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1、第1章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.1.1 大跨度空间结构的发展历程11.1.2 空间结构类型11.1.3 网架结构的特点21.2 研究现状21.3 论文研究内容2第2章 结构选型42.1 网架型式的确定42.2 网架结构的选型42.2.1 网架结构主要几何尺寸的确定42.2.2 网架结构的支撑52.2.3 网架屋面排水坡52.2.4 网架起拱度和容许挠度62.2.5 杆件材料与截面形式62.2.6 网架腹杆布置62.2.7 节点设计与制造概述62.3 网架的几何参数与杆件的物理参数7第3章 网架设计与程序的编制93.1 杆件的设计与构造93.1.1 杆件截面选择93.1.2 网架杆
2、件的计算长度93.1.3 网架杆件的容许长细比103.2 荷载分析103.2.1 静荷载103.2.2 活荷载113.2.3 三种工况113.3 网架设计的命令流123.3.1 定义截面类型123.3.2 输入网架结构基本参数123.3.3 定义单元有关常数133.3.4 几何模型的建立133.3.5 添加荷载与约束143.3.6 网架设计程序的核心思想143.4 出现的问题与解决方法153.4.1 截面组合形式的选择15第四章 结果分析174.1 网架的变形174.2 网架杆件内力184.3 网架杆件应力20第5章 结论与展望215.1 结论215.2 展望21参考文献22致谢23附录24附
3、录A 网架设计命令流24附录B 外文翻译29石家庄铁道学院毕业设计第1章 绪论1.1 课题研究背景和意义1.1.1 大跨度空间结构的发展历程空间结构的发展是和人类生活、生产的需要，科学技术水平以及物质条件的发展紧密相连的。远古的人类挖洞穴而居，满足了生存空间的需要；中国古代工匠用木材构筑梁柱结构的宫殿或寺庙，跨度达到2030米；古罗马人用砖石建造穹顶或拱顶，跨度达到40多米；19世纪的工业革命使科学技术飞快进步，生铁材料的出现引起了建筑结构性的变化；20世纪的工业革命推动了建筑科学技术的发展，水泥和钢铁等新型材料的出现，人们学会了建造桁架、拱、钢架之类的平面结构，跨度达到5070米。随着人类生
4、活水平的提高，人类从事生产和社会活动对更大跨度的空间提出了需要。能够容纳几万人进行体育、集会、文艺演出、展览的多功能大厅，跨度需做到100200米；我国为2008年奥运会修建的国家体育场鸟巢和游泳中心水立方，跨度均在200米以上。对大跨度空间的需要，促使学者们深入研究什么样的结构体系既能满足建筑平面、空间和造型的要求，又能有足够大的跨度，并且有更好的经济技术指标。日本巴组铁工所认为：21世纪是为人类创造舒适、清洁、节能的新型城市的时代，具有现代设备和人工智能的封闭式城市环境，将为人类提供与自然相协调的理想生活环境1。1.1.2 空间结构类型空间结构是指具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，具有
5、三维受力特性，在载荷作用下呈空间工作的结构。空间结构可分为三种基本类型：实体结构类，网格结构类，张力结构类。实体结构类包括薄壳结构、折板结构；它们一般是钢筋混凝土实体结构，近年来应用不多。网格结构类包括网架结构、网壳结构；它们一般是由杆件按一定规律组成的网格状高次超静定空间杆系结构。张力结构类包括悬索结构、薄膜结构；它们一般通过对索或膜施加预张力以后形成结构体系。 20世纪60年代以来，随着焊接连接技术的日益成熟，高强钢材的出现，电算技术突飞猛进，空间结构中的两类结构体系网格结构和张力结构得以飞速发展1。 1.1.3 网架结构的特点网架结构是由许多杆件从两个方向或几个方向有规律地组成的高次超静
6、定空间结构。它改变了一般平面桁架受力体系，能承受来自各方向的荷载。网架结构最大的特点是由于杆件之间相互支撑作用，刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降所带来的不利影响；即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调整杆件内力，保持结构的安全。网架结构中杆件主要受轴力，容易作到材尽其用，节省材料，减轻自重。网架结构的适应性大，既适用中小跨度的建筑，也适用于大跨度的房屋，而且从建筑平面形式来说，网架结构也可以适应于各种平面形式的建筑：如矩形、圆形、扇形及各种多边形的平面建筑形式。网架结构取材方便，一般多采用Q235钢或Q345钢，杆件截面形式多采用钢管或型钢，并且可以用小规格的杆
7、件截面建造大跨度的建筑。另外，网架结构杆件规格统一，适宜工厂化生产，这就为加速工程进度提供了有利条件和保证2。1.2 研究现状 目前在我国建成的网架结构就有数千座，被世人誉为“网架王国”。从1990年在北京举行的十一届亚运会场馆建筑来看，13个场馆中有11个采用了网架和网壳，其中网架占了一半以上。全国各省市区的体育场馆，绝大部分也采用了网架。20008年奥运会的中国国家游泳中心水立方采用了一种全新的杆件布置方式，它是根据Kelvin的“泡沫理论”构成的，即将水在泡沫状态下的微观分子结构放大到建筑结构尺寸，从几何上可以归结为一个14面体结合了14个12面体的多次重复。将这些多面体内部抽空就形成了
8、空间网格，然后按照建筑需要切割出平板网架。这种网架是世界上第一次应用于建筑结构1。国际上网格结构的应用也有许多杰出的成果。其中日本在开合网格结构领域成果突出。1.3 论文研究内容设计某一加油站的屋顶结构，其平面尺寸为4242米。阅读相关文献,选择结构的形式。计算荷载，静荷载有：屋面板自重、网架自重、网格下弦恒载。活荷载有：屋面活荷载、基本风压。考虑荷载组合要求及相关规范,组合3种不利工况。根据相关规范初步选择结构所需的杆件尺寸，网格尺寸，节点数以及跨度。用ANSYS软件进行编程，在考虑结构各根杆件的强度和稳定的前提下,进行杆件截面的优化调整，并最终确定各个杆件的截面形式，计算结构各杆件的内力和
9、位移。计算完后,画出杆件材料表，网架总平面图和杆件布置图。第2章 结构选型2.1 网架型式的确定网架的选型根据建筑平面形状和跨度大小、网架的支撑方式、荷载大小、屋面构造和材料等，结合实用和经济的原则综合分析确定。本次设计选用正放四角锥网架。这种网架的上下弦杆均与建筑物轴线平行或垂直，而且没有垂直腹杆。网架的每个节点均汇交八根杆件。正方四角锥网架受力比较均匀，空间刚度也比其他四角锥网架以及两向网架更大。同时，由于网格相同也使屋面板的规格减少，并便于起拱和屋面排水处理。这种网架在国内外得到了广泛的应用。2.2 网架结构的选型2.2.1 网架结构主要几何尺寸的确定1、网架高度（1）与屋面荷载和设备有
10、关。当屋面载荷较大时，网架应选择得较厚，反之可薄些；当网架中心必须穿行通风管道时，网架高度必须满足此高度；但当跨度较大时，除能穿通风管道外，就决定于相对挠度的要求了。一般来说，跨度大时，网架高跨比可选用小些；（2）与平面形状有关，当平面形状为圆形、正方形或接近正方形的矩形时，网架高度可取小些；狭长平面时，单向作用越加明显，网架应选高些；（3）与支撑条件有关，点支撑比周边支撑的网架高度要大。2、网格尺寸（1）与屋面材料有关；钢筋混凝土板尺寸不宜过大，否则安装有困难，一般不超过3米；当采用有檀体系构造方案时，檀条长度一般不超过6米。（2）与网架高度有一定关系。近年来，随着计算机技术和运筹学的发展，
11、已可借助于电子计算机进行优化设计确定网架结构的几何尺寸。在网架形式确定以后，采用优化设计方法选择网架尺寸和网架高度，已达到网架总造价或总用钢量最省。根据对矩形周边支撑网架（边长比为1、1.5、2等）以造价为目标函数的优化分析研究，表明网架的最优跨高比与跨度大小无关，而屋面构造与材料的影响较大，表2-1为对七种类型网架进行优化研究后的结论，可作为选择网架网格数和跨高比时的参考，对其他形式网架也可参考使用1。表2-1 网架的上弦网格数和跨高比网架形式钢筋混凝土屋面体系钢檀条体系网格数跨高比网格数跨高比两向正交正放网架，正方四角锥网架，正放抽空四角锥网架（24）+0.21014（68）+0.07（1
12、317）-0.03两向正交斜放网架，棋盘形四角锥网架，斜放四角锥网架，星形四角锥网架（68）+0.08注：1. 为网架短向跨度，单位为m。2.当跨度在18m以下时，网格数可适当减少。2.2.2 网架结构的支撑网架结构搁置在柱、梁、桁架等下部结构上，由于搁置方式不同，可分为周边支撑、点支撑、周边支撑与点支撑相结合、三边或两边支撑、单边支撑等情况。本次设计选用点支撑。点支撑是指网架的支座支撑在四个或多个支撑柱上，前者称为四点支撑，后者称为多点支撑。点支撑的网架与无梁楼盖受力相似，应尽可能设计成带有一定长度的悬挑网格，这样可使跨中正弯矩和挠度减少，并使整个网架的内力趋于均匀。研究表明，对于单跨多点支
13、撑网架，其悬挑长度宜取中间跨度的1/41/31。2.2.3 网架屋面排水坡任何建筑物的屋面都有排水问题。对于采用网架作为屋盖的承重结构，由于面积较大，一般屋面中间其坡高度也比较大，对排水问题更应给予足够的重视。屋面排水坡的形成，有以下几种方式：整个网架起坡；网架变高度；上弦节点上加小立柱找坡。本次设计采用上弦节点上加小立柱找坡。因为此种方法比较灵活，改变小立柱的高度即可形成双坡、四坡或其他复杂的多坡排水屋面。小立柱的构造简单，尤其适用与空心球节点或螺栓球节点上。对于大跨度网架，当中间屋脊处小立柱较高时，应当验算其自身的稳定性。国内已建成的网架多数采用此种方法1。2.2.4 网架起拱度和容许挠度
14、网架起拱主要是为了消除人们在视觉或心理上对建成的网架具有下垂的感觉。然而起拱将给网架制作增加麻烦，故一般网架可不起共。当要求起拱时，拱度可取小于或等于网架跨度的1：300。此时，网架杆件内力变化一般不超过（510）%，设计时可按不起拱进行计算。综合近年来国内外的设计与使用经验，网架结构的容许挠度，用作屋盖时不得超过网架短向跨度的1：250。为满足网架相对刚度的要求，网架高度可适当提高一些1。2.2.5 杆件材料与截面形式网架中常采用材料为Q235钢和Q345钢。这两种钢材都已列入钢结构设计规范，力学及焊接性能好、材质稳定。对于大跨度网架，从减轻屋盖自重、节约钢材出发，宜采用Q345钢。杆件的截
15、面型式，常采用的为钢管。圆钢管各项同性、截面封闭、管壁薄、回转半径大，对受压、受扭有利。另外，钢管端部封闭，内部不易腐蚀，表面也难以积灰和积水，具有较好的防腐性能。它适用与普遍采用的焊接空心球节点和螺栓球节点2。2.2.6 网架腹杆布置网架的杆件布置，不论采取什么形式，主要是用最短的路线，把载荷传到边界上去，特别对于压杆，这一点尤其重要。缩短压杆的传递路线，直接关系到网架是否经济的问题。一旦网架的形式确定，腹杆的布置不会有太多花样。对于四角锥体网架，腹杆的布置形式是固定的。在实际工程中斜腹杆与弦杆的夹角往往难以满足45左右的要求。根据经验夹角宜取35502。2.2.7 节点设计与制造概述在网架
16、结构中，节点起着连接汇交杆件、传递内里的作用，同时也是网架与屋面结构、天棚吊顶、管道设备、悬挂设备、悬挂吊车等连接之处，起着传递载荷的作用。网架节点是空间节点，汇集的杆件较多而且；来自不同方向。因此，节点的构造比平面桁架要复杂。一个合理的节点必须受力合理、传力明确简捷、安全可靠。节点构造设计应与计算假定铰接相符，各杆件轴线在节点上应汇交于一点，避免偏心而产生附加力矩，符合杆件按轴心受力设计。支座节点尚应满足计算时的边界条件要求，以免边界条件的改变，使杆件实际内力与计算内力不符，有时危及结构安全。合理的节点还应构造简单、制作简便、易于拼装、用钢量省，以取得较好的经济效益。焊接空心球节点应用历史长
17、，是目前应用最广泛的一种节点。它是将两块圆钢板经热压或冷压成两个半球后再对焊而成。焊接空心球节点构造简单，受力明确，连接方便，对于圆钢管杆件要求切割面垂直于杆件轴线，杆件会与空心球自然对中而不产生节点偏心。因球体无方向性，可与任意方向的杆件连接1。2.3 网架的几何参数与杆件的物理参数图2-1 网架总平面图网架型式：正放四角锥网架网格数：1414网架高度：2300mm网格尺寸：3000m3000m跨高比：27/2.3=11.7上弦杆长度：3000mm下弦杆长度：3000mm腹杆长度：3129mm网架结构支撑：四点支撑，柱间距27m，每边悬挑7.5m斜腹杆与弦杆的夹角为61.35上弦节点数：22
18、5个下线节点数：196个上弦杆件数：420根下弦杆件数：364根腹杆数：784根杆件材料：Q345钢材表2-2 Q345钢材的物理参数屈服强度()强度设计值()弹性模量()密度()泊松比3453100.3第3章 网架设计与程序的编制3.1 杆件的设计与构造3.1.1 杆件截面选择1、杆件截面选择原则（1）每个网架结构选择所选截面规格不宜过多，以方便加工与安装，一般小跨度网架以35种为宜，大、中跨度网架也不宜超过10种规格。（2）杆件宜选用壁厚较薄的截面，以使杆件在截面面积相同的条件下，能获得较大的回转半径；有利于压杆稳定。（3）宜选用市场常供钢管（4）考虑到杆件材料负公差的影响，宜留有适当余地
19、。2、截面计算杆件的截面计算应满足承载力（包括强度与稳定性）与刚度要求。（1）按承载力选择截面面积A，由下式决定 （3-1）式中 杆件设计轴向内力(N)，拉力为正； 杆件材料强度设计值()； 压杆稳定系数，可查相关钢结构设计规范；对拉杆为1.0。（2）按稳定要求验算杆件长细比。根据杆件截面积选择规格化的杆件，再由选定的几何参数验算刚度条件是否满足1。3.1.2 网架杆件的计算长度确定网架杆件的长细比时，其计算长度可按表3-1采用。表3-1 网架杆件计算长度杆件节点螺栓球节点焊接空心球节点板节点弦杆1.00.91.0支座腹杆1.00.91.0腹杆1.00.80.8注：为杆件几何长度（节点中心间距
20、离）。3.1.3 网架杆件的容许长细比网架杆件的长细比由下式计算 （3-2）式中 杆件计算长度（mm）， 杆件最小回转半径（mm）。网架杆件的长细比不宜超过容许长细比，即 （3-3）式中的为网架杆件的容许长细比，可参考表3-2。表3-2 网架杆件容许长细比杆件受压杆件受拉杆件一般杆件支座附近处杆件直接承受动力荷载杆件容许长细比1804003002503.2 荷载分析3.2.1 静荷载1、屋面板自重屋面板为压型钢板，檀条采用热轧轻型槽钢12板及保温层自重 0.35檀条自重 0.05总计 0.4 屋面板自重总和 42420.4=705600在ANSYS软件分析中，屋面板自重分配给上弦节点：7056
21、00/225=31362、网架自重 根据资料和以往的工程经验，网架杆件自重约取35t，节点用钢量约占整个网架用钢量的10%30%，节点用钢量估计约为8t。在ANSYS软件分析中，ACEL命令可自动考虑杆件自重，所以只计算每个节点自重：80009.8/421=1863、网架下弦恒载 在ANSYS软件分析中，网架下弦恒载加在下弦节点上： 0.23939/196=15523.2.2 活荷载1、屋面活荷载 在ANSYS软件分析中，屋面活荷载加在上弦节点上1.64242/225=12544N2、基本风压 风荷载标准值8 （3-4） =11.310.620.45 =0.3627KN/为了设计的安全，这里的
22、取值为较大的1.3。当垂直风载竖直向下时，施加给每个上弦节点的力为纵向风荷载对屋面所引起的总水平力为纵向风载分配给网架一侧的29个节点，每个节点受力为3.2.3 三种工况工况一：1.2静荷载每个上弦节点受力为每个下弦节点受力为工况二：1.2静荷载+1.4活荷载每个上弦节点受力为每个下弦节点受力为工况三：1.2静荷载+1.4活荷载+1.4*0.6*风荷载每个上弦节点受力为每个下弦节点受力为纵向风载对屋面所引起的总水平力分配给网架一侧的29个节点，每个节点受力为3.3 网架设计的命令流3.3.1 定义截面类型可以根据实际工程需要定义几种截面类型，本次设计采用的圆形钢管，定义了6种截面类型，命令流如
23、下：*dim,DOUT,6 钢管外径*dim,DIN,6 钢管内径DOUT(1)=63 指定1号截面的外径DIN(1)=56 指定1号截面的内径其余五种截面以此类推。*dim,AREA,6 截面面积 *dim,RI,6 惯性半径AREA()=3.1415926*(DOUT()*DOUT()-DIN()*DIN()/4 RI()=0.25*sqrt(DOUT()*DOUT()+DIN()*DIN() 3.3.2 输入网架结构基本参数DX=3000 横向网格尺寸 DY=3000 纵向网格尺寸 DZ=2300 网架高度 NX=14 横向网格数量 NY=14 纵向网格数量 FD=310 Q345钢材
24、强度设计值 FY=345 Q345钢材 屈服强度 RATIO1=0.9 应力比上限 RATIO2=0.5 应力比下限 EE=2.06e5 弹性模量 NEALL=8*NX*NY 单元总数ANSYS软件并没有为分析指定系统单位，在结构分析中，可以使用任何一套自封闭的单位制，只要保证输入的所有数据的单位都是在使用的同一套单位制里的单位即可。在本次设计中，采用的单位制为mm、g、N。3.3.3 定义单元有关常数r, ,AREA() 定义实常数 ET,1,LINK8 定义单元类型杆单元 MP,EX,1,EE 弹性模量MP,NUXY,1,0.3 泊松比 MP,DENS,1,7.85e-6 密度 3.3.4
25、 几何模型的建立图3-1 网架模型图模型说明：上弦节点：225个 编号：（1）（225）下弦节点：196个 编号：（226）（421）上弦杆件数：420根 杆件单元号：X方向（1）（210） Y方向（211）（420） 下弦杆件数：364根 杆件单元号：X方向（421）（602） Y方向（603）（784）腹杆数：784根 杆件单元号：（785）（1568）3.3.5 添加荷载与约束添加约束，支撑点的编号如下：d,256,all d,265,all d,382,all d,391,all添加荷载：f, ,fz,-3986.4 施加上弦节点荷载 f, ,fz,-2085.6 施加下弦节点荷载 A
26、CEL,0,0,11.772 输入自重 为节点编号，可根据实际情况自定义。在上述的载荷分析中，已经计算好各种工况下节点上施加载荷的数值。分别在记事本中编辑好添加载荷的命令，然后在ANSYS软件中应用input命令分别输入各种工况下的载荷数值，可得出各种工况下的网架变形情况。3.3.6 网架设计程序的核心思想此程序的核心思想就是引入应力比，以调整截面5。若为拉杆，则直接计算出拉杆的应力比；若为压杆，则需要根据钢规计算出压杆的的稳定系数，然后再得出压杆的应力比。程序如下：temp=3.1415926/sqrt(FY/EE) 临时值*if,FORCE(),ge,0,then 拉杆 RATIO=FOR
27、CE()/AREA()/FD 拉杆应力比 *elseif,FORCE(),lt,0,then 压杆,a类截面 SLENDER=LENGTH()/RI() 长细比 d1=SLENDER/temp 相对长细比 *if,d1,le,0.215,then 稳定系数12FI=1-0.41*d1*d1 *else d2=0.986+0.152*d1+d1*d1 FI=(d2-sqrt(d2*d2-4*d1*d1)/2/d1/d1 RATIO=-FORCE()/AREA()/FD/FI 压杆应力比根据应力比不超出前面已经定义的应力比上下限，开始调整截面。如果应力比小于下限值，说明截面面积太大，杆件强度没有充
28、分发挥，杆件截面需要减小；如果应力比大于上限值，则说明截面面积太小，杆件受力可能已经超过其承载能力，这就需要增加杆件截面面积。*if,RATIO,LT,RATIO2,then NSECTION()=NSECTION()-1 *elseif,RATIO,GT,RATIO1,then NSECTION()=NSECTION()+1 一共定义6种截面实常数，所以截面类型不能超出此范围:*if,NSECTION(),lt,1,then 已经选到最小截面 NSECTION()=1 *if,NSECTION(),gt,6,then 已经选到最大截面 NSECTION()=6 *do,NNN,1,16 调整
29、次数经过16次的截面调整以后，最终确定网架各杆件的截面形式。最后校核截面，得出应力比，必须保证每根杆件的应力比在-11之间。3.4 出现的问题与解决方法3.4.1 截面组合形式的选择一开始输入杆件截面的时候是根据以往的工程经验，参考点支撑条件下的正放四角锥网架结构的杆件截面组合形式，在程序中输入了七种截面：，。但是经过软件的计算与分析，7号杆件没有在网架中使用。经分析，网架中所受压力最大杆件编号为第1445根杆件，其压力值为，所用杆件为6号杆件，其强度与刚度完全满足要求，所以截面面积较大的七号截面可以省去不用。当选用前六种截面形式组合时，编号为914、933、1019、1056、1297、13
30、34、1420、1439号的杆件的应力比已经达到-1.0261，这是绝对不允许的，因为这些受压的腹杆已经失稳。按照程序选择杆件原则，应该不会出现应力比超标情况的（除非是杆件截面选择的极其不合理）。经过分析，程序中调整截面的次数设置为15次，这就导致了上述杆件在第十五次截面选择完之后，虽然应力比超标，但此时截面调整已经人为的结束，所以这些杆件没能继续调整成为比2号杆件截面更大的3号杆件。最后将截面调整次数改为16次，再次分析应力比时就会发现，上述编号的失稳杆件，已经自动选用了3号截面，此时的应力比为-0.4640。截面的选择对于拉杆来说，一般容易满足其要求。但是对于压杆，尤其是要考虑它的稳定性，
31、所以对压杆的选择一定要适当放大放薄其截面形式。杆件截面的选择中杆件截面积的差值也是有一定规律可循的，选择杆件组合时，一定要考虑它们的面积差值。最后确定的杆件截面形式如表3-3。表3-3 杆件截面的几何参数截面编号尺寸（）面积（）惯性半径（）外径厚度1633.5654.2320.02764904.7725.53954.51279.4132.0411451712.7138.6513362393.8945.0615973342.6553.8第四章 结果分析4.1 网架的变形图4-1 变形图在工况三下，网架结构的变形图如图4-1，跨中挠度最大，达到93.302mm。因为是四点支撑，所以支撑点处一定没有
32、位移。从变形图中还可以看出整个网架四角微微上翘，不过最大值也只有6.349mm，从四个支撑点向网架中心延伸，网架的挠度逐渐增大。其余两种工况下，网架的变形亦是如此，只不过就是最大位移值有所减小，因为前两种工况下的载荷比第三种工况小。工况一的最大挠度为28.919mm,工况二的最大挠度为85.575mm。4.2 网架杆件内力图4-2 内力图在工况三下，网架杆件的内力图如图4-2。从内力图中可以直观的看到，受力最大压杆的位置是在点支撑处，并且是靠近跨中一侧的腹杆。在四个点支撑处，还集中着其它受力较大的压杆。压力数值如表4-1。 表4-1 压杆受力数值压杆编号压力数值（）截面编号908-785730
33、6943-79192061410-78573061445-7919206457-5897506642-5850706449-5778006633-5843306566-5778806745-5843306受力最大拉杆的位置也是发生在点支撑处，恰恰又是发生在支撑的下弦点上面的四根上弦杆件位置。拉力数值如表4-2。表4-2 拉杆受力数值拉杆编号拉力数值（）截面编号31358810445443350424336189042444441304403610104544456404252446320425336041041574433504171358810437836189043794441304166
34、4456404180361010438744632043883604104上弦杆件大部分是受压的，但这16根杆件因为其所在的位置，决定了它们是受拉力的。这16根杆件，所受拉力主要源于网架四周悬挑的结构形式。工况一二亦是如此，不过就是数值有所减小。工况一下，最大压力为-225780N，最大拉力为117018N；工况二下，最大压力为-721965N，最大拉力为406153N。4.3 网架杆件应力图4-2 应力图工况三下，网架杆件应力图如图4-3 。从应力图中可以看出，最大拉应力均发生在支座附近处的杆件上。在四个点支撑的跨中处，上弦杆件会产生较大压应力，下弦杆件产生较大拉应力。三种工况下的拉压应力如
35、表4-3。表4-3 三种工况下拉压应力极值工况最大压应力（MPa）最大拉应力（MPa）工况一-67.54568.345工况二-215.986237.216工况三-236.914260.673最后校核截面，得出最不利工况三下杆件的应力比如表4-4。表4-4 最大应力比杆件截面编号123456最大压应力比-0.8847-0.8944-0.8414-0.7971-0.7195-0.9424最大拉应力比0.70980.76920.77220.8621无无 因为4号截面应经完全可以满足拉杆强度的要求，所以拉杆中没有用到5、6号截面。为了满足压杆稳定的要求，才会引入截面积较大的5、6号截面杆件。从表4-4
36、中可以看出，各种杆件基本已经充分发挥了其材料的性能。第5章 结论与展望5.1 结论整个网架各根杆件截面形式确定以后，得出杆件的用钢量总和为32909.7905kg，约为33t。根据以往经验，空心球节点自重约取为5t。那么整个网架的用钢量约为38t，单位面积用钢量约为21。在最不利工况三的条件下，网架的拉杆满足强度条件，压杆满足强度与刚度条件，最大挠度为93mm，满足规范要求。可以说整个网架设计是比较成功的。但也有不足之处，网架节点设计是网架设计中的重要环节，网架节点设计得合理与否直接影响到整个结构的受力性能、制作安装、用钢量及工程造价等。由于个人能力有限，节点设计只是参考以往的工程实例进行布置
37、。5.2 展望网架结构以其外形美观、受力合理、制作简单等优点，注定会蓬勃发展，同时受到结构工程师和建筑师的青睐。多年来国内外学者对其进行了大量系统的研究，获得了一系列显著科研成果。根据杆件布置方式的不同，网架结构有多种常用类型。在工程实践和理论研究中，应提倡新型网架形式的创新，并且对其几何拓扑关系和基本力学性能展开研究。使网架结构得以不断丰富和发展，并增强网架结构的生命力。将预应力技术引入网架结构，为网架的发展提供了有一片广阔天空。预应力网架结构是一种新型大跨结构，由于预应力的施加能够有效地减小结构的挠度，降低内力峰值和用钢量，已经日益广泛应用于实际工程之中1。相对于其他种类的空间结构，网架结
38、构的理论研究和工程应用都已经比较成熟，但随着应用范围的不断拓展，仍然存在一些重要问题需要研究。参考文献1 张毅刚，杨庆山大跨空间结构M北京：机械工业出版社，20052 汪一骏网架结构设计手册M北京：中国建筑工业出版社，19983 肖炽，李维滨网架结构设计与施工M江苏：东南大学出版社，19994 钱若军，杨联萍空间格构结构设计M江苏：东南大学出版社，20075 刘志军，刘春，等惠阳体育会展中心钢结构总装模型计算与分析J钢结构，2009，24（119）：38446 约翰奇尔顿空间网格结构M北京：中国建筑工业出版社，20047 沈祖炎，陈扬骥网架与网壳M上海：同济大学出版社，19978 陈基发，沙志
39、国建筑结构荷载设计手册M北京：中国建筑工业出版社，19979 许鹤山ANSYS在建筑工程中的应用M北京：机械工业出版社，200010 汪一骏，冯东轻型钢结构设计手册M北京：中国建筑工业出版社，200611 武秀丽钢结构设计原理及应用M石家庄：中国科学文化出版社，200212 GB 50017-2003，钢结构设计规范S13 JGJ 7-91，网架结构设计与施工规程S14 Kazuo IshiiStructural Design of Retractable Roof StructuresMBoston: WIT Press, Southampton,2000. 15 Charles G Sal
40、mon，John E JohnsonSteel structures design and behavior MSecond Edition，Havper Row，1980致谢在完成整个毕业设计的过程中，齐老师给了精心的指导，同学们也给了我很大的帮助，在此，我衷心地感谢他们。附录附录A 网架设计命令流33/prep7 *dim,DOUT,6*dim,DIN,6DOUT(1)=63 DIN(1)=56DOUT(2)=76 DIN(2)=68DOUT(3)=95 DIN(3)=86 DOUT(4)=114 DIN(4)=104DOUT(5)=133 DIN(5)=121 DOUT(6)=159 DIN(6)=145*dim,AREA,6 *dim,RI,6 *do,i,1,6 AREA(i)=3.1415926*(DOUT(i)*DOUT(i)-DIN(i)*DIN(i)/4 RI(i)=0.25*sqrt(DOUT(i)*DOUT(i)+DIN(i)*DIN(i) *enddo DX=3000 DY=3000 DZ=2300 NX=1