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无檩网架

网架也有新花样——一篇“无檩网架”的研究报告

by 邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer |2017年7月2日 | 结构产品, 装配技术
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今天,小建就和大家介绍一下我们研发的一个新型结构产品——无檩网架

一、概述

网架结构是一种非常优秀的空间结构形式,拥有自重轻、双向受力、适用于大跨度等特点,已被国内外大量使用。一般网架结构在上弦球之上设置支托,将屋面檩条支承于支托之上,然后将屋面板固定于屋面檩条之上。然而当网架结构上弦采用玻璃等透明材料作为建筑面层时,这样的构造就显得繁琐,下弦杆、腹杆和上弦杆之外还有一层檩条,大大影响建筑效果。如果采用铝板等不透明材料作为建筑面层,则支托和檩条的加入使得建筑厚度较厚。

基于传统网架结构的上述缺点,我们提供一种新型的网架结构,使得玻璃等建筑面层可以直接连接于网架弦杆,建筑效果更加简约明快,且用钢量更为节省。

二、技术特征

无檩网架结构是一种新型网架结构,是对传统网架结构的一种改进。传统网架结构的所有杆件均采用圆管,杆件不能承受横向力,所有荷载均只能施加在节点上。无檩网架上弦杆采用矩形管,使得上弦杆件可以承受横向力,并且相对于圆管而言,矩形管也更有利于玻璃或者铝板的连接。从而该种新型网架结构无需再设置支托和檩条,建筑屋面板可以直接支承于网架弦杆形成的平面上,建筑效果更加简约明快,用钢量较为节省,并且现场安装时无需焊接,省时省力。

网架上弦杆件采用矩形管的难点在于如何将矩形管在节点处连接起来并能满足力学要求。经过一段时间的研发,我们研制出了一种“球柱节点”,使得上弦矩形管和腹杆圆管能够通过球柱节点连接起来。

整套无檩网架的技术方案我们已经申请了专利(专利号ZL 2013 2 0172339.0),而球柱节点的加工方法则属于我们独家掌握。

三、力学验证结果

为了验证无檩网架的可行性,我们制作了无檩网架的样品,并对关键节点进行了有限元力学分析和试验研究(如下图所示),其中试验是与同济大学建筑工程系联合进行研究的。

有限元分析和试验研究结果表明,“球柱节点”能够满足无檩网架的力学要求,无檩网架结构在力学上是可行的。相关学术论文也已经发表【1~4】。

而无檩网架样品的装配成功,则表明无檩网架在安装上是可行的。

四、结论

无檩网架是一种在建筑效果等方面优于传统网架的结构形式,通过试验验证、理论分析和试件验证,其技术可行,值得推广。

五、应用场景

5.1中庭、采光顶等大跨度结构

无檩网架继承了网架结构安装简便,造价低廉的优势,但更加通透美观。对于玻璃采光顶而言,建筑效果提升不言而喻。

5.2 薄型大悬挑屋面

同样的结构厚度,无檩网架可以大大节省完成面厚度。

5.3 不规则支点装饰钢结构

下图项目的穿孔铝板立面,支承钢结构采用无檩网架,与主体外墙面灵活布置小圆管支点,仅两个落地点。使用无檩网架让结构显得轻盈飘逸。

参考文献:

【1】新型螺栓球柱节点静力承载性能试验研究 郭小农,黄泽韡,杨商飞,彭礼 同济大学学报(自然科学版),2015年11月,第43卷第11期,Page1626~163

【2】Numerical studies on behaviour of bolted ball-cylinder joint under axial force Xiaonong Guo , Zewei Huang , Zhe Xiong , Shangfei Yang and Li Peng,Steel and Composite Structures, Vol. 20, No. 6 (2016) 1323-1343

【3】Behaviour of bolted ball-cylinder joint under axial force-Part 1: Experimental studies[J].Xiaonong Guo,  Zewei Huang,  Zhe Xiong*,  Shangfei Yang,  Li Peng. Steel and Composite Structures and Composite Structures,2016,21(1):137-156,ISSN1229-7367.2016.05.30.

【4】一种用于网架的新型节点研发及其承载力研究 杨商飞,硕士论文,同济大学

【5】新型螺栓球柱节点承载力研究 黄泽韡,本科论文,同济大学

邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer

建筑一网(www.jianzhu1.com)是一群同济大学毕业建筑和土木相关专业毕业的研究生和博士组成的技术团体。我们自2011年始即开始从事结构设计和研究工作, 积累了大量的研究成果和创新技术,并整理了对中国规范、FIDIC合同、欧洲规范和美国规范的总结笔记。此外, 团队还在结构产品领域有所研究,并推出了超薄夹层、板桁架、无檩网架、装配式厂房和装配式酒店等相关装配式产品。

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