)場焊接 ， 安裝方便 ，不產(chǎn)生焊接變形和焊接應力 ， 無節(jié)點偏心 ， 受力狀態(tài)好；能夠在工廠生產(chǎn) ， 產(chǎn)品質量容易保證 ， 也可減少施工現(xiàn)場作業(yè)量 ， 大大加快建設速度 。 螺栓球節(jié)點的設計與構造包括： (1)螺栓球零件材料的選擇 鋼球 、 封板 、 錐頭 、 套筒的材料可按表 。 (2)鋼球直徑的確定 采用鍛壓球 。 大小取決于螺栓的直徑 、 相鄰桿件的夾角和螺栓伸入球體的長度等因素 ， 同時要求伸入球體的相鄰兩個螺栓不相碰 。 (3)高強度螺栓受拉承載力計算 高強度螺栓承受拉力 對于受壓桿件 ， 高強度螺栓不承受桿件的壓力 ， 此時高強度螺栓的直徑可按受拉計算所得值適當減小 。 壓力主要由套筒承擔 ， 套筒要進行承壓計算 ， 并驗算其開