第六章 鋼桁架

1、一一. .桁架及其應(yīng)用桁架及其應(yīng)用 桁架是指由直桿在桿端相互連接而組成的以抗彎為桁架是指由直桿在桿端相互連接而組成的以抗彎為主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。桁架中的桿件大多只承受軸向力，材主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。桁架中的桿件大多只承受軸向力，材料性能發(fā)揮較好，特別適用于跨度或高度較大的結(jié)構(gòu)。料性能發(fā)揮較好，特別適用于跨度或高度較大的結(jié)構(gòu)。 桁架主要有空間桁架（網(wǎng)架和塔架）、平面桁架桁架主要有空間桁架（網(wǎng)架和塔架）、平面桁架（屋架、吊車桁架、水工結(jié)構(gòu)中的鋼棧橋、鋼桁架引橋、（屋架、吊車桁架、水工結(jié)構(gòu)中的鋼棧橋、鋼桁架引橋、鋼閘門中的桁架等）。鋼閘門中的桁架等）。 空間塔架空間塔架 為運(yùn)輸材料、設(shè)備、為運(yùn)輸材料、設(shè)備、人

2、員而修建的臨時(shí)橋梁設(shè)施，人員而修建的臨時(shí)橋梁設(shè)施，按采用的材料分為木棧橋和鋼按采用的材料分為木棧橋和鋼棧橋。棧橋。鋼棧橋：鋼棧橋： 目前世界上最長(zhǎng)的施工棧橋目前世界上最長(zhǎng)的施工棧橋?qū)幉ê贾轂晨绾４髽蚰习秾幉ê贾轂晨绾４髽蚰习妒┕蚴┕?，全長(zhǎng)，全長(zhǎng)94449444米，共米，共633633跨，是海上主橋施工物資供應(yīng)跨，是海上主橋施工物資供應(yīng)及交通出入的唯一通道，也是整座跨海大橋施工的基礎(chǔ)性工程及交通出入的唯一通道，也是整座跨海大橋施工的基礎(chǔ)性工程和控制性工程。和控制性工程。 本章主要介紹平面簡(jiǎn)支桁架的設(shè)計(jì)本章主要介紹平面簡(jiǎn)支桁架的設(shè)計(jì)。二二.平面桁架的外形和腹桿體系平面桁架的外形和腹桿體系

3、影響桁架外形選擇的因素：影響桁架外形選擇的因素：1.滿足使用要求；滿足使用要求；2.受力合理受力合理 ；3.便于制做和安裝便于制做和安裝 ；4.綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果好。綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果好。桁架應(yīng)具有適當(dāng)?shù)闹胁扛叨辱旒軕?yīng)具有適當(dāng)?shù)闹胁扛叨菻 H 和端部高度和端部高度H H0 0（三角形桁架端部高（三角形桁架端部高度為零）。度為零）。H H 取決于運(yùn)輸界限（鐵路運(yùn)輸為取決于運(yùn)輸界限（鐵路運(yùn)輸為3.85m3.85m）和建筑高度）和建筑高度要求的最大限值要求的最大限值H Hmaxmax、剛度要求的最小限值、剛度要求的最小限值H Hminmin以及使弦桿和腹桿以及使弦桿和腹桿總用鋼量最少的經(jīng)濟(jì)高度總用鋼量最

4、少的經(jīng)濟(jì)高度H Hecec。簡(jiǎn)支梯形和平行弦桁架，通常。簡(jiǎn)支梯形和平行弦桁架，通常H H（1/51/51/101/10）L ,L ,簡(jiǎn)支梯形鋼桁架對(duì)端部高度簡(jiǎn)支梯形鋼桁架對(duì)端部高度H H0 0無(wú)特殊要求；無(wú)特殊要求； 當(dāng)梯形鋼桁架與柱剛接時(shí)，桁架端部有負(fù)彎矩，要求當(dāng)梯形鋼桁架與柱剛接時(shí)，桁架端部有負(fù)彎矩，要求H H0 0（1/91/91/181/18）L L ，鋼屋架中常用，鋼屋架中常用H H0 0（1.81.82.22.2）m m。 1.1.上弦橫向水平支撐上弦橫向水平支撐 布置原則布置原則：上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在房屋的兩端，一上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在房屋的兩端，一般設(shè)在第一個(gè)柱間或設(shè)在第

5、二個(gè)柱間。橫向水平支撐的般設(shè)在第一個(gè)柱間或設(shè)在第二個(gè)柱間。橫向水平支撐的間距間距L L0 0不宜超過(guò)不宜超過(guò)60m60m。當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度超過(guò)。當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度超過(guò)60m60m時(shí)，還應(yīng)時(shí)，還應(yīng)在溫度區(qū)段中部布置一道或幾道橫向水平支撐。在溫度區(qū)段中部布置一道或幾道橫向水平支撐。布置位置布置位置：位于相鄰兩榀桁架上弦桿之間的橫向水（斜）：位于相鄰兩榀桁架上弦桿之間的橫向水（斜）平面內(nèi)。平面內(nèi)。2. 2. 下弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐 布置原則布置原則：一般情況均應(yīng)設(shè)置下弦橫向水平支撐。只有一般情況均應(yīng)設(shè)置下弦橫向水平支撐。只有當(dāng)桁架跨度比較?。ó?dāng)桁架跨度比較?。↙18m），且沒(méi)有懸掛式吊車，或），

6、且沒(méi)有懸掛式吊車，或雖有懸掛吊車但起重噸位不大，廠房?jī)?nèi)也無(wú)較大的振動(dòng)雖有懸掛吊車但起重噸位不大，廠房?jī)?nèi)也無(wú)較大的振動(dòng)設(shè)備時(shí)，可不設(shè)下弦橫向水平支撐。設(shè)備時(shí)，可不設(shè)下弦橫向水平支撐。布置位置布置位置：與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間，以形：與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間，以形成空間穩(wěn)定體。成空間穩(wěn)定體。3. 3. 縱向水平支撐縱向水平支撐布置原則布置原則：當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有托架，或有較大噸位的重級(jí)、：當(dāng)房屋內(nèi)設(shè)有托架，或有較大噸位的重級(jí)、中級(jí)工作制的橋式吊車，或有壁行吊車，或有鍛錘等大中級(jí)工作制的橋式吊車，或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動(dòng)設(shè)備，以及房屋較高、跨度較大，空間剛度要求型振動(dòng)設(shè)備，以及房屋

7、較高、跨度較大，空間剛度要求較高時(shí)，均應(yīng)布置縱向水平支撐。較高時(shí)，均應(yīng)布置縱向水平支撐。布置位置布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端節(jié)間端節(jié)間沿廠房縱向水平面內(nèi)布置。沿廠房縱向水平面內(nèi)布置。 4.4.垂直支撐垂直支撐 布置原則布置原則：所有廠房中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。所有廠房中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。沿廠房縱向，屋架的垂直支撐與上、下弦橫向水平支沿廠房縱向，屋架的垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間撐布置在同一柱間。布置位置布置位置： 相鄰兩榀屋架之間的梁端縱向垂直平面內(nèi)。相鄰兩榀屋架之間的梁端縱向垂直平面內(nèi)。梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L3

8、0m、三角形屋架在跨度、三角形屋架在跨度L24m時(shí)，僅在屋架跨度中央設(shè)置一道垂直支撐，當(dāng)屋架跨時(shí)，僅在屋架跨度中央設(shè)置一道垂直支撐，當(dāng)屋架跨度大于上述數(shù)值時(shí)，宜在跨度度大于上述數(shù)值時(shí)，宜在跨度1/3處、天窗架側(cè)柱處處、天窗架側(cè)柱處設(shè)設(shè)置兩道。置兩道。 對(duì)于梯形屋架，在屋架兩端還應(yīng)各設(shè)置一道對(duì)于梯形屋架，在屋架兩端還應(yīng)各設(shè)置一道垂直支撐。垂直支撐。 5.5.系桿系桿系桿的作用系桿的作用：對(duì)于不設(shè)橫向支撐的其它屋架，屋架上、：對(duì)于不設(shè)橫向支撐的其它屋架，屋架上、下弦的側(cè)向穩(wěn)定性則由與橫向支撐節(jié)點(diǎn)相連的系桿來(lái)保下弦的側(cè)向穩(wěn)定性則由與橫向支撐節(jié)點(diǎn)相連的系桿來(lái)保證。證。系桿的類型：系桿的類型：能承受壓力

9、和拉力的系桿稱為能承受壓力和拉力的系桿稱為剛性系桿剛性系桿；只能承受拉力的系桿叫只能承受拉力的系桿叫柔性系桿柔性系桿。其長(zhǎng)細(xì)比分別按壓桿。其長(zhǎng)細(xì)比分別按壓桿和拉桿控制。和拉桿控制。布置原則布置原則：在垂直支撐的平面內(nèi)一般應(yīng)設(shè)置上、下弦系：在垂直支撐的平面內(nèi)一般應(yīng)設(shè)置上、下弦系桿；屋脊節(jié)點(diǎn)及主要節(jié)點(diǎn)處需設(shè)置剛性系桿，天窗側(cè)柱桿；屋脊節(jié)點(diǎn)及主要節(jié)點(diǎn)處需設(shè)置剛性系桿，天窗側(cè)柱處及下弦跨中附近設(shè)置柔性系桿；當(dāng)屋架橫向支撐設(shè)在處及下弦跨中附近設(shè)置柔性系桿；當(dāng)屋架橫向支撐設(shè)在廠房端部第二柱間時(shí)，則第一柱間的所有系桿均布置為廠房端部第二柱間時(shí)，則第一柱間的所有系桿均布置為剛性系桿，以傳遞山墻所承受的部分風(fēng)壓

10、力等。剛性系桿，以傳遞山墻所承受的部分風(fēng)壓力等。 即只考慮受拉腹桿按柔即只考慮受拉腹桿按柔性方案參與工作性方案參與工作。 1.1.作用荷載作用荷載 桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩類，計(jì)算桁架內(nèi)力時(shí)，應(yīng)考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、荷載組類，計(jì)算桁架內(nèi)力時(shí)，應(yīng)考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、荷載組合系數(shù)，合系數(shù)，并按最不利荷載組合情況計(jì)算桁架桿件內(nèi)力并按最不利荷載組合情況計(jì)算桁架桿件內(nèi)力。2. 2. 桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖 按鉸接平面桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。按鉸接平面桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。3. 3. 內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)化計(jì)算方法如圖所示。簡(jiǎn)化計(jì)算方法如圖所示。 M

11、 M1 1=0.8M=0.8M0 0 M M2 2= =0.6M0.6M0 0 首先把桁架上的作用荷載等效地轉(zhuǎn)換到桁架節(jié)點(diǎn)上得節(jié)點(diǎn)荷載，首先把桁架上的作用荷載等效地轉(zhuǎn)換到桁架節(jié)點(diǎn)上得節(jié)點(diǎn)荷載，然后可按然后可按結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的數(shù)解法、圖解法或平面桁架有限元程序中的數(shù)解法、圖解法或平面桁架有限元程序計(jì)算鉸接平面桁架桿件的軸力。計(jì)算鉸接平面桁架桿件的軸力。 待求得節(jié)點(diǎn)荷載作用下各桿件的軸力后，對(duì)有節(jié)間荷載的弦桿，待求得節(jié)點(diǎn)荷載作用下各桿件的軸力后，對(duì)有節(jié)間荷載的弦桿，再按剛接桁架計(jì)算該類桿件的正負(fù)彎矩值再按剛接桁架計(jì)算該類桿件的正負(fù)彎矩值 。簡(jiǎn)化計(jì)算方法如圖所。簡(jiǎn)化計(jì)算方法如圖所示。示。 （一）

12、桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度（一）桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度L Lx x 桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)桿件的桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)桿件的節(jié)間長(zhǎng)度節(jié)間長(zhǎng)度和和兩端約束情況兩端約束情況確定：確定：1.1.上下弦桿：上下弦桿：L LX X=L=L（節(jié)間長(zhǎng)度）（節(jié)間長(zhǎng)度）2.2.腹腹 桿：支座處豎腹桿和斜腹桿桿：支座處豎腹桿和斜腹桿L LX X=L=L （節(jié)間長(zhǎng)度）（節(jié)間長(zhǎng)度） 中部其它腹桿中部其它腹桿L LX X=0.8L=0.8L （L L為節(jié)間長(zhǎng)度）為節(jié)間長(zhǎng)度）3 3、交叉腹桿：、交叉腹桿：LX=節(jié)點(diǎn)中心至節(jié)點(diǎn)中心至 交叉點(diǎn)間的距離交叉點(diǎn)間的距離 （二）桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度（二）桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度L LY Y

13、桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度L LY Y應(yīng)取應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離：1.1.上下弦桿：上下弦桿：L LY Y= =L L1 1（L L1 1為側(cè)向支點(diǎn)間的距離為側(cè)向支點(diǎn)間的距離）2.2.腹腹 桿：桿：L LY Y=L=L（節(jié)間長(zhǎng)度節(jié)間長(zhǎng)度）3 3、交叉腹桿：交叉腹桿在桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度的確定、交叉腹桿：交叉腹桿在桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度的確定與桿件受拉和受壓有關(guān)，也與桿件在交叉點(diǎn)處的斷開情與桿件受拉和受壓有關(guān)，也與桿件在交叉點(diǎn)處的斷開情況有關(guān)，具體計(jì)算參見教材的相關(guān)規(guī)定。況有關(guān)，具體計(jì)算參見教材的相關(guān)規(guī)定。 受壓弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)間距時(shí)常為節(jié)間長(zhǎng)度的受壓弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)間

14、距時(shí)常為節(jié)間長(zhǎng)度的2 2倍倍（圖（圖7-137-13（a a），而弦桿兩節(jié)間的軸心壓力可能不相），而弦桿兩節(jié)間的軸心壓力可能不相等，當(dāng)用較大的軸力驗(yàn)算弦桿平面外穩(wěn)定時(shí)，如果計(jì)算等，當(dāng)用較大的軸力驗(yàn)算弦桿平面外穩(wěn)定時(shí)，如果計(jì)算長(zhǎng)度仍用長(zhǎng)度仍用L L1 1顯然過(guò)于保守。顯然過(guò)于保守。（二）桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度（二）桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度L LY Y 此時(shí)應(yīng)按下式確定平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：此時(shí)應(yīng)按下式確定平面外的計(jì)算長(zhǎng)度： 計(jì)算時(shí)壓力取正號(hào)，拉力取負(fù)號(hào)。計(jì)算時(shí)壓力取正號(hào)，拉力取負(fù)號(hào)。 再分式腹桿的受壓主斜桿在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度再分式腹桿的受壓主斜桿在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度（圖（圖7-13b7-13b），也

15、按上式計(jì)算。在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)），也按上式計(jì)算。在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度則取節(jié)點(diǎn)間的距離。對(duì)于再分式受拉主斜桿在桁架平度則取節(jié)點(diǎn)間的距離。對(duì)于再分式受拉主斜桿在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度仍取面外的計(jì)算長(zhǎng)度仍取L1 。（三）（三）斜平面的計(jì)算長(zhǎng)度斜平面的計(jì)算長(zhǎng)度La 對(duì)于單角鋼或雙角鋼組成的十字形截面腹桿，受壓對(duì)于單角鋼或雙角鋼組成的十字形截面腹桿，受壓桿件將繞截面最小回轉(zhuǎn)半徑的軸整體失穩(wěn)。該方向相對(duì)桿件將繞截面最小回轉(zhuǎn)半徑的軸整體失穩(wěn)。該方向相對(duì)于桁架平面為一斜平面。繞該軸的計(jì)算長(zhǎng)度取為于桁架平面為一斜平面。繞該軸的計(jì)算長(zhǎng)度取為L(zhǎng)a=0.9 L L為節(jié)間長(zhǎng)度為節(jié)間長(zhǎng)度?；驹瓌t：基本原則：桁架桿件的

16、截面形式應(yīng)根據(jù)用料經(jīng)濟(jì)、連接桁架桿件的截面形式應(yīng)根據(jù)用料經(jīng)濟(jì)、連接構(gòu)造簡(jiǎn)單和具有構(gòu)造簡(jiǎn)單和具有足夠剛度足夠剛度等要求綜合確定。等要求綜合確定。（1 1）對(duì)于軸心受力的腹桿，應(yīng)考慮兩方向（繞）對(duì)于軸心受力的腹桿，應(yīng)考慮兩方向（繞X X軸、軸、Y Y軸）的等穩(wěn)定性要求。軸）的等穩(wěn)定性要求。（2 2）對(duì)于上弦桿，當(dāng)為軸心壓桿時(shí)，應(yīng)考慮等穩(wěn)定性）對(duì)于上弦桿，當(dāng)為軸心壓桿時(shí)，應(yīng)考慮等穩(wěn)定性要求；當(dāng)為壓彎構(gòu)件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大彎矩作用方向的截要求；當(dāng)為壓彎構(gòu)件時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大彎矩作用方向的截面高度。面高度。（3 3）對(duì)于下弦桿，作為平面桁架的外框，應(yīng)適當(dāng)加大）對(duì)于下弦桿，作為平面桁架的外框，應(yīng)適當(dāng)加大桿件在桁架

17、平面外的剛度。普通桁架的桿件截面常采用桿件在桁架平面外的剛度。普通桁架的桿件截面常采用角鋼組合成的角鋼組合成的T T形、十字形或單角鋼截面。重型桁架常形、十字形或單角鋼截面。重型桁架常采用采用H H型鋼、箱形截面或兩槽鋼組合截面。型鋼、箱形截面或兩槽鋼組合截面。角鋼組合角鋼組合截面形式截面形式 桁架的桿件一般為軸心受力構(gòu)件，當(dāng)桁架弦桿作用桁架的桿件一般為軸心受力構(gòu)件，當(dāng)桁架弦桿作用有節(jié)間荷載時(shí)，則弦桿為壓彎（上弦）或拉彎（下弦）有節(jié)間荷載時(shí)，則弦桿為壓彎（上弦）或拉彎（下弦）構(gòu)件。構(gòu)件。 普通鋼桁架桿件截面設(shè)計(jì)時(shí)尚需注意下列問(wèn)題：普通鋼桁架桿件截面設(shè)計(jì)時(shí)尚需注意下列問(wèn)題： （1 1）宜優(yōu)先選用

18、）宜優(yōu)先選用肢寬壁薄肢寬壁薄的截面，使桿件在相同用的截面，使桿件在相同用鋼量的情況下截面具有較大的回轉(zhuǎn)半徑和慣性矩。鋼量的情況下截面具有較大的回轉(zhuǎn)半徑和慣性矩。 （2 2）為減少拼接的設(shè)置，桁架弦桿的截面宜）為減少拼接的設(shè)置，桁架弦桿的截面宜根據(jù)弦根據(jù)弦桿的最大內(nèi)力來(lái)選擇桿的最大內(nèi)力來(lái)選擇，對(duì)于跨度不大的桁架宜采用等截，對(duì)于跨度不大的桁架宜采用等截面弦桿。面弦桿。（3 3）對(duì)于桁架的桿件，應(yīng)根據(jù)桿件在桁架平面內(nèi)、外的）對(duì)于桁架的桿件，應(yīng)根據(jù)桿件在桁架平面內(nèi)、外的計(jì)算長(zhǎng)度不同，選擇不同形式的雙角鋼組合截面，盡量計(jì)算長(zhǎng)度不同，選擇不同形式的雙角鋼組合截面，盡量做到做到x xyy。（4 4）當(dāng)桁架豎

19、桿的外伸邊需與垂直支撐相連時(shí)，則該豎）當(dāng)桁架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連時(shí)，則該豎桿宜采用由桿宜采用由雙角鋼組成的十字形截面雙角鋼組成的十字形截面，以使垂直支撐對(duì)，以使垂直支撐對(duì)該豎桿的連接偏心為最小。該豎桿的連接偏心為最小。（5 5）為了便于備料，整榀桁架所用的角鋼規(guī)格不宜超過(guò)）為了便于備料，整榀桁架所用的角鋼規(guī)格不宜超過(guò)7 71010種種。（6 6）需用）需用C C級(jí)螺栓與支撐桿件相連接的桁架桿件角鋼的級(jí)螺栓與支撐桿件相連接的桁架桿件角鋼的邊長(zhǎng)，應(yīng)注意其所能采用的螺栓最大直徑。邊長(zhǎng)，應(yīng)注意其所能采用的螺栓最大直徑。 鋼桁架一般在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置鋼桁架一般在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板，交匯于節(jié)點(diǎn)的各桿

20、件都與，交匯于節(jié)點(diǎn)的各桿件都與節(jié)點(diǎn)板相連接，形成桁架的節(jié)點(diǎn)，各桿件把力傳給節(jié)點(diǎn)板并相互節(jié)點(diǎn)板相連接，形成桁架的節(jié)點(diǎn)，各桿件把力傳給節(jié)點(diǎn)板并相互平衡。一般桿件（平衡。一般桿件（腹桿和端部弦桿腹桿和端部弦桿）把桿件全部?jī)?nèi)力）把桿件全部?jī)?nèi)力 傳給傳給節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板，板，而在而在節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處連續(xù)的桿件（處連續(xù)的桿件（如中部區(qū)域弦桿如中部區(qū)域弦桿）則把）則把節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的內(nèi)力兩側(cè)的內(nèi)力差差傳給傳給節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板。當(dāng)板。當(dāng)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)上作用有荷載上作用有荷載P P時(shí)，則傳給時(shí)，則傳給節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的力板的力為為N N或或N N與與P P。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。 桿件與桿

21、件與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接板的連接通常采用焊接。通常采用焊接。對(duì)于輸電對(duì)于輸電線路塔架和一些需拆卸的線路塔架和一些需拆卸的桁架以及安裝連接時(shí)也常桁架以及安裝連接時(shí)也常采用采用C C級(jí)螺栓。高強(qiáng)度螺級(jí)螺栓。高強(qiáng)度螺栓連接在重型桁架中應(yīng)用栓連接在重型桁架中應(yīng)用較多，可在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行較多，可在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。拼裝。本節(jié)主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。本節(jié)主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。( (一一) )節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的厚度板的厚度 鋼桁架各桿件在鋼桁架各桿件在節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處都與處都與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板相連接，傳遞內(nèi)力并相互板相連接，傳遞內(nèi)力并相互平衡。平衡。節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板中的應(yīng)力分布非常復(fù)雜，板中的應(yīng)

22、力分布非常復(fù)雜，確定確定節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板厚度的主要依板厚度的主要依據(jù)是各據(jù)是各節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)處每根桿件傳給處每根桿件傳給節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的內(nèi)力。板的內(nèi)力。因?yàn)檎旒艿囊驗(yàn)檎旒艿墓?jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板厚度相同，故應(yīng)板厚度相同，故應(yīng)以桁架的最大腹桿內(nèi)力以桁架的最大腹桿內(nèi)力N Nmaxmax（對(duì)三角形桁架取弦（對(duì)三角形桁架取弦桿端節(jié)間內(nèi)力）來(lái)確定全桁架的桿端節(jié)間內(nèi)力）來(lái)確定全桁架的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板厚度。板厚度。桿件的填板：桿件的填板：雙角鋼雙角鋼T T形或十形或十字形是組合截面，為保證兩個(gè)字形是組合截面，為保證兩個(gè)角鋼能整體共同受力，應(yīng)每隔角鋼能整體共同受力，應(yīng)每隔一定間距在兩角鋼間放置填板一定間距在兩角鋼間放置填板（綴板），如

23、圖所示，填板中（綴板），如圖所示，填板中距距L Ld d分別為：分別為：壓桿：壓桿：L Ld d4040i i1 1拉桿：拉桿：L Ld d8080i i1 1。（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求1.1.各桿件的形心線理論上應(yīng)與桁架的桿件軸線重合，以免出現(xiàn)偏各桿件的形心線理論上應(yīng)與桁架的桿件軸線重合，以免出現(xiàn)偏心受力而引起附加彎矩。但為了方便制造，通常將角鋼肢背至桿心受力而引起附加彎矩。但為了方便制造，通常將角鋼肢背至桿件軸線的距離取為件軸線的距離取為5mm5mm的整數(shù)倍，所取數(shù)值應(yīng)使軸線與桿件的形心的整數(shù)倍，所取數(shù)值應(yīng)使軸線與桿件的形心線間距最小，作為角鋼的定位尺寸。當(dāng)弦桿截面

24、有改變，為方便線間距最小，作為角鋼的定位尺寸。當(dāng)弦桿截面有改變，為方便拼接和安放屋面構(gòu)件，應(yīng)使角鋼的肢背齊平；此時(shí)應(yīng)取拼接和安放屋面構(gòu)件，應(yīng)使角鋼的肢背齊平；此時(shí)應(yīng)取兩形心線兩形心線的中線作為弦桿的共同軸線的中線作為弦桿的共同軸線（下圖所示），以減小兩個(gè)角鋼的形（下圖所示），以減小兩個(gè)角鋼的形心線錯(cuò)開而產(chǎn)生的偏心影響。心線錯(cuò)開而產(chǎn)生的偏心影響。（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求2.2.節(jié)點(diǎn)處各桿件邊緣間應(yīng)留一定間隙節(jié)點(diǎn)處各桿件邊緣間應(yīng)留一定間隙C C（下圖所示），以（下圖所示），以便于拼接和施焊，并避免焊縫過(guò)于密集便于拼接和施焊，并避免焊縫過(guò)于密集而使鋼材焊接過(guò)而使鋼材焊接過(guò)熱變

25、脆。一般取熱變脆。一般取c20mm；對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的焊接；對(duì)直接承受動(dòng)力荷載的焊接桁架，腹桿與弦桿之間的間隙取桁架，腹桿與弦桿之間的間隙取c40mm。但在桁架圖但在桁架圖中一般不直接表明各處中一般不直接表明各處c值，而是注明各切斷桿件的端距值，而是注明各切斷桿件的端距以控制有足夠的間隙以控制有足夠的間隙c。3.3.角鋼的切斷面一般應(yīng)與其軸線垂直，為使節(jié)點(diǎn)緊湊需角鋼的切斷面一般應(yīng)與其軸線垂直，為使節(jié)點(diǎn)緊湊需要斜切時(shí)，只能切肢尖（左圖要斜切時(shí)，只能切肢尖（左圖 (a)(a)）。節(jié)點(diǎn)板的形狀和）。節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸在繪制桁架施工圖時(shí)決定。節(jié)點(diǎn)板的形狀應(yīng)簡(jiǎn)單，尺寸在繪制桁架施工圖時(shí)決定。節(jié)點(diǎn)板的形

26、狀應(yīng)簡(jiǎn)單，如采用矩形、梯形（左圖如采用矩形、梯形（左圖C C）等凸多邊形。）等凸多邊形。4.4.一般腹桿和端節(jié)間弦桿需將其全部?jī)?nèi)力傳給節(jié)點(diǎn)板，一般腹桿和端節(jié)間弦桿需將其全部?jī)?nèi)力傳給節(jié)點(diǎn)板，節(jié)點(diǎn)板外邊緣與桿件邊線間的擴(kuò)大角宜節(jié)點(diǎn)板外邊緣與桿件邊線間的擴(kuò)大角宜11：4 41 1：3 3（1515。 2020。，右圖，右圖(b)(b)），強(qiáng)度用足的桿件宜），強(qiáng)度用足的桿件宜11：2 2。5.5.在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時(shí)，在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時(shí)，角鋼的水平伸出肢寬一般應(yīng)角鋼的水平伸出肢寬一般應(yīng)707090mm90mm。角鋼應(yīng)有一定厚。角鋼應(yīng)有一定厚度以免在

27、集中荷載作用下發(fā)生過(guò)大彎曲。當(dāng)厚度確有困難度以免在集中荷載作用下發(fā)生過(guò)大彎曲。當(dāng)厚度確有困難不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取加強(qiáng)措施，如下圖所示。不能滿足要求時(shí)，應(yīng)采取加強(qiáng)措施，如下圖所示。桁架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟為：桁架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟為： 按正確角度畫出交匯于該按正確角度畫出交匯于該節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的各桿軸線（軸線至角的各桿軸線（軸線至角鋼肢背的距離取鋼肢背的距離取5mm5mm的整數(shù)倍）。的整數(shù)倍）。 按比例畫出與各桿件軸線相應(yīng)的角鋼輪廓線，并依據(jù)按比例畫出與各桿件軸線相應(yīng)的角鋼輪廓線，并依據(jù)桿件邊緣的間隙要求桿件邊緣的間隙要求c c，確定各桿端位置。，確定各桿端位置。 根據(jù)各桿件內(nèi)力根據(jù)各桿件內(nèi)力N N，計(jì)算各桿

28、件端部與，計(jì)算各桿件端部與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接板的連接角焊縫尺寸角焊縫尺寸l lw w，布置焊縫，并按比例繪于，布置焊縫，并按比例繪于節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)圖上。圖上。 確定確定節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的合理形狀（凸多邊形）和尺寸，要求板的合理形狀（凸多邊形）和尺寸，要求節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)板能框進(jìn)所有焊縫，并注意沿焊縫長(zhǎng)度方向多留約板能框進(jìn)所有焊縫，并注意沿焊縫長(zhǎng)度方向多留約2h2hf f的長(zhǎng)度以考慮施焊時(shí)的焊口影響，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向應(yīng)的長(zhǎng)度以考慮施焊時(shí)的焊口影響，垂直于焊縫長(zhǎng)度方向應(yīng)留出留出101015mm15mm的焊縫位置。的焊縫位置。 進(jìn)行進(jìn)行節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。鋼桁架的節(jié)點(diǎn)鋼桁架的節(jié)點(diǎn)主要有一

29、般節(jié)點(diǎn)（無(wú)節(jié)點(diǎn)荷載、無(wú)拼接）、主要有一般節(jié)點(diǎn)（無(wú)節(jié)點(diǎn)荷載、無(wú)拼接）、有集中荷載的節(jié)點(diǎn)、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)和支座節(jié)點(diǎn)幾種類型：有集中荷載的節(jié)點(diǎn)、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)和支座節(jié)點(diǎn)幾種類型：1 1、一般節(jié)點(diǎn)、一般節(jié)點(diǎn)一般一般節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)是指無(wú)集中荷載和無(wú)弦桿拼接的是指無(wú)集中荷載和無(wú)弦桿拼接的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造形式，構(gòu)造形式如圖所示。設(shè)計(jì)步驟如下：如圖所示。設(shè)計(jì)步驟如下： 根據(jù)各腹桿內(nèi)力根據(jù)各腹桿內(nèi)力N Ni i計(jì)算各腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接角焊縫計(jì)算各腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接角焊縫尺寸，尺寸，肢背焊縫：取肢背焊縫：取h hf1f1，計(jì)算，計(jì)算L LW1W1=k=k1 1N Ni i/(2/(20.7h0.7hf1f1f ff fw

30、 w)+2h)+2hf1f1 肢尖焊縫：取肢尖焊縫：取h hf2f2，計(jì)算，計(jì)算L Lw2w2=k=k2 2Ni/(2Ni/(20.7h0.7hf2f2f ff fw w)+2h)+2hf2f2 按比例把各腹桿與按比例把各腹桿與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸標(biāo)注在各桿板的連接焊縫尺寸標(biāo)注在各桿端，并確定端，并確定節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，板的形狀和尺寸，節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的尺寸應(yīng)能框進(jìn)板的尺寸應(yīng)能框進(jìn)所有的焊縫，同時(shí)還應(yīng)伸出弦桿角鋼肢背所有的焊縫，同時(shí)還應(yīng)伸出弦桿角鋼肢背101015mm15mm，以便，以便弦桿與弦桿與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的焊接。板的焊接。 計(jì)算弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，由于弦桿不斷計(jì)算弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)

31、板的連接焊縫，由于弦桿不斷開，故弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫應(yīng)按相鄰節(jié)間弦桿的內(nèi)力開，故弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫應(yīng)按相鄰節(jié)間弦桿的內(nèi)力差差N=N1-N2計(jì)算。通常所需焊縫長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于節(jié)點(diǎn)板的實(shí)計(jì)算。通常所需焊縫長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于節(jié)點(diǎn)板的實(shí)際長(zhǎng)度，因此可按構(gòu)造要求的際長(zhǎng)度，因此可按構(gòu)造要求的hfmin滿焊即可。滿焊即可。2 2、有集中荷載作用的節(jié)點(diǎn)、有集中荷載作用的節(jié)點(diǎn) 確定各腹桿與確定各腹桿與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫及節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸的步驟、板的連接焊縫及節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸的步驟、方法同一般節(jié)點(diǎn)。方法同一般節(jié)點(diǎn)。 弦桿與弦桿與節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：為了放置上部構(gòu)件（檁條或大板的連接焊縫計(jì)算：為了放置上部構(gòu)件（檁條

32、或大型屋面板），型屋面板），節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板須縮入上弦角鋼肢背不小于（板須縮入上弦角鋼肢背不小于（0.5+2mm),0.5+2mm),且且不大于不大于(為節(jié)點(diǎn)板厚度為節(jié)點(diǎn)板厚度) )的深度的深度, ,并用塞焊縫連接并用塞焊縫連接. .常采用近似方常采用近似方法計(jì)算法計(jì)算, ,即假定塞焊縫相當(dāng)于兩條焊腳尺寸各為即假定塞焊縫相當(dāng)于兩條焊腳尺寸各為h hf1f1=/2=/2、長(zhǎng)度為、長(zhǎng)度為L(zhǎng) LW1W1（即（即節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度）的角焊縫，且僅承受板長(zhǎng)度）的角焊縫，且僅承受P P力的作用。計(jì)算時(shí)忽略力的作用。計(jì)算時(shí)忽略屋架坡度的影響，設(shè)屋架坡度的影響，設(shè)P P力垂直于焊縫，故焊縫強(qiáng)度應(yīng)滿足：力垂直于焊縫，故焊

33、縫強(qiáng)度應(yīng)滿足：通常通常P力不大，按上式算出力不大，按上式算出的的f很小，一般可不做計(jì)算。很小，一般可不做計(jì)算。f = P/(f20.7hf1Lw1)ffw2 2、有集中荷載作用的節(jié)點(diǎn)、有集中荷載作用的節(jié)點(diǎn) M= M=（N N1 1-N-N2 2）e e(e(e為角鋼肢尖至弦桿軸線的距離）。為角鋼肢尖至弦桿軸線的距離）。3 3、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn) 弦桿的拼接分工廠拼接和工地拼弦桿的拼接分工廠拼接和工地拼接兩種。接兩種。工廠拼接工廠拼接是因型鋼供應(yīng)長(zhǎng)度是因型鋼供應(yīng)長(zhǎng)度不足時(shí)所做的拼接，通常設(shè)在內(nèi)力較不足時(shí)所做的拼接，通常設(shè)在內(nèi)力較小的節(jié)間內(nèi)。小的節(jié)間內(nèi)。工地拼接工地拼接是在桁架分段是在

34、桁架分段制造和運(yùn)輸時(shí)的安裝接頭，弦桿的拼制造和運(yùn)輸時(shí)的安裝接頭，弦桿的拼接位置一般在節(jié)點(diǎn)處，多設(shè)在跨度中接位置一般在節(jié)點(diǎn)處，多設(shè)在跨度中央。為保證拼接處具有足夠的強(qiáng)度和央。為保證拼接處具有足夠的強(qiáng)度和在桁架平面外的剛度，弦桿的拼接通在桁架平面外的剛度，弦桿的拼接通常不利用節(jié)點(diǎn)板作為拼接材料，應(yīng)采常不利用節(jié)點(diǎn)板作為拼接材料，應(yīng)采用拼接角鋼。拼接角鋼取與弦桿相同用拼接角鋼。拼接角鋼取與弦桿相同的截面規(guī)格，以使弦桿在拼接處基本的截面規(guī)格，以使弦桿在拼接處基本保持強(qiáng)度和剛度不變。保持強(qiáng)度和剛度不變。 屋架屋脊拼接節(jié)點(diǎn)和下弦拼接節(jié)屋架屋脊拼接節(jié)點(diǎn)和下弦拼接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分別如圖點(diǎn)構(gòu)造分別如圖a a、b b所示

35、。所示。 3 3、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn) 拼接角鋼的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)拼接角鋼與弦拼接角鋼的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)拼接角鋼與弦桿連接焊縫的長(zhǎng)度確定，一般可按被拼接桿連接焊縫的長(zhǎng)度確定，一般可按被拼接處弦桿的最大內(nèi)力或偏安全地按與弦桿等處弦桿的最大內(nèi)力或偏安全地按與弦桿等強(qiáng)（宜用于拉桿）計(jì)算，并假定強(qiáng)（宜用于拉桿）計(jì)算，并假定4 4條拼接條拼接焊縫均勻受力。接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算焊縫均勻受力。接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為：長(zhǎng)度為： L Lw w = N/(4= N/(40.7h0.7hf ff ff fw w) ) N N拼接處弦桿的最大內(nèi)力，拼接處弦桿的最大內(nèi)力，N=AfN=Af A A弦桿的截面面積。弦

36、桿的截面面積。 則拼接角鋼的總長(zhǎng)度為：則拼接角鋼的總長(zhǎng)度為： L=2L=2（L Lw w+10+10）+a +a 弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，可按較大弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，可按較大一側(cè)弦桿內(nèi)力的一側(cè)弦桿內(nèi)力的15%15%與節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿的內(nèi)與節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差力差N N兩者中的較大值計(jì)算。兩者中的較大值計(jì)算。 計(jì)算方法同前述節(jié)點(diǎn)。計(jì)算方法同前述節(jié)點(diǎn)。4 4、支座節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn) 桁架與柱的連接分鉸接和剛接兩種桁架與柱的連接分鉸接和剛接兩種形式。圖所示為梯形桁架的鉸接支座形式。圖所示為梯形桁架的鉸接支座節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)，采用由，采用由節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板、底板、加勁肋和錨板、底板、加勁肋和錨栓組成的構(gòu)造形式。栓組成的

37、構(gòu)造形式。加勁肋的作用是分加勁肋的作用是分布支座反力，減小底板彎矩和提高節(jié)點(diǎn)布支座反力，減小底板彎矩和提高節(jié)點(diǎn)板的側(cè)向剛度。加勁肋應(yīng)設(shè)在板的側(cè)向剛度。加勁肋應(yīng)設(shè)在節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的中的中心，其軸線與支座反力的作用線重合。心，其軸線與支座反力的作用線重合。為便于施焊，下弦桿和底板間應(yīng)保持一為便于施焊，下弦桿和底板間應(yīng)保持一定距離（圖中定距離（圖中S S），一般不應(yīng)小于下弦角），一般不應(yīng)小于下弦角鋼水平肢的寬度。鋼水平肢的寬度。 支座支座節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的傳力路線是：的傳力路線是：桁架端部桁架端部各桿件的內(nèi)力通過(guò)桿端焊縫傳給各桿件的內(nèi)力通過(guò)桿端焊縫傳給節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板，板，再經(jīng)再經(jīng)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板和加勁肋間的豎直焊縫將一板和加勁肋間的豎直焊縫將一部分力傳給加勁肋，然后通過(guò)部分力傳給加勁肋，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)板、板、加勁肋與底板間的水平焊縫將全部支座加勁肋與底板間的水平焊縫將全部支座反力傳給底板，最終傳至柱。反力傳給底板，最終傳至柱。4 4、支座節(jié)點(diǎn)、支座節(jié)點(diǎn)支座支座節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)可采用第五章鉸接柱腳類似方可采用第五章鉸接柱腳類似方法計(jì)算：法計(jì)算： 底板面積；底板面積； 底板厚度：應(yīng)注意底板不宜太薄，底板厚度：應(yīng)注意底板不宜太薄，以