桁架、支架、排架（課堂PPT）

1、1桁架、支架、排架桁架、支架、排架桁架建模設(shè)計支架建模設(shè)計排架建模設(shè)計2桁架的建模和計算常見的桁架樣式：三角形桁架梯形桁架空間桁架3桁架下部的短柱是否有意義？ 由于桁架中的桿件屬于軸心受力構(gòu)件，所以必然有一定的軸向變形，當(dāng)桁架的跨度增大以后，這種變形的累積也就越大。如果這種變形的累積得不到釋放的話，就會在桿件的端部形成一個反向的作用力。當(dāng)跨度較大時，端部的水平力就會很大，對桁架的支座來說，這么大的水平力集中力是非常危險的（比如混凝土柱就會造成柱頭被推壞）。所以一般廠房都會做成能釋放水平變形的滑動支座。 短柱的作用就是模擬水平變形釋放的滑動支座，必須設(shè)置成兩端鉸接。4不同端部約束的弦桿軸力對比不

2、做端部變形約束對端部做水平約束 5 支座桿都設(shè)置成鉸接了，是否是機(jī)構(gòu)？ 程序在處理上，對鉸接節(jié)點(diǎn)做了特殊處理，使結(jié)構(gòu)依然有解。計算結(jié)果中的支座位移不用處理。 替代方案：滑動支座新增加的支座形式，建議使用。但需要注意不能將兩個支座端部都加上滑動支座，否則即為機(jī)構(gòu)。6如果有較大水平力，剪力無法均勻分配，反而對邊柱不利。不應(yīng)設(shè)置滑動支座的情況一側(cè)柱頂釋放剪力，不約束變形水平荷載都由邊柱承擔(dān) 柱頂鉸接，傳遞剪力相連柱共同承擔(dān)水平力 7桿件截面的選擇，輸入截面時需要注意的事項 由于桁架的桿件都是以軸力為主，應(yīng)按照柱輸入。按梁輸入是不正確的，因為梁是按純彎構(gòu)件進(jìn)行驗算的。 一般桿件選擇使用角鋼或角鋼組合，

3、不同的角鋼組合形式的幾何參數(shù)不同，因根據(jù)組合的特性，確定桿件的布置。 注意輸入時，對型鋼組合截面，肢間距必須留出節(jié)點(diǎn)板的厚度。 注意布置時的截面轉(zhuǎn)角，當(dāng)存在次彎矩時，會對計算結(jié)果造成影響。8上下弦的截面的選擇和計算長度確定 由于上弦桿的壓力比較大，需要選擇面積較大的截面，同時還要考慮穩(wěn)定問題。由于還有較大的端部彎矩，截面也要有一定的抗彎剛度。 上弦桿由于相互間的支持作用，實(shí)際平面內(nèi)計算長度小于1.0，可以偏安全取1.0。 下弦桿以受拉為主，程序會自動判斷是否為純拉桿，并自動按拉桿控制。 平面外的計算長度還是按照支撐點(diǎn)間距取。9 模型模型1（構(gòu)件按柱輸入）（構(gòu)件按柱輸入）模型模型2（構(gòu)件按梁輸入

4、）（構(gòu)件按梁輸入）荷載荷載簡圖簡圖彎矩彎矩圖圖剪力剪力圖圖柱構(gòu)件與梁構(gòu)件的區(qū)別(內(nèi)力)10是否有必要將桁架節(jié)點(diǎn)都設(shè)置為鉸接？如何考慮節(jié)點(diǎn)的次彎矩？ 傳統(tǒng)的計算模型將桁架設(shè)為鉸接主要是為了手算方便。實(shí)際用節(jié)點(diǎn)板時更接近于半剛接。但是由于輸入的桿件截面模量比較小，變形導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)次彎矩也較小，所以按鉸接計算時，差別不是太大。 為了考慮次彎矩，可以按固接輸入。鉸接只是輸入習(xí)慣問題，使用計算機(jī)設(shè)計時，完全可以都按固接處理（支座桿除外） 規(guī)范中8.4.5條中對于可不考慮次彎矩的情況作了規(guī)定，主要出發(fā)點(diǎn)就是轉(zhuǎn)動剛度越小，次彎矩就越小。11上弦桿線剛度較大時次彎矩的影響不考慮次彎矩影響，上部弦桿的彎矩為0考慮

5、次彎矩影響，上部弦桿的彎矩較大12桁架上恒活荷載的輸入 程序中對于柱的，只記錄兩個端點(diǎn)的內(nèi)力，所以，對于柱間的等量豎向荷載，兩個端點(diǎn)的剪力都是一樣的，特別是鉸接時，按照柱間均布荷載和節(jié)點(diǎn)荷載輸入完全是等效的。為了簡化輸入，可以直接按均布荷載輸入 注意均布荷載的類型選擇。13桁架上風(fēng)荷載的輸入 兩種布置方式：自動布置和手動節(jié)點(diǎn)布置 對于規(guī)則的桁架模型，可以采用自動布置，程序會自動判斷體型系數(shù)，并按垂直桿件的方向布置均布風(fēng)荷載。（注意桁架的高度，應(yīng)按實(shí)際桁架的高度輸入，會影響風(fēng)壓高度變化系數(shù)） 如果存在部分斜度較大的桿件，可能會超出程序的識別范圍 對于程序無法自動識別的體系，需要手動進(jìn)行布置。注意

6、通過節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載布置時，程序可以按x,y向分解。輸入時注意方向，向為正，向為負(fù)?；蛘?8版中直接可以按柱間均布風(fēng)荷載輸入。1405版程序到08版程序的變動05版對斜柱的柱間風(fēng)荷載自動處理作用力不垂直于構(gòu)件表面，需要轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載輸入08版對斜柱的柱間風(fēng)荷載自動處理作用力垂直于構(gòu)件表面，無需調(diào)整15桁架上下弦及腹桿的平面內(nèi)外計算長度的選取 默認(rèn)情況下，程序的計算長度系數(shù)都為-1，即由程序自動確定，確定的原則由“參數(shù)輸入”-“總信息參數(shù)”-“鋼柱計算長度系數(shù)方法”控制，桁架可按無側(cè)移控制。 由于節(jié)點(diǎn)板的轉(zhuǎn)動約束，實(shí)際的腹桿平面內(nèi)的計算長度系數(shù)都偏小，規(guī)范中認(rèn)為可以按0.8取值 由于節(jié)點(diǎn)板平面外基本

7、沒有剛度，腹桿平面外的計算長度可按原長（節(jié)點(diǎn)之間的距離）取，而對于上下弦桿來說，則是平面外的支撐點(diǎn)間距離。16設(shè)計參數(shù)的正確選擇 設(shè)計規(guī)范應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 控制長細(xì)比按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的表5.3.8和表5.3.9選取，一般可按150/350控制。 確定計算長度方法可按“無側(cè)移”考慮，建議可以按照前面的確定規(guī)則，手動修改計算長度或長度系數(shù)。17桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 結(jié)構(gòu)類型選擇桁架 桁架的桿件都以軸力為主，所以如果為了達(dá)到用鋼量最小，在分組時可以參考內(nèi)力情況來分組。上下弦可分別單設(shè)一組，腹桿按內(nèi)力相近情況可分多組進(jìn)行優(yōu)化。 優(yōu)化以當(dāng)前截面的類型的最大尺寸為上限，如果仍無法滿足應(yīng)力比和長細(xì)比要求，可以修改截面

8、類型18桁架計算結(jié)果的查看與控制 應(yīng)力比和長細(xì)比 一般桁架構(gòu)件都是按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度驗算，所以如果截面強(qiáng)度不滿足時，增大截面一般都能滿足；如果在穩(wěn)定方面存在不滿足的情況，可以根據(jù)不滿足的方向，減小該方向的長細(xì)比。 長細(xì)比可以通過增加截面的回轉(zhuǎn)半徑來減小。 角鋼等單軸對稱截面還要考慮繞u軸的穩(wěn)定 撓度的控制：按桁架下弦中心點(diǎn)的位移量/桁架的跨度來確定桁架的整體撓度。 如果使用了鉸接立柱作為支座，則桁架的水平位移沒有參考意義19施工圖和節(jié)點(diǎn)設(shè)計 注意程序?qū)ι舷孪覘U和腹桿的識別是否正確 使用快速建模時選擇的支座腹桿可以在施工圖中進(jìn)行調(diào)整，但注意不要偏移過大。 節(jié)點(diǎn)設(shè)計按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范條文說明中的表

9、10，由支撐的軸力，直接決定后面施工圖的節(jié)點(diǎn)板厚度。焊縫的設(shè)計按照支撐軸力計算 節(jié)點(diǎn)板繪制偏大時，可以修改出圖的比例。20構(gòu)件不同鋼號的節(jié)點(diǎn)設(shè)計上圖節(jié)點(diǎn)板鋼號采用上圖節(jié)點(diǎn)板鋼號采用Q235，焊縫按照，焊縫按照Q235計算；計算；構(gòu)件綴板鋼號采用總信息鋼號構(gòu)件綴板鋼號采用總信息鋼號Q235設(shè)計原則：在節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)板的鋼號應(yīng)是采用該節(jié)點(diǎn)上，所有構(gòu)件鋼號中最小的做為節(jié)點(diǎn)板鋼號。施工圖中如果弦桿各段采用了不同的鋼號，會自動設(shè)置拼接，并在材料表中統(tǒng)計材料上分別統(tǒng)計。填板統(tǒng)一采用總信息鋼號。21連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，構(gòu)件剛接對次彎矩的影響 由于弦桿的截面高度較大，在受力上接近于連續(xù)梁，應(yīng)全部剛接連續(xù)處理。 當(dāng)弦

10、桿的轉(zhuǎn)動剛度較大時，由于變形引起的次彎矩就不可忽略了。22屋架和主體結(jié)構(gòu)的整體建模計算 從設(shè)計上說，整體計算要好于局部分析 對柱而言，可以真實(shí)反映屋架對柱的反力，如果柱本身就是屋架的一部分，就更應(yīng)一體計算，否則會有荷載丟失。 對屋架而言，由于考慮的柱的約束作用，求得的屋架撓度值相對更加真實(shí)。 注意屋架和主體結(jié)構(gòu)的柱頂連接形式，當(dāng)屋架跨度比較大時，需要注意屋架變形對柱的推力，此時可設(shè)滑動支座。 注意如果整體按無側(cè)移確定計算長度時，對支座柱的計算長度確定會產(chǎn)生影響，部分情況下需要手動修改柱的計算長度系數(shù)。23結(jié)構(gòu)模型對比結(jié)構(gòu)模型對比下柱柱身剪力對比下柱柱身剪力對比桁架端部節(jié)點(diǎn)位移對桁架端部節(jié)點(diǎn)位移

11、對比（恒比（恒+活）活）不同支座高度屋架模型對比24鋼管桁架輸入時需要注意的 鉸接設(shè)置的條件不同于普通桁架，應(yīng)按規(guī)范10.1.4條處理，也可直接按固接處理。 程序只能處理平面鋼管桁架體系，對于空間三角、四邊形的桁架結(jié)構(gòu)，建議采用STS中的空間復(fù)雜結(jié)構(gòu)模塊分析。25節(jié)點(diǎn)設(shè)計 對于管桁架，一個節(jié)點(diǎn)最多允許5管相交匯，其中兩根弦桿，三根腹桿。26支架建模和計算適用范圍：單片活動支架，主要承擔(dān)設(shè)備荷載27立柱、腹桿截面的選用與布置 一般活動支架以承受豎向力為主，同時也要考慮上部的設(shè)備水平荷載，立桿應(yīng)有一定的抗彎剛度，一般可以選擇工字鋼或槽鋼。 腹桿以軸心受力為主，可以選擇角鋼或者角鋼組合28立柱、腹桿

12、計算長度的確定 支架和桁架相類似，在設(shè)置鉸接上也可以參考桁架的要求。 立柱的平面外計算長度應(yīng)取支撐間距，如果如本題沒有支撐，考慮到設(shè)備與排架柱頂為鉸接，則可以偏安全的按兩端鉸接柱1.0取。 立柱的平面內(nèi)計算長度可以參考桁架的取值，建議偏安全的按1.0取。 交叉腹桿的平面內(nèi)計算長度可以按從交叉點(diǎn)到端點(diǎn)的距離取，平面外還應(yīng)按通長考慮。29如何輸入恒、活、風(fēng)荷載 由于活動支架本身只有自重荷載，迎風(fēng)面也很小，可以不考慮自身風(fēng)荷載。 主要的恒活荷載來自上部的設(shè)備荷載，可以作為節(jié)點(diǎn)荷載加到支架頂端。 如果上部設(shè)備有比較大的擋風(fēng)面積，還需要將設(shè)備的風(fēng)荷載作為節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載加到支架的柱頂。30單拉桿的設(shè)置 單拉桿

13、的工作原理就是在受拉狀態(tài)下提供強(qiáng)度，但是在受壓情況下退出工作。由于只考慮受拉，可以按拉桿的長細(xì)比要求控制 單拉桿布置可能會造成結(jié)構(gòu)在某些情況下出現(xiàn)機(jī)構(gòu)，特別是地震分析時。所以布置時必須謹(jǐn)慎。交叉桿輸入時，建議取消中間的交叉節(jié)點(diǎn)。31截面布置角度對設(shè)計的影響 長細(xì)比驗算的差別：新的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中對單軸對稱截面繞對稱軸的平面外長細(xì)比要考慮扭轉(zhuǎn)以后的換算長細(xì)比 強(qiáng)度驗算的差別：不同構(gòu)件的X、Y軸的模量是不同的，角度布置的差別會導(dǎo)致平面內(nèi)和平面外穩(wěn)定和強(qiáng)度的差別。 節(jié)點(diǎn)設(shè)計的差別，不同轉(zhuǎn)角下，連接的構(gòu)造是不同的。32工字型立工字型立柱柱0度布置度布置時：時：工字型立工字型立柱柱90度布度布置時：置時：3

14、3支座反力的合成與基礎(chǔ)設(shè)計 在基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)上由于出現(xiàn)了桿件的匯交，需要將匯交桿件的內(nèi)力分解并合成。最后合成的內(nèi)力可以在基礎(chǔ)計算文件中查到。 在節(jié)點(diǎn)設(shè)計時，也采用了合成以后的內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計。34排架的建模和計算 模型概況：單跨單層吊車，上部使用輕鋼屋面，梁柱固接35如何選擇截面？何時需要使用格構(gòu)柱？ 對于吊車噸位比較小的廠房，一般使用工字型實(shí)腹截面即能滿足 格構(gòu)截面從構(gòu)造上看，分肢間距大，因而具有較大的截面模量，而且中間使用綴條連接，保證了分肢的平面內(nèi)的穩(wěn)定。 格構(gòu)柱一般分為吊車肢和屋蓋肢，吊車肢以承受吊車荷載為主，相對截面較大；屋蓋肢一般軸力較小，可以用槽鋼或角鋼組合等截面。 階型上柱由于軸力較小，

15、截面不大，可以使用實(shí)腹截面。36軸線的輸入，柱距的確定 軸線的確定應(yīng)該以吊車的跨度為準(zhǔn)，應(yīng)該以能正確布置下吊車為宜。 為了保證吊車的安裝（一般吊車梁中心應(yīng)該和柱的吊車肢型心一致），建議在布置柱時，應(yīng)滿足左側(cè)吊車肢型心到右側(cè)吊車肢型心的距離=吊車梁跨度。37偏心的原則，如何實(shí)現(xiàn)柱對齊對于邊列的階型柱，考慮到墻面的布置和連接，應(yīng)盡量做到柱子的邊皮對齊。程序中提供了偏心對齊的功能。程序內(nèi)對于偏心給出三種處理方式：中心對齊即形心對齊，而左右邊對齊則是搜索截面最邊側(cè)外皮對齊。對于某些截面程序不能很好對齊的，可以通過查看截面數(shù)據(jù)來手算處理。38屋面體系的選擇以及和柱的連接 傳統(tǒng)的排架工業(yè)廠房的屋面體系一般

16、都選擇剛性屋架并鋪設(shè)大型屋面板，但是相對而言，重量較大，水平地震力也較大。 用輕鋼屋面梁的形式在目前比較常見，成本和重量都相對較小。但是帶來的問題是梁的剛度較小，撓度較大；同時梁柱連接情況和規(guī)范中表D給出的條件有一定差異，也給計算長度系數(shù)的確定帶來了困難。 普通屋架的連接形式一般為鉸接；輕型屋面梁由于本身剛度較小，適合采用梁柱固接形式（常見的有門式剛架的端版連接和框架梁柱連接）。39如何確定排架廠房柱的計算長度系數(shù)？ 帶吊車的排架廠房柱應(yīng)屬于階型柱，程序按照規(guī)范的表D3到D6確定其計算長度 程序用有無吊車荷載來判斷該柱是否階型柱，只要存在節(jié)點(diǎn)吊車荷載，即使上下柱截面一致，也認(rèn)為是階型柱。 程序

17、對兩種柱頂連接形式做了判斷，但是對于采用輕型門式剛架梁的情況，由于柱頂剛接，程序會按照柱頂有轉(zhuǎn)動約束的情況處理長度系數(shù)，這是不安全的，建議偏安全的按鉸接排架處理。40 一般處理流程：41 新的替代方案：直接勾選該項就可以按照鉸接排架確定計算長度，但不修改模型42 平面外的計算長度應(yīng)按實(shí)際支撐間的距離取 墻面體系一般不應(yīng)作為排架柱的平面外支撐點(diǎn)，特別是當(dāng)柱軸力較大，或截面剛度較大時，更不應(yīng)作為平面外的支撐點(diǎn)。43吊車荷載的輸入中需要注意的事項 多臺吊車時，只用考慮最大的兩臺吊車組合，注意吊車序號的排列。 對相鄰跨，最多考慮四臺吊車組合 吊車位置信息中的偏心距為豎向荷載作用點(diǎn)到柱型心的距離，對一般

18、格構(gòu)柱而言，就是分肢型心到截面型心的距離。水平荷載到節(jié)點(diǎn)距離一般取吊車梁高度+吊車軌道高度44 自定義輸入吊車荷載：對于程序默認(rèn)吊車庫中沒有的吊車數(shù)據(jù)，可以通過手動修改來實(shí)現(xiàn)輸入。程序自動按影響線計算出最大和最小荷載。 程序自動按照荷載規(guī)范5.2.1條計算橫向水平荷載。45參數(shù)設(shè)置中的注意事項 吊車荷載折減系數(shù)：參考荷載規(guī)范中的5.2.2條，對于不同工作制吊車和組合數(shù)的折減量都不一樣 排架柱的計算長度折減系數(shù)參考鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的表5.3.4，在計算上柱段的計算長度時，由于屋面和側(cè)邊的約束，導(dǎo)致計算長度變小，一般廠房取0.8即可。 構(gòu)件的驗算規(guī)范采用鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范，對于使用變截面屋面梁的情況，建議修改梁

19、構(gòu)件的驗算規(guī)范為門式剛架規(guī)程，因為目前鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中沒有對變截面的驗算規(guī)定，程序默認(rèn)并不驗算整體穩(wěn)定。總的結(jié)構(gòu)的變形等的控制條件還應(yīng)按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范控制。46 如果屋面坡度較大時，必須考慮軸力對梁驗算的影響，此時也應(yīng)選擇門式鋼架規(guī)程，此時鋼梁平面外按壓彎構(gòu)件驗算，平面內(nèi)可選擇是否按壓彎構(gòu)件驗算。47排架計算結(jié)果的查看 應(yīng)力比和長細(xì)比的查看： 階型上柱如果出現(xiàn)長細(xì)比超限，可以參考階型柱計算長度公式，其中上下柱的截面慣性矩比和軸力比以及長度比都會影響其計算長度系數(shù)的選取。 格構(gòu)柱的驗算 整體截面驗算不用考慮平面外穩(wěn)定（規(guī)范5.2.3），程序通過驗算單肢的平面外穩(wěn)定來確保整體的平面外穩(wěn)定，單肢的平面外計算

20、長度即取柱的平面外計算長度。 單肢驗算平面內(nèi)計算長度按綴條間距取。設(shè)置綴板時，還需要考慮綴板的局部彎矩。 綴條按軸心受壓構(gòu)件驗算 構(gòu)件的寬厚比、高厚比的要求參考鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范，如果考慮了地震力，還應(yīng)按照抗震規(guī)范，取兩者的最小值。 注意需要查看在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下的柱頂位移，變形控制按鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 A.2.1控制48按階型柱確定計算長度時的問題 當(dāng)上柱截面過大時容易出現(xiàn)長細(xì)比超限 不存在吊車時按線剛度比確定計算長度系數(shù) 05版和08版在階型柱有框架梁連接時的處理49 如果滿足A.2.2條的情況，還需要查看吊車水平荷載位移圖，保證吊車的正常運(yùn)行。 撓度應(yīng)按照絕對撓度控制，這點(diǎn)和門式鋼架規(guī)程和冷彎薄壁型鋼規(guī)程

21、中是不一樣的。50 肩梁程序簡化為簡支梁進(jìn)行設(shè)計，吊車荷載的豎向力單獨(dú)驗算吊車肢腹板的端部承壓。 根據(jù)吊車梁支座類型的不同，可以設(shè)置肩梁的類型 簡化計算模型都默認(rèn)吊車荷載直接作用在吊車肢型心上 默認(rèn)的簡支梁模型只考慮上柱的內(nèi)力，如果勾選了“中間腹板計算時考慮吊車荷載影響”時，在考慮上柱內(nèi)力的同時，也要考慮吊車豎向力的傳遞。 由于吊車豎向力是一個端部集中荷載，考慮到荷載擴(kuò)散的因素，可以按貼板處理，相對更省材料。格構(gòu)截面連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計 51柱腳 格構(gòu)式柱腳一般分為分離式和插入式，其中分離式柱腳按分肢驗算，單肢作為軸心受拉/壓柱腳設(shè)計；插入式柱腳則需要驗算單肢的杯口強(qiáng)度 分離式柱腳不同柱腳類型之間的差別就在于加勁肋的個數(shù)和錨栓的個數(shù)底板的區(qū)隔劃分越密，底板的厚度就能控制的越小插入式柱腳主要驗算杯口混凝土的抗拉和抗沖切強(qiáng)度整體式柱腳針對實(shí)腹組合截面，驗算方式同工字鋼柱腳52 牛腿 需要驗算豎向荷載最不利截面，這點(diǎn)很多設(shè)計手冊都沒有考慮，實(shí)際計算結(jié)果往往都是這個截面控制的 格構(gòu)柱上的牛腿只是構(gòu)造上不同，驗算上依然按照懸臂梁模式 人孔 按兩端固定支座的柱設(shè)計，M,N,V取自上節(jié)點(diǎn) 一般需要考慮扭轉(zhuǎn)的平面外長細(xì)比53框架連接節(jié)點(diǎn)的調(diào)整 程序中框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計是通過調(diào)用框架部分的節(jié)點(diǎn)設(shè)計功能來實(shí)現(xiàn)的?？蚣芄?jié)點(diǎn)類型的修