钢结构设计-单层重型厂房结构设计3_精品文档.ppt

1、 v2.3.12.3.1桁架的内力计算桁架的内力计算 2.3 2.3 钢屋架设计钢屋架设计v2.3.22.3.2桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度v2.3.32.3.3杆件截面型式杆件截面型式v2.3.42.3.4一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择v2.3.52.3.5桁架的节点设计桁架的节点设计v2.3.62.3.6桁架施工图桁架施工图1.1.荷载分项系数及荷载组合系数按荷载分项系数及荷载组合系数按建筑结构荷建筑结构荷 载规范载规范选取。对普通钢屋架荷载组合一般考选取。对普通钢屋架荷载组合一般考 虑两种即可虑两种即可全跨恒载全跨恒载+全跨活载全跨活载全跨恒全跨恒 载载+半跨活载半

2、跨活载2.2.按节点荷载作用下的按节点荷载作用下的铰接平面桁架铰接平面桁架分析内力，分析内力，常用的内力分析方法有常用的内力分析方法有图解法、解析法、电图解法、解析法、电 算算,查表法查表法。具体分析时，可先分别计算。具体分析时，可先分别计算(或查或查 表表)全跨全跨和和半跨半跨单位节点荷载作用下的内力，根单位节点荷载作用下的内力，根 据不同的荷载组合，列表计算。据不同的荷载组合，列表计算。2.3.1 2.3.1 桁架内力计算桁架内力计算 计算内力系数计算内力系数3.3.节点刚性影响节点刚性影响 节点刚性节点刚性引起杆件引起杆件次应力次应力，次应力一般较小，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大

3、的重型桁架有时需要计不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。入次应力的影响。4.4.杆件的内力变号杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉受拉，而在半，而在半 跨荷载时可能跨荷载时可能受压受压。半跨荷载：半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工施工5.5.节间荷载作用的屋架节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。用的屋架计算各杆内力。直接承受节间荷载的弦杆为直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（压弯构件（N，M）。局部

4、弯矩局部弯矩M 理论上应按弹性支座上的连续梁计算。理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：简化计算：计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。效的两端铰接的理想轴心压杆。(a)(b)(c)杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高载越高 。2.3.22.3.2桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度 1.1.影响钢屋架杆端约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素：1 1）杆件轴力性质）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束

5、作用大，压力使杆拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。件弯曲，约束作用微不足道。2 2）杆件线刚度大小）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。3 3）与）与所所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，分析杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小。较远的杆件作用小。2.3.2.12.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度受压弦杆和单系腹杆的计算长度 2.2.杆件计算长度杆件计算长度：q 桁架桁架平面内平面内计算长度计算长度 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 (节间长度）节间长度）支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹

6、杆 q 桁架桁架平面外平面外计算长度计算长度 弦杆弦杆 （侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）腹杆腹杆 （节间长度（节间长度 ）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆 屋架杆件的计算长度屋架杆件的计算长度(桁架平面内和桁架平面外桁架平面内和桁架平面外)平面内平面内计算长度计算长度:平面外平面外计算长度：计算长度：考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助援助”作用。作用。2.3.2.2 2.3.2.2 变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度 杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用

7、料经济通常便于连接，用料经济通常 选用角钢和选用角钢和T T型钢型钢 等稳设计：等稳设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。单轴对称截面绕对称轴屈曲时考单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。虑扭转效应的换算长细比。2.3.32.3.3杆件截面型式杆件截面型式截面伸展截面伸展壁厚较薄壁厚较薄外表平整外表平整 角钢杆件截面形式角钢杆件截面形式受压弦杆：受压弦杆：有有节间荷载时节间荷载时i iy y22i ix x受拉弦杆：受拉弦杆：支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：其他腹杆：其他腹杆：连接垂直支撑的竖杆连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖垂

8、直支撑传力时竖杆不致产生偏心，杆不致产生偏心，方便吊装。方便吊装。优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%12%15%)15%)。T T型钢型钢-屋架弦杆屋架弦杆 屋架构造的一般要求屋架构造的一般要求 1.1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过同一榀屋架中，角钢的规格不超过5 56 6种种 最小角钢最小角钢 L45X4,L56X36X4,L45X4,L56X36X4,L18m 18m 的小角钢的小角钢屋屋 架不受此限。架不受此限。2.3.4 2.3.4 一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择 2.2.屋架杆件中的填板。屋架杆件中的填板。作用：作用：保证两角钢共同

9、工作。保证两角钢共同工作。间距：间距：压杆压杆 拉杆拉杆 。数量：数量：不小于不小于2 2个。个。拉杆：拉杆：强度，刚度强度，刚度压杆：压杆：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。压弯构件：压弯构件：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时的换算长细比可以用下列简化公式计算。的换算长细比可以用下列简化公式计算。2.3.4.2 2.3.4.2 桁架杆件截面选择桁架杆件截面选择任务：任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制

10、作安装方便。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。钢在两弦杆间直接传力。2.3.5 2.3.5 桁架节点设计桁架节点设计桁架节点示意图桁架节点示意图 1.1.节点设计的一般原则节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。角钢的切断面应与其轴线垂直，需要

11、斜切以便角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。使节点紧凑时只能切肢尖。2.3.5.12.3.5.1双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点角钢及钢板的切割角钢及钢板的切割桁架节点示意图桁架节点示意图见教材见教材P24P24图图1-291-29 2.2.节点板设计：节点板设计：形状简单、规则，如矩形、梯形。形状简单、规则，如矩形、梯形。(2)(2)梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹杆梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹杆 最大内力确定，三角形屋架节点板厚度最大内力确定，三角形屋架节点板厚度 由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座 节点板厚度可以

12、大节点板厚度可以大2mm,2mm,其他节点板厚度其他节点板厚度 相同。相同。节点板厚度的选用表见教材节点板厚度的选用表见教材P22P22表表1-41-4 3.3.节点的构造与计算节点的构造与计算 一般节点一般节点 一般节点一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。腹杆与节点板间的传力腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝两侧角焊缝 （L L形围形围焊缝，三面围焊缝），按受轴焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。心力角钢的角焊缝计算。弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，按下式计算其焊缝长度按下式计算其焊缝长度:肢背焊缝：肢背焊

13、缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：有有集中荷载的节点集中荷载的节点q节点板不伸出节点板不伸出 槽焊缝槽焊缝“K”假定只传递假定只传递P力，按两条角焊缝力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为（焊脚尺寸为0.50.5t）计算所需的长度。计算所需的长度。“A”焊缝焊缝传递弦杆两端内力差传递弦杆两端内力差N=N1-N2和偏和偏 心力矩心力矩M=N e。焊缝两端的最大焊缝两端的最大 合成应力：合成应力：q 节点板部分伸出节点板部分伸出 当当“A”焊缝强度不足时，采用焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案，节点板伸出方案，肢尖肢尖“A”与肢背与肢背“B”两条焊缝传递弦杆两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力，与节点板间内力，P较小

14、，近似按只承受轴力时较小，近似按只承受轴力时的肢尖和肢背的分配系数将的肢尖和肢背的分配系数将也可按教材也可按教材P26P26公式公式1-141-14和和1-151-15计算计算下弦跨中拼接节点下弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，切去竖肢构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，切去竖肢 及切去直角边棱，设置安装螺栓。及切去直角边棱，设置安装螺栓。拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。焊缝计算焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝（弦杆自身拼接焊缝（“C”C”焊缝），传递两侧弦焊缝），传递两侧弦杆杆 内力的较小值内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接考虑到

15、截面形心处的力与拼接 角钢两侧的焊缝近于等距，角钢两侧的焊缝近于等距，N力由两根拼接角力由两根拼接角 钢的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接钢的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接 一侧的焊缝长度为：一侧的焊缝长度为：拼接角钢长度为拼接角钢长度为弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差N,如如N 过过小则取小则取弦杆较大内力的弦杆较大内力的15%15%。弦杆与节点板一侧的弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：焊缝强度验算：上弦跨中拼接节点上弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2 2个。个。计算：弦杆和拼

16、接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。相同。支座节点支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。梯形屋架支座节点梯形屋架支座节点节点板节点板加劲肋加劲肋底板底板锚栓锚栓加劲肋作用：加劲肋作用：提高支座节点的侧提高支座节点的侧向刚度，使支座底向刚度，使支座底板受力均匀，减少板受力均匀，减少底板弯矩底板弯矩支座节点力的传递路线为：支座节点力的传递路线为：节点板节点板 焊缝焊缝底底板板 屋架杆件屋架杆件合力合力R焊缝焊缝加劲肋加劲肋 支座节点的计算：支座节点的计算：、底板：底板：底板面积：底板面积：底板厚度：底板厚度：按均布荷载下板按均布荷载下板的抗弯计算，将基础反力看成的抗弯计算，将基础反力看成均布荷载均布荷载q,底板被节点板和加底板被节点板和加劲肋分成劲肋分成4 4块两相邻边支撑的块两相邻边支撑的板，其单位宽度的弯矩为：板，其单位宽度的弯矩为：、加劲肋：加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力按悬臂梁计算，固端截面的剪力固端截面弯