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来源 左权胜 发布于 2020/11/3 14:36:56 评论(0) 有1061人阅读
这篇文章主要是为即将要写的“在Revit中创建网架结构三维模型”做铺垫的,因为尽管现在的BIM似乎形成了一个单独的专业,但我们高校专业名录里基本上还没有见到这样的配置,最多仅仅在有些相关专业里开设了很简单的BIM课程,而且据了解大多都属于Revit操作应用类的,所以很多现实中BIM从业者的专业背景很复杂,不知道网架为何物的大有人在,这一点从平时群里咨询的情况可见一斑。当有人问你网架结构是啥时,即便你是网架大师,也有可能不知该从何说起。

其实,对于非结构专业的来说,你只要知道,空间网架结构是一种特殊的建筑钢结构体系便可,因为即使是从事结构专业多年的人士,可能对网架结构的认知也依然很表面,很多结构工程师也仅仅停留在会使用结构分析软件对整体结构进行计算,然后对杆件进行设计校核。但这是远远不够的,与其它结构不同的是,网架结构的制作加工、以及生产管理等设计后端环节的信息已经通过专业化的软件,介入到结构设计环节,具体的介入方式是部件配件的标准化选用,而非自由设计,结果是网架结构能上升形成一个独特的产业链。

你也许不知道,螺栓球网架结构其实是一种当下很火的装配式建筑典范,但是由于研究装配式建筑的焦点都在多高层民用建筑上,而对网架结构很熟悉的人也不一定能上升到政策层面,故而即使有这样的一个已成事实的典型案例存在,那也可能是一个无心插柳的结果。我在本文的结尾会梳理一下螺栓球网架结构与装配式建筑的关系。

还是先普及一下空间网架结构的基本知识吧。

文章的题目叫“漫谈”,是因为无法在一篇文章中完整系统地讲明白一本书的内容,只能是让你看完后能够了解到网架到底是个什么结构。另外,目前我们一般能找到的关于网架的资料绝大部分都是结构设计方面的,本文可以作为这部分资料的补充,但是由于习惯,有些叙述有可能还是回涉及到很多关于结构设计方面的内容,为了方便非结构工程专业读者的阅读,本文涉及结构专业化程度较深的文字用颜色较浅的斜体表示,仅希望对网架结构稍作了解的人士,也可忽略这部分内容。

漫谈最好的方式还是从定义入手,从百科中查到的“空间网架结构”定义如下:

“空间网架结构”是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。

有必要先说明一下,尽管按这个定义有很多的分类方式,但很多时候,我们所说的空间网架结构其实是一种特指,因为目前绝大多数网架结构都是正放四角锥螺栓球网架,杆件为材质Q235B或20号钢的圆管。

下面我就根据上述的定义一层层剥开来叙述。

关于空间结构

从上述定义可以得知,首先网架是一种空间结构,常常用作需要大空间的屋盖结构,当然也有用作墙面结构,甚至佛像等大型的构筑物。

与之比照的是就是平面结构,一个具体的对象是平面桁架结构。早期由于计算手段的限制,我们的结构体系往往都会人为的设计主受力结构,这些结构大多是一榀榀平面框架或桁架,而它们之间再通过次结构或者支撑结构来传递荷载,并同时保证结构空间整体的稳定性。如下图这样的工业厂房最具有代表性,那时候大型设计院里结构分工,负责框排架结构的设计一般都是有经验的结构工程师。

老一辈的结构工程师的力学及结构专业功底都异常的扎实,传力简单明确的平面结构在他们眼里,都像是自己的身体构造的一部分,因此在受力的时候,他们都能想象出什么地方受压,什么地方受拉,什么地方强,什么地方弱,那个年代有很多经典的结构计算手册,那是结构工程师的标配。

从结构设计的角度看,空间结构的推广得益于计算手段及专业软件的发展,当结构需要空间分析的时候,结构工程师的标配慢慢变成了结构分析设计软件,虽然软件的强大同时弱化了很多结构工程师的专业功底,但三维受力下也不再像二维平面那么容易依靠直觉来判断了。

因此,作为空间结构的网架的设计一定是离不开软件的,后面会专门讲述。

虽然空间结构远不止网架这一种形式,但在中国的建筑结构领域,一定是因为网架才使得空间结构作为一种独特的姿态出现。


关于结构形态

定义中所说的“一定的网格形式”说的就是结构形态,通俗地说是指空间网架结构的杆件是如何搭建的,我所理解的这里有几个层面意思:

第一层意思体现的是满足建筑造型的结构造型,尤其是建筑师非常在意的表面造型,这一点Rhino(犀牛)软件被大多数人所青睐的原因,就是其处理丰富曲面造型的功能。

作为大跨度屋盖结构的网架,当所形成的屋面是平面时,我们称为平板网架,如下图所示
而形成的屋面为曲面形状时,则具有壳的特性,所以我们称曲面网架为网壳结构,如下图所示为双层柱面网壳。

下图所示的是单层球壳。

网架网壳结构之所以经久不衰的一个原因,是因为在计算机的帮助下,可以通过众多小的网格单元组装成建筑师所需要的建筑造型,如下图:

结构形态的第二层意思是垂直于表面的厚度方向结构,我们常见的网架网壳,一般是有两个弦层,提供外表面建筑造型的弦层称为上弦层,该层的杆件称为上弦杆,该层的节点称为上弦节点,而另外一层,作为屋盖而言就是吊顶所附着的网架结构层,我们称为下弦层,该层的杆件称为下弦杆,该层的节点称为下弦节点,而连接上弦节点和下弦节点的杆件,我们称为腹杆,有时候我们也将上下弦层的距离称为网架网壳的厚度。在描述结构形式的时候,我们也会加入层的信息,比如双层螺栓球网架。

对于网壳结构,当跨度不大时,可以考虑单层,比如上面提到的单层球壳。结构工程师知道,单层网壳需要节点提供足够的刚度,所以螺栓球节点不适合在单层网壳中应用,而且弦层的杆件的截面形式采用矩形钢管或箱形截面较多。

当结构分析要求双层网架网壳的厚度太大时,考虑到单根杆件的长度有限,我们不得不在上下弦层之间加一个弦层,形成我们所说的三层网架网壳结构。

关于结构形态厚度方向的图示如下:
。。。。。。

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说点什么







最新评论
第1楼 undefined 发表于 2012-05-17 13:23
1983年,乔布斯对百事可乐的 CEO John Sculley 说:“Do you want to sell sugar water for the rest of your life, or do you want to change the world?”(你想卖一辈子糖水,还是改变世界?)就这样,一段传奇的合作开始了。

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