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一.前言
伴随着经济的快速增长和人们对于物质文化生活更高的追求，人们需要更大的空间来满足自己的生产、生活空间，如大型体育场馆、机场车站、会展中心和博物馆等公共建筑[1]。空间网架结构以其工业化程度高、结构性能良好、建筑造型优美等特有的优势，成为国内外应用比较成功的结构形式。从目前研究发展的情况看，网架的理论研究及工程应用都趋于成熟，但是在研究和应用过程中仍然存在一些重要问题需要解决[2]。而混凝土框架结构的平面布置较灵活，适合获得更大的空间以适应不同使用功能的要求，也可以使整个建筑立面富于变化。
二.空间网架结构
（一）网架结构的特点及发展现状
空间网架结构将杆件单元按照一定的规律布置，通过节点连接而成的一种空间杆系结构。外形可以呈平板状，也可以呈曲面状；前一种是平板网架（简称网架），后一种为曲面网架（简称网壳）[3]。网架具有多向受力的性能，属于高次超静定结构，空间刚度大、整体性好、稳定性强，具有良好的抗震性能和较好的建筑造型效果[2]。网架结构是空间结构中应用最为广泛的一种类型，适用范围比较广泛。
（二）网架结构的设计
1、网架高度
①与屋面荷载和设备有关。当屋面荷载较大时，网架高度应大一些，反之可以小一些。同时，如果网架中需要穿行设备管道时，应满足此时的高度要求。如果网架跨度较大时，还需考虑挠度的要求，此时要考虑网架的高跨比[4]。②与平面形状有关。当平面形状为圆形、正方形或接近正方形的矩形时,网架高度可取小些。狭长平面时,单向作用越加明显,网架应选高些。
2、网格尺寸
网架的网格尺寸大小主要与下面两种因素有关:
①与屋面材料有关。钢筋混凝土板(包括钢丝网水泥板)尺寸不宜过大,否则安装有困难,网格尺寸一般不超过3m;当采用有擦体系,受擦条经济跨度影响,网格尺寸不宜超过6m。网格尺寸应和屋面材料相适应。当网格尺寸大于6m网架结构的几何尺寸,斜腹杆应再分,这时应注意出平面方向的杆件屈曲问题。②与网架高度有一定比例关系。网格尺寸与网架高度之比越大,斜腹杆与下弦平面夹角越小,通常斜腹杆与下弦平面夹角为40°~55°较好,如夹角过小或过大,节点构造会发生困难。
3、应用ＭＳＴ软件进行分析计算
①MST特点。MSTCAD是浙江大学空间结构研究室开发的空间网格结构分析设计软件MSTCAD是用于空间网格结构的前处理、图形处理、杆件优化设计、球节点设计,以及绘制设计施工图和机械加工图的专业CAD系统。它能完成各种复杂体形的空间网格结构计算机辅助设计任务[6]。②MSTCAD计算原则。在通常情况下,网格结构按照铰接杆单元,采用空间桁架位移法进行分析计算。MSTCAD主要是针对铰接杆单元的杆系统结构而编制的,所以,考虑梁柱单元的结构时为使操作方便,系统作了一些简化:第一,单元上不承受横向荷载;第二,刚接节点上如果某一方向线位移给予约束,则同时意味着角位移也得到约束。MSTCAD系统允许节点按照刚接,杆件按照梁单元计算。对网格结构和下部结构协同分析时,可以将下部结构按照梁柱单元输入;对于单层网壳杆件往往需要假定梁柱单元来分析计算[6]。
三、混凝土框架结构
（一）混凝土框架结构的特点及发展现状
1、特点
钢筋混凝土框架结构是由梁、柱通过节点连接组成的承受竖向荷载和水平荷载的结构体系。墙体只起围护和隔断作用。框架结构具有建筑平面布置灵活、室内空间大等优点，广泛用于多层厂房、商店、办公楼、医院、教学楼及宾馆等建筑中。
2、发展现状
随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是民用建筑,混凝土框架结构设计作为现行比较常用的实际模式,已经广泛应用在各类建筑中,在结构设计中遇到的各种难题也日益增多,因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点[7]。
（二）混凝土结构的设计
1、框架结构设计重要原则
①、做好“强柱弱梁”的设计。由于框架柱受轴向压力作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱先于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间位移，甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱铰结构”，从而危及结构承受垂直荷载的能力。做好“强剪弱弯”的设计为了防止梁端，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，在设计中要求做到“强剪弱弯”亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力[8]。②、做好“强剪弱弯”的设计。为了防止梁端，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，在设计中要求做到“强剪弱弯”亦即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪力。
2、应用ＰＫＰＭ进行分析计算
PKPM系列软件是一套应用广泛的集建筑、结构、设备、概预算及施工为一体的集成系统软件，主要有以下几个技术特点。1.数据共享；PKPM系列软件具有良好的兼容性，可以在建筑、结构、设备、概预算各专业间实现数据共享。建筑工程设计方案开始建立的建筑物整体公用数据库，以及平面布置、柱网轴线等全部数据都可以实现共享，这样就可以避免重复输入数据，减小工作量和误差。2.独特的人机交互输入方式3.计算数据自动生成技术；PKPM系列软件自动计算结构自重，自动传导恒、活荷载和风荷载，并且自动提取结构几何信息完成结构单元划分。
四、整体模型计算的基本假定
在整体模型中，网架结构将采用空间铰接杆系模型，下部混凝土框架结构的梁、柱和楼板分别采用杆单元和板单元模拟分析。采用小挠度理论和弹性分析方法对结构进行有限元分析[11]。对于大跨度空间网架结构，支座处的约束对其的内力分布影响很大，下部结构的刚度也是不可忽视的一种影响。而网架结构与混凝土框架结构的边界条件的处理主要依据其支座形式，边界条件的处理主要分为三种形式：固定、自由和弹性。在有限元软件的分析中，通过采用合理的一些弹性边界连接单元，合理考虑其支座形式，使得上下部结构能够在有限元软件中分析计算[12]。
五、相互协同工作的研究现状
由张明宇翻译，刘锡良校对出版的《网架屋盖的计算与构造》一书中，认为网架的支撑系统可以做成静定和超静定二类。在网架结构中采用的限荷装置能保证在支座出现不均匀沉陷的情况下，或者在屋盖计算简图发生变化的情况下，结构仍能安全工作[10]。1985年由哈尔滨建筑工程学院编写的《大跨房屋钢结构》一书中，关于网架支座及其支撑系统的部分，平板网架都采用铰支座把支反力传到柱、圈梁或砖墙上。支座节点要力求构造简单，传力明确，且尽量符合计算假定，其主要支座形式有压力支座和拉力支座[13]。
六、结束语
上部网架、下部混凝土框架的结构遍布在我们生活的周围，学生餐厅、礼堂，室内游泳馆，室内球场等建筑诠释了空间网架与混凝土框架的良好结合。关于空间网架—混凝土框架结构上下协同工作的研究成果显著。在一步步的研究探索中，结构形式的发展也将更加合理、安全、经济、美观。
参考文献
[1]张明文.平板网架与下部支撑结构整体工作分析研究[D].西安：西安建筑科技大学，2010.
[2]范康.空间网架-混凝土框架混合结构建模及设计方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.
[3]陈冬冬.大跨度网架结构整体提升技术研究与应用[D].重庆：重庆大学，2010.
[4]朱一平.正放四角锥网架与下部支撑体系整体结构空间分析研究[D].合肥：合肥工业大学，2006.
[5]罗尧治，董石麟.空间网格结构实用微机软件MSTCAD[J].工程设计CAD及自动化，1995（01）：66~67.
[6]孔庆平，刘庆光，吕明涛.空间网格结构分析设计软件MSTCAD的应用[J].冶金标准化与质量，2005，43（3）：76~77.
[7]徐锐强.浅析混凝土框架结构的设计[J].城市建设理论研究，2011，22（21）:30~32.
[8]沈蒲生等.混凝土结构[M].中国建筑工业出版社：123-157.
[9]GB50011－2010.建筑抗震设计规范[S].
[10]高航.pkpm软件在建模中几个问题的探讨[D].北京：中国建筑科学研究院，2006.