JGJ 791 网架结构设计与施工规程.docx

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JGJ791网架结构设计与施工规程

网架结构设计与施工规程

 第一章 总则

o第1.0.1条 

▪为了在网架结构的设计与施工中，做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量、特制定本规程。

o第1.0.2条

▪ 本规程适用工业与民用建筑屋盖与楼层的平板型网架结构（简称网架结构），其中屋盖跨度不宜大于120m，楼层跨度不宜大于40m。

o第1.0.3条 本规程是遵照国家标准《建筑结构设计统一标准》GBJ68-84、《建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语》GBJ83-85、《建筑结构荷载规范》GBJ9-87、《建筑抗震设计规范》GBJ11-89、《钢结构设计规范》GBJ17-88、《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GBJ18-87和《钢结构工程施工及验收规范》GBJ205，结合网架结构的特点而编制的。

在设计与施工中，除符合本规程的要求外，尚应遵守《网架结构工程质量检验评定标准》JGJ78-91及其他有关规范的规定。

o第1.0.4条 对受高温及强烈腐蚀等作用、有防火要求的网架结构，或承受动力荷载的楼层网架结构，应符合现行有关专门规范或规程的要求。

直接承受中级或重级工作制的悬挂吊车荷载并需进行疲劳验算的网架结构，其疲劳强度及构造应经过专门的试验确定。

o第1.0.5条 网架的选型及构造应综合考虑材料供应和施工条件与制作安装方法，以取得良好的技术经济效果。

网架结构中的杆件和节点，宜减少规格类型，以便于制作安装。

∙第二章 设计的一般规定

o第2.0.1条 网架结构可选用下列常用形式（附录一）：

一、有平面桁架系组成的两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架、单向折线型网架。

二、由四角锥体组成的正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘型四角锥网架、斜放四角锥网架、星型四角锥网架。

三、由三角锥体组成的三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝型三角锥网架。

o第2.0.2条 网架的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。

网架构件步子必须保证不出现结构几何可变情况。

   注：

本规程中大、中、小跨度划分系针对屋盖而言；大跨度为60m以上；中跨度为30m-60m；小跨度为30m以下。

o第2.0.3条 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（长边/短边）小于或等于1.5时，宜选用斜放四角锥网架、棋盘型四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交斜放网架、两向正交正放网架、正放四角锥网架。

对中小跨度，也可选用星型四角锥网架和蜂窝型三角锥网架。

当建筑要求长宽两个方向不等时，可选用两向斜交斜放网架。

o第2.0.4条 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。

当其边长比小于2时，也可采用斜放四角锥网架。

当平面狭长时，可采用单向折线型网架。

o第2.0.5条 平面形状为矩形，三边支承一边开口的网架可按2.0.3条进行选型，其开口边可采取增加网架层数或适当增加整个网架高度等办法，网架开口边必须形成竖直的或倾斜的边桁架。

o第2.0.6条 平面形状为矩形，多点支承网架，可根据具体情况选用：

正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架。

对多点支承和周边支承相结合的多跨网架，还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。

o第2.0.7条 平面型状为圆形、正六边型及接近正六边心切为周边支承的网架，可根据具体情况选用：

三向网架、三角锥网架或抽空三角锥网架。

对中小跨度，也可选用蜂窝型三角锥网架。

o第2.0.8条　对跨度不大于40m多层建筑的楼层及跨度不大于60m的屋盖，可采用钢筋混凝土板代替上弦的组合网架结构。

网架结构宜选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交正放网架、斜放四角锥网架、蜂窝型三角锥网架。

o第2.0.9条 网架可采用上弦或下弦支承方式，如当采用下弦支承时，应在支座边形成竖直或倾斜的边桁架。

o第2.0.10条　网架的网格尺寸和高度可根据网架形式、跨度大小、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。

对于周边支承的以下各类网架，可按表2.0.10选用。

o第2.0.11条　多点支承的网架宜设柱帽。

柱帽宜设于下弦平面之下（图2.0.11a）；也可设置于上弦平面之上（图2.0.11b）；或上弦节点直接搁置于柱顶，柱帽呈倒伞形（图2.0.11c）。

                     图2.0.11 点支承网架柱帽设置

o第2.0.12条 多点支承网架的悬臂长度可取跨度的1/4-1/3。

o第2.0.13条 当网架上弦杆节点间有集中荷载或需要减少压杆的计算长度时，可设置再分式腹杆。

对于由平面桁架系组成的王家（图2.0.13a）,或四角锥网架（图2.0.13b），当设置再分式腹杆时，应注意保证上弦杆在再分式腹杆平面外的稳定性。

                   图2.0.13 再分式腹杆设置

              （a）用于平面桁架系网架；（b）用于四角锥体网架

o第2.0.14条 网架屋面排水坡度的形式，可采用下列办法：

一、上弦节点上加小立柱找坡（当小立柱较高时，必须注意小立柱自身的稳定性）；

二、网架变高度：

三、整个网架起坡：

四、支承柱变高度。

o第2.0.15条 有起拱要求的网架，其拱度可取不大于短向跨度的1/300。

o第2.0.16条 网架自重gok（KN/m2）可按下式估算：

              gok=ξ√qwL2/200        （2.0.16）

式中 qw——除网架自重外的屋面荷载或楼面荷载的标准值（KN/m2）；

     L2——网架的短向跨度（m）；

　　　ξ——系数，对于钢管网架取ξ＝1.0，对于型钢网架取ξ＝1.2。

o第2.0.17条　网架结构的容许绕度不应超过下列数值：

用作屋盖——L2/250,用作楼层——L2/300。

L2为网架的短向跨度。

∙第三章 网架结构的计算 

o第一节　一般计算原则

▪第3.1.1条 网架结构应进行在外荷载作用下的内力、位移计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座承降及施工安装荷载等作用下的内力、位移进行计算。

　　对非抗震设计，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87进行计算，在截面及节点设计中，应按照荷载的基本组合确定内力计算值；在位移计算中应按照短期效应组合确定气挠度。

　　对抗震设计，荷载及荷载效应组合应按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89确定内力设计。

　　网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。

▪第3.1.2条　网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上。

结构分析时可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴向力。

当杆件上作用有局部荷载时，应另考虑受弯的影响。

▪第3.1.3条网架结构根据跨度大小、网架类型及工程情况可分别按下列规定选用不同方法进行内力、位移计算：

一、空间桁架位移法  适用于各种类型、各种支承条件的网架计算；

二、交叉梁系差分法  可用于跨度在40mm以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算；

三、拟夹层板法  可用于跨度在40mm以下的由平面桁架系或角锥体组成的网架计算；

四、假想弯矩法  可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。

▪第3.1.4条  网架结构的支撑条件，可根据支撑结构的刚度、支座节点的构造情况，分别假定为二向可侧移、一向可侧移、无侧移的铰接支座或弹性支承。

o第二节    空间桁架位移法的计算原则

▪第3.2.1条  空间桁架位移法是网架节点的三个线位移为未知量、所有杆件为承受轴向力的铰接杆系有限元法，并利用电子计算机进行内力分析和位移计算。

▪第3.2.2条  当网架结构和外荷载有n个对称面时，可利用对称条件只需分析1/2n网架。

在计算时，对称面内各杆件的截面面积应取原截面面积的一半，n各对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面面积的1/2n；对称面内节点荷载亦应按相同原则取值。

▪第3.2.3条     在对称荷载作用下，对称面内网架节点的反对称位移应取为零。

在计算时应在相应方向予以约束;与对称面相交的杆件,作为结构分析的处理方法可将该交点作为一个节点并在三个方向予以约束;交叉腹杆或人字腹杆的交点位于对称面时,亦应作为一个节点并在两个水平方向予以约束。

在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零。

▪第3.2.4条  网架杆件截面可先根据经验或参照已建工程或由简化计算方法估算确定，计算后应按内力重新设计调整截面，并进行重分析，重分析次数宜取3-4次。

o第三节  简化计算法

▪第3.3.1条 由平面桁架系组成的网架结构和正放四角锥网架结构,经过惯性矩的折算,可简化为相应的交叉梁系,用差分法进行内力、位移计算。

梁的折算惯性矩I可按下式计算：

             I=AtAbh2/（At+Ab）           （3.3.1）

式中At、Ab--分别为网架上、下弦杆截面面积（截面面积不等时，在差分法计算中可分别取上、下弦杆截面面积的算术平均值）；

        h--网架高度。

▪第3.3.2条 由平面桁架系组成的网架，当采用交叉梁系差分法分析时，其网架弯矩和杆件内力可按下列公式计算（图3.3.2）：

     MA,X=EI（2ωA-ωA+1-ωA-1）/s2          （3.3.2-1）

     Nt=-MA+1,X/h                         （3.3.2-2）

     Nb=MA,X/h                            （3.3.2-3）

     Nc=（MA+1,X-MA,X）/（s×sinφ）        （3.3.2-4）

式中 ω--由荷载设计值引起的竖向挠度；

     h--网架高度；

     s--上，下弦杆长度；

     φ--斜腹杆与下弦平面夹角。

     Nv由上弦节点（或下弦节点）的竖向平衡条件确定。

             图3.3.2 平面桁架系网架的弯矩与杆件内力

▪第3.3.3条 由平面桁架系或角锥体组成的网架结构，可简化为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行内力、位移计算。

▪第3.3.4条 对于两相正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥等三种网架，当平面形状为矩形、周边简支时，拟夹层板法的弯矩和挠度可按下列公式计算：

    Mx=（1.2Gk+1.4Qk）2ρmx/10           （3.3.4-1）

    My=（1.2Gk+1.4Qk）L12ρmy/10           （3.3.4-2）

    ω=（1.0Gk+1.0Qk）L14ρW/100D          （3.3.4-3） 

注：

1.当网架用于楼层且活荷载标准值不小于4kN/m2时，公式（3.3.4-1）及（3.3.4-2）中Qk的系数应取1.3。

   2.当网架上作用有二个以上可变荷载时，其荷载效应组合应按国家标准《建筑结构荷载规范》GBJ9-87确定。

式中 ω——荷载的短期效应组合下的挠度；

     Gk——网架的永久荷载标准值（kN/m2）;

     Qk——屋面或楼面的活荷载标准值（kN/m2）;

     L1——网架长向跨度；

     D——网架的折算抗弯刚度，可按本规程附录二确定；

    ρmx、ρmy、ρW——无量纲弯矩系数、挠度系数，可按本规程附录三查取。

   将拟夹层板弯矩换算成网架杆件内力的一般计算公式，以及拟夹层杆的折算抗弯刚度等物理常数可按本规程附录二附表2.1-2.3确定。

当上弦、下弦、斜杆、竖杆等各类杆件截面面积不等时，可分别取其截面面积的算术平均值。

o第四节 地震、温度作用下的内力计算原则

▪第3.4.1条 在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算。

在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构进行竖向抗震演算。

对于周边支承网架屋盖以及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖，竖向地震作用标准值可按下式确定：

       FEvkl=±ψv×G1                 （3.4.1）

       FEvkl——作用在网架第i节点上竖向地震作用标准值；

          G1——网架第i节点的重力荷载代表值，其中恒荷载取100%；雪荷载及屋面积灰荷载取50%；不考虑屋面活荷载；

          ψv——竖向地震作用系数，按表3.4.1取值。

               竖向地震作用系数          表3.4.1

    设防烈度

     场 地 类 别

   Ⅰ

   Ⅱ

 Ⅲ-Ⅳ

        8

    -

  0.08

  0.10

        9

    0.15

  0.15

  0.20

▪注：

场地类别应按国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89确定。

▪   对于周边支承的网架，书箱地震作用效应可按本规程附录四计算。

   对于悬挑长度较大的网架屋盖结构以及用于楼层的网架结构，当设防烈度为8度或9度时，其竖向地震作用标准值可分别取该结构重力荷载代表值的10%或20%。

计算重力荷载代表值时，对一般民用建筑可取楼层活荷载的50%。

   对于平面复杂或重要的大跨度网架结构可采用振型分解反应谱法或时程分析法作专门的竖向抗震分析和验算。

▪第3.4.2条 在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算。

在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的地震区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。

水平地震作用下网架的内力，位移可采用空间桁架位移法计算。

   网架的支承结构应按有关规范的相应规定进行抗震验算。

▪第3.4.3条 网架结构如符合下流条件之一者，可不考虑由于温度变化而引起的内力：

一、支座节点的构造允许网架侧移时，其侧移值应等于或大于式（3.4.4-1）的计算值；

二、当周边支承的网架、且网架验算方向跨度小于40m时，支承结构应为独立柱或砖壁柱；

三、在单位力作用下、柱顶位移大于或等于下式的计算值：

         u=L（EαΔt/0.038f-1）/2ζEAm            （3.4.4-1）

   如需考虑温度变化而引起的网架内力，可采用空间桁架位移法或其他近似方法计算。

   当网架支座节点构造沿边界法向不能相对位移时，由温度变化而引起的柱顶水平力可按下列公式计算：

     Hc=αΔtL/（L/ζEAm+2/Kc）                   （3.4.4-2）

     Kc=3EcIc/hc3                                （3.4.4-3）

式中  Kc——悬臂柱的水平刚度；

      Ec——柱子材料弹性模量；

      Ic——柱子截面惯性矩，当为框架柱时取等代柱的折算截面惯性矩；

      hc——柱子高度；

      α——网架材料的线胀系数；

      E——网架材料的弹性模量；

      f——钢材的强度设计值；

      L——网架在验算方向的跨度；

      Am——支承（上承或下承）平面弦杆截面积的算术平均值；

      ζ——系数，支承平面弦杆为正交正放时ζ=1.0,正交斜放时ζ=√2，三向时ζ=2；

      Δt——温度差。

o第五节 组合网架结构的计算原则

▪第3.5.1条 组合网架结构可按有限元法进行内力位移计算。

分析时应将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、面力和弯矩的梁元和板壳元，将腹干和下弦作为承受轴力的杆元，并应考虑两种不同材料的材性。

▪第3.5.2条 组合网架结构也可采用空间桁架位移法作简化计算。

分析时将组合网架的带肋平板等代为仅能承受轴力的上弦，并与腹杆和下弦构成两种不同材料的等代网架，按空间桁架位移法进行内力、位移计算。

等代上弦截面及带肋平板中内力可按本规程附录五确定。

∙　第四章 杆件和节点的设计与构造

o第一节  杆件

▪ 第4.1.1条网架杆件可采用普通型钢和薄壁型钢。

管材可采用高频 电焊钢管或无缝钢管：

当有条件时应采用薄壁管形截面。

杆件的钢材应按国家标准《钢结构设计规范》GBJ17-88的规定采用。

        网架杆件的截面应根据承载力和稳定性的计算和验算确定。

▪第4.1.2条确定网架杆件的长细比时，其计算长度L0应按表4.1.2采用。

         网架杆件计算长度l0 

杆       件

          节      点

 螺栓球

 焊接空心球

  板结点

弦杆及支座腹杆

    l

   0.9l 

   l

腹       杆

    l

   0.8l

   0.8

▪注：

l——为几何杆件长度（节点中心间距离）。

▪第4.1.3条网架杆件的长细比不宜超过下列数值：

         一、受压杆件                         180

         二、受拉杆件：

　　　　　1.一般杆件　　　　　400

         2.支座附近处杆件                    300

         3.直接承受动力荷载杆件        250

▪ 第4.1.4条杆件截面的最小尺寸应根据网架跨度及网格大小确定，普通型钢不宜小于∠50×3，钢管不宜小于¢48×2。

▪ 第4.1.5条在构造设计时，宜避免难于检查、清刷、油漆以及积留湿气或灰尘的死角或凹槽。

对管形截面，应将两端封闭。

o第二节   焊接钢板节点

▪第4.2.1条焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成，适用于连接型钢杆件。

         十字节点板宜由二块带企口的钢板对插焊成（图4.2.1a、b）。

小跨度网架的受拉节点，可不设置盖板。

                图4.2.1焊接钢板节点

　　十字节点板与盖板所用钢材应与网架杆件钢材一致。

▪第4.2.2条焊接钢板节点可用于两向网架，也可用于有四角锥体组成的网架。

常用焊接钢板节点的构造形式可按本规程附录六选用。

▪第4.2.3条焊接钢板节点的构造应符合下列要求：

一、杆件重心线在节点处宜交于一点，否则应考虑其偏心影响。

二、杆件与节点连接焊缝的分布，应使焊缝截面的重心与杆件重心相重合，否则应考虑其偏心影响；

 三、便于制作和拼装。

▪第4.2.4条 网架弦杆应与盖板和十字节点板共同连接，当网架跨度较小时，弦杆也可直接与十字节点板连接。

▪第4.2.5条节点板厚度可根据网架最大杆件内力确定，并应较连接杆件的厚度大2mm，但不得小于6mm。

节点板的平面尺寸应适当考虑制作和装配的误差。

▪第4.2.6条当网架杆件与节点板间采用高强度螺栓或角焊缝连接时，连接计算应根据连接杆件内力确定，且宜减少节点类型。

当角焊缝强度不足时，在施工质量确有保证的情况下，可采用槽焊与角焊缝相结合并以角焊缝为主的连接方案（图4.2.6），槽焊强度应由试验确定。

▪第4.2.7条十字节点板的竖向焊缝应具有足够的承载力，并采用V形或K形坡口的对接焊缝。

▪第4.2.8条焊接钢板节点上，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间以及弦杆端部与节点板中心线之间均不宜小于20mm（图4.2.8）。

o第三节 焊接空心球节点

▪第4.3.1条由两个半球焊接而成的空心球，可分为不加肋（图4.3.1-1）和加肋（图4.3.1-2）两种，适用于连接钢管杆件。

         空心球的钢材宜采用国家标准《碳素结构钢》GB700-88规定的Q235钢或国家标准《低合金结构钢技术条件》GB1591-88规定的16Mn钢。

产品质量应符合行业标准《钢网架焊接球节点》JGJ75.2-91的规定。

         加肋空心球的板肋可用平台或凸台，采用凸台时，其高度不得大于1mm。

▪ 第4.3.2条当空心球直径为120~500mm时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算：

         一、受压空心球

          Nc≤ηc（400td-13.3t2d2/D）    （4.3.2-1）

式中Nc——受压空心球的轴向压力设计值（N）：

    D——空心球外径（mm）；

    t——空心球壁厚（mm）；

    d——钢管外径（mm）；

    ηc——受压空心球加肋承载力提高系数，不加肋ηc=1.0，加肋ηc=1.4。

         二、受拉空心球

          Nt≤0.55ηttdπf                 （4.3.2-2）

式中Nt——受拉空心球的轴向拉力设计值（N）：

    t——空心球壁厚（mm）；

    d——钢管外径（mm）；

    f——钢材强度设计值（N/mm2）；              

    ηt——受拉空心球加肋承载力提高系数，不加肋ηt=1.0，加肋ηt=1.1。

▪第4.3.3条空心球外径与壁厚的比值可按设计要求在25-45范围内选用；空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜选用1.2-2.0；空心球壁厚不宜小于4mm。

▪第4.3.4条在确定空心球外径时，球面上网架相连接杆件之间的缝隙a不宜小于10mm（图4.3.4）。

为了保证缝隙a，空心球直径也可初步按下式估算：

             D=（d1+2a+d2）/θ　　　　　　（4.3.4）

式中 θ——汇集于球节点任意两钢管杆件间的夹角（rad）；

      d1、d2——组成θ角的钢管外径（mm）。

▪第4.3.5条钢管杆件与空心球连接，钢管应开坡口。

在钢管与空心球之间应留有一定缝隙予以焊透，以实现焊缝与钢管等强，否则应按角焊缝计算。

为保证焊缝质量，钢管端头可加套管与空心球焊接（图4.3.5）。

         角焊缝的焊脚尺寸应符合下列要求：

         1.当t≤4mm时，hf≤1.5t;

        2.当t＞4mm时，hf≤1.2t;

         t为钢管壁厚,hf为焊脚尺寸。

▪第4.3.6条当空心球外径不小于300mm,且杆件内力较大需要提高承载力时,球内可加环肋,其厚度不应小于球壁厚度。

内力较大的杆件应位于肋板平面内。

o第四节 螺栓球节点

▪第4.4.1条螺栓球节点应由螺栓、钢球、销子（或螺钉）、套筒和锥头或封板等零件组成（图4.4.1），适用于连接钢管杆件。

                 图4.4.1 螺栓球节点

▪第4.4.2条螺栓球节点的钢管、封板、锥头和套筒宜采用国家标准〈碳素结构钢〉GB700-88规定的3号钢或国家标准〈低合金结构钢技术条件〉GB1591-88规定的16Mn钢，钢球宜采用国家标准〈优质碳素结构