單元一 鋼桁架設(shè)計(jì)參考課件

1、一、一、 概述概述單元一單元一 鋼屋架結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)桁架用鋼量比實(shí)腹梁少，結(jié)構(gòu)自重較輕，剛度較大桁架用鋼量比實(shí)腹梁少，結(jié)構(gòu)自重較輕，剛度較大 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)梯形屋架屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)平行弦及人字形屋架屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（二）桁架基本尺寸1、跨度L 取決于結(jié)構(gòu)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(yùn)輸條件）b、經(jīng)

2、濟(jì)條件（使桁架的弦桿和腹桿總重量最輕）經(jīng)濟(jì)梁高c、剛度條件（相對(duì)撓度限值決定）屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）腹桿布置和節(jié)間長(zhǎng)度（三）腹桿布置和節(jié)間長(zhǎng)度1 1、腹桿布置（使桁架受力合理，構(gòu)造簡(jiǎn)單）、腹桿布置（使桁架受力合理，構(gòu)造簡(jiǎn)單） 原則：原則： a a、腹桿數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)目少、腹桿數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)目少 b b、內(nèi)力傳遞途徑短、內(nèi)力傳遞途徑短 c c、長(zhǎng)桿受拉，短桿受壓、長(zhǎng)桿受拉，短桿受壓 d d、盡量使荷載作用于節(jié)點(diǎn)、盡量使荷載作用于節(jié)點(diǎn) e e、斜腹桿傾角在、斜腹桿傾角在30306060范圍范圍屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）腹桿布置和節(jié)間長(zhǎng)度（三）腹桿布置和節(jié)間長(zhǎng)度2、節(jié)間長(zhǎng)度（腹桿布置與節(jié)間長(zhǎng)度的劃分同時(shí)進(jìn)行）、

3、節(jié)間長(zhǎng)度（腹桿布置與節(jié)間長(zhǎng)度的劃分同時(shí)進(jìn)行） a、節(jié)間數(shù)宜為偶數(shù)（使腹桿對(duì)稱布置）、節(jié)間數(shù)宜為偶數(shù)（使腹桿對(duì)稱布置） b、盡量使荷載作用于節(jié)點(diǎn)（如與次梁相連時(shí)，一般應(yīng)、盡量使荷載作用于節(jié)點(diǎn)（如與次梁相連時(shí)，一般應(yīng)與次梁間距一致）與次梁間距一致）屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu) 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（一）支撐的作用（一）支撐的作用1.1.保證結(jié)構(gòu)的空間整體作用保證結(jié)構(gòu)的空間整體作用2.2.避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)避免壓桿側(cè)向失穩(wěn), ,防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)。防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng)。3.3.承擔(dān)和傳遞水平荷載承擔(dān)和傳遞水平荷載4.4.保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便。保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)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(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（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(duì)應(yīng)設(shè)置在廠房?jī)啥嘶驕囟葏^(qū)段兩端上下對(duì)應(yīng)設(shè)置在廠房?jī)啥嘶驕囟葏^(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(shí)設(shè)置：房屋高度、跨度較大或空間剛度要求較高時(shí)設(shè)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(shè)置在縱向垂直平面內(nèi)設(shè)置在縱向垂直平面內(nèi) 與橫向水平支撐設(shè)置在同一柱間與橫向水平支撐設(shè)置在同一柱間 是橫向水平支撐的支承結(jié)構(gòu)是橫向水平

5、支撐的支承結(jié)構(gòu) 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（二）支撐的種類及布置系桿系桿：未設(shè)置支撐的桁架：未設(shè)置支撐的桁架 在橫向水平支撐或垂直支撐節(jié)點(diǎn)處通長(zhǎng)設(shè)置系桿在橫向水平支撐或垂直支撐節(jié)點(diǎn)處通長(zhǎng)設(shè)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(shè)置在第二柱間時(shí)，（橫向水平支撐設(shè)置在第二柱間時(shí)，第一柱間系桿為剛性系桿，傳遞山墻所承受的部分風(fēng)壓力）第一柱間系桿為剛性系桿，傳遞山墻所承受的部分風(fēng)壓力）有檁屋蓋支撐的布置垂直支撐的布置 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)四、簡(jiǎn)支屋架設(shè)計(jì)四、簡(jiǎn)支屋架設(shè)計(jì)（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(fēng)荷載、雪荷載、屋面活荷載、可變荷載：風(fēng)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(shí)考慮，取兩者中較大值）（人群荷載，不與雪荷載同時(shí)考慮，取兩者中較大值） 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（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(huì)產(chǎn)生最大內(nèi)力或出現(xiàn)內(nèi)力變號(hào)）（考慮部分斜腹桿在半跨荷載作用下會(huì)產(chǎn)生最大內(nèi)力或出現(xiàn)內(nèi)力變號(hào)）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(shí)可能出現(xiàn)的荷載組合）（考慮安裝時(shí)可能出現(xiàn)的荷載組合） 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)xl（二）內(nèi)力（二）內(nèi)力按理想的桁架計(jì)算（假定節(jié)點(diǎn)為理想鉸，各桿軸線相交于節(jié)點(diǎn)中心）按理想的桁架計(jì)算（假定節(jié)點(diǎn)為理想鉸，各桿軸線相交于節(jié)點(diǎn)中心）荷載作用在節(jié)點(diǎn)上荷載作用在節(jié)點(diǎn)上：用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的結(jié)點(diǎn)法、截面法：用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的結(jié)點(diǎn)法、截面法弦桿節(jié)間荷載弦桿節(jié)間

8、荷載：用等效結(jié)點(diǎn)法：用等效結(jié)點(diǎn)法（把節(jié)間荷載按杠桿原理等效分配到相鄰節(jié)點(diǎn)計(jì)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(diǎn)計(jì)算軸向力再計(jì)算由節(jié)間荷載引起的彎矩）再計(jì)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(jì)算：彎矩按多跨連續(xù)梁作近似計(jì)算：端節(jié)間正彎矩為端節(jié)間正彎矩為0.8節(jié)點(diǎn)上負(fù)彎矩和節(jié)點(diǎn)上負(fù)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(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度1、桁架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度、桁架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度 xlxlxl 節(jié)點(diǎn)不是真正鉸接節(jié)點(diǎn)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(diǎn)上拉桿越多，嵌固作用越大節(jié)點(diǎn)上拉桿越多，嵌固作用

9、越大 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)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(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)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(diǎn)，支座節(jié)點(diǎn)處匯集壓桿多，上弦節(jié)點(diǎn)，支座節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)化計(jì)算所受的嵌固作用比受壓弦桿大，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算取取xl=1.0l屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度2、桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度、桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度 xlyl 弦桿弦桿yl側(cè)向支撐點(diǎn)的間距側(cè)向支撐點(diǎn)的間距 橫向水平支撐在交叉點(diǎn)與系桿無(wú)連接：橫向水平支撐在交叉點(diǎn)與系桿無(wú)連接： yl2 倍節(jié)間長(zhǎng)度倍節(jié)間長(zhǎng)度 橫向水平支撐在交叉點(diǎn)與系桿連接橫向水平支撐在交叉點(diǎn)與系桿連接 ：yl節(jié)間長(zhǎng)度節(jié)間長(zhǎng)度屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度（三）桿件計(jì)算長(zhǎng)度2、桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度、桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度 xlylyl1.0 l

11、b. 腹桿腹桿節(jié)點(diǎn)板在平面外的剛度很小，不能約束腹桿的轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)板在平面外的剛度很小，不能約束腹桿的轉(zhuǎn)動(dòng) 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(jì)算長(zhǎng)度斜平面計(jì)算長(zhǎng)度 ll9 . 0斜支座斜桿和支座豎桿仍取幾何長(zhǎng)度支座斜桿和支座豎桿仍取幾何長(zhǎng)度 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)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(cè)向剛度；節(jié)點(diǎn)連接方便原則：等穩(wěn)定條件；足夠的側(cè)向剛度；節(jié)點(diǎn)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(zhǎng)肢相拼十字形截面長(zhǎng)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(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)半徑）（增加截面回轉(zhuǎn)半徑）2、型鋼規(guī)格不宜過(guò)多、型鋼規(guī)格不宜過(guò)多3、受力很小或不受力桿件，按容許長(zhǎng)細(xì)比、受力很小或不受力桿件，按容許長(zhǎng)細(xì)比 或構(gòu)造要求決定截面尺寸或構(gòu)造要求決定截面尺寸 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)（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(jì)算

13、長(zhǎng)度范圍內(nèi)，至少設(shè)置兩塊填板、壓桿在桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度范圍內(nèi)，至少設(shè)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(diǎn)板等厚厚度與節(jié)點(diǎn)板等厚 3 3、填板間距：壓桿、填板間距：壓桿 140ils拉桿拉桿 180ils1i：?jiǎn)蝹€(gè)角鋼對(duì)與填板平行的形心軸：?jiǎn)蝹€(gè)角鋼對(duì)與填板平行的形心軸 1y1y的回轉(zhuǎn)半徑的回轉(zhuǎn)半徑 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)五、桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)五、桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)定位（桿件的位置）定位（桿件的位置） 計(jì)算桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸計(jì)算桿件與節(jié)點(diǎn)板的焊縫尺寸確定節(jié)點(diǎn)板形狀及尺寸確定節(jié)點(diǎn)板形狀及尺寸1y節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求節(jié)點(diǎn)構(gòu)造要求1、（減小節(jié)點(diǎn)板尺寸）腹桿端部盡量靠近

14、弦桿、（減小節(jié)點(diǎn)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(dòng)載）（靜載）mmmma402015 屋蓋結(jié)構(gòu)屋蓋結(jié)構(gòu)1y2、桿件軸線：、桿件軸線： 以桿件的形心線為軸線，并在節(jié)點(diǎn)處相交于一點(diǎn)以桿件的形心線為軸線，并在節(jié)點(diǎn)處相交于一點(diǎn) 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(diǎn)板、節(jié)點(diǎn)板節(jié)點(diǎn)板形狀：簡(jiǎn)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(diǎn)板形狀：簡(jiǎn)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(diǎn)板邊緣與桿件軸線夾角不應(yīng)小于節(jié)點(diǎn)板邊緣與桿

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