單元一 鋼桁架設計參考課件

1、一、一、 概述概述單元一單元一 鋼屋架結構結構桁架用鋼量比實腹梁少，結構自重較輕，剛度較大桁架用鋼量比實腹梁少，結構自重較輕，剛度較大 屋蓋結構屋蓋結構屋蓋結構屋蓋結構二、屋架的形式二、屋架的形式（一）桁架外形選擇（一）桁架外形選擇原則：滿足使用要求原則：滿足使用要求（屋面排水要求）（屋面排水要求） 受力合理，節(jié)省鋼材受力合理，節(jié)省鋼材 制造安裝方便制造安裝方便桁架形式桁架形式 三角形屋架屋蓋結構屋蓋結構梯形屋架屋蓋結構屋蓋結構平行弦及人字形屋架屋蓋結構屋蓋結構（二）桁架基本尺寸1、跨度L 取決于結構使用要求（建筑：柱網(wǎng)布置） 水工鋼閘門：取決于孔口尺寸2、高度Ha、建筑高度（運輸條件）b、經(jīng)

2、濟條件（使桁架的弦桿和腹桿總重量最輕）經(jīng)濟梁高c、剛度條件（相對撓度限值決定）屋蓋結構屋蓋結構（三）腹桿布置和節(jié)間長度（三）腹桿布置和節(jié)間長度1 1、腹桿布置（使桁架受力合理，構造簡單）、腹桿布置（使桁架受力合理，構造簡單） 原則：原則： a a、腹桿數(shù)和節(jié)點數(shù)目少、腹桿數(shù)和節(jié)點數(shù)目少 b b、內力傳遞途徑短、內力傳遞途徑短 c c、長桿受拉，短桿受壓、長桿受拉，短桿受壓 d d、盡量使荷載作用于節(jié)點、盡量使荷載作用于節(jié)點 e e、斜腹桿傾角在、斜腹桿傾角在30306060范圍范圍屋蓋結構屋蓋結構（三）腹桿布置和節(jié)間長度（三）腹桿布置和節(jié)間長度2、節(jié)間長度（腹桿布置與節(jié)間長度的劃分同時進行）、

3、節(jié)間長度（腹桿布置與節(jié)間長度的劃分同時進行） a、節(jié)間數(shù)宜為偶數(shù)（使腹桿對稱布置）、節(jié)間數(shù)宜為偶數(shù)（使腹桿對稱布置） b、盡量使荷載作用于節(jié)點（如與次梁相連時，一般應、盡量使荷載作用于節(jié)點（如與次梁相連時，一般應與次梁間距一致）與次梁間距一致）屋蓋結構屋蓋結構 屋蓋結構屋蓋結構（一）支撐的作用（一）支撐的作用1.1.保證結構的空間整體作用保證結構的空間整體作用2.2.避免壓桿側向失穩(wěn)避免壓桿側向失穩(wěn), ,防止拉桿產(chǎn)生過大的振動。防止拉桿產(chǎn)生過大的振動。3.3.承擔和傳遞水平荷載承擔和傳遞水平荷載4.4.保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便。保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便。三、屋蓋支撐三、屋蓋支撐8.3 8.

4、3 屋蓋結構屋蓋結構（二）支撐的種類及布置下弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐上下對應設置在廠房兩端或溫度區(qū)段兩端上下對應設置在廠房兩端或溫度區(qū)段兩端第一柱間或第二柱間（有天窗）第一柱間或第二柱間（有天窗）兩道橫向水平支撐的距離不易大于兩道橫向水平支撐的距離不易大于60m下弦縱向水平支撐下弦縱向水平支撐：房屋高度、跨度較大或空間剛度要求較高時設置：房屋高度、跨度較大或空間剛度要求較高時設置 與橫向水平支撐形成封閉體系。與橫向水平支撐形成封閉體系。垂直支撐垂直支撐： 設置在縱向垂直平面內設置在縱向垂直平面內 與橫向水平支撐設置在同一柱間與橫向水平支撐設置在同一柱間 是橫向水平支撐的支承結構是橫向水平

5、支撐的支承結構 屋蓋結構屋蓋結構（二）支撐的種類及布置系桿系桿：未設置支撐的桁架：未設置支撐的桁架 在橫向水平支撐或垂直支撐節(jié)點處通長設置系桿在橫向水平支撐或垂直支撐節(jié)點處通長設置系桿柔性系桿柔性系桿：承受拉力：承受拉力剛性系桿剛性系桿：既承受拉力，又承受壓力：既承受拉力，又承受壓力（橫向水平支撐設置在第二柱間時，（橫向水平支撐設置在第二柱間時，第一柱間系桿為剛性系桿，傳遞山墻所承受的部分風壓力）第一柱間系桿為剛性系桿，傳遞山墻所承受的部分風壓力）有檁屋蓋支撐的布置垂直支撐的布置 屋蓋結構屋蓋結構四、簡支屋架設計四、簡支屋架設計（一）桁架的荷載（一）桁架的荷載xl按荷載規(guī)范按荷載規(guī)范GB500

6、092001（2006）規(guī)定查得）規(guī)定查得 恒荷載：桁架自重（包括支撐），屋面材料自重恒荷載：桁架自重（包括支撐），屋面材料自重 可變荷載：風荷載、雪荷載、屋面活荷載、可變荷載：風荷載、雪荷載、屋面活荷載、 積灰荷載、懸掛吊車荷載等積灰荷載、懸掛吊車荷載等 （人群荷載，不與雪荷載同時考慮，取兩者中較大值）（人群荷載，不與雪荷載同時考慮，取兩者中較大值） 屋蓋結構屋蓋結構（一）桁架的荷載（一）桁架的荷載xl荷載組合：荷載組合：1、全跨荷載：全跨永久荷載全跨可變荷載、全跨荷載：全跨永久荷載全跨可變荷載2、半跨荷載：全跨永久荷載半跨可變荷載、半跨荷載：全跨永久荷載半跨可變荷載（考慮部分斜腹桿在半跨荷

7、載作用下會產(chǎn)生最大內力或出現(xiàn)內力變號）（考慮部分斜腹桿在半跨荷載作用下會產(chǎn)生最大內力或出現(xiàn)內力變號）3、全跨桁架、支撐、天窗架自重半跨檁條、屋面板自重、全跨桁架、支撐、天窗架自重半跨檁條、屋面板自重 半跨屋面活荷載（或半跨雪荷載）半跨屋面活荷載（或半跨雪荷載） （考慮安裝時可能出現(xiàn)的荷載組合）（考慮安裝時可能出現(xiàn)的荷載組合） 屋蓋結構屋蓋結構xl（二）內力（二）內力按理想的桁架計算（假定節(jié)點為理想鉸，各桿軸線相交于節(jié)點中心）按理想的桁架計算（假定節(jié)點為理想鉸，各桿軸線相交于節(jié)點中心）荷載作用在節(jié)點上荷載作用在節(jié)點上：用結構力學中的結點法、截面法：用結構力學中的結點法、截面法弦桿節(jié)間荷載弦桿節(jié)間

8、荷載：用等效結點法：用等效結點法（把節(jié)間荷載按杠桿原理等效分配到相鄰節(jié)點計算軸向力（把節(jié)間荷載按杠桿原理等效分配到相鄰節(jié)點計算軸向力再計算由節(jié)間荷載引起的彎矩）再計算由節(jié)間荷載引起的彎矩）0M0M彎矩按多跨連續(xù)梁作近似計算：彎矩按多跨連續(xù)梁作近似計算：端節(jié)間正彎矩為端節(jié)間正彎矩為0.8節(jié)點上負彎矩和節(jié)點上負彎矩和其它節(jié)間正彎矩為其它節(jié)間正彎矩為0.6 屋蓋結構屋蓋結構（三）桿件計算長度（三）桿件計算長度1、桁架平面內計算長度、桁架平面內計算長度 xlxlxl 節(jié)點不是真正鉸接節(jié)點不是真正鉸接 而具有一定的彈性嵌固作用而具有一定的彈性嵌固作用 節(jié)點上拉桿越多，嵌固作用越大節(jié)點上拉桿越多，嵌固作用

9、越大 屋蓋結構屋蓋結構（三）桿件計算長度（三）桿件計算長度xlxla a、一般中間腹桿、一般中間腹桿上端與上弦相連：壓桿多，拉桿少，視為鉸接上端與上弦相連：壓桿多，拉桿少，視為鉸接 下端與下弦相連：拉桿多，壓桿少，視為彈性固定下端與下弦相連：拉桿多，壓桿少，視為彈性固定xl取取xll=0.8 屋蓋結構屋蓋結構（三）桿件計算長度（三）桿件計算長度xlxlb、受壓弦桿（上弦桿）、支座豎桿、支座斜桿、受壓弦桿（上弦桿）、支座豎桿、支座斜桿xl取取xll=1.0上弦節(jié)點，支座節(jié)點處匯集壓桿多，上弦節(jié)點，支座節(jié)點處匯集壓桿多，并且受壓弦桿、支座豎桿、支座斜桿自身剛度也較大并且受壓弦桿、支座豎桿、支座斜桿

10、自身剛度也較大c、受拉弦桿：、受拉弦桿： 所受的嵌固作用比受壓弦桿大，但為了簡化計算所受的嵌固作用比受壓弦桿大，但為了簡化計算取取xl=1.0l屋蓋結構屋蓋結構（三）桿件計算長度（三）桿件計算長度2、桁架平面外計算長度、桁架平面外計算長度 xlyl 弦桿弦桿yl側向支撐點的間距側向支撐點的間距 橫向水平支撐在交叉點與系桿無連接：橫向水平支撐在交叉點與系桿無連接： yl2 倍節(jié)間長度倍節(jié)間長度 橫向水平支撐在交叉點與系桿連接橫向水平支撐在交叉點與系桿連接 ：yl節(jié)間長度節(jié)間長度屋蓋結構屋蓋結構（三）桿件計算長度（三）桿件計算長度2、桁架平面外計算長度、桁架平面外計算長度 xlylyl1.0 l

11、b. 腹桿腹桿節(jié)點板在平面外的剛度很小，不能約束腹桿的轉動節(jié)點板在平面外的剛度很小，不能約束腹桿的轉動 c. 單角鋼和雙角鋼組成的十字形截面腹桿單角鋼和雙角鋼組成的十字形截面腹桿斜平面計算長度斜平面計算長度 ll9 . 0斜支座斜桿和支座豎桿仍取幾何長度支座斜桿和支座豎桿仍取幾何長度 屋蓋結構屋蓋結構xl（四）桿件截面形式（四）桿件截面形式原則：等穩(wěn)定條件；足夠的側向剛度；節(jié)點連接方便原則：等穩(wěn)定條件；足夠的側向剛度；節(jié)點連接方便 等肢角鋼相拼等肢角鋼相拼 短肢相拼短肢相拼 長肢相拼十字形截面長肢相拼十字形截面xyii5 . 135. 1xyii2 . 2xyii0 . 1xyii中部腹桿中部

12、腹桿 llllyx0 .18 .0弦桿弦桿 端部豎桿、斜桿端部豎桿、斜桿 xyll25.1xyll2xyll屋蓋結構屋蓋結構xl（五）截面選擇（五）截面選擇原則：原則：1、在面積、在面積A相等情況下，優(yōu)先選用肢寬而薄的角鋼相等情況下，優(yōu)先選用肢寬而薄的角鋼 （增加截面回轉半徑）（增加截面回轉半徑）2、型鋼規(guī)格不宜過多、型鋼規(guī)格不宜過多3、受力很小或不受力桿件，按容許長細比、受力很小或不受力桿件，按容許長細比 或構造要求決定截面尺寸或構造要求決定截面尺寸 屋蓋結構屋蓋結構（五）截面選擇（五）截面選擇桿件的填板桿件的填板作用：保證兩角鋼共同工作作用：保證兩角鋼共同工作 1 1、壓桿在桁架平面外計算

13、長度范圍內，至少設置兩塊填板、壓桿在桁架平面外計算長度范圍內，至少設置兩塊填板2 2、填板尺寸：寬度、填板尺寸：寬度404080mm, 80mm, 厚度與節(jié)點板等厚厚度與節(jié)點板等厚 3 3、填板間距：壓桿、填板間距：壓桿 140ils拉桿拉桿 180ils1i：單個角鋼對與填板平行的形心軸：單個角鋼對與填板平行的形心軸 1y1y的回轉半徑的回轉半徑 屋蓋結構屋蓋結構五、桁架的節(jié)點設計五、桁架的節(jié)點設計定位（桿件的位置）定位（桿件的位置） 計算桿件與節(jié)點板的焊縫尺寸計算桿件與節(jié)點板的焊縫尺寸確定節(jié)點板形狀及尺寸確定節(jié)點板形狀及尺寸1y節(jié)點構造要求節(jié)點構造要求1、（減小節(jié)點板尺寸）腹桿端部盡量靠近

14、弦桿、（減小節(jié)點板尺寸）腹桿端部盡量靠近弦桿但保證一定間隙（避免焊縫密集，鋼材變脆）但保證一定間隙（避免焊縫密集，鋼材變脆） （動載）（靜載）mmmma402015 屋蓋結構屋蓋結構1y2、桿件軸線：、桿件軸線： 以桿件的形心線為軸線，并在節(jié)點處相交于一點以桿件的形心線為軸線，并在節(jié)點處相交于一點 角鋼肢背到軸線距離角鋼肢背到軸線距離Z0取為取為5mm的倍數(shù)（為制造方便）的倍數(shù)（為制造方便）3、節(jié)點板、節(jié)點板節(jié)點板形狀：簡單規(guī)則，至少有兩邊平行（一般采用矩形、平行四邊形或梯形）節(jié)點板形狀：簡單規(guī)則，至少有兩邊平行（一般采用矩形、平行四邊形或梯形） 節(jié)點板邊緣與桿件軸線夾角不應小于節(jié)點板邊緣與桿

15、件軸線夾角不應小于1520中間節(jié)點板厚度：決定于腹桿最大內力中間節(jié)點板厚度：決定于腹桿最大內力支座節(jié)點板厚度：中間節(jié)點板厚度支座節(jié)點板厚度：中間節(jié)點板厚度+2mm節(jié)點板平面尺寸：根據(jù)桿件截面尺寸和腹桿與節(jié)點板的連接焊縫長度決定節(jié)點板平面尺寸：根據(jù)桿件截面尺寸和腹桿與節(jié)點板的連接焊縫長度決定 一般節(jié)點（無集中荷載的節(jié)點，下弦節(jié)點）一般節(jié)點（無集中荷載的節(jié)點，下弦節(jié)點） 1、腹桿與節(jié)點板的焊縫計算、腹桿與節(jié)點板的焊縫計算（先計算腹桿內力）（先計算腹桿內力）單個角鋼肢背單個角鋼肢背 wffwfhNkl1117 . 02肢尖肢尖 wffwfhNkl2227 . 022、弦桿與節(jié)點板的焊縫計算、弦桿與節(jié)點板的焊縫計算2121NNNNNwffwfhNkl1117 . 02wffwfhNkl2227 . 02 有集中荷載的節(jié)點 有集中荷載的節(jié)點1 1、節(jié)點板伸出弦桿、節(jié)點板伸出弦桿弦桿與節(jié)點板的焊縫承受集中荷載弦桿與節(jié)點板的焊縫承受集中荷載P P和弦桿內力差和弦桿內力差NN11117 . 02wfNlhNk22227 . 02wfNlhNkP由四條焊縫共同承擔：由四條焊縫共同承擔： 22117 . 02wfwfPlhlhPwfNfPf22內力差內力差NN2、節(jié)