一、鋼結構網(wǎng)架設計的基礎知識

（一）結構形式

• 按形狀分類
  • 平板網(wǎng)架：由多個桿件按照一定規(guī)律連接成的平面網(wǎng)格狀結構，空間受力性能好，適用于多種建筑空間，如工業(yè)廠房等。其特點是結構簡單、受力明確、穩(wěn)定性較好且經(jīng)濟性良好。例如在一些普通的工業(yè)生產(chǎn)車間的屋頂結構中經(jīng)常采用平板網(wǎng)架結構。
  • 曲面網(wǎng)架（柱面網(wǎng)殼、球面網(wǎng)殼等）：具有獨特的曲面形狀，柱面網(wǎng)殼呈柱形曲面，球面網(wǎng)殼為球形曲面。這類網(wǎng)架結構在大跨度建筑中應用較多，如大型體育場館、會展中心等，能夠有效利用空間并提供良好的承載能力和穩(wěn)定性。

（二）節(jié)點連接方式

• 焊接節(jié)點：通常用于鋼筋混凝土網(wǎng)架。焊接可以使節(jié)點連接牢固，但對焊接工藝要求較高，需要保證焊接質量，防止出現(xiàn)焊接缺陷影響結構整體性能。
• 螺栓連接節(jié)點：常用于鋼和鋁合金網(wǎng)架。這種連接方式便于安裝和拆卸，在施工過程中相對靈活，并且可以在一定程度上調整桿件的位置和角度，但需要確保螺栓的強度和擰緊程度滿足設計要求。

二、鋼結構網(wǎng)架設計原則

（一）功能性原則

• 網(wǎng)架結構必須滿足使用功能要求。根據(jù)實際需求，例如建筑空間的大小、形狀、使用用途等，可以選擇不同的網(wǎng)架形式和結構高度。比如在展覽建筑中，需要較大的無柱空間來展示展品，就可能選擇大跨度的網(wǎng)架結構形式，并根據(jù)展覽廳的規(guī)模確定合適的結構高度，以保證空間的開闊性和使用的便利性。

（二）經(jīng)濟性原則

• 在滿足安全性和使用功能的前提下，應盡可能地降低造價。這需要綜合考慮多種因素，如材料的選擇、施工方法、結構形式等。例如，在選擇材料時，要權衡材料的強度、耐久性與成本之間的關系；在確定結構形式時，要對比不同形式網(wǎng)架結構的用鋼量、施工難度和工期等因素對造價的影響。

（三）環(huán)保性原則

• 網(wǎng)架結構設計應盡量減少對環(huán)境的影響，如采用環(huán)保材料、減少能源消耗等。例如，選擇可回收利用的鋼材，在加工制作過程中采用節(jié)能的工藝和設備等。

三、鋼結構網(wǎng)架設計流程

（一）荷載分析

• 確定作用在網(wǎng)架結構上的各種荷載，包括恒荷載（如結構自重、屋面材料重量等）、活荷載（如人員活動荷載、雪荷載、風荷載等）。不同地區(qū)的氣候條件和建筑使用功能會影響荷載的取值。例如在北方地區(qū)，雪荷載可能是重要的設計荷載之一；而在沿海地區(qū)，風荷載的取值就需要重點考慮。

（二）結構設計計算

• 內力分析：利用有限元分析法等手段，將網(wǎng)架結構離散化為有限個單元，通過數(shù)學方法求解結構在荷載作用下的內力（軸力、剪力、彎矩等）分布情況。這種方法能夠較為精確地分析結構受力狀態(tài)。此外，也可以采用近似計算法，利用經(jīng)驗公式和簡化模型對網(wǎng)架結構進行快速估算，但這種方法精度相對有限。
• 變形計算：計算網(wǎng)架結構在荷載作用下的變形情況，如撓度等。變形過大可能會影響結構的正常使用和美觀，因此需要控制在允許范圍內。
• 穩(wěn)定性分析：由于網(wǎng)架結構是空間桿系結構，穩(wěn)定性分析至關重要。要確保結構在各種荷載組合作用下不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，如整體失穩(wěn)或局部失穩(wěn)。

（三）桿件設計

• 根據(jù)內力分析結果確定桿件的截面尺寸。需要考慮桿件的強度、穩(wěn)定性等要求。例如，對于受壓桿件，要防止其發(fā)生屈曲失穩(wěn)，根據(jù)計算結果選擇合適的截面形狀（如圓形、方形等）和尺寸，同時還要考慮桿件的長細比限制等因素。

（四）節(jié)點設計

• 節(jié)點是網(wǎng)架結構中桿件連接的關鍵部位。要根據(jù)桿件的連接方式（焊接或螺栓連接）進行節(jié)點設計，確保節(jié)點具有足夠的強度和剛度。在設計過程中，需要滿足相關規(guī)范的要求，如抗震規(guī)范中對于梁柱連接節(jié)點的極限承載力驗算等要求。如果節(jié)點設計不合理，可能會導致結構在荷載作用下節(jié)點首先破壞，從而影響整個結構的安全性。

四、鋼結構網(wǎng)架設計相關軟件

• SFCAD：可用于常規(guī)網(wǎng)架、網(wǎng)殼結構設計，在一些基礎網(wǎng)架設計項目中應用廣泛。例如在小型工業(yè)廠房或一般性建筑的網(wǎng)架設計中，可以利用SFCAD進行建模、分析和設計。
• MST軟件：也是網(wǎng)架結構設計常用軟件之一，能夠對網(wǎng)架結構進行較為精確的分析和設計。不同的軟件在功能上可能有所側重，設計人員可以根據(jù)具體項目需求和自身使用習慣選擇合適的軟件。

鋼結構網(wǎng)架設計