鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課件

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,1,第9章桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系 9.2 屋架的組成及主要平面尺寸 9.3 屋架的支撐系統(tǒng) 9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算 9.5 桁架桿件的截面形式和節(jié)點板厚度 9.6 桁架桿件的計算長度和允許長細(xì)比 9.7 桁架桿件的截面設(shè)計 9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板 9.9 支撐系統(tǒng)與屋架的連接節(jié)點 9.10 屋架的施工詳圖,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,2,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,一、概述 桁架是以軸向受力為主的桿件，通過節(jié)點連接成形成的格構(gòu)式承重結(jié)構(gòu)（擴大構(gòu)件）。 荷載傳遞特點：平面桁架（屋架）、空間桁架（網(wǎng)架、網(wǎng)

2、殼）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,3,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,4,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,5,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,6,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,7,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,8,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,9,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,10,第9章 桁架

3、及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,二、平面桁架的外形和主要尺寸 三角形屋架（梭形），跨高比約1/6，適用于跨度不大，排水坡度要求大的屋面。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,11,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,梯形屋架，矢跨比約1/（810），適用于跨度較大，排水坡度可以較緩屋面。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,12,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,平行弦屋架，跨高比約1/（810），適用于跨度較大，排水坡度可以緩的屋面。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,13,第9章 桁架及屋蓋,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹桿體系,三、平面桁架的腹桿體系,人字式,豪式（單斜式）,芬

4、克式,再分式（K形）,交叉式,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,14,第9章 桁架及屋蓋,9.2 屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼屋蓋結(jié)構(gòu)通常由屋面、檁條、屋架、托架和天窗和支撐體系等構(gòu)件組成。根據(jù)屋面材料和屋面結(jié)構(gòu)布置情況的不同，可分為無檁屋蓋體系和有檁屋蓋體系。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,15,第9章 桁架及屋蓋,9.2 屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,16,第9章 桁架及屋蓋,9.2 屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,17,第9章 桁架及屋蓋,9.2 屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,18,第9章 桁架及屋蓋,9.2 屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,19,第9章 桁架及屋蓋,9.2

5、屋蓋的組成及主要平面尺寸,鋼屋蓋系統(tǒng)的主要平面尺寸是屋架的跨度和屋架的間距。,名義跨度L一般為6m的倍數(shù)（L=18m以下可以為3m模數(shù)）,屋架間距l(xiāng)一般采用6m,廠房伸縮縫間距為60至100m，與廠房結(jié)構(gòu)形式有關(guān),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,20,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。,上弦橫向水平支撐 下弦橫向水平支撐 下弦縱向水平支撐 垂直支撐 系桿,組成,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,21,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),系桿,垂直支撐,下弦橫向水平支撐,下弦縱向水平支

6、撐,上弦橫向水平支撐,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,22,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),設(shè)置屋架兩端（中間）垂直支撐并以系桿連接各屋架，防止屋架側(cè)傾,1. 垂直支撐,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,23,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,24,第9章 桁架及屋蓋,設(shè)置屋架上弦（橫向）支撐并以系桿連接各屋架，減小屋架上弦桿在屋架平面外的計算長度，防止平面外失穩(wěn)并承受山墻水平荷載。一般應(yīng)設(shè)置在房屋兩端或縱向溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間。,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),2. 上弦橫向水平支撐,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,25,第9章 桁架及屋蓋,設(shè)置屋架下弦（橫向）支撐并以系桿連接各屋架，以承受并傳遞水

7、平風(fēng)荷載、懸掛吊車的水平力和地震引起的水平力，減小下弦的平面外計算長度，減小下弦的振動，與上弦橫向支撐布置在同一開間，形成穩(wěn)定的空間體系，,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),3. 下弦橫向水平支撐,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,26,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),4.（上）下弦縱向水平支撐 （必要時設(shè)置）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,27,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),4.系桿（剛性、柔性）和隅撐,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,28,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,29,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,30,第9章 桁架及屋蓋,9.3 屋架的支撐系統(tǒng),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

8、計原理,31,第9章 桁架及屋蓋,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,一、 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容 結(jié)構(gòu)方案的確定和結(jié)構(gòu)布置（跨度、柱距、屋面屋架形式，支撐方案） 無檁體系選擇屋面板，有檁體系時進(jìn)行檁條設(shè)計 分別計算各種荷載下屋架內(nèi)力，組合出桿件最不利內(nèi)力 根據(jù)桿件內(nèi)力、計算長度和鋼材牌號，選擇桿件截面并驗算 進(jìn)行節(jié)點設(shè)計計算（保證強度、穩(wěn)定、剛度并驗算連接強度） 支座設(shè)計以及與支撐體系的連接件設(shè)計 繪制施工詳圖（考慮屋架起拱）并編制材料表,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,32,第9章 桁架及屋蓋,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,二、 屋蓋的荷載 永久荷載： 屋面結(jié)構(gòu)層、保溫層、防水層、檁條、支撐、屋架、

9、天窗架等結(jié)構(gòu)自重屋架和支撐自重經(jīng)驗公式：gWk=（0.12+0.11l）kN/m2 。 可變荷載：屋面活荷載（不上人屋面載gQk=0.5kN/m2 、c=0.7） 、積灰荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、懸掛吊車荷載等。屋面活荷與雪荷載不同時出現(xiàn)，取兩者中較大值計算。 節(jié)點荷載計算：桁架上的荷載通過檁條或大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架節(jié)點（或節(jié)間）。 荷載組合（一般均無需考慮風(fēng)荷載，除非屋面荷載特輕）: 永久荷載可變荷載 （三角形和梯形屋架） 永久荷載半跨可變荷載 （梯形屋架） 屋架、支撐和天窗架自重半跨荷載（屋面板重和施工活荷載）,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,33,第9章 桁架及屋蓋,內(nèi)力分析： 鉸接桁架節(jié)間荷

10、載僅對直接受力的桿件產(chǎn)生附加彎矩和剪力，但不影響各桿件軸力，所以軸力計算時可歸結(jié)為節(jié)點荷載下屋架內(nèi)力分析（用單位力較方便）。 軸力分析方法 圖解（借助AutoCAD） 節(jié)點力平衡 數(shù)解 截面力平衡,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,34,第9章 桁架及屋蓋,內(nèi)力分析： 繪制起拱時屋架軸線并標(biāo)注桿件軸線長 繪制未起拱時屋架軸線 施加單位荷載并求支反力 單元編號： 外圍每個荷載之間編一個號A、B、C 內(nèi)部每個三角單元編一個號1、2、3 每個荷載及桿件均獲編號，如23，DE 按比例繪制支反力AB，荷載BC、CD 依次作直線平行于桿件，如： B1、C1（交點為C） 12、A2（交

11、點為2） 量取線段長度即對應(yīng)桿件內(nèi)力大小 判別拉壓：按單元號至節(jié)點號的方向定 按順時針為壓(負(fù))，逆時針為壓（負(fù)） 如12號桿為壓，23為拉（上弦均為壓，下弦均為拉） 將內(nèi)力標(biāo)注在屋架軸線圖右側(cè),9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,35,第9章 桁架及屋蓋,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,36,第9章 桁架及屋蓋,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,37,第9章 桁架及屋蓋,9.4 屋蓋設(shè)計的內(nèi)容和屋架的內(nèi)力計算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,38,9.5 桁架桿件的截面形式和節(jié)點板厚度,雙角鋼截面：等邊角鋼、短肢相并角鋼、短肢相并角鋼、單角鋼

12、、十字形截面； T型鋼：窄翼緣（同短肢相并）；中翼緣（同等邊角鋼）；寬翼緣（同長肢相并）,1.桿件截面形式,型鋼截面：用于跨度較大和荷載較重的桁架。,第9章 桁架及屋蓋,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,39,2.節(jié)點板厚度,節(jié)點板是連接桁架各桿件的連接件； 節(jié)點板的受力情況極其復(fù)雜，較難正確而又方便地計算其所需厚度； 一個桁架的所有節(jié)點板厚度宜相等（容許支座處節(jié)點板較其它節(jié)點的節(jié)點板加厚2mm）；,支座節(jié)點：由三角形屋架端節(jié)間的上弦桿、梯形屋架端支座處的斜腹桿的內(nèi)力設(shè)計值按表9.1中的規(guī)定選用； 中間節(jié)點：支座節(jié)點板厚度減2mm。,第9章 桁架及屋蓋,9.5 桁架桿件的截面形式和節(jié)點板厚度,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,4

13、0,9.6 桁架桿件的計算長度和容許長細(xì)比,平面內(nèi)： 弦桿和支座斜桿(支座豎桿)的計算長度均取 l0 x = l ； 其他腹桿其計算長度均取 l0 x = 0.8l 。 平面外： 弦桿的計算長度取 l0y = l1 ； 所有腹桿計算長度取 l0y = l 。 單角鋼截面和雙角鋼十字截面的腹桿： 非支座腹桿計算長度取 l0 = 0.9l ； 支座豎桿則取l0 = l 。,1.計算長度,第9章 桁架及屋蓋,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,41,平面外兩節(jié)間內(nèi)力不等時時，計算長度應(yīng)?。?N1兩節(jié)間中的較大壓力， N2為兩節(jié)間中的較小壓力(或拉力，對拉力應(yīng)取負(fù)值)。,2.容許長細(xì)比,壓桿：取 l =150； 拉桿：當(dāng)

14、承受靜荷載或間接承受動荷載時取 l =350， 當(dāng)直接承受動荷載時取 l =250 。,第9章 桁架及屋蓋,9.6 桁架桿件的計算長度和容許長細(xì)比,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,42,9.7 桁架桿件的截面設(shè)計,上弦桿： l0y = 2l0 x ，無節(jié)間荷載時選用不等邊角鋼兩短肢相并，有節(jié)間荷載時選用不等邊角鋼兩長肢相并； 支座斜腹桿： l0y = l0 x ，選用等邊角鋼或兩長肢相并不等邊角鋼； 下弦桿： l0y l0 x ，選用兩短肢相并或等邊角鋼。 其他腹桿：l0y = 1.25l0 x ，選用等邊角鋼。,1.截面選擇方法,2.構(gòu)造要求,應(yīng)優(yōu)先選用厚度較薄的截面 角鋼最小規(guī)格：454，56364，18

15、m以下不受此限。 當(dāng)跨度大于24m時可根據(jù)節(jié)間內(nèi)力變化在半跨內(nèi)改變截面一次。,第9章 桁架及屋蓋,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,43,3.截面設(shè)計,軸心拉桿： AnN / f ixl0 x / l iyl0y / l 軸心壓桿： 假定l（弦桿取40100，腹桿取80120）j AN / j f ixl0 x / l iyl0y / l,選取截面驗算截面。,選取截面驗算截面。,第9章 桁架及屋蓋,9.7 桁架桿件的截面設(shè)計,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,44,偏心壓桿：,強度驗算：,彎矩作用平 面內(nèi)穩(wěn)定驗：,彎矩作用平面 外穩(wěn)定驗算：,雙角鋼壓桿和軸對稱放置的單角鋼壓桿繞對稱軸失穩(wěn)時的換算長細(xì)比lyz可以用簡化公式（6.5

16、0）（6.54）計算。,第9章 桁架及屋蓋,9.7 桁架桿件的截面設(shè)計,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,45,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,桁架桿件的軸線在各節(jié)點處必須交會于一點，軸線為截面形心線。 各桿件輪廓線間應(yīng)保持最小間距c。直接承受動力荷載的焊接屋架取c50mm, 不直接承受動力荷載的焊接屋架中c不應(yīng)小于20mm。,1.節(jié)點設(shè)計一般原則,第9章 桁架及屋蓋,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,46,桿端的切割面一般宜與桿件軸線垂直，也允許將角鋼的一邊切去一角(圖a，b)，但不允許作如圖(c)的端部切割方式；,節(jié)點板的外形宜采用矩形、梯形、平行四邊形或至少有一直角的四邊形，伸出角鋼肢背10-15mm。節(jié)點板的長和寬

17、宜取為l0mm的倍數(shù)。只有一根斜桿與弦桿相交時，節(jié)點板的外邊緣與斜桿軸線應(yīng)保持不小于1：3的坡度；,(a),(b),(c),第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,47,根據(jù)已有節(jié)點板的尺寸，通長布置弦桿與節(jié)點板間的連接焊縫；,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,標(biāo)注尺寸：每一節(jié)點上都需標(biāo)明節(jié)點板及桿件的所有外形尺寸和定位尺寸，以及焊縫符號，如圖所示。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,48,2.節(jié)點計算和構(gòu)造,（1）下弦一般節(jié)點 弦桿與節(jié)點板間的焊縫連接：,節(jié)點左右兩弦桿的內(nèi)力差,較大時應(yīng)計算，否則按構(gòu)造要求。,角鋼肢背：,角鋼肢尖：,腹桿與節(jié)點板間的焊

18、縫連接：,角鋼肢背：,角鋼肢尖：,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,49,（2）上弦一般節(jié)點 有集中荷載P的節(jié)點構(gòu)造：,將節(jié)點板縮進(jìn)（0.61.0）t（節(jié)點板厚度），并進(jìn)行槽焊。,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,50,角鋼背的槽焊縫承受節(jié)點荷裁P。槽焊縫按兩條hf1=0.5t的角焊縫計算： 角鋼肢尖的角焊縫承擔(dān)DN和由于DN與趾部焊縫的偏心距e而產(chǎn)生的彎矩M =DN e。由此可確定趾部焊縫所需的焊腳尺寸hf2，計算公式為：,剪應(yīng)力：,正應(yīng)力：,驗算：,無集中荷載時的節(jié)點計算與構(gòu)造同下弦一般節(jié)點。,第9章 桁架及屋

19、蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,51,（3）下弦工地拼接節(jié)點,拼接連接: 弦桿的雙角鋼截面常用同樣大小的角鋼作為拼接件。以N=Af按等強進(jìn)行連接計算，拼接角鋼的總長度ls為:,節(jié)點板: 取較大內(nèi)力的15和兩者內(nèi)力差中較大值，計算一側(cè)弦桿與節(jié)點板間的焊縫，并分配給角鋼肢背與肢尖焊縫。,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,52,（4）屋脊節(jié)點,拼接角鋼的設(shè)計與下弦工地拼接節(jié)點類同；,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,上弦桿與節(jié)點板的連接：按上弦一般節(jié)點有集中荷載P的節(jié)點計算， 得出的焊縫較小，一般不用計算。,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,53,（5）支座節(jié)點,組成：節(jié)點板、底板、肋板和錨栓，與軸壓柱的柱腳相似。 底板面積A的確定：,構(gòu)造要求底板的最小平面尺寸為240mm240mm。,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,54,底板厚度t ： 板中單位寬度的彎矩為： 式中 q =R/An，系數(shù)b 按b1/a1比值查表6.6 確定。底板的最小厚度一般為16mm。 底板與節(jié)點板、加勁肋板底端的角焊縫,式中：,第9章 桁架及屋蓋,9.8 桁架的節(jié)點設(shè)計和角鋼間的填板,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,55,加勁肋計算： 加勁肋