一、鋼結構網架設計的基礎知識

（一）結構形式

• 按形狀分類
  • 平板網架：由多個桿件按照一定規律連接成的平面網格狀結構，空間受力性能好，適用于多種建筑空間，如工業廠房等。其特點是結構簡單、受力明確、穩定性較好且經濟性良好。例如在一些普通的工業生產車間的屋頂結構中經常采用平板網架結構。
  • 曲面網架（柱面網殼、球面網殼等）：具有獨特的曲面形狀，柱面網殼呈柱形曲面，球面網殼為球形曲面。這類網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定性。

（二）節點連接方式

• 焊接節點：通常用于鋼筋混凝土網架。焊接可以使節點連接牢固，但對焊接工藝要求較高，需要保證焊接質量，防止出現焊接缺陷影響結構整體性能。
• 螺栓連接節點：常用于鋼和鋁合金網架。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、鋼結構網架設計原則

（一）功能性原則

• 網架結構必須滿足使用功能要求。根據實際需求，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架結構形式，并根據展覽廳的規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）環保性原則

• 網架結構設計應盡量減少對環境的影響，如采用環保材料、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能的工藝和設備等。

三、鋼結構網架設計流程

（一）荷載分析

• 確定作用在網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，雪荷載可能是重要的設計荷載之一；而在沿海地區，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，將網架結構離散化為有限個單元，通過數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。此外，也可以采用近似計算法，利用經驗公式和簡化模型對網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。
• 穩定性分析：由于網架結構是空間桿系結構，穩定性分析至關重要。要確保結構在各種荷載組合作用下不會發生失穩現象，如整體失穩或局部失穩。

（三）桿件設計

• 根據內力分析結果確定桿件的截面尺寸。需要考慮桿件的強度、穩定性等要求。例如，對于受壓桿件，要防止其發生屈曲失穩，根據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）節點設計

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

四、鋼結構網架設計相關軟件

• SFCAD：可用于常規網架、網殼結構設計，在一些基礎網架設計項目中應用廣泛。例如在小型工業廠房或一般性建筑的網架設計中，可以利用SFCAD進行建模、分析和設計。
• MST軟件：也是網架結構設計常用軟件之一，能夠對網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，設計人員可以根據具體項目需求和自身使用習慣選擇合適的軟件。

鋼結構網架設計