第2.2節(jié)網(wǎng)架的計(jì)算和設(shè)計(jì)09

1、1第二節(jié) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的作用 結(jié)構(gòu)上的作用主要有永久荷載、可變荷載、溫度變化和地震作用。一 永久荷載 結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時(shí)間變化，或其變化值與平均值相比可忽略的荷載。 永久荷載有：21 網(wǎng)架自重和節(jié)點(diǎn)自重鋼材容重 雙層網(wǎng)架自重按下式估算：35 .78mKN/Lqgwk3 g0k 網(wǎng)架的自重 kNm2； qw 屋面荷載或樓面荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 kNm2 ； L2 網(wǎng)架的短向跨度m； 系數(shù)， 鋼管 取1.0; 型鋼 取1.2 網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)自重約占網(wǎng)架桿件總重的1525. 4 2 樓面或屋面覆蓋材料自重 根據(jù)實(shí)際使用按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（ GB 50009-2001）計(jì)算。 混凝土屋面1.01.5KN/m2；

2、輕質(zhì)板0.30.7KN/m2。 3 吊頂材料自重 4 設(shè)備管道自重 荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2或1.355二 可變荷載 結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時(shí)間變化，且變化值與平均值相比不可忽略的荷載。 可變荷載有：1 屋面或樓面活荷載 網(wǎng)架的屋面，一般不上人，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 0.5 kNm2。 樓面活荷載根據(jù)工程性質(zhì)查荷載規(guī)范4.1.1條 6 2 雪荷載 GB50009-2001 (6) 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值按屋面水平投影面計(jì)算，其計(jì)算表達(dá)式為： SkrS0 式中 S k雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kNm2； r 屋面積雪分布系數(shù)，網(wǎng)架的屋面多為平屋面，故取r =1.0； S 0基本雪壓，kN/m2， 雪荷載與屋面活荷載不必同時(shí)考

3、慮，取兩者的大值。73 風(fēng)荷載 GB50009-2001 (7) 風(fēng)荷載具有靜力和動(dòng)力作用的雙重特點(diǎn)，它與建筑物的重量無關(guān)，但與體型和開洞情況有關(guān)。 脈動(dòng)風(fēng)會(huì)引起柔性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動(dòng)（即風(fēng)振），即自振周期長的結(jié)構(gòu)對(duì)抗風(fēng)很不利，尤其強(qiáng)風(fēng)區(qū)。8 周邊支承的網(wǎng)架，支座節(jié)點(diǎn)在上弦時(shí)，可不考慮風(fēng)荷載。其他根據(jù)實(shí)際情況考慮水平風(fēng)荷載作用。 網(wǎng)架剛度好，自振周期小，可不考慮風(fēng)振系數(shù)z的影響。 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算： wk=zSw0 式中 w0 基本風(fēng)壓，kNm2； S風(fēng)荷載體型系數(shù)； z風(fēng)壓高度變化系數(shù)。 94 積灰荷載GB50009-2001 (4.4) 廠房根據(jù)廠房性質(zhì)考慮積灰荷載，可參考荷載規(guī)范

4、,也可由工藝提出。 屋面坡度45時(shí)，可不考慮積灰荷載。 積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面活荷載兩者中的較大值同時(shí)考慮。105 吊車荷載 GB50009-2001 (5) 吊車形式有：懸掛吊車和橋式吊車。 懸掛吊車直接掛在網(wǎng)架下弦節(jié)點(diǎn)上，對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生吊車豎向荷載。 橋式吊車是在吊車梁上行走，通過柱子對(duì)網(wǎng)架產(chǎn)生吊車水平荷載。 11 計(jì)算吊車梁及其連接的強(qiáng)度時(shí)，吊車豎向荷載應(yīng)乘動(dòng)力系數(shù)。 F=1 Fmax Fmax 吊車每個(gè)車輪的最大輪壓 1豎向輪壓動(dòng)力系數(shù)， 懸掛吊車及工作級(jí)別A1A5的軟鉤吊車 1=1.05； 工作級(jí)別A6A8的軟鉤、硬鉤吊車和其它特種吊車，1=1.1；12吊車的工作制等級(jí)與工作級(jí)別的關(guān)系

5、 輕級(jí) A1A3；中級(jí) A4,A5； 重級(jí) A6,A7； 超重級(jí) A8起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB38811-83，按吊車在使用期內(nèi)要求的總工作循環(huán)次數(shù)分10個(gè)利用等級(jí)， 按吊車荷載達(dá)到其額定值的頻繁程度，達(dá)到額定值的頻繁程度分4個(gè)荷載狀態(tài)（輕級(jí) 、中級(jí)、重級(jí)和超重級(jí) ）。 利用要求的利用等級(jí)和荷載狀態(tài)，確定吊車的8個(gè)工作級(jí)別作為吊車的設(shè)計(jì)依據(jù)。13T1吊車每個(gè)車輪的橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值軟鉤吊車Q 吊車額定起重量； g 小車自重； n吊車橋架的總輪數(shù)。14硬鉤吊車(夾鉗、料耙等）ngQT15吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算： T10%PmaxiPmax 作用在一邊軌道上剎車輪的最大輪壓16 三 溫度作用

6、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定桿系結(jié)構(gòu)，溫度變化時(shí)，桿件不能自由變形，在桿件中會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。 溫差的大小與網(wǎng)架支座安裝完成時(shí)的溫度和當(dāng)?shù)啬曜罡呋蜃畹蜌鉁赜嘘P(guān)，也與工業(yè)廠房生產(chǎn)過程中的最高或最低溫度有關(guān)。17 四 地震作用 地震作用是建筑物因地面運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的一種慣性作用，屬動(dòng)力作用。它的大小與結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性和地面運(yùn)動(dòng)的特性（加速度）有關(guān)。 根據(jù)我國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（JGJ791）規(guī)定，周邊支承的網(wǎng)架，當(dāng)建造在設(shè)計(jì)烈度為8度或8度以上地區(qū)時(shí)，應(yīng)考慮豎向地震作用；當(dāng)建造在設(shè)計(jì)烈度為9度地區(qū)時(shí)，還應(yīng)考慮水平地震作用。 18網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性 網(wǎng)架跨度大，結(jié)構(gòu)較柔，動(dòng)力特性為： (1)振動(dòng)頻率密集，低

7、頻時(shí)更顯著； (2)基本周期（或基頻）與網(wǎng)架的短向跨度L 2有關(guān)，跨度越大，基本周期越大； T1=0.1396+(12.216/1440)L2 (3)不同類型、跨度相同的網(wǎng)架基本周期比較接近。 (4)邊界約束的強(qiáng)弱影響著網(wǎng)架的基本周期，但對(duì)其他自震周期影響不大。19（5）荷載大，基本周期長。（6）常用周邊支承網(wǎng)架的基本周期約0.30.7s。（7）振型類型與網(wǎng)架邊界的約束有關(guān)，水平約束強(qiáng)，網(wǎng)架的前幾個(gè)皆為豎向振型。（8）強(qiáng)震區(qū)，宜選自振周期較長的結(jié)構(gòu)，以較少地震作用；（9）豎向振型以承受豎向振動(dòng)為主，節(jié)點(diǎn)位移豎向分量較大，水平分量較小。20五 荷載組合 GB50009-2001 (3.2) 1

8、基本組合 1） 由可變荷載效應(yīng)控制niQikciQiQlkQlGKGSSSS22） 由永久荷載效應(yīng)控制niQikciQiGKGSSS121第三節(jié) 網(wǎng)架的計(jì)算 基本假定： 1）節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件只承受軸力； 2）按彈性方法分析、按小撓度理論計(jì)算； 3）按靜力等效原則，將外荷載化為節(jié)點(diǎn)集中荷載。 4) 支承條件根據(jù)支承結(jié)構(gòu)的剛度、支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，假定為鉸接或彈性支座。3/211yyy22二 網(wǎng)架的計(jì)算模型 （1）空間鉸接桿件計(jì)算模型 把網(wǎng)架看作鉸接桿件的集合，以二力桿為基本計(jì)算單元進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算精度高。 （2）桁架系計(jì)算模型 把網(wǎng)架看作桁架系的集合，以每段桁架作為網(wǎng)架計(jì)算的基本單元。桁架系有平面

9、桁架和空間桁架。23（3）交叉梁系計(jì)算模型 用折算的方法把網(wǎng)架化為交叉梁，以梁段作為基本分析單位，求出梁的內(nèi)力和節(jié)點(diǎn)位移，再回代求桿件內(nèi)力，根據(jù)是否考慮剪切變形的影響，計(jì)算方法不同。24（4）平板計(jì)算模型 把網(wǎng)架擬化為正交異性或各向同性的平板，求出板的內(nèi)力，再回代求桿內(nèi)力。 不考慮剪切變形影響時(shí)稱擬板法； 考慮剪切變形影響時(shí)稱擬夾層板法。25三 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算方法 常用網(wǎng)架計(jì)算方法和適用范圍261 空間桿系有限元法 即空間桁架位移法、矩陣位移法，可用于計(jì)算分析各種類型網(wǎng)架。 計(jì)算過程：以桿件為基本單元，節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，建立單元桿件內(nèi)力與位移的關(guān)系，形成單元?jiǎng)偠染仃?；根?jù)各節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)

10、調(diào)條件和靜力平衡條件建立節(jié)點(diǎn)荷載和節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)總剛度矩陣和總剛度方程。 引進(jìn)邊界條件，解出各節(jié)點(diǎn)的位移值。再由單元桿件的內(nèi)力和位移間的關(guān)系求桿件的內(nèi)力。 272 下弦內(nèi)力法 用于蜂窩形三角錐網(wǎng)架，所有腹桿與相應(yīng)的下弦均位于同一豎向平面內(nèi)，每個(gè)上弦節(jié)點(diǎn)與一根下弦桿相對(duì)應(yīng)。 求得的桿件內(nèi)力和支座反力是精確解。 28 3 交叉梁系差分法 （有圖表可查） 把網(wǎng)架簡化為交叉梁系，以交叉梁系節(jié)點(diǎn)的撓度為未知數(shù)，設(shè)梁的抗彎剛度均相等，建立差分方程求梁系交點(diǎn)處的撓度，再計(jì)算彎矩和剪力。 適用于由平面桁架系組成的網(wǎng)架或正放四角錐網(wǎng)架。 結(jié)果：不考慮剪切變形時(shí)，靠近網(wǎng)架邊界處的桿件內(nèi)力誤差較大。294

11、 交叉梁系梁元法 把網(wǎng)架簡化為交叉梁系，以交叉梁系節(jié)點(diǎn)的撓度和轉(zhuǎn)角為未知數(shù)，用有限元法進(jìn)行計(jì)算，可考慮網(wǎng)架剪切變形和剛度變化的影響。 由電子計(jì)算機(jī)完成，適用由平面桁架系組成的網(wǎng)架。305 交叉梁系力法 把網(wǎng)架簡化為交叉梁，假定在交叉點(diǎn)處設(shè)有豎向連桿，切開連桿以贅余力代替，使交叉梁系成為兩個(gè)方向靜定的梁系，用力法建立贅余力的柔度方程。 不考慮剪切變形影響，適用由兩向平面桁架系組成的網(wǎng)架。316 假想彎矩法 （有表可查） 假定各下弦節(jié)點(diǎn)處存在著假想彎矩，由該彎矩在四角錐單元上引起的內(nèi)力(N，Q)與作用在錐體單元上的外荷載的平衡，求得下弦節(jié)點(diǎn)的假想彎矩，桿件內(nèi)力就可求得。 精確性較差，僅適用于斜放四

12、角錐網(wǎng)架及棋盤形四角錐網(wǎng)架。32 7 擬板法和擬夾層板法 把網(wǎng)架簡化為一塊正交異性或各向同性的平板。 不考慮剪切變形影響時(shí)，稱擬板法； 考慮剪切變形影響時(shí)，稱擬夾層板法。 擬夾層板法可考慮各向剛度不同，但不能考慮同一方向剛度的變化。 適用于由平面桁架組成的網(wǎng)架或角錐組成的網(wǎng)架。33（1） 擬夾層板法 把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)連續(xù)化為由三層不同性質(zhì)材料組成的夾層板。 夾層板的上下表層為主要承載層，中間夾層聯(lián)系上下層，還承受剪力。34 (1) 把網(wǎng)架的上、下弦當(dāng)作夾層中不計(jì)厚度的上、下表層，只承受層內(nèi)的平面力，不承受橫向剪力。 (2) 將腹桿折算成厚度等于網(wǎng)架高度的夾心層，只承受橫向剪力，不承受平面力。 (3)

13、 垂直板面的直線段在變形后仍為直線段，但不一定垂直板面（即直法線假定）。 即 xz= yz =0 ; z=0 擬夾層板法的基本假定35（2）擬板法 把網(wǎng)架簡化為各向同性或各向異性的平板，按彈性平板彎曲理論建立偏微分方程。不考慮剪切變形影響，不考慮同一方向上板剛度的變化。361把網(wǎng)架的上、下弦桿看成為板的不計(jì)厚度的上表層和下表層。上、下表層間距等于網(wǎng)架高度，它們只能承受層內(nèi)的平面力。 2忽略腹桿引起的剪切變形。 3在同一方向上板的剛度不變。 4符合直法線假定。 5彎矩由上下弦桿承擔(dān)，剪力由腹桿承擔(dān)。擬板法基本假定37四 網(wǎng)架溫度應(yīng)力的計(jì)算 1 網(wǎng)架不考慮溫度應(yīng)力的條件 (1) 支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造允許

14、網(wǎng)架有側(cè)移，側(cè)移值等于或大于P51式(2-39)的計(jì)算值。 (2) 周邊支承的網(wǎng)架，網(wǎng)架驗(yàn)算方向的跨度小于40m，支承結(jié)構(gòu)為獨(dú)立柱或磚壁柱。 (3) 單位力作用下，柱頂位移等于或大于式(2-39)的計(jì)算值。38f.tEEALum L：驗(yàn)算方向的跨度 Am：支承平面弦桿截面面積的算術(shù)平均值 ：系數(shù)，支承平面弦桿為正交正放=1， 正交斜放=21/2， 三向= 2； ：鋼材的線膨脹系數(shù) t ：計(jì)算溫差，升溫為正。式(2-39)392 網(wǎng)架溫度應(yīng)力計(jì)算 計(jì)算方法：精確的空間桁架位移法和各種近似方法。 空間桁架位移法的基本原理是；先將網(wǎng)架各節(jié)點(diǎn)約束住，求溫度變化引起的桿端內(nèi)力和各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)不平衡力；再取

15、消約束，將節(jié)點(diǎn)不平衡力反向作用在節(jié)點(diǎn)上，用空間桿系有限元法求由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力。最后將桿端內(nèi)力與由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力疊加，即求得網(wǎng)架的桿件溫度應(yīng)力。403 地震作用下的內(nèi)力計(jì)算原則 （1）豎向抗震驗(yàn)算 烈度為6度或7度的地區(qū)，可不驗(yàn)算豎向抗震；設(shè)防烈度為8度或9度的地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行豎向抗震驗(yàn)算。 周邊支承和多點(diǎn)支承與周邊支承相結(jié)合的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定： FEvi=vGi Gi: 網(wǎng)架第i節(jié)點(diǎn)的重力代表值 v：豎向地震作用系數(shù) 見 P55 表2-441 烈度為7度的地區(qū)，不驗(yàn)算水平抗震。烈度為8度的地區(qū)，周邊支承的中小跨度網(wǎng)架，可不驗(yàn)算水平抗震。 烈度為9度的地

16、震區(qū)，對(duì)各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均應(yīng)驗(yàn)算水平抗震。 （2）水平抗震驗(yàn)算42 把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)作一塊剛性平板，簡化為單質(zhì)點(diǎn)體系。 結(jié)構(gòu)的總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值P56： FEK=1GE 作用于網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)i上的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值: F i=(Gi/Gi) FEK水平地震作用43求桿件的地震作用內(nèi)力 地震作用標(biāo)準(zhǔn)值求出后，按空間桁架位移法計(jì)算各桿件的地震作用內(nèi)力。 44 1) 設(shè)防烈度不低于7度時(shí)，在支承平面周邊設(shè)置水平支撐，提高水平抗震性能。 （3）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求 正交正放類網(wǎng)架正交斜放類網(wǎng)架45 2) 網(wǎng)架周邊23格的區(qū)域內(nèi)，桿件的長細(xì)比不宜大于180，防止桿件內(nèi)力變號(hào)時(shí)失穩(wěn)。 3) 檁條或屋面板與網(wǎng)架必須可

17、靠連接，避免地震時(shí)屋面材料塌落傷人。 4) 網(wǎng)架屋面排水坡度的形式應(yīng)采用變高度或整個(gè)網(wǎng)架起拱的辦法。46第四節(jié) 網(wǎng)架桿件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造一 桿件材料和截面形式 網(wǎng)架桿件的品種主要是Q235鋼和Q345（ 16Mn）鋼。 網(wǎng)架桿件的截面型式有：最常用經(jīng)濟(jì)截面受力大的弦桿板節(jié)點(diǎn)連接，焊接量大.受力的腹桿47二 桿件的計(jì)算長度和容許長細(xì)比 1 網(wǎng)架桿件的計(jì)算長度 l 0 = l l 桿件幾何長度（節(jié)點(diǎn)中心間距離）； 計(jì)算長度系數(shù)，見下表。 48 計(jì)算長度系數(shù) 1）螺栓球節(jié)點(diǎn)桿兩端為鉸接；2）空心球節(jié)點(diǎn)，取桿件實(shí)際長度（空心球的外徑約為桿 件幾何軸線長度的10%）；3）板節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與平面桁架相似，按平面

18、行架取。 49 =l0/min min 桿件的最小回轉(zhuǎn)半徑 要求 2 桿件的長細(xì)比50網(wǎng)架桿件的容許長細(xì)比： 1受壓桿件 180 防止過長桿件產(chǎn)生彎曲，降低承載力。512受拉桿件 a）一般桿件 400 保證桿件在制作、運(yùn)輸、安裝和使用過程中有一定剛度。 b）支座附近桿件 300 邊界條件復(fù)雜有時(shí)會(huì)變號(hào) c）直接承受動(dòng)力荷載 250523 桿件的容許最小截面尺寸 根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定（JGJ791）規(guī)定，網(wǎng)架桿件的最小截面尺寸為 1普通角鋼不宜小于50 3； 2鋼管不宜小于48 2， 桿件截面過小易產(chǎn)生初彎曲，對(duì)受力不利，因此，規(guī)定桿件容許最小截面。534 桿件截面的選擇 （1） 桿件截面

19、選擇的原則 1）每個(gè)網(wǎng)架所選截面規(guī)格較小跨度以35種為宜，較大跨度不宜超過10種。 2）選用厚度較薄截面。 3）選用市場能供應(yīng)的規(guī)格。 4）選擇截面時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量，因鋼管出廠一般均有負(fù)公差。54（2）桿件的截面計(jì)算 1）軸心受拉 fANrlmin0552) 軸心壓桿 fANrlmin0 截面選擇是根據(jù)提供的截面規(guī)格，按滿應(yīng)力原則選擇最經(jīng)濟(jì)截面。 56第五節(jié) 網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造 節(jié)點(diǎn)的作用：連接、匯交桿件，傳遞荷載。 用鋼量焊接球占整個(gè)網(wǎng)架桿件的1/51/4； 螺栓1/10 。57 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要滿足的要求： 1受力合理，傳力明確，盡可能與計(jì)算假定相符。 2保證桿件匯交于一點(diǎn)，不產(chǎn)生附加彎矩。

20、3構(gòu)造簡單，制作、安裝方便。 4耗鋼量少，造價(jià)低廉。58網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)形式 1十字交叉鋼板節(jié)點(diǎn) 從平面桁架節(jié)點(diǎn)發(fā)展而來，桿件與節(jié)點(diǎn)板連接焊接或螺栓連接。 59圓柱形板節(jié)點(diǎn)602焊接空心球節(jié)點(diǎn) 空心球是由兩個(gè)熱壓的半球?qū)付?，桿件焊在球面上，桿件由鋼管組成。613螺栓球節(jié)點(diǎn) 通過螺栓、套筒等零件將桿件與實(shí)心球連接起來。62634直接匯交節(jié)點(diǎn) 不用連接件，用鋼量少 ， 裝配精度要求高。645焊接鋼管節(jié)點(diǎn) 由空心圓柱體組成，桿件直接焊在圓柱表面上，桿件加工復(fù)雜。65一一 螺栓球節(jié)點(diǎn)螺栓球節(jié)點(diǎn) P62 由鋼球、銷子、套筒和錐頭或封板、螺栓等零件組成。661 節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造原理和零件的材料選用節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造原理和

21、零件的材料選用 （1） 螺栓球節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造原理 鋼管的兩端焊有帶螺栓的錐頭或封板，用銷子或緊固螺釘將螺栓與長形六角套筒連在一起，擰動(dòng)長形六角套筒，螺栓旋入球體。 螺栓擰緊程度靠銷釘或螺釘來控制。6768 高強(qiáng)度螺栓與螺栓球擰緊后的狀態(tài) 高強(qiáng)度螺栓未與螺栓球擰緊的狀態(tài)69（2）螺栓球節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn) 螺栓球節(jié)點(diǎn)桿件受拉和受壓時(shí)的傳力路線和零件的作用不同。1）受拉 傳力路線：拉力鋼管錐頭或封板螺栓鋼球 套筒不受力 套筒擰緊時(shí)，在接觸面會(huì)產(chǎn)生預(yù)緊力，螺栓受預(yù)拉力，套筒受預(yù)壓力。702）受壓 傳力路線：壓力鋼管錐頭或封板套筒鋼球 螺栓不受力， 壓力通過零件間的接觸面?zhèn)鬟f，銷釘或緊固螺釘僅在安

22、裝過程中起作用。 71（3）節(jié)點(diǎn)的零件所用的材料節(jié)點(diǎn)的零件所用的材料 722 螺栓球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)螺栓球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) （1）鋼球的設(shè)計(jì) 鋼球?qū)嵭?，多向受力，一般不?huì)破損。鋼球的大小取決于螺栓的直徑、相鄰桿件的夾角和螺栓伸入球體的長度等。要求： 1）兩相鄰螺栓不相碰的最小鋼球直徑D為：ddsindctgdD732）相鄰兩根桿件套筒不相碰的最小鋼球直徑D為：212221dsindctgdD取兩者較大值。 d1、d2相鄰兩個(gè)螺栓直徑，d1d2 相鄰兩個(gè)螺栓之間的最小夾角（rad)； 螺栓擰入鋼球的長度與螺栓直徑之比， 一般取 = 1.1；套筒外接圓直徑與螺栓直徑之比，一般取 =l.8。743）當(dāng)相鄰兩桿夾

23、角 30時(shí)，還應(yīng)滿足 ： 由式（2）求出的鋼球外徑雖然能保證相鄰兩個(gè)套筒不相碰，但不能保證相鄰兩根桿件的封板不相碰。 D1，D2相鄰兩根桿件的圓鋼管外徑D1D2； d1相應(yīng)于D1 圓鋼管所配螺栓直徑； S套筒的長度。222221111sin2DDdDDctgDS75（2）高強(qiáng)螺栓的設(shè)計(jì) 高強(qiáng)螺栓是節(jié)點(diǎn)中最關(guān)鍵的傳力部件，強(qiáng)度應(yīng)為8.8級(jí)或10.9級(jí)。 76 根據(jù)網(wǎng)架中最大受拉弦桿的內(nèi)力和最大受拉腹桿內(nèi)力各選定一個(gè)； 若兩個(gè)螺栓直徑相差較大，在這兩者間再選一種螺栓直徑； 選用高強(qiáng)度螺栓直徑不宜太多，以免造成設(shè)計(jì)、制造、安裝的麻煩。 螺栓直徑:77桿件的最大受拉力應(yīng)滿足：btnbtfANNmax螺

24、栓直徑對(duì)強(qiáng)度的影響系數(shù)， 當(dāng)d30mm時(shí)，=1.0 ；當(dāng)d30mm時(shí)，0.93。 ftb高強(qiáng)螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， d螺栓直徑； An螺栓的有效截面面積 （P113表3-6） 78 當(dāng)螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時(shí)，An應(yīng)取螺紋處或銷孔鍵槽處兩者中的較小值。 An=d2/4-tht、h分別為高強(qiáng)度螺栓無螺紋段處滑槽的深槽部位的槽寬度、槽深度。 受壓桿件的連接螺栓，可按其內(nèi)力所求得的螺栓直徑適當(dāng)減少。（3個(gè)檔次）79螺栓長度lb為:sdlb d螺栓直徑； S套筒長度； 錐頭板或封板厚度 螺栓伸入鋼球的長度與螺栓直徑之比， =1.1 。 80（3）套筒的設(shè)計(jì) 1.作用： 用以擰緊螺栓和傳遞桿件的

25、軸向壓力。 2.構(gòu)造要求： 81 套筒的外形尺寸應(yīng)符合搬手開口尺寸系列，端部應(yīng)保持平整。 套筒內(nèi)孔徑比螺栓直徑大1mm；滑槽寬度比銷釘直徑大1.52mm。 套筒端部到緊固螺釘孔邊緣的距離應(yīng)不小于緊固螺釘孔徑的1.5倍和6mm，以保證套筒的整體剛性和抵抗旋緊高強(qiáng)度螺栓時(shí)所產(chǎn)生的扭矩。823.形式： 六角形的無紋螺母1）沿套筒長度方向設(shè)滑槽， 2）在套筒側(cè)面設(shè)螺釘孔。831）套筒長度的計(jì)算： ）滑槽時(shí) Sab1+b2 a 套筒上的滑槽長度 a= dc+d p+4mm d螺栓直徑； c螺栓露出套筒的長度，取c45mm，但不應(yīng)小于2個(gè)絲扣（螺距）； d p銷釘直徑（M4M10）； b1 套 筒 左 端

26、 部 到 滑 槽 左 邊 緣 的 距 離 ， 一般取b1=4mm； b2套筒右端部到滑槽右邊緣的距離，一般取b2=6mm。 84 ）螺釘時(shí) S=a+b1+b2 a dc+ds+4mm a螺栓桿上的滑槽長度； b1套筒右端至螺栓桿上最近端距離， 通常取b16mm； b2套筒左端至螺釘孔距離，通常取 b2=4mm； d s緊固螺釘直徑。852）套筒承載力驗(yàn)算 套筒的作用是將桿件的軸向力傳給鋼球，應(yīng)驗(yàn)算：緊固螺釘孔處凈截面面積的強(qiáng)度 c =N/An f N圓鋼管桿件傳來的軸心壓力設(shè)計(jì)值；a) An套筒在緊固螺釘孔處的凈截面面積，86snddRdRA2) 1(234123322c =N/An fR套筒

27、的外接圓半徑，取R0.9d；d高強(qiáng)度螺栓的直徑；ds緊固螺釘?shù)闹睆?；f 套筒所用鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值87b)套筒端部的承壓強(qiáng)度ce =N/Ace f cef ce套筒所用鋼材的端面承壓設(shè)計(jì)值2214ddAwce88（4）銷釘或螺釘 套筒旋轉(zhuǎn)過程中，銷子和螺釘承受剪力，剪力大小與螺栓伸入鋼球的摩阻力有關(guān)。 銷子直徑一般為螺栓直徑的1/71/8 倍，不小于3mm，也大于8mm； 螺釘?shù)闹睆綖槁菟ㄖ睆?/51/3 倍，不小于4mm，也大于10mm； 用高強(qiáng)鋼制作。螺釘89（5）封板與錐頭要求：與連接鋼管等強(qiáng)；作用：連接鋼管和螺栓，承受桿件傳來的拉力和壓力。 桿件管徑76mm 時(shí)，采用錐頭連接； 90

28、當(dāng)桿件管徑76mm 時(shí)，采用封板連接。 91 封板或錐頭與桿件連接焊縫，應(yīng)滿足構(gòu)造要求。焊縫寬度b根據(jù)連接鋼管壁厚取25mm。 鋼管壁 t10mm，b=2mm。921）封板的計(jì)算和構(gòu)造 假定封板為一開口圓板，周邊固定，按塑性理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。 假定螺栓所受力的力N通過螺頭，均勻地傳給封板開口邊。93 N鋼管的拉力； Q0單位寬度上板承受的集中力； S螺頭中心至板孔邊緣的距離。 封板周邊徑向彎矩 M r=Q0(RS) 封板單位寬度的塑性彎矩 S2NQ0y2Tf4M94Rf)SR(N2 對(duì)小管徑桿件上式計(jì)算結(jié)果偏小，規(guī)程規(guī)定封板厚度不宜小于鋼管外徑15。 令M r=MT 考慮材料抗力分項(xiàng)系數(shù)后，得封板

29、的厚度與拉力N關(guān)系。95 （6）錐頭的計(jì)算和構(gòu)造 錐頭主要承受來自螺栓的拉力或套筒的壓力，是一個(gè)軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)殼體，承載力主要與錐頂厚度、連接桿件外徑、錐頭斜率等有關(guān)。 經(jīng)回歸分析得管徑為75219mm的鋼管，材料為Q235的錐頭受拉承載力設(shè)計(jì)值為： fDdhDk33. 0N67. 0135. 1156. 0122. 0t96D 鋼管外徑（mm）；D1錐頂外徑（mm）； h1錐頂厚度（mm）；h2錐頭高度（mm）；d1錐頭頂板孔徑（mm）； d1d1mm d螺栓直徑（mm）； k錐頭斜率， 212hDDk上式應(yīng)滿足按DD1， 5 r 2 r=1/k 5112Dh97二、焊接空心球節(jié)點(diǎn) 由兩個(gè)半球?qū)?/p>

30、焊而成，有不加肋和加肋兩種。D300mm98 熱壓：圓鋼板，加熱后用沖壓機(jī)在模具上壓成半圓球。不需很大壓力，用得最多。 冷壓：要求材質(zhì)好，需較大壓力，模具磨損較大，少用。半球成型方法： 鋼板切割成圓形，鋼材利用率低，節(jié)點(diǎn)用鋼量約占總用鋼量2025。99 能自然對(duì)中，對(duì)圓鋼管，只要切割面垂直桿件軸線，就能在空心球上自然對(duì)中；當(dāng)匯交桿件多時(shí)，這種優(yōu)點(diǎn)就更突出。 缺點(diǎn)： 現(xiàn)場焊接工作量大，施工難度大。優(yōu)點(diǎn)：1001 空心球的構(gòu)造要求空心球的構(gòu)造要求 （1）空心球的外徑 D 為便于施焊，要求連接于同一球節(jié)點(diǎn)的各桿件的空隙不小于(大于）10mm。101a2ddD21要求 d1，d2相鄰兩根桿件的外徑（m

31、m）； 相鄰兩根桿件的夾角（以弧度為單位） 一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多根桿件相交在一起，相鄰兩根桿件的夾角取其中最小的。 a 相鄰兩根桿件間的空隙。取a10mm。 102 當(dāng)空心球外徑等于或大于300mm，桿件的內(nèi)力較大時(shí)，在球內(nèi)設(shè)肋板來提高其承載力； 肋板的厚度不小于球壁厚； 肋板與內(nèi)力較大的桿件同在一個(gè)平面內(nèi)。 103 空心球直徑過大，連接桿件較多時(shí)，允許部分腹桿與腹桿或腹桿與弦桿相匯交。 匯交桿件的軸線要通過空心球的形心。 匯交兩桿中，截面積大的桿件要全截面焊在球上；當(dāng)兩桿截面面積相等時(shí)，拉桿為主桿，另一桿坡口焊在主桿上，保證3/4截面焊在球上。 匯交桿件受力較大時(shí)，要設(shè)置加勁肋。104（2）空心球的

32、壁厚 由桿件內(nèi)力決定的，D與的比值，一般取3045。與鋼管最大壁厚的比值一般取1.22.0，且一般不宜小于4mm。105（3）空心球的優(yōu)化設(shè)計(jì) 通?？招那虻脑靸r(jià)為鋼管造價(jià)的23倍，空心球外徑D與鋼管外徑d呈線性關(guān)系。 設(shè)計(jì)時(shí)為提高壓桿的承載力，常選管徑大、管壁薄的桿件。 管徑大，空心球的外徑增大，網(wǎng)架總造價(jià)提高。反之，管徑減少，球徑減少，鋼管的用鋼量卻增大。106 研究表明，鋼管直徑（d）與球徑（D）有合理匹配問題，反映在壓桿長度l與空心球外徑D的合理比值k。即 D= l/k l 壓桿計(jì)算長度； k合理系數(shù)， 確定合理的空心球外徑后，再根據(jù)構(gòu)造要求或按下式確定鋼管外徑 ： d=D/2.7 10

33、7 合理的lD比值K 108（4） 空心球設(shè)計(jì)承載力計(jì)算空心球設(shè)計(jì)承載力計(jì)算 1) 受壓空心球 空心球是閉合的球殼，破壞屬殼體失穩(wěn)。 由于匯交桿件的多向性，球體承受和傳遞多個(gè)環(huán)形荷載，受力復(fù)雜。 試驗(yàn)表明：球節(jié)點(diǎn)在單向和雙向受力時(shí)，極限荷載很接近。 球體設(shè)計(jì)承載力是以單壓試驗(yàn)為依據(jù)。 109 ）受壓空心球的破壞荷載（Nc）與空心球壁厚t、空心球外徑D和連接鋼管外徑d有關(guān)。 當(dāng)D，d不變時(shí)，t增大，Nc增大； 當(dāng)D，t不變時(shí)，d增大，Nc增大； 當(dāng)t，d不變時(shí)，D增大，Nc無顯著影響。 ）不同的鋼種對(duì)Nc值無顯著影響。 ）加肋空心球比不加肋空心球提高承載力1.4倍。 試驗(yàn)結(jié)果：110 當(dāng)空心球外

34、徑D120500mm 時(shí)，受壓承載力設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式為：P65Ddt.tdNCC Nc受壓空心球的軸向壓力設(shè)計(jì)值（N）； D 空心球外徑（mm）； t 空心球壁厚（mm）； d 鋼管外徑（mm）； c 受壓空心球加肋提高系數(shù)： 不加肋 c =10； 加肋 c =141112）受拉空心球 破壞屬強(qiáng)度破壞，具有沖剪破壞特征。根據(jù)試驗(yàn)得出下列結(jié)論： ）破壞是由于鋼管外壁圓周沿球面上的復(fù)雜組合應(yīng)力過大而破壞。）加肋對(duì)受拉空心球承載力提高不多。112 當(dāng)空心球外徑D120500mm 時(shí)，受拉承載力設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式為：P66 ftd55. 0Ntt N t受拉空心球的軸向拉力設(shè)計(jì)值（N）； t 空心球壁厚

35、（mm）； d 鋼管外徑（mm）； f 鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）； t 受拉空心球加肋提高系數(shù)： 不加肋 t 1.0； 加肋 t =1.1 113(5) 鋼管與空心球的連接鋼管與空心球的連接 鋼管與空心球電焊連接，對(duì)接焊縫要求等強(qiáng)，焊縫質(zhì)量要達(dá)到級(jí)。鋼管壁厚大于4mm時(shí)端面要作剖口，在鋼管內(nèi)加設(shè)襯管(保證焊透）。114 N鋼管軸向力； d鋼管外徑； f 端縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù) 靜力荷載 f =1.22；動(dòng)力荷載 f 1.0 h e角焊縫有效厚度，h eh fcos（ /2） h f焊腳尺寸， 管壁與球壁夾角， ffw角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 鋼管與球面用角焊連接時(shí)，焊縫按斜角角焊縫計(jì)算，計(jì)算公

36、式為：wtfefdhN115三 焊接鋼板節(jié)點(diǎn)焊接鋼板節(jié)點(diǎn) 焊接鋼板節(jié)點(diǎn)是在平面桁架節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它沿受力方向設(shè)節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板間以焊縫相連，各桿件連接在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)板上。 它通常由在空間呈正交的十字節(jié)點(diǎn)板和設(shè)于底部或頂部的水平蓋板所組成。116117 焊接鋼板節(jié)點(diǎn)具有剛度大、用鋼量較少、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，但不便工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，工地焊接工作量大，適合于由角鋼桿件組成的網(wǎng)架。118四 支座節(jié)點(diǎn)支座節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)指支承在結(jié)構(gòu)上的網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)，要求做到受力明確，傳力簡捷，連接構(gòu)造簡單，安裝方便、可靠，經(jīng)濟(jì)合理，盡可能與計(jì)算假定吻合。 通常為鉸支座，允許它轉(zhuǎn)動(dòng)。 支座節(jié)點(diǎn)除傳遞豎向力外，還應(yīng)考慮地

37、震、風(fēng)荷載，溫度等產(chǎn)生水平位移和水平反力的影響。 119 1 支座節(jié)點(diǎn)的形式 根據(jù)網(wǎng)架類型、跨度大小、作用荷載情況、桿件截面形狀和節(jié)點(diǎn)形式等，合理選擇支座節(jié)點(diǎn)形式。 網(wǎng)架在豎向荷載作用下，支座一般都受壓，但有些也受拉。120（1）壓力支座節(jié)點(diǎn)常用的形式： l）平板壓力支座節(jié)點(diǎn)用于焊接鋼板節(jié)點(diǎn)用于球節(jié)點(diǎn) 它不能轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，預(yù)埋錨栓僅起定位作用，和計(jì)算假定相差較大，一般只用于小跨度L240m 。1212）單面弧形壓力支座 支座底板下設(shè)一弧形墊塊，沿弧形方向可轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形墊塊，用鑄鋼或厚鋼板制成。 底板反力比較均勻，比較符合不動(dòng)圓柱鉸支承情況。用于中小跨度。 兩個(gè)錨栓，一般設(shè)在墊塊的中心線上；當(dāng)支座反

38、力較大、支座節(jié)點(diǎn)體量較大時(shí)，在支座底板的四角，設(shè)四個(gè)錨栓，錨栓上部應(yīng)設(shè)彈簧。 1223）雙面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn) 又稱搖擺支座，支座底板與柱頂板間設(shè)一塊上下均為弧形的鑄鋼塊，兩側(cè)從支座底板和支承面頂板分別焊兩塊帶橢圓孔的梯形鋼板，由螺栓連成整體。 可沿弧形轉(zhuǎn)動(dòng)，也可產(chǎn)生水平移動(dòng)；對(duì)下部結(jié)構(gòu)抗震不利。 用于下部支承結(jié)構(gòu)剛度較大的大跨度或溫度變化較大，要求支座節(jié)點(diǎn)既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能移動(dòng)的網(wǎng)架。1234）球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn) 由一個(gè)置于支承面上半圓球與一個(gè)連于節(jié)點(diǎn)底板上凹形半球嵌合而成，用四個(gè)螺栓相連，并在螺帽下設(shè)彈簧?？裳貎蓚€(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生線位移，比較符合球鉸支承的約束條件，有利于抗震。 構(gòu)造上凸面球的曲率半

39、徑應(yīng)較凹面球的曲率半徑小些，以便接觸面呈點(diǎn)接觸，有利于支座的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 適用于多點(diǎn)支承的大跨度網(wǎng)架。1245）板式橡膠支座節(jié)點(diǎn) 支座底板與支承面間設(shè)一塊橡膠墊板，橡膠墊板由多層橡膠片與薄鋼板粘合、壓制而成。在底板與支承面間用錨栓相連。 橡膠墊板具有良好的彈性，可產(chǎn)生較大的剪切變形。 可適用網(wǎng)架支座節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，也可在水平作用下產(chǎn)生一定變位。一般用于大、中跨度。 但存在橡膠老化及下部支撐結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算等問題。125板式橡膠支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要求： (1) 溫度： 氣溫不低于-25C的地區(qū)，采用氯丁橡膠墊板； 氣溫不低于-30C的地區(qū)，采用耐寒氯丁橡膠墊板； 氣溫不低于-40c的地區(qū)，采用天然橡膠支座。

40、126 (2) 橡膠墊板中間的加勁薄鋼板，采用Q235鋼或Q345鋼，15Mnv鈉。薄鋼板的厚度為23mm，平面尺寸比橡膠片每邊小5mm。 (3) 橡膠墊板的平面尺寸按強(qiáng)度條件計(jì)算確定，短邊與長邊尺寸比 ab1:11:1.5。 短邊平行于網(wǎng)架跨度方向，長邊順網(wǎng)架支座切線方向，便于支座的轉(zhuǎn)動(dòng)。127 (4) 橡膠墊板與基座的鋼板或混凝土間可用502膠等膠結(jié)劑粘結(jié)固定必要時(shí)可增設(shè)銷釘?shù)认尬谎b置。 為防止老化，可在橡膠墊板四周涂以酚醛樹脂，并粘結(jié)泡沫塑料等。 設(shè)計(jì)時(shí)要考慮橡膠老化而需要更換的條件。128 (5) 當(dāng)網(wǎng)架支座錨栓通過橡膠墊板時(shí)，橡膠墊板上的錨栓孔徑應(yīng)比錨栓直徑大1020mm，以便于橡膠

41、墊板的剪切變形和壓縮變形。 (6) 橡膠墊板的總厚度d應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架跨度方向的伸縮量和網(wǎng)架支座轉(zhuǎn)角的要求來確定。 一般 d（1/103/10）a 且 d 40mm a 短邊長度 129 (7) 橡膠墊板中橡膠片的厚度，上下表層dt取2.5mm，中間各層di可取為墊板短邊尺寸的1251/30，常用厚度宜采用5mm、8mm或11mm。 (8) 橡膠墊板在安裝、使用過程中，要避免與油脂等油類物質(zhì)以及其它對(duì)橡膠有害的物質(zhì)接觸。130（2）拉力支座節(jié)點(diǎn) 1）平板拉力支座節(jié)點(diǎn) 錨栓承受拉力，適用于支座拉力不大，跨度較小的網(wǎng)架。1312）單面弧形拉力支座節(jié)點(diǎn) 與單面弧形壓力支座相似，支座下部設(shè)置了弧形板，有利于

42、支座作微量轉(zhuǎn)動(dòng)。為更好地傳遞支座的拉力，應(yīng)在節(jié)點(diǎn)板處設(shè)置錨栓支座托座，以增強(qiáng)支座節(jié)點(diǎn)的剛度。 兩個(gè)螺栓時(shí)，螺栓應(yīng)布置在節(jié)點(diǎn)中心線上。4個(gè)螺栓時(shí)應(yīng)盡量靠近中心位置布置，螺母不要擰得太緊，支座板可以較自由地沿弧面移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。 適用于中小跨度的網(wǎng)架。1322 支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) （1）平板支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 1）確定底板尺寸和厚度 設(shè)支座反力為R，支座底板面積：ncRAf0AbaAn a、b底板的長度和寬度； A0錨栓孔面積 底板最小尺寸一般不小于200mm 。133底板的厚度：fM6 M帶加勁肋底板彎矩 211qaMnARq 底板不宜太薄，一般不小于1620mm。 1342)支座節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì) 為提高支座節(jié)

43、點(diǎn)的側(cè)向剛度，減少底板彎矩，改善底板的受力，設(shè)置節(jié)點(diǎn)板。 節(jié)點(diǎn)板一般不受強(qiáng)度控制，但自由邊可能在底板向上壓力的作用下受壓而屈曲。要求：當(dāng) b1/hc1.0時(shí)， b1/tc42.28當(dāng) 1.0b1/hc2.0時(shí)， b1/tc42.28(b1/hc)135(2)弧形支座板的計(jì)算 1）弧形支座板的平面尺寸應(yīng)滿足局部承壓的強(qiáng)度條件。 2）弧形支座板的厚度ta按懸臂梁計(jì)算確定。1368)2)(212RabaabRa應(yīng)滿足的強(qiáng)度條件：fWMamax34aRatbff鑄鋼或鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，W弧形支座板中央截面的截面抵抗矩，W=bt2a/6R支座反力設(shè)計(jì)值，a 弧形支座板的寬度，b弧形支座板的長度。即:弧形板中央截面高度（支座底板厚度），且不小于50mm。137 按弧形支座板與支座底板的接觸應(yīng)力驗(yàn)算，接觸應(yīng)力按赫茲公式計(jì)算，其強(qiáng)度條件為3) 弧面半徑的確定:弧面半徑 r25R/2bf (或r0.18RE/b(fp)2f )，且不小于2a?；⌒沃ё宓暮穸?t0 15 mm。0.418pERfrbfp鑄鋼或鋼材自由接觸時(shí)的局部擠壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， fp=2.62fy 。