《空间网格结构技术规程》报批稿(正文).pdf

空间网格结构技术规程空间网格结构技术规程 Technical Specification for Space Frame Structures JGJ 7-200X JGJ 61-200X （报批报批稿）稿）2007 年年 12 月月 前前 言言 根据建设部建标200466 号文的要求，规程编制组经广泛调查研究，对网架结构设计与施工规程JGJ 7-91 与网壳结构技术规程JGJ 61-2003 二本规程的应用情况进行了认真总结，参考有关国内标准，并在广泛征求意见的基础上合并修订成本规程，本规程新增加了预应力网格结构计算与节点、立体桁架、铸钢节点、销轴式节点等方面内容。本规程的主要技术内容是：总则、术语和符号、设计的基本规定、结构计算、杆件和节点的设计与构造、制作与安装等，包括了空间网格结构的定义、网格形式、计算模型、稳定与抗震分析、杆件和各类节点的设计与构造要求、制作安装与验收。本规程由建设部负责管理和对强制性条文的解释，由主编单位负责具体技术内容的解释。本规程主编单位：中国建筑科学研究院（地址：北京市北三环东路 30 号 中国建筑科学研究院 建筑结构研究所；邮政编码：100013）。本规程参编单位：浙江大学、东南大学、哈尔滨工业大学、北京工业大学、同济大学、中国建筑标准设计研究院、上海建筑设计研究院有限公司、煤炭工业太原设计研究院、天津大学、浙江东南网架股份有限公司、徐州飞虹网架(集团)有限公司 本规程主要起草人员：赵基达 蓝 天 董石麟 严 慧 肖 炽 沈世钊 曹 资 赵 阳 刘锡良 张运田 姚念亮 钱若军 范 峰 刘善维 张毅刚 王平山 周观根 韩庆华 钱基宏 宋 涛 崔靖华 空间网格结构技术规程报批稿 2007.12.14 i 目 次 1 总 则.1 2 术语和符号.2 2.1 术 语.2 2.2 符 号.3 3 设计的基本规定.7 3.1 结构选型.7 3.2 网架结构设计的基本规定.7 3.3 网壳结构设计的基本规定.9 3.4 立体桁架、立体拱架与张弦立体拱架设计的基本规定.10 3.5 结构挠度容许值.10 4 结构计算.11 4.1 一般计算原则.11 4.2 静力计算.12 4.3 网壳的稳定性计算.13 4.4 地震作用下的内力计算.14 5 杆件和节点的设计与构造.17 5.1 杆 件.17 5.2 焊接空心球节点.18 5.3 螺栓球节点.21 5.4 嵌入式毂节点.26 5.5 铸钢节点.27 5.6 销轴式节点.28 5.7 组合结构的节点.28 5.8 预应力索节点.30 5.9 支座节点.31 6 制作、安装与交验.37 6.1 一般规定.37 6.2 制作与拼装要求.38 6.3 高空散装法.41 6.4 分条或分块安装法.42 6.5 滑移法.42 空间网格结构技术规程报批稿 2007.12.14 ii 6.6 整体吊装法.44 6.7 整体提升法.45 6.8 整体顶升法.45 6.9 折叠展开式整体提升法.46 6.10 组合空间网格结构施工.46 6.11 交验.47 附录 A 常用网架形式.48 附录 B 常用网壳形式.53 附录 C 网壳等效刚度的计算.55 附录 D 组合网架结构的简化计算.57 附录 E 网壳结构稳定承载力计算公式.59 附录 F 多维反应谱法计算公式.61 附录 G 用于屋盖的网架结构竖向地震作用和作用效应的简化计算.63 附录 H 网壳结构水平地震内力系数.65 附录 I 嵌入式毂节点主要尺寸的计算公式.67 附录 J 橡胶垫板的材料性能及计算构造要求.69 本规程用词用语说明.72 条文说明.73 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 1 1 总 则 1.0.1 为了在空间网格结构的设计与施工中贯彻执行国家的技术经济政策，做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量，制定本规程。1.0.2 本规程适用于主要以钢杆件组成的空间网格结构，包括网架、单层或双层网壳及立体桁架等结构的设计与施工。1.0.3 设计空间网格结构时，应从工程实际情况出发，合理选用结构方案、网格布置与构造措施，并综合考虑材料供应、加工制作与现场施工安装方法，以取得良好的技术经济效果。1.0.4 单层网壳结构不应设置悬挂吊车。网架和双层网壳结构直接承受工作级别为 A3 及以上的悬挂吊车荷载，当应力变化的循环次数等于或大于 5104次时，应进行疲劳计算，其容许应力幅及构造应经过专门的试验确定。1.0.5 空间网格结构的防护与防火要求应遵守现行国家标准钢结构设计规范GB50017的有关规定。1.0.6 按本规程进行空间网格结构设计与施工时，除应符合本规程外，尚应符合国家现行有关标准的规定。空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 2 2 术语和符号 2.1 术术 语语 2.1.1 空间网格结构 space frame,space latticed structure 按一定规律布置的杆件、构件通过节点连接而构成的空间结构，包括网架、曲面型网壳以及立体桁架等。2.1.2 网架 space truss,space grid 按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的平板型或微曲面型空间杆系结构，主要承受整体弯曲内力。2.1.3 交叉桁架体系 intersecting lattice truss system 以二向或三向交叉桁架构成的体系。2.1.4 四角锥体系 square pyramid system 以四角锥为基本单元构成的体系。2.1.5 三角锥体系 triangular pyramid system 以三角锥为基本单元构成的体系。2.1.6 组合网架 composite space truss 由作为上弦构件的钢筋混凝土板与钢腹杆及下弦杆构成的平板型网架结构。2.1.7 网壳 latticed shell,reticulated shell 按一定规律布置的杆件通过节点连接而形成的曲面状空间杆系或梁系结构，主要承受整体薄膜内力。2.1.8 球面网壳 spherical latticed shell,braced dome 外形为球面的单层或双层网壳结构。2.1.9 圆柱面网壳 cylindrical latticed shell,braced vault 外形为圆柱面的单层或双层网壳结构。2.1.10 双曲抛物面网壳 hyperbolic paraboloid latticed shell 外形为双曲抛物面的单层或双层网壳结构。2.1.11 椭圆抛物面网壳 elliptic paraboloid latticed shell 外形为椭圆抛物面的单层或双层网壳结构。2.1.12 联方网格 lamella grid 由二向斜交杆件构成的菱形网格单元。2.1.13 肋环型 ribbed type 球面上由径向与环向杆件构成的梯形网格单元。空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 3 2.1.14 肋环斜杆型 ribbed type with diagonal bars(Schwedler dome)球面上由径向、环向与斜杆构成的三角形网格单元。2.1.15 三向网格 three-way grid 由三向杆件构成的类等边三角形网格单元。2.1.16 扇形三向网格 fan shape three-way grid(Kiewitt dome)球面上径向分为 n（n=6，8）个扇形曲面，在扇形曲面内由平行杆件构成联方网格，与环向杆件共同形成三角形网格单元。2.1.17 葵花形三向网格 sunflower shape three-way grid 球面上由放射状二向斜交杆件构成联方网格，与环向杆件共同形成三角形网格单元。2.1.18 短程线型 geodesic type 以球内接正 20 面体相应的等边球面三角形为基础，再作网格划分的三向网格单元。2.1.19 组合网壳 composite latticed shell 由作为上弦构件的钢筋混凝土板与钢腹杆及下弦杆构成的网壳结构。2.1.20 立体桁架 spatial truss 由上弦、腹杆与下弦杆构成的横截面为三角形或四边形的格构式桁架。2.1.21 焊接空心球节点 welded hollow spherical node 由两个热冲压钢半球加肋或不加肋焊接成空心球的连接节点。2.1.22 螺栓球节点 bolted spherical node 由螺栓球、高强螺栓、销子（或螺钉）、套筒、锥头或封板等零部件组成的机械装配式节点。2.1.23 嵌入式毂节点 embeded hub node 由柱状毂体、杆端嵌入件、上下盖板、中心螺栓、平垫圈、弹簧垫圈等零部件组成的机械装配式节点。2.1.24 铸钢节点 cast steel joint 以铸造工艺制造的用于复杂形状或受力条件的空间节点。2.1.25 销轴节点 pin axis joint 由销轴和销板构成，具有单向转动能力的机械装配式节点。2.2 符符 号号 2.2.1 作用、作用效应与响应 F 空间网格结构节点荷载向量 FEvki 作用在 i 节点的竖向地震作用标准值 ExjiF、EyjiF、EzjiF j 振型、i 节点分别沿 x、y、z 方向的地震作用标准值 ttF 网壳全过程稳定分析时tt时刻节点荷载向量 tF 滑移时总启动牵引力 1tF、2tF 整体提升时起重滑轮组的拉力 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 4 iG 空间网格结构第 i 节点的重力荷载代表值 okG 滑移牵引力计算时空间网格结构的总自重标准值 1G 整体提升时每根拔杆所负担的空间网格结构、索具等荷载 okg 网架自重荷载标准值 M 作用于空心球节点的主钢管杆端弯矩)1(ittN 网壳全过程稳定分析时tt时刻相应的杆件节点内力向量 pN 多维反应谱法计算时第 p 杆的最大内力响应值 Nx、Ny、Nxy 组合网架带肋平板的 x、y 向的压力与剪力 N0i、Nti 组合网架肋和平板等代杆系的轴向力设计值 NR 空心球节点的轴向受压或受拉承载力设计值 Nm 单层网壳空心球节点拉弯或压弯的承载力设计值 N 作用于空心球节点的主钢管杆端轴力 btN 高强度螺栓抗拉承载力设计值 NEvi 竖向地震作用引起的第 i 杆件轴向力设计值 NGi 在重力荷载代表值作用下第 i 杆件轴向力设计值 dEcEmENNN，网壳的主肋、环杆及斜杆的地震作用轴向力标准值 dGcGmGNNNmaxmaxmax，重力荷载代表值作用下网壳的主肋、环杆及斜杆轴向力标准值的绝对最大值 eErENN，网壳抬高端斜杆、其他弦杆与斜杆的地震作用轴向力标准值 maxmax,reGGNN 重力荷载代表值作用下网壳抬高端 1/5 跨度范围内斜杆、其他弦杆与斜杆轴向力标准值的绝对最大值 wElEtENNN，网壳横向弦杆、纵向弦杆与腹杆的地震作用轴向力标准值 wGlGNNmaxmax，重力荷载代表值作用下网壳纵向弦杆、腹杆轴向力标准值的绝对最大值 ksq 按网壳稳定性验算确定的容许承载力标准值 wq 除网架自重以外的屋面荷载或楼面荷载的标准值 Eks 空间网格结构杆件地震作用标准值的效应 js、ks j 振型、k 振型地震作用标准值的效应 t 温差 u 网架结构可不考虑温度作用影响的下部支承结构与支座的允许水平位移 U、U、U 节点位移向量、速度向量、加速度向量 gU 地面运动加速度向量 ixU、iyU、izU 节点 i 在 x、y、z 三个方向最大位移响应值)(iU 网壳全过程稳定分析时当前位移的迭代增量 jiX、jiY、jiZ j 振型、i 节点的 x、y、z 方向的相对位移 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 5 2.2.2 材料性能 E 材料的弹性模量 材料的线膨胀系数 材料的泊松比 f 钢材的抗拉强度设计值 btf 高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值 2.2.3 几何参数与截面特性 effA 螺栓球节点中高强度螺栓的有效截面面积 Ai 组合网架带肋板在 i（i=1，2，3，4）方向等代杆系的截面面积 B 圆柱面网壳的宽度或跨度 eB 网壳的等效薄膜刚度 Be11、Be22 网壳沿 1、2 方向的等效薄膜刚度 hpb 嵌入式毂节点嵌入榫颈部宽度 C 结构阻尼矩阵 D 空心球节点的空心球外径、螺栓球节点的钢球直径 De11、De22 网壳沿 1、2 方向的等效抗弯刚度 eD 网壳的等效抗弯刚度 d 与空心球相连的主钢管杆件的外径 1d、2d 汇交于空心球节点的两根钢管的外径 bd1、bsd 螺栓球节点两相邻螺栓的较大直径、较小直径 hd 嵌入式毂节点的毂体直径 htd 嵌入式毂节点的嵌入榫直径 f 圆柱面网壳的矢高 f1 网架结构的基本频率 hph 嵌入式毂节点嵌入榫高度 K 空间网格结构总弹性刚度矩阵 Kt 网壳全过程稳定分析时 t 时刻结构的切线刚度矩阵 L 圆柱面壳的长度或跨度 2L 网架短向跨度 sl 螺栓球节点的套筒长度 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 6 l 杆件节点之间中心长度；螺栓球节点的高强度螺栓长度 0l 杆件的计算长度 r 球面或圆柱面网壳的曲率半径；滑移时滚动轴的半径 M 空间网格结构质量矩阵 12rr、椭圆抛物面网壳两个方向的主曲率半径 1r 滑移时滚轮的外圆半径 s 组合网架 1、2 两方向肋的间距 t 空心球壁厚，组合网架平板厚度 嵌入式毂节点的杆件两端嵌入榫不共面的扭角 汇交于空心球节点任意两相邻杆件夹角；汇交于螺栓球节点两相邻螺栓间的最小夹角 嵌入式毂节点毂体嵌入榫的中线与其相连的杆件轴线的垂线之间的夹角 2.2.4 计算系数 c 场地修正系数；空心球节点压弯或拉弯计算时的主钢管偏心系数 g 重力加速度 k 滚动滑移时钢制轮与钢之间的滚动摩擦系数 m 按振型分解反应谱法计算中考虑的振型数 j、jv 相应于 j 振型自振周期的水平与竖向地震影响系数 j j 振型参与系数 滑移时阻力系数 j、k j、k 振型的阻尼比 d 空心球节点加肋承载力提高系数 o 大直径空心球节点承载力调整系数 m 考虑空心球节点受压弯或拉弯作用的影响系数 抗震设防烈度系数；螺栓球节点套筒外接圆直径与螺栓直径的比值 T k 振型与 j 振型的自振周期比 杆件的容许长细比 1、2 滑移时滑动、滚动摩擦系数 螺栓球节点螺栓拧入球体长度与螺栓直径的比值 jk 多维反应谱法计算时 j 振型与 k 振型的耦联系数 v 竖向地震作用系数 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 7 3 设计的基本规定 3.1 结构选型结构选型 3.1.1 网架结构可采用双层或多层形式；网壳结构可采用单层或双层形式，也可采用局部双层形式。3.1.2 网架结构可选用下列网格形式（附图见附录 A）：1 由交叉桁架体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、单向折线形网架。2 由四角锥体系组成的正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架、星形四角锥网架。3 由三角锥体系组成的三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架。3.1.3 网壳结构可采用球面、圆柱面、双曲抛物面、椭圆抛物面等曲面形式，也可采用各种组合曲面形式。3.1.4 单层网壳可选用下列网格形式（附图见附录 B)：1 单层圆柱面网壳可采用单向斜杆正交正放网格、交叉斜杆正交正放网格、联方网格及三向网格等形式。2 单层球面网壳可采用肋环型、肋环斜杆型、三向网格、扇形三向网格、葵花形三向网格、短程线型等形式。3 单层双曲抛物面网壳宜采用三向网格，其中两个方向杆件沿直纹布置；也可采用两向正交网格，杆件沿主曲率方向布置，局部区域可加设斜杆。4 单层椭圆抛物面网壳可采用三向网格、单向斜杆正交正放网格等形式。3.1.5 双层网壳可由两向、三向交叉的桁架体系或由四角锥体系、三角锥体等组成，其上、下弦网格可采用本规程 3.1.4 条的方式布置。3.1.6 立体桁架可采用直线或曲线形式。3.1.7 空间网格结构的选型应结合工程的平面形状、跨度大小、支承情况、荷载条件、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。杆件布置及支承设置应保证结构体系几何不变。3.1.8 单层网壳应采用刚接节点单层网壳应采用刚接节点。3.2 网架结构设计的基本规定网架结构设计的基本规定 3.2.1 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（长边与短边之比）小于等于 1.5 时，宜选用正放四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、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。当其边长比大于 1.5 时，宜选用两向正交正放网架、正空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 8 放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。3.2.2 平面形状为矩形、三边支承一边开口的网架可按 3.2.1 条进行选型，开口边必须具有足够的刚度并形成完整的边桁架，当刚度不满足要求时可采用增加网架高度、增加网架层数等办法加强。3.2.3 平面形状为矩形、多点支承的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。3.2.4 平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形等周边支承的网架，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，也可选用蜂窝形三角锥网架。3.2.5 网架的网格高度与网格尺寸应根据跨度大小、荷载条件、柱网尺寸、支承情况、网格形式以及构造要求和建筑功能等因素确定，网架的高跨比可取 1/101/18。网架在短向跨度的网格数不宜小于 5。确定网格尺寸时宜使相邻杆件间的夹角大于 45o,且不宜小于 30o。3.2.6 网架可采用上弦或下弦支承方式，当采用下弦支承时，应在支座边形成竖直或倾斜的边桁架。3.2.7 当采用两向正交正放网架，应沿网架周边网格设置封闭的水平支撑。3.2.8 多点支承的网架有条件时宜设柱帽。柱帽宜设置于下弦平面之下（图 3.2.8a)，也可设置于上弦平面之上（图 3.2.8b）或采用伞形柱帽（图 3.2.8c)。(a)(b)(c)图 3.2.8 多点支承网架柱帽设置 3.2.9 对跨度不大于 40m 的多层建筑的楼盖及跨度不大于 60m 的屋盖，可采用以钢筋混凝土板代替上弦的组合网架结构。组合网架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、斜放四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。3.2.10 网架屋面排水找坡可采用下列方式：1 上弦节点上设置小立柱找坡（当小立柱较高时，应注意小立柱自身的稳定性并布置支撑）。2 网架变高度。3 网架结构起坡。3.2.11 网架自重荷载标准值okg(kN/m2)可按下式估算：空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 9 okw2150gq L (3.2.11)式中：qw 除网架自重以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)3.3 网壳结构设计的基本规定网壳结构设计的基本规定 3.3.1 球面网壳的矢跨比不宜小于 1/7。双层球面网壳的厚度可取跨度（平面直径）的 1/301/60。单层球面网壳的跨度（平面直径）不宜大于 80m。3.3.2 两端边支承的圆柱面网壳，其宽度 B 与跨度 L 之比宜小于 1.0，壳体的矢高可取宽度B 的 1/31/6。沿两纵向边支承或四边支承的圆柱面网壳，壳体的矢高可取跨度（宽度 B）的 1/21/5。图 3.3.2 圆柱面网壳宽度、跨度与支承边示意图 双层圆柱面网壳的厚度可取宽度 B 的 1/201/50。两端边支承的单层圆柱面网壳，其跨度 L 不宜大于 35m。沿两纵向边支承的单层圆柱面网壳，其跨度（此时为宽度 B）不宜大于 30m。3.3.3 双曲抛物面网壳底面对角线长度之比不宜大于 2，单块双曲抛物面壳体的矢高可取跨度 1/21/4（跨度为二个对角支承点之间的距离）。四块组合双曲抛物面壳体每个方向的矢高可取相应跨度的 1/41/8。双层双曲抛物面网壳的厚度可取短向跨度的 1/201/50。单层双曲抛物面网壳的跨度不宜大于 60m。3.3.4 椭圆抛物面网壳底边边长比不宜大于1.5，壳体每个方向的矢高可取短向跨度的1/61/9。双层椭圆抛物面网壳的厚度可取短向跨度的 1/201/50。单层椭圆抛物面网壳的跨度不宜大于 50m。3.3.5 网壳的支承构造应可靠传递竖向反力，同时应满足不同网壳结构形式所必需的边缘约束条件；边缘约束构件应满足刚度要求，并应与网壳结构一起进行整体计算。球面网壳的支承点应保证抵抗水平位移的约束条件。圆柱面网壳当沿两纵向边支承时，支承点应保证抵抗侧向水平位移的约束条件。B L 纵向边 端边 空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 10 双曲抛物面网壳应通过边缘构件将荷载传递给支座或下部结构。椭圆抛物面网壳及四块组合双曲抛物面网壳应通过边缘构件沿周边支承。3.4 立体桁架、立体拱架与张弦立体拱架设计的基本规定立体桁架、立体拱架与张弦立体拱架设计的基本规定 3.4.1 立体桁架的高度可取跨度的 1/121/16。3.4.2 立体拱架的拱架厚度可取跨度的 1/201/30，矢高可取跨度的 1/31/6。当按立体拱架计算时，两端下部结构除了可靠传递竖向反力外还应保证抵抗水平位移的约束条件。当立体拱架跨度较大时应进行立体拱架平面内的整体稳定性验算。3.4.3 张弦立体拱架的拱架厚度可取跨度的 1/301/50，结构矢高可取跨度的 1/71/10，其中拱架矢高可取跨度的 1/141/18，张弦的垂度可取跨度的 1/121/30。3.4.4 立体桁架支承于下弦节点时桁架整体应有可靠的防侧倾体系，曲线形的立体桁架要考虑支座水平位移对下部结构的影响。3.4.5 对立体桁架、立体拱架和张弦立体拱架应设置平面外的稳定支撑体系。对立体桁架、立体拱架和张弦立体拱架应设置平面外的稳定支撑体系。3.5 结构挠度容许值结构挠度容许值 3.5.1 空间网格结构在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值不宜超过表 3.5.1 中的容许挠度值。表 3.5.1 空间网格结构的容许挠度值 结构体系 屋盖结构(短向跨度)楼盖结构(短向跨度)悬挑结构(悬挑跨度)网架 1/250 1/300 1/125 单层网壳 1/400 1/200 双层网壳立体桁架 1/250 1/125 注：对于设有悬挂起重设备的屋盖结构，其最大挠度值不宜大于结构跨度的 1/400。3.5.2 网架与立体桁架可预先起拱，其起拱值可取不大于短向跨度的 1/300。当仅为改善外观要求时，最大挠度可取恒荷载与活荷载标准值作用下挠度减去起拱值。空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 11 4 结构计算 4.1 一般计算原则一般计算原则 4.1.1 空间网格结构应进行重力荷载及风荷载作用下的位移、内力计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的位移、内力进行计算。4.1.2 对非抗震设计，荷载及荷载效应组合应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB 50009 进行计算，在杆件截面及节点设计中，应按照荷载效应的基本组合确定内力设计值；在位移计算中应按照荷载效应的标准组合确定其挠度。对抗震设计，荷载及荷载效应组合应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB50011确定内力设计值。空间网格结构的内力和位移可按弹性理论进行计算；网壳结构的整体稳定性计算应考虑结构的非线性影响。4.1.3 对于单个球面网壳和圆柱面网壳的风载体型系数，可按现行国家标准 建筑结构荷载规范GB50009 取值；对于多个连接的球面网壳和圆柱面网壳，以及各种复杂形体的空间网格结构，当跨度较大时，应通过风洞试验或专门研究确定风载体型系数。对于基本自振周期大于 0.25s 的空间网格结构，宜按随机振动理论进行风振计算。4.1.4 分析网架结构和双层网壳结构时，可假定节点为铰接，杆件只承受轴向力；分析立体管桁架时，当杆件的节间长度与截面高度（或直径）之比不小于12（主管）和24（支管）时，也可假定节点为铰接；分析单层网壳时，应假定节点为刚接，杆件除承受轴向力外，还承受弯矩、扭矩、剪力等。4.1.5 空间网格结构的外荷载可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。当杆件上作用有局部荷载时，应另行考虑局部弯曲内力的影响。4.1.6 空间网格结构分析时，应考虑上部空间网格结构与下部支承结构的相互影响。空间网格结构的协同分析可把下部支承结构折算等效刚度和等效质量作为上部空间网格结构分析时的条件；也可把上部空间网格结构折算等效刚度和等效质量作为下部支承结构分析时的条件；也可以将上、下部结构整体分析。4.1.7 分析空间网格结构时，应根据结构形式、支座节点的位置、数量和构造情况以及支承结构的刚度，确定合理的边界约束条件。边界约束条件可分为弹性约束、固定约束及强迫位移。对于网架、双层网壳和立体桁架，支承节点的边界约束条件应按实际构造假定为两向或一向可侧移、无侧移的铰接支座或弹性支座；对于单层网壳，可采用不动铰支座，也可采用刚接支座或弹性支座。空间网格结构的支承必须保证在任意荷载作用下结构体系的几何不变性，并满足各种结构形式及其计算模型对支承条件的要求。空间网格结构支座的边界约束条件分别沿结构整体坐标系的三个方向根据具体情况确空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 12 定。如果支承结构对空间网格结构支座的约束与结构整体坐标系不一致时，应作为斜边界约束处理。4.1.8 空间网格结构施工安装阶段与使用阶段支承情况不一致时，应区别不同支承条件分析计算施工安装阶段和使用阶段在相应荷载作用下的结构位移和内力。4.1.9 空间网格结构根据结构类型、平面形状、荷载形式、节点构造、边界约束条件及不同设计阶段等可采用有限元法或基于连续化假定的方法进行计算。选用分析方法应考虑到分析方法的适用范围和条件。1 网架、双层网壳和立体桁架宜采用空间杆系有限元法进行计算；2 单层网壳应采用空间梁系有限元法进行计算；3 在结构方案选择和初步设计时，网架结构、网壳结构也可分别采用拟夹层板法、拟壳法进行计算。4.2 静力计算静力计算 4.2.1 按有限元法进行空间网格结构静力计算时可采用下列统一的基本方程：FKU （4.2.1）式中 K空间网格结构总弹性刚度矩阵；U空间网格结构节点位移向量；F空间网格结构节点荷载向量。4.2.2 空间网格结构经过位移、内力计算后进行杆件截面设计，如杆件截面需要调整应重新进行分析，使其满足设计要求为止。空间网格结构设计后，杆件不宜替换，如必须替换时，应根据截面及刚度等效的原则进行。4.2.3 分析空间网格结构因温度变化而产生的内力，可将温差引起的杆件固端反力作为等效荷载反向作用在杆件两端节点上，然后按有限元法分析。4.2.4 网架结构如符合下列条件之一者，可不考虑由于温度变化而引起的内力：1 支座节点的构造允许网架侧移，且允许侧移值等于或大于网架结构的温度变形值时；2 网架周边支承、网架验算方向跨度小于 40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱时；3 在单位力作用下，柱顶水平位移 u 大于或等于式（4.2.4）的计算值时。120.038mLEtuEAf （4.2.4）式中 f钢材的抗拉强度设计值；E 材料的弹性模量；材料的线膨胀系数；t温差；空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 13 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；系数，支承平面弦杆为正交正放时=1.0，正交斜放时2，三向时2.0。4.2.5 预应力空间网格结构分析时，可根据具体情况将预应力作为初始应力或外力来考虑，然后按有限元法进行分析。对于索应考虑非线性的影响，并应按预应力施加程序对预应力施工全过程进行分析。4.2.6 斜拉空间网格结构可按有限元法进行分析。斜拉索（或钢棒）应根据具体情况施加预应力，以确保在风荷载和地震作用下斜拉索处于受拉状态，必要时可设置稳定索加强。4.2.7 由平面桁架系或角锥体系组成的矩形平面、周边支承网架结构，可简化为正交异性或各向同性的平板按拟夹层板法进行位移、内力计算。4.2.8 网壳结构采用拟壳法分析时，可根据壳面形式、网格布置和构件截面把网壳等代为当量薄壳结构，在由相应边界条件求得拟壳的位移和内力后，可按几何和平衡条件返回计算网壳杆件的内力。4.2.9 组合网架结构可按有限元法进行位移、内力计算。分析时应将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、膜力和弯矩的梁元和板壳元，将腹杆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。4.2.10 组合网架结构也可采用空间杆系有限元法作简化计算。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，按空间杆系有限元法进行位移、内力计算。等代上弦截面及带肋平板中内力可按本规程附录 D 确定。4.3 网壳的稳定性计算网壳的稳定性计算 4.3.1 单层网壳以及厚度小于跨度单层网壳以及厚度小于跨度 1/50 的双层网壳均应进行稳定性计算。的双层网壳均应进行稳定性计算。4.3.2 网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元法（荷载位移全过程分析）进行计算，分析中可假定材料保持为弹性，也可考虑材料的弹塑性。对于大型和形状复杂的网壳结构宜采用考虑弹塑性的全过程分析方法。全过程分析采用的迭代方程为：1iitttttKUFN （4.3.2）式中，tKt时刻结构的切线刚度矩阵；iU当前位移的迭代增量；ttFtt时刻外部所施加的节点荷载向量；1ittNtt时刻相应的杆件节点内力向量。空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 14 4.3.3 球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行，圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳除考虑满跨均布荷载外，宜补充考虑半跨活荷载分布的情况。进行网壳全过程分析时应考虑初始曲面形状的安装偏差的影响，可采用结构的最低阶屈曲模态作为初始几何缺陷分布模态，其缺陷最大计算值可按网壳跨度的 1/300 取值。4.3.4 按本规程 4.3.2 和 4.3.3 条进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值，可作为该网壳的极限承载力。将极限承载力除以系数 K 后，即为按网壳稳定性确定的容许承载力（标准值）。对于按弹塑性全过程分析求得的极限承载力，系数 K 可取为 2.0。对于常见的单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳按弹性全过程分析求得的极限承载力，系数 K 可取为 4.2。4.3.5 当单层球面网壳跨度小于50m，单层圆柱面网壳拱向跨度小于25m，单层椭圆抛物面网壳跨度小于30m，或对网壳稳定性进行初步计算时，其容许承载力可按附录E 进行计算。4.4 地震作用下的内力计算地震作用下的内力计算 4.4.1 对用作屋盖的网架结构，其抗震验算应符合下列要求：对用作屋盖的网架结构，其抗震验算应符合下列要求：1 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为8 8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架结构应进行竖向抗震验度的地区，对于周边支承的中小跨度网架结构应进行竖向抗震验算，对于其它网架结构均应进行竖向和水平抗震验算；算，对于其它网架结构均应进行竖向和水平抗震验算；2 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为9 9度的地区，对各种网架结构应进行水平和竖向抗震验算。度的地区，对各种网架结构应进行水平和竖向抗震验算。4.4.2 对于网壳结构，其抗震验算应符合下列要求：对于网壳结构，其抗震验算应符合下列要求：1 在抗震设防烈度为在抗震设防烈度为 7 7 度的地区，当网壳结构的矢跨比大于等于度的地区，当网壳结构的矢跨比大于等于 1/51/5 时，应进行水平时，应进行水平抗震验算；当矢跨比小于抗震验算；当矢跨比小于 1/51/5 时，应进行竖向和水平抗震验算；时，应进行竖向和水平抗震验算；2 在抗震设防在抗震设防烈度为烈度为 8 8 度或度或 9 9 度的地区，对各种网壳结构应进行水平和竖向抗震验算。度的地区，对各种网壳结构应进行水平和竖向抗震验算。4.4.3 在单维地震作用下，对空间网格结构进行多遇地震作用下的效应计算时，可采用振型分解反应谱法；对于体型复杂或重要的大跨度结构，应采用时程分析法进行补充计算。4.4.4 按时程分析法计算空间网格结构地震效应时，其动力平衡方程为：gMU+CU+KU=-MU （4.4.4）式中，M结构质量矩阵；C结构阻尼矩阵；K结构刚度矩阵；U,U,U结构节点相对加速度向量、相对速度向量和相对位移向量；gU地面运动加速度向量。4.4.5 采用时程分析法时，应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。加速度曲线峰值应根据与抗震设防烈度相应的多遇地震的加速度时程曲线最大值进行调整，并应选择足够长的地震动持续时间。空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 15 4.4.6 采用振型分解反应谱法进行单维地震效应分析时，空间网格结构j振型、i节点的水平或竖向地震作用标准值应按下式确定：ijijjEzjiijijjEyjiijijjExjiGZFGYFGXF （4.4.6-1）式中，ExjiF、EyjiF、EzjiFj振型、i节点分别沿 x、y、z 方向的地震作用标准值；j相应于j振型自振周期的水平地震影响系数，按现行国家标准建筑抗震设计规范 GB50011 确定。当仅 z 方向竖向地震作用时，竖向地震影响系数取j65.0；jiX、jiY、jiZ分别为j振型、i节点的 x、y、z 方向的相对位移；iG空间网格结构第i节点的重力荷载代表值，其中恒载取结构自重标准值；可变荷载取屋面雪荷载或积灰荷载标准值，组合值系数取 0.5。jj振型参与系数，按下列公式确定：当仅 x 方向水平地震作用时，j振型参与系数按下式计算：niijijijiniijijGZYXGX12221)(（4.4.6-2）当仅 y 方向水平地震作用时，j振型参与系数按下式计算：niijijijiniijijGZYXGY12221)(（4.4.6-3）当仅 z 方向竖向地震作用时，j振型参与系数按下式计算：niijijijiniijijGZYXGZ12221)(（4.4.6-4）式中，n空间网格结构节点数。4.4.7 按振型分解反应谱法进行在多遇地震作用下单维地震作用效应分析时，网架结构杆件地震作用效应可按下式确定：mjjEkSS12 （4.4.7-1）网壳结构杆件地震作用效应宜按下式确定：mjmkkjjkEkSSS11 （4.4.7-2）TTkjTTTkjjk2225.1)1(4)1()1(8 （4.4.7-3）空间网格结构技术规程报批稿 2008.1.17 16 式中，EkS杆件地震作用标准值的效应；jS、kS分别为j、k振型地震作用标准值的效应；jkj振型与k振型的耦联系数；j、k分别为j、k振型的阻尼比；Tk振型与j振型的自振周期比；m计算中考虑的振型数。4.4.8 当采用振型分解反应谱法进行空间网格结构地震效应分析时，对于网架结构宜至少取前 10-15 个振型，对于网壳结构宜至少取前 25-30 个振型，以进行效应组合；对于体型复杂或重要的大跨度空间网格结构需要取更多振型进行效应组合。4.4.9 在抗震分析时，应考虑支承体系对空间网格结构受力的影响。此时宜将空间网格结构与支承体系共同考虑，按整体分析模型进行计算；亦可把支承体系简化为空间网格结构的弹性支座，按弹性支承模型进行计算。支承结构应按有关规范进行抗震验算。4.4.10 在进行结构地震效应分析时，对于周边落地的空间网格结构，阻尼比值可取 0.02；对设有混凝土结构支承体系的空间网格结构，阻尼比值可取 0.03。4.4.11 对于体型复杂或较大跨度的空间网格结构，宜进行多维地震作用下的效应分析。进行多维地震效应计算时，可采用多维随机振动分析方法、多维反应谱法或时程分析法。当按多维反应谱法进行空间网格结构三维地震效应分析时，结构各节点最大位移响应与各杆件最大内力响应可按附录 F 公式进行组合计算。4.4.12 周边支承或多点支承与周边支承相结合的用于屋盖的网架结构，其竖向地震作用效应可按附录 G 进行简化计算。4.4.13 单层球面网壳结构、单层双曲抛物面网壳结构和正放四角锥双层圆柱面网壳结构水平地震作用效应可按附录 H 进行简化计算。空间网格