水工鋼結(jié)構(gòu)課件

概論

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用

一.鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):

鋼結(jié)構(gòu)是用鋼材制造而成的工程結(jié)構(gòu)。通常它采用鋼板、型鋼（有些結(jié)構(gòu)也可能采用鋼索）加工制造而成。鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等都屬于按材料劃分的工程結(jié)構(gòu)的不同分支。鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，具有下列特點(diǎn)：1.可靠性高

鋼材在鋼廠生產(chǎn)時(shí)，整個(gè)過程可嚴(yán)格控制，質(zhì)量比較穩(wěn)定;鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體；鋼材的物理力學(xué)特性與工程力學(xué)對(duì)材料性能所作的基本假定符合較好；鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作性能比較符合目前采用的理論計(jì)算結(jié)果。所以說鋼結(jié)構(gòu)的可靠性高。2.材料的強(qiáng)度高，鋼結(jié)構(gòu)自重輕。

鋼材與其它材料相比，它的強(qiáng)度與重力密度之比要高得多。在同樣的受力條件下，鋼結(jié)構(gòu)用材料少，自重輕。以24m跨度廠房屋架為例，當(dāng)承受相同的荷載時(shí)，每榀鋼屋架的重量為2.1～2.7噸，而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架的重量為6.4～11.3噸，后者為前者的3～4倍。若采用冷彎薄壁型鋼屋架，其自重接近鋼筋混凝土屋架的1/10。鋼結(jié)構(gòu)自重輕，便于運(yùn)輸和安裝，基礎(chǔ)費(fèi)用低。3.鋼材的塑性和韌性好

鋼材的塑性好，鋼結(jié)構(gòu)破壞前一般都會(huì)產(chǎn)生顯著的變形，易于被發(fā)現(xiàn)，可及時(shí)采取補(bǔ)救措施，避免重大事故發(fā)生。鋼材的韌性好，鋼結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的吸能能力，抗震性能優(yōu)越。

4.鋼結(jié)構(gòu)制造簡(jiǎn)便，施工工期短

鋼結(jié)構(gòu)一般在專業(yè)工廠制造，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，是工程結(jié)構(gòu)中工業(yè)化程度最高的一種結(jié)構(gòu)。構(gòu)件制造完成后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝成結(jié)構(gòu)。施工工期短，可盡快發(fā)揮投資的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)已建成的某240m

315m全鋼結(jié)構(gòu)廠房，建筑面積達(dá)7.6萬m2，其結(jié)構(gòu)安裝僅用了98天。鋼結(jié)構(gòu)由于連接的特性，易于加固、改建和拆遷。5.鋼結(jié)構(gòu)密閉性好

鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接可制成水密性和氣密性較好的常壓和高壓容器結(jié)構(gòu)和管道。

6.鋼材的耐銹蝕性差

在沒有腐蝕性介質(zhì)的一般環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)除銹后再涂上合格的防銹涂料后，銹蝕問題并不嚴(yán)重。但在潮濕和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，鋼結(jié)構(gòu)容易銹蝕，需定期維護(hù)，增加了維護(hù)費(fèi)用。我國(guó)已研究生產(chǎn)出抗銹蝕性能良好的耐大氣腐蝕鋼，并用于工程結(jié)構(gòu)。7.鋼結(jié)構(gòu)耐熱但不耐火

當(dāng)鋼材受熱溫度在200oC以內(nèi)時(shí)，鋼材的主要性能變化很小，具有較好的耐熱性能。當(dāng)溫度達(dá)600oC以上時(shí)，鋼材的承載力幾乎完全喪失，所以說鋼材不耐火。當(dāng)溫度在250oC左右時(shí)，鋼材的塑性和韌性降低，破壞時(shí)常呈脆性斷裂?？紤]一定的安全儲(chǔ)備，當(dāng)結(jié)構(gòu)表面長(zhǎng)期受輻射熱溫度不小于150oC時(shí)，需加以隔熱防護(hù)。當(dāng)有防火要求時(shí)，要采取防火措施。8.鋼材在低溫時(shí)脆性增大

在負(fù)溫度區(qū)（0oC以下）,鋼材的塑性和韌性隨著溫度降低而變差。二、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍

應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，注意揚(yáng)長(zhǎng)避短，合理使用鋼結(jié)構(gòu)。在建筑工程和水利水電工程中，鋼結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)用范圍如下：

1.大跨度結(jié)構(gòu)

隨著結(jié)構(gòu)跨度增大，結(jié)構(gòu)自重在全部荷載中所占比重也就越大，減輕自重可獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)重量輕的優(yōu)點(diǎn)顯得特別突出。

上海8萬人體育館：徑向懸挑桁架和環(huán)向桁架組成的空間鋼屋蓋結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)軸為288.4m,短軸為274.4m，最大懸挑跨度達(dá)73.5m。

上海浦東機(jī)場(chǎng)英國(guó)倫敦的“世紀(jì)展覽館”：直徑365m鋼骨架膜結(jié)構(gòu)圓形建筑。2.高層建筑

高層建筑已成為現(xiàn)代化城市的一個(gè)標(biāo)志。鋼材強(qiáng)度高和鋼結(jié)構(gòu)重量輕的特點(diǎn)對(duì)高層建筑具有重要意義。強(qiáng)度高則構(gòu)件截面尺寸小，可提高有效使用面積。重量輕可大大減輕構(gòu)件、基礎(chǔ)和地基所承受的荷載，降低基礎(chǔ)工程等的造價(jià)。當(dāng)今世界上最高的50幢建筑中，鋼結(jié)構(gòu)和鋼—砼混合結(jié)構(gòu)占80%以上。1996年建成的吉隆坡佩重納斯大廈（雙塔），95層，高452米，是世界上目前最高的建筑。馬來西亞佩重納斯大廈

臺(tái)北金融中心大樓（TAIBPEI101）

101層，508m高，2.3萬平米，2004年9月營(yíng)運(yùn)。上海金茂大廈:

88+3層，88層為觀光廳,高度為340.1m，總高420.5m。用鋼14000t，28.7萬m2。大廈樁深83.5m，總投資＄5.4億。美國(guó)紐約的世界貿(mào)易中心大樓110層，高417m，100萬平米，兩樓共有239部電梯。辦公人員5萬，每日來訪和觀光8萬。施工期間無工人死亡。用鋼20多萬t。93年恐怖組織車載炸藥爆炸（地下可停車2000多輛），三層樓板被炸穿，無大影響。75年2月11層失火，三小時(shí)控制火勢(shì)，直接損失100萬美元。01年9月11日，北京時(shí)間20:45一757飛機(jī)（起飛重量達(dá)104t，可載油35t）撞擊北塔樓，94～99層直接受損，22:28倒塌；21:03一767飛機(jī)（起飛重量達(dá)156t，載油51t)撞擊南大樓，78～84層直接受損，22:05倒塌?？蜋C(jī)的起飛重量加上約1000公里的飛行速度，撞擊力總共相當(dāng)于2萬多公斤的黃色炸藥。撞擊使世貿(mào)中心產(chǎn)生巨大晃動(dòng)，但內(nèi)部和外部并沒有嚴(yán)重塌落，從撞到塌時(shí)間較長(zhǎng)，樓內(nèi)人員可以逃生，世貿(mào)中心死亡人數(shù)2797人(其中失蹤59人，機(jī)組156人）。3.工業(yè)建筑

當(dāng)工業(yè)建筑的跨度和柱距較大，或者設(shè)有大噸位吊車，結(jié)構(gòu)需承受大的動(dòng)力荷載時(shí)，往往部分或全部采用鋼結(jié)構(gòu)。西安變壓器電爐廠的總裝車間，L

=36m，高30余米，Q=(400+50+1)t。為了盡快發(fā)揮投資效益，近年來我國(guó)的普通工業(yè)建筑大量采用了鋼結(jié)構(gòu)。馬鋼平（爐）改轉(zhuǎn)（爐）工程：占地面積1.98萬平米，鋼結(jié)構(gòu)總重量1.79萬噸。4.輕型結(jié)構(gòu)

稱使用荷載較小或跨度不大的結(jié)構(gòu)為輕型結(jié)構(gòu)。自重是這類結(jié)構(gòu)的主要荷載，常采用冷彎薄壁型鋼或小型鋼制成的輕型鋼結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)跨度最大的輕鋼結(jié)構(gòu)是大連某糧食倉(cāng)庫(kù)，l=72m，建筑面積8000m2

，結(jié)構(gòu)用鋼量49.7kg/m2

。近年來金屬拱型波紋屋蓋已用于建筑工程。紹興郵電培訓(xùn)中心大堂青島海爾魯能集團(tuán)東方航空公司華北制藥集團(tuán)5.高聳結(jié)構(gòu)

如塔架和桅桿等，它們的高度大，橫截面尺寸較小，風(fēng)荷載和地震作用常常起主要作用，自重對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大，常采用鋼結(jié)構(gòu)。加拿大多倫多電視塔高553.34米，目前世界第一。上海東方明珠電視塔

6.活動(dòng)式結(jié)構(gòu)

如水工鋼閘門、升船機(jī)等，可充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)重量輕的特點(diǎn)，降低啟閉設(shè)備的造價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)所耗費(fèi)的動(dòng)力。我國(guó)三峽工程的永久船閘采用雙線五級(jí)連續(xù)梯級(jí)船閘，總水級(jí)差113m，閘門孔口凈寬34m，每級(jí)均采用人字鋼閘門，共有12道24扇閘門，每扇閘門高38.5m，寬20m，重864t。船過船閘一般需2小時(shí)35分鐘。三峽升船機(jī)承船箱長(zhǎng)120m，總寬23m，總高10m,水深3.5m，提升重量可達(dá)1.18萬噸，提升高度113m。30分鐘過壩，計(jì)劃2009年建成。7.可拆卸或移動(dòng)的結(jié)構(gòu)

如施工用建筑和鋼棧橋、流動(dòng)式展覽館、移動(dòng)式平臺(tái)等，可發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)重量輕，便于運(yùn)輸和安裝方便的優(yōu)點(diǎn)。加拿大已建成120多萬噸重，可容5000多人工作的海上采油平臺(tái)。

海上采油平臺(tái)9.抗震要求高的結(jié)構(gòu)

可發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能好的優(yōu)點(diǎn)。10.急需早日交付使用的工程或運(yùn)輸條件差的工程

可發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)施工工期短和重量輕便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。8.容器和大直徑管道

如貯液（氣）罐、輸油（氣、原料）管道、水工壓力管道等。三峽水利樞紐工程中的發(fā)電機(jī)組采用的壓力鋼管內(nèi)徑達(dá)12.4m，板厚達(dá)60mm。11.特種結(jié)構(gòu)

鋼煙囪（上海寶鋼燒結(jié)廠鋼煙囪高達(dá)200多米）、鋼水塔等。北京“中華世紀(jì)壇”該鋼結(jié)構(gòu)圓壇直徑47m，重達(dá)1400t，傾斜19.4度，轉(zhuǎn)一周時(shí)間為4～24小時(shí)。

重建的“雷峰塔”2002年10月25日在杭州落成。塔總高71.679米，塔身高45.809米，地上六層地下二層總共八層。采用鋼結(jié)構(gòu)框架，用鋼1400t?？偨ㄖ娣e6089平方米。造價(jià)1.5億元。12.鋼橋

國(guó)內(nèi)最大鋼桁架橋?yàn)榫沤L(zhǎng)江大橋，l=216m(南京一橋?yàn)?60m)。江陰長(zhǎng)江大橋?yàn)閼宜鳂?，l=1385m，主攬直徑866mm，由20320根直徑5.35mm的鋼絲組成，兩根主攬總重16800t，鋼絲總長(zhǎng)10萬km。世界第一為日本明石海峽大橋，l=1991m(1990+1m)。南京二橋南汊主橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，主?28m，中國(guó)第一，世界第三。橋全長(zhǎng)21.197km。

江陰長(zhǎng)江大橋：主跨1385米，主塔高193米，主纜直徑86.6厘米、長(zhǎng)2200米，居懸索橋世界第四，國(guó)內(nèi)第一。

上海盧浦大橋目前世界上最大的中承式鋼結(jié)構(gòu)拱橋，總投資約24億元。該橋主跨550米，2002年10月12日合龍,03年8月完工。倫敦的塔橋：1894年建成，此橋的邊跨為罕見的三鉸懸掛。懸掛單元于橋面之間是加勁桁架，一方面加強(qiáng)懸掛單元的剛度，另一方面抵抗橋面的彎矩和剪力。

加勁桁架近景中間鉸近景13.住宅

馬鋼光明新村住宅

18層，鋼框架-剪力墻-支撐結(jié)構(gòu)體系。上海中福城

1+17層，鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。柱距7.8米。地下為車庫(kù)和設(shè)備用房，1～４為商場(chǎng)，５～17為住宅。采用馬鋼耐火H型鋼。

綜上所述可見，鋼結(jié)構(gòu)是在各種工程中廣泛應(yīng)用的一種重要的結(jié)構(gòu)形式。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和鋼產(chǎn)量的提高，鋼結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)揮日益重要的作用。

第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

一．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的：任何結(jié)構(gòu)都是為了完成所要求的某些功能而設(shè)計(jì)的。工程結(jié)構(gòu)必須具備下列功能：

1．安全性：結(jié)構(gòu)在正常施工和正常使用條件下，承受可能出現(xiàn)的各種作用的能力，以及在偶然事件發(fā)生時(shí)和發(fā)生后，仍保持必要的整體穩(wěn)定性的能力。

2．適用性：結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，滿足預(yù)定使用要求的能力。

3．耐久性：結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)條件下，隨時(shí)間變化而仍能滿足預(yù)定功能要求的能力。

結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性總稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（計(jì)算）的目的是在滿足各種預(yù)定功能的前提下，做到技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理和確保質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)這一目的，必須借助于合理的設(shè)計(jì)方法。

二．設(shè)計(jì)方法1．影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素對(duì)于一般的工程結(jié)構(gòu)，影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素可以歸并為荷載效應(yīng)S（荷載作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的內(nèi)力、變形等）和結(jié)構(gòu)抗力R（結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承受荷載效應(yīng)的能力，如承載力、剛度等）兩個(gè)基本變量。

Z=R-S

（1-1）

Z——結(jié)構(gòu)完成預(yù)定功能狀態(tài)的函數(shù)。

Z>0結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；

Z<0結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；

Z＝0結(jié)構(gòu)處于臨界狀態(tài)，一旦超過這一狀態(tài)，結(jié)構(gòu)將不再能滿足設(shè)計(jì)要求。因此它也稱為極限狀態(tài)。2．概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮下列兩種極限狀態(tài)：（1）承載能力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力，或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。（2）正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到使用功能上允許的某一限值的極限狀態(tài)。2)結(jié)構(gòu)可靠度結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率(Pr)

。

Pf=P(z<0)Pr=P(z≥0)=1-Pf

設(shè)計(jì)使用年限分類類別設(shè)計(jì)使用年限示例15臨時(shí)性結(jié)構(gòu)225易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件350普通房屋和構(gòu)筑物4100紀(jì)念性建筑和特別重要的結(jié)構(gòu)3）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017)》設(shè)計(jì)方法對(duì)于承載能力極限狀態(tài)采用應(yīng)力表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)4）現(xiàn)行水工、橋梁鋼結(jié)構(gòu)專門規(guī)范的設(shè)計(jì)方法—容許應(yīng)力法（如水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范SL74-95）

第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展我國(guó)的鋼產(chǎn)量從1996年起年產(chǎn)已突破1億噸,2001年1.57億噸，2002年預(yù)計(jì)可達(dá)1.8億噸。高的鋼產(chǎn)量為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)提供了主要的物質(zhì)基礎(chǔ)。一系列的規(guī)范和規(guī)程的頒發(fā)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展具備了必要的技術(shù)基礎(chǔ)?！吨袊?guó)建筑技術(shù)政策》（1996年

2010年）中具體地提出了發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)的要求，這是幾十年來第一次國(guó)家明確提出的政策支持。這些將會(huì)促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展，必將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提出更多更高的要求。鋼結(jié)構(gòu)是環(huán)保型的、易于產(chǎn)業(yè)化和可再次利用或者說可持續(xù)發(fā)展的結(jié)構(gòu)，應(yīng)積極合理地?cái)U(kuò)大在工程中的應(yīng)用。一、鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的條件二、鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的幾個(gè)方面1.設(shè)計(jì)方法和計(jì)算理論的改進(jìn)1）水工、橋梁鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)早日采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。2）(GB50017)向采用更為先進(jìn)合理的全概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法的方向努力。3）設(shè)計(jì)由構(gòu)件或某一截面的可靠度，向以整個(gè)結(jié)構(gòu)體系可靠度分析為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展。4)鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，如穩(wěn)定計(jì)算、塑性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及在動(dòng)力荷載作用下的性能等，都需要進(jìn)一步深入研究。

2.優(yōu)質(zhì)鋼材的應(yīng)用采用高強(qiáng)度鋼材:可以用較少的材料做成功效較高的結(jié)構(gòu)，對(duì)于跨度大、荷載大的結(jié)構(gòu)和移動(dòng)式結(jié)構(gòu)極為有利。國(guó)外已把屈服強(qiáng)度為700～800N/mm2或更高強(qiáng)度的低合金結(jié)構(gòu)鋼列入設(shè)計(jì)規(guī)范。研究強(qiáng)度更高的鋼材及其合理使用將是重要的課題。生產(chǎn)和推廣應(yīng)用經(jīng)濟(jì)斷面鋼材:如軋制H型鋼、T型鋼、冷彎薄壁型鋼、彩色涂層壓型鋼板等。研制和應(yīng)用高功能結(jié)構(gòu)鋼：（1）耐火鋼：我國(guó)已生產(chǎn)出了耐火耐候鋼，并用于工程建設(shè)。（2）耐大氣腐蝕鋼（耐候鋼）：研究生產(chǎn)新的高性能耐候鋼和耐火耐候鋼及涂料仍然是今后研究的重點(diǎn)。（3）低屈強(qiáng)比耐震結(jié)構(gòu)鋼：鋼材的屈強(qiáng)比越低，材料破斷前產(chǎn)生穩(wěn)定塑性變形的能力越高，吸震性能越好。3.結(jié)構(gòu)形式的革新

新型結(jié)構(gòu)：如網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)、鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)索膜結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和其它雜交結(jié)構(gòu)。

4.制造工業(yè)水平的提高

改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)制造的工藝和進(jìn)行設(shè)備更新，提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平。應(yīng)促進(jìn)一些結(jié)構(gòu)形成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品化，實(shí)現(xiàn)工廠化批量生產(chǎn)，作為產(chǎn)品投放市場(chǎng)，降低造價(jià)。

鋼桁架與門式剛架第一節(jié)概述一、桁架的特點(diǎn)和應(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)。

桁架主要用于空間桁架（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、鋼閘門中的桁架等）。

本章主要介紹平面簡(jiǎn)支桁架的設(shè)計(jì)。

二、平面桁架的外形和腹桿體系影響桁架外形選擇的因素：1.滿足使用要求；2.受力合理；3.便于制做和安裝；4.綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果好。

常用的平面桁架的外形如圖

桁架應(yīng)具有適當(dāng)?shù)闹胁扛叨菻和端部高度H0（三角形桁架端部高度為零）。H取決于運(yùn)輸界限（鐵路運(yùn)輸為3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax、剛度要求的最小限值Hmin、以及使弦桿和腹桿總用鋼量最少的經(jīng)濟(jì)高度Hec。簡(jiǎn)支梯形和平行弦桁架，通常H=（1/6~1/10）L,簡(jiǎn)支梯形鋼桁架對(duì)端部高度H0無特殊要求。當(dāng)梯形鋼桁架與柱剛接時(shí)，桁架端部有負(fù)彎矩，要求H0具有一定高度。鋼屋架中常用H0=（1.8~2.2）m。

三．門式剛架的特點(diǎn)和應(yīng)用1.定義門式剛架是由梁、柱單元構(gòu)件組成的單跨或多跨剛架，具有輕型屋蓋和輕型外墻，可以設(shè)置起重量不大于300kN（30噸）的中、輕級(jí)工作制橋式吊車或30kN（3噸）懸掛式起重機(jī)的單層房屋鋼結(jié)構(gòu)。2．門式剛架的特點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)自重輕,基礎(chǔ)造價(jià)低。

(2)外形簡(jiǎn)潔、美觀。

(3)對(duì)抗震非常有利。

(4)建造速度快，裝拆方便。3．適用范圍

門式剛架通常用于跨度為9～36m（我國(guó)單跨門式剛架的跨度已達(dá)到72m）；柱距為4.5～12m；柱高為4.5～9m；設(shè)有吊車起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑。四．門式剛架的結(jié)構(gòu)形式

門式剛架的結(jié)構(gòu)形式可按不同的考慮劃分：1.按剛架的構(gòu)件體系：可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式剛架。2.按結(jié)構(gòu)選材分：有普通型鋼截面、薄壁型鋼截面和鋼管截面剛架等；3．按跨度分為單跨、雙跨或多跨的單、雙坡門式剛架。4．按截面形式分有等截面和變截面剛架。設(shè)有橋式吊車時(shí)，柱宜采用等截面構(gòu)件。5．節(jié)點(diǎn)橫梁與柱為剛接，柱腳多采用鉸支。當(dāng)用于廠房且有吊車時(shí)，或水平荷載較大，檐口標(biāo)高較高或剛度要求較高時(shí)，宜將柱腳設(shè)計(jì)為剛接。6．圍護(hù)結(jié)構(gòu)

屋蓋常采用壓型鋼（鋁）板屋面板和Z形冷彎薄壁型鋼檁條。外墻宜采用槽形或帽形冷彎薄壁型鋼墻梁和雙層壓型鋼板，并在雙層壓型鋼板中間設(shè)置玻璃纖維棉等卷材隔熱(或保溫)層的結(jié)構(gòu)體系。墻梁宜布置在剛架柱的外側(cè)。墻體底部1m高也可采用砌體結(jié)構(gòu)，對(duì)保護(hù)墻體非常有利，在實(shí)際工程中采用較多。板縫宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑動(dòng)式連接件，可解決溫度應(yīng)力問題。三．結(jié)構(gòu)平面布置

1.定位軸線及尺寸剛架邊柱的定位軸線取柱外皮；斜梁軸線取通過變截面梁段最小端中心與斜梁上表面平行的軸線。檐口高度取地坪至房屋外側(cè)檁條上緣的高度；最大高度取地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度；寬度取房屋側(cè)墻墻梁外皮之間的距離；長(zhǎng)度取兩端山墻墻梁外皮之間的距離。2.柱網(wǎng)布置在滿足使用要求和經(jīng)濟(jì)要求的前提下確定最佳跨度和柱距。門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)的縱向溫度區(qū)段長(zhǎng)度不大于300m，橫向溫度區(qū)段長(zhǎng)度不大于150m。當(dāng)需要設(shè)置伸縮縫時(shí)，可在搭接檁條的螺栓連接處采用長(zhǎng)圓孔并使該處屋面板在構(gòu)造上允許脹縮；或者設(shè)置雙柱。3.山墻結(jié)構(gòu)布置山墻結(jié)構(gòu)方案（1）由屋面斜梁、兩側(cè)角柱、抗風(fēng)柱、墻梁和墻板組成的結(jié)構(gòu)體系。優(yōu)點(diǎn)是角柱有利于縱、橫兩個(gè)方向的墻梁連接，缺點(diǎn)是山墻架結(jié)構(gòu)的橫向剛度較差，并且不利于房屋的縱向擴(kuò)建。（2）用橫向框架代替斜梁和角柱。這種結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)點(diǎn)是加強(qiáng)了山墻架結(jié)構(gòu)的橫向剛度，特別適用于有橋式吊車的廠房和沿縱向需要擴(kuò)建的房屋?？癸L(fēng)柱的布置應(yīng)與屋面橫向水平支撐的節(jié)點(diǎn)位置相配合。4.墻梁布置墻梁的間距與墻板的承載能力、房屋所在地區(qū)的基本風(fēng)壓及房屋的高度等有關(guān)，同時(shí)在門、窗框上端、窗臺(tái)、檐口及室內(nèi)地面處均應(yīng)設(shè)置墻梁。第二節(jié)支撐設(shè)計(jì)一、桁架支撐設(shè)計(jì)（一）桁架支撐的作用

平面桁架在其本身平面內(nèi)具有較大的剛度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其幾何不變，即使桁架上弦與檁條或屋面等鉸接相連桁架仍會(huì)側(cè)向傾倒（如圖7-4（(a)中虛線所示）。為了防止桁架側(cè)向傾倒破壞和改善桁架工作性能，對(duì)于平面桁架體系，必須設(shè)置支撐系統(tǒng)（水工結(jié)構(gòu)中也稱為聯(lián)結(jié)系）。

桁架支撐的作用主要是：（1）保證桁架結(jié)構(gòu)的空間幾何穩(wěn)定性即形狀不變。（2）保證桁架結(jié)構(gòu)的空間剛度和空間整體性。桁架上弦和下弦的水平支撐與桁架弦桿組成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撐則與桁架豎桿組成垂直桁架，無論豎向或縱、橫向水平荷載，都能通過一定的桁架體系把力傳向支座，有足夠的剛度和整體性。（3）為桁架弦桿提供側(cè)向支撐點(diǎn)。水平和垂直支撐作為桁架弦桿的側(cè)向支承點(diǎn)，減小弦桿在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度，提高其整體穩(wěn)定承載力。（4）承受并傳遞水平荷載。（5）保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定且便于安裝。（二）、桁架支撐的種類和布置如圖7-4（b）所示，桁架支撐一般包括下列幾種：1.上弦橫向水平支撐

位于相鄰兩榀桁架上弦桿之間的橫向水（斜）平面內(nèi)。沿廠房的縱向，上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在房屋的兩端，或當(dāng)有溫度縫時(shí)設(shè)置在溫度縫區(qū)段的兩端。一般設(shè)在第一個(gè)柱間（圖7-4b）或設(shè)在第二個(gè)柱間。橫向水平支撐的間距L0不宜超過60m。當(dāng)溫度區(qū)段長(zhǎng)度Lt超過60m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。2.下弦橫向水平支撐

布置原則：一般情況均應(yīng)設(shè)置下弦橫向水平支撐。只有當(dāng)桁架跨度比較小（L≤18m），且沒有懸掛式吊車，或雖有懸掛吊車但起重噸位不大，廠房?jī)?nèi)也無較大的振動(dòng)設(shè)備時(shí)，可不設(shè)下弦橫向水平支撐。布置位置：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。3.縱向水平支撐

布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端節(jié)間沿廠房縱向水平面內(nèi)布置。

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)、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，空間剛度要求較高時(shí)，均應(yīng)布置縱向水平支撐。垂直支撐：

所有廠房中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。

布置位置：梯形屋架在跨度L≤30m、三角形屋架在跨度L≤24m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1/3附近或天窗架側(cè)柱處設(shè)置兩道。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。

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。系桿：系桿的作用：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)相連的系桿來保證。系桿的類型：能承受壓力和拉力的系桿稱為剛性系桿；只能承受拉力的系桿叫柔性系桿。其長(zhǎng)細(xì)比分別按壓桿和拉桿控制。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。

（三）、桁架支撐的計(jì)算1.計(jì)算原則：除系桿外各種桁架支撐均是垂直于屋架平面的平面桁架，由設(shè)置的支撐桿件和屋架的弦桿或豎桿組成。當(dāng)支撐桁架受力較小時(shí)，可不做內(nèi)力計(jì)算，桿件截面按容許長(zhǎng)細(xì)比選擇；交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設(shè)計(jì)，可用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，可用雙角鋼組成T形或十字形截面。當(dāng)支撐桁架受力較大時(shí)，需按平面桁架體系計(jì)算支撐桁架的桿件內(nèi)力，進(jìn)行桿件截面設(shè)計(jì)。2.內(nèi)力計(jì)算：有交叉斜腹桿的支撐桁架是超靜定體系，但因受力較小，一般可按下述簡(jiǎn)化方法計(jì)算：即只考慮受拉腹桿按柔性方案參與工作。如圖7-5中用虛線表示的一組斜腹桿因收壓而退出工作，此時(shí)桁架按單斜桿靜定體系計(jì)算；當(dāng)荷載反向作用時(shí)，則認(rèn)為另一組斜腹桿退出工作。二、門式剛架支撐設(shè)計(jì)

（一）門式剛架支撐的作用1.門式剛架支撐的作用和類型：

支撐的作用：通過在門式剛架之間設(shè)置支撐，使其與各個(gè)平行的剛架連成一體，形成一個(gè)具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的空間整體結(jié)構(gòu)，從而保證門式剛架結(jié)構(gòu)在廠房縱向的幾何不變性及梁柱構(gòu)件在剛架平面外的穩(wěn)定性。支撐的類型：如圖7-6所示；門式剛架的支撐主要有：屋面橫向水平支撐及系桿、柱間支撐、水平系桿、隅撐等。

屋面橫向水平支撐：系設(shè)置在框架梁的上翼緣平面，由框架梁的上翼緣作為弦桿，檁條和交叉斜桿作為腹桿而組成的水平桁架。對(duì)于未設(shè)置橫向水平支撐的框架梁則通過系桿（或檁條）與之相連，從而使屋蓋形成一個(gè)整體。柱間支撐：設(shè)置在縱向柱列軸線位置，并且應(yīng)與屋面橫向水平支撐布置在同一開間。

隅撐：為了提高框架梁、柱的整體穩(wěn)定性，應(yīng)在下列梁、柱的受壓翼緣區(qū)域布置隅撐：（1）框架梁下翼緣受壓區(qū)段內(nèi)的每根檁條處；（2）框架柱中靠近柱上端內(nèi)翼緣壓應(yīng)力較大的區(qū)段。隅撐也加強(qiáng)了檁條的豎向剛度，有利于提高檁條的承載力；隅撐對(duì)加強(qiáng)門式剛架房屋鋼結(jié)構(gòu)的空間剛度非常有利。（二）支撐結(jié)構(gòu)的布置和計(jì)算

1.屋面橫向水平支撐和系桿

布置原則：

橫向水平支撐一般布置在廠房（或溫度區(qū)段）兩端第一或第二開間，并且每隔30~40m再布置一道，最大間距不應(yīng)大于60m（圖7-8）。在橫向水平支撐的節(jié)點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置通長(zhǎng)系桿，其中屋脊和檐口處系桿及當(dāng)橫向支撐布置在房屋兩端第二開間時(shí)的第一開間系桿均為剛性系桿，其它為柔性系桿。

內(nèi)力計(jì)算：屋面橫向水平支撐的計(jì)算，應(yīng)考慮由廠房?jī)啥丝癸L(fēng)柱所傳遞的縱向風(fēng)荷載及因阻止框架梁側(cè)向失穩(wěn)而起支撐作用所應(yīng)承受的內(nèi)力。橫向水平支撐中的交叉斜桿可按拉桿設(shè)計(jì)，其豎腹桿應(yīng)按壓桿設(shè)計(jì)。

2.柱間支撐和水平系桿

布置原則：柱間支撐通常沿縱向柱列每隔30~40m布置一道，最大間距不應(yīng)大于60m，當(dāng)房屋高度較大時(shí)，柱間支撐應(yīng)分層設(shè)置（如圖7-9所示）。在柱間支撐的節(jié)點(diǎn)處，沿縱向柱列應(yīng)設(shè)置通長(zhǎng)的剛性水平系桿。內(nèi)力計(jì)算：柱間支撐內(nèi)力計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮屋面橫向水平支撐傳來的縱向風(fēng)荷載及為了減小柱的側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度而起支撐作用所應(yīng)承受的力。當(dāng)廠房設(shè)有吊車時(shí)，還應(yīng)計(jì)入吊車的縱向制動(dòng)力。柱間支撐的計(jì)算簡(jiǎn)圖可按支撐于柱腳基礎(chǔ)上的懸臂桁架計(jì)算（如圖7-9所示）。3.隅撐

在框架梁中，隅撐設(shè)置在框架梁下翼緣受壓的區(qū)段內(nèi)；而在框架柱中，隅撐則設(shè)置在框架柱中靠近柱上端內(nèi)翼緣壓應(yīng)力較大的區(qū)段。隅撐與梁、柱的連接方式如圖7-7所示。

第三節(jié)桁架設(shè)計(jì)

一、桁架的內(nèi)力計(jì)算

1.作用荷載：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。

2.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。

3.內(nèi)力計(jì)算：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《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，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7-11所示。二、桁架桿件的計(jì)算長(zhǎng)度

（一）桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度L0x

桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)桿件的節(jié)間長(zhǎng)度和兩端約束情況確定：1.上下弦桿：L0X=L（節(jié)間長(zhǎng)度）

2.腹桿：支座處豎腹桿和斜腹桿L0X=L（節(jié)間長(zhǎng)度）中部其它腹桿L0X=0.8L（L為節(jié)間長(zhǎng)度）

3.交叉腹桿：L0X=節(jié)點(diǎn)中心至交叉點(diǎn)間的距離（如圖7-12）。

（二）桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度L0Y

桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度L0Y應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離：

1.上下弦桿：L0Y=L1（側(cè)向支點(diǎn)間的距離）

2.腹桿：L0Y=L（節(jié)間長(zhǎng)度）

3.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L1時(shí)常為節(jié)間長(zhǎng)度的2倍（圖7-13（a）），而弦桿兩節(jié)間的軸心壓力可能不相等（設(shè)N1＞N2），當(dāng)用較大的軸力N1驗(yàn)算弦桿平面外穩(wěn)定時(shí)，如果計(jì)算長(zhǎng)度仍用L1顯然過于保守。此時(shí)應(yīng)按下式確定平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：

L0Y=L1（0.75+0.25N2/N1）且L0Y≥0.5L1

計(jì)算時(shí)壓力取正號(hào)，拉力取符號(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（圖7-13b），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面外的計(jì)算長(zhǎng)度仍取L1。（三）斜平面的計(jì)算長(zhǎng)度對(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imin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：L0=0.9L（L為節(jié)間長(zhǎng)度）三、桁架桿件的截面形式選擇

基本原則：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)單和具有足夠剛度等要求綜合確定。（1）對(duì)于軸心受力的腹桿，應(yīng)考慮兩方向（繞X軸、Y軸）的等穩(wěn)定性要求。（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。（3）對(duì)于下弦桿，作為平面桁架的外框，應(yīng)適當(dāng)加大桿件在桁架平面外的剛度。普通桁架的桿件截面常采用角鋼組合成的T形、十字形或單角鋼截面。重型桁架常采用H型鋼、箱形截面或兩槽鋼組合截面。此外，鋼管（圓管或方管）也是桁架結(jié)構(gòu)中的桿件常用截面。四、桁架桿件截面設(shè)計(jì)

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）構(gòu)件。對(duì)于軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)方法可分別參考第四章和第六章內(nèi)容。普通綱桁架桿件截面設(shè)計(jì)時(shí)尚需注意下列問題：（1）宜優(yōu)先選用肢寬壁薄的截面，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。（2）需用C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。（3）為減少拼接的設(shè)置，桁架弦桿的截面宜根據(jù)弦桿的最大內(nèi)力來選擇，對(duì)于跨度不大的桁架宜采用等截面弦桿。（4）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，盡量做到λx≈λy。

（5）當(dāng)桁架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連時(shí)，則該豎桿宜采用由雙角鋼組成的十字形截面，以使垂直支撐對(duì)該豎桿的連接偏心為最小。（6）為了便于備料，整榀桁架所用的角鋼規(guī)格不宜超過5~6種。五、桁架的桿件設(shè)計(jì)

鋼桁架一般在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置節(jié)點(diǎn)板，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)（圖7-17），各桿件把力傳給節(jié)點(diǎn)板并相互平衡。一般桿件（腹桿和端部弦桿）把桿件全部?jī)?nèi)力N傳給節(jié)點(diǎn)板，而在節(jié)點(diǎn)處連續(xù)的桿件（如中部區(qū)域弦桿）則把節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的內(nèi)力差△N傳給節(jié)點(diǎn)板。當(dāng)節(jié)點(diǎn)上作用有荷載P時(shí)，則傳給節(jié)點(diǎn)板的力為N或△N與P（如圖7-24）。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。

桿件與節(jié)點(diǎn)板的連接通常采用焊接。對(duì)于輸電線路塔架和一些需拆卸的桁架以及安裝連接時(shí)也常采用C級(jí)螺栓。高強(qiáng)度螺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)。（一）節(jié)點(diǎn)板的厚度鋼桁架各桿件在節(jié)點(diǎn)處都與節(jié)點(diǎn)板相連接，傳遞內(nèi)力并相互平衡。節(jié)點(diǎn)板中的應(yīng)力分布非常復(fù)雜，確定節(jié)點(diǎn)板厚度的主要依據(jù)是各節(jié)點(diǎn)處每根桿件傳給節(jié)點(diǎn)板的內(nèi)力。因?yàn)檎旒艿墓?jié)點(diǎn)板厚度相同，故應(yīng)以桁架的最大腹桿內(nèi)力Nmax（對(duì)三角形桁架取弦桿端節(jié)間內(nèi)力）來確定全桁架的節(jié)點(diǎn)板厚度。如表7-2所示。桿件的填板：雙角鋼T形或十字形是組合截面，為保證兩個(gè)角鋼能整體共同受力，應(yīng)每隔一定間距在兩角鋼間放置填板（綴板），如圖7-18所示。填板中距Ld分別為：壓桿Ld≤40i1

拉桿Ld≤80i1。（二）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的基本要求

（1）各桿件的形心線理論上應(yīng)與桿件軸線重合，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件軸線的距離取為5mm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（如圖7-19）。當(dāng)弦桿截面有改變時(shí)，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)取兩形心線的中線作為弦桿的共同軸線（圖7-19），以減小兩個(gè)角鋼的形心線錯(cuò)開而產(chǎn)生的偏心影響。（2）節(jié)點(diǎn)處各桿件邊緣間應(yīng)留一定間隙C（圖7-19），以便于拼接和施焊，并避免焊縫過于密集而使鋼材焊接過熱變脆。一般取c≥20mm；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c≥50mm。但在桁架圖中一般不直接表明各處c值，而是注明各切斷桿件的端距以控制有足夠的間隙c。（3）角鋼的切斷面一般應(yīng)與其軸線垂直，為使節(jié)點(diǎn)緊湊需要斜切時(shí)，只能切肢尖（圖7-20(a)）。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，如采用矩形、梯形（圖7-20?）等凸多邊形。（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，節(jié)點(diǎn)板外邊緣與桿件邊線間的擴(kuò)大角宜≥1：4~1：3（15。~20。，圖7-21(b)），強(qiáng)度用足的桿件宜≥1：2。（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)，角鋼的水平伸出肢寬一般應(yīng)≥70~90mm。角鋼應(yīng)有一定厚度以免在集中荷載作用下發(fā)生過大彎曲，可參考表7-3選用。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，如圖7-22所示。

六、桁架的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和計(jì)算

一般原則

桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)宜結(jié)合繪制屋架施工圖進(jìn)行。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟為：

①按正確角度畫出交匯于該節(jié)點(diǎn)的各桿軸線（軸線至角鋼肢背的距離取5mm的整數(shù)倍）。

②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c，確定各桿端位置。

③根據(jù)各桿件內(nèi)力N，計(jì)算各桿件端部與節(jié)點(diǎn)板的連接角焊縫尺寸lw，布置焊縫，并按比例繪于節(jié)點(diǎn)圖上。

④確定節(jié)點(diǎn)板的合理形狀（凸多邊形）和尺寸，要求節(jié)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2hf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10~15mm的焊縫位置。

⑤進(jìn)行節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。鋼桁架的節(jié)點(diǎn)主要有一般節(jié)點(diǎn)（無節(jié)點(diǎn)荷載、無拼接）、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：1、一般節(jié)點(diǎn)

一般節(jié)點(diǎn)是指無集中菏載和無弦桿拼接的節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造形式如圖7-23所示。設(shè)計(jì)步驟如下：

①根據(jù)各腹桿內(nèi)力Ni計(jì)算各腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接角焊縫尺寸，肢背焊縫：取hf1，計(jì)算LW1=k1×Ni/(2×0.7hf1×ffw)+2hf1

肢尖焊縫：取hf2，計(jì)算Lw2=k2×Ni/(2×0.7hf2×ffw)+2hf2②按比例把各腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫尺寸標(biāo)注在各桿端，并確定節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸，節(jié)點(diǎn)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10-15mm，以便弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊接。③計(jì)算弦桿角鋼與節(jié)點(diǎn)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)際長(zhǎng)度，因此可按構(gòu)造要求的hfmin滿焊即可。2、有集中荷載作用的接點(diǎn)

①②確定各腹桿與節(jié)點(diǎn)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)。

③弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫計(jì)算：為了放置上部構(gòu)件（檁條或大型屋面板），節(jié)點(diǎn)板須縮入上弦角鋼肢背不小于（0.5δ+2mm),且不大于δ(δ為節(jié)點(diǎn)板厚度)的深度,并用塞焊縫連接.常采用近似方法計(jì)算,即假定塞焊縫相當(dāng)于兩條焊腳尺寸各為hf1=δ/2、長(zhǎng)度為L(zhǎng)W1（即節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度）的角焊縫，且僅承受P力的作用。計(jì)算時(shí)忽略屋架坡度的影響，設(shè)P力垂直于焊縫，故焊縫強(qiáng)度應(yīng)滿足：

σf=P/(βf×2×0.7hf1Lw1)≤ffw

（7-2）通常P力不大，按上式算出的σf很小，一般可不做計(jì)算。

角鋼肢尖焊縫承受相鄰節(jié)間弦桿的內(nèi)力差△N=N1-N2和由其產(chǎn)生的偏心彎矩M=（N1-N2）e(e為角鋼肢尖至弦桿軸線的距離）。焊縫的強(qiáng)度應(yīng)滿足式（7-3）的要求。當(dāng)△N較大，按式（7-3）計(jì)算的肢尖焊縫強(qiáng)度難以滿足要求時(shí)，可按圖7-24（B）的形式處理和計(jì)算。3、弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)

弦桿的拼接分工廠拼接和工地拼接兩種。工廠拼接是因型鋼供應(yīng)長(zhǎng)度不足時(shí)所做的拼接，通常設(shè)在內(nèi)力較小的節(jié)間內(nèi)。工地拼接是在桁架分段制造和運(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。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7-25a、b所示。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4條拼接焊縫均勻受力。接頭一側(cè)需要的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為：

Lw=N/(4×0.7hfffw)(7-4)N—拼接處弦桿的最大內(nèi)力，或N=AfA為弦桿的截面面積。則拼接角鋼的總長(zhǎng)度為：

L=2（Lw+10）+a(mm)(7-5)

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15%與節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差△N兩者中的較大值計(jì)算。計(jì)算方法同前述節(jié)點(diǎn)。4、支座節(jié)點(diǎn)

桁架與柱的連接分鉸接和剛接兩種形式。圖7-26所示為梯形桁架的鉸接支座節(jié)點(diǎn)，采用由節(jié)點(diǎn)板、底板、加勁肋和錨栓組成的構(gòu)造形式。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)板的側(cè)向剛度。加勁肋應(yīng)設(shè)在節(jié)點(diǎn)的中心，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)保持一定距離（圖7-26中S），一般不應(yīng)小于下弦角鋼水平肢的寬度。支座節(jié)點(diǎn)的傳力路線是：桁架端部各桿件的內(nèi)力通過桿端焊縫傳給節(jié)點(diǎn)板，再經(jīng)節(jié)點(diǎn)板和加勁肋間的豎直焊縫將一部分力傳給加勁肋，然后通過節(jié)點(diǎn)板、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。支座節(jié)點(diǎn)可采用第六章鉸接柱腳類似方法計(jì)算：

⑴底板面積；按式（6-53）計(jì)算。

⑵底板厚度：按式（6-59）計(jì)算，但應(yīng)注意底板不宜太薄，以使柱頂壓力分布均勻。

⑶加勁肋：加勁肋的高度應(yīng)結(jié)合節(jié)點(diǎn)板的尺寸確定。加勁肋的厚度可略小于中間節(jié)點(diǎn)板的厚度。加勁肋可視為支承于節(jié)點(diǎn)板的懸臂梁，可近似地取每塊加勁肋承受1/4支座反力。加勁肋和節(jié)點(diǎn)板與底板間的水平焊縫按承受全部支座反力計(jì)算。5、T形鋼作弦桿的桁架節(jié)點(diǎn)

如圖7-27所示，桁架的弦桿和腹桿全部由T形鋼制成，對(duì)于次種桁架，在腹桿端部需要進(jìn)行較為復(fù)雜的切割，使得加工制造難度有所增加。圖7-28所示的桁架弦桿采用T型鋼，腹桿采用雙角鋼。雙角鋼可直接與T型鋼腹板相連。6、節(jié)點(diǎn)處板件的計(jì)算

⑴根據(jù)試驗(yàn)研究，連接節(jié)點(diǎn)處的板件受拉、剪作用時(shí)，應(yīng)按下列公式進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算（圖7-29）

N/（∑ηiAi）≤f(7-6)式（7-6）中各符號(hào)的物理意義見教材解釋。

⑵考慮到桁架節(jié)點(diǎn)板的外形往往不規(guī)則，采用式（7-6）計(jì)算比較麻煩，也可用有效寬度法進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)試驗(yàn)研究，節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度也可按下式計(jì)算：

σ=N/(bet)≤f(7-7)式中，be---板件的有效寬度（圖7-30（a）），當(dāng)用螺栓連接時(shí)，應(yīng)取凈寬度（圖7-30(b)），圖中θ為應(yīng)力擴(kuò)散角，可取為30。。

⑶根據(jù)試驗(yàn)研究，桁架節(jié)點(diǎn)板在斜腹桿壓力N作用下的穩(wěn)定性可用下列方法進(jìn)行計(jì)算：●對(duì)有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板：當(dāng)a/t≤15√235/fy

時(shí)，可不計(jì)算穩(wěn)定，否則按附錄二—B中的要求進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算?！駥?duì)無豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板：當(dāng)a/t≤10√235/fy時(shí)，節(jié)點(diǎn)板的穩(wěn)定承載力可取為0.8be×t×f。當(dāng)a/t＞10√235/fy時(shí)，應(yīng)按附錄二—B中的要求計(jì)算。關(guān)于節(jié)點(diǎn)板的其他要求參見教材相關(guān)內(nèi)容。第四節(jié)門式剛架一、內(nèi)力和側(cè)移計(jì)算（一）變截面門式剛架內(nèi)力計(jì)算

對(duì)構(gòu)件為變截面的門式剛架，有可能在幾個(gè)截面同時(shí)或接近同時(shí)出現(xiàn)塑性鉸，不宜利用塑性鉸出現(xiàn)后的應(yīng)力重分布；剛架構(gòu)件的腹板通常很薄，截面發(fā)展塑性的潛力也不大，故應(yīng)采用彈性分析方法按平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析。當(dāng)有必要且有條件時(shí)，可考慮屋面板的蒙皮效應(yīng)，具體方法見《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：98》的條文說明。變截面門式剛架的內(nèi)力分析可按一般結(jié)構(gòu)力學(xué)方法或利用靜力計(jì)算公式、圖表進(jìn)行；也可采用有限單元法計(jì)算。

（二）變截面門式剛架側(cè)移計(jì)算

1、單跨剛架當(dāng)單跨變截面門式剛架橫梁上翼緣坡度不大于1：5時(shí)，在柱頂水平力作用下的側(cè)移u可按下列公式估算：

柱腳鉸接剛架u=Hh3(2+ξt)/(12EIc)

(7-8)

柱腳剛接剛架u=Hh3(3+2ξt)/[12EIc(6+2ξt)

(7-9)式中ξt------剛架柱與剛架梁的線剛度比值，ξt=IcL/(hIb);h，L---剛架柱高度和剛架跨度；當(dāng)橫梁坡度大于1：10時(shí)，L應(yīng)取橫梁沿坡折線的總長(zhǎng)度2s（圖7-32）；

Ic，Ib----柱和橫梁的平均慣性矩，對(duì)于楔形構(gòu)件：Ic=（Ic0+Ic1）/2，Ic0和Ic1分別為柱小頭和大頭的慣性矩；對(duì)于雙楔形橫梁：Ib=[Ib0+αIb1+（1-α）Ib2]/2，Ib0、Ib1和Ib2分別為楔形橫梁最小截面、檐口和跨中截面的慣性矩；H---剛架柱頂?shù)刃搅Α．?dāng)估算剛架在沿柱高度均布的水平風(fēng)荷載作用下的側(cè)移時(shí)（圖7-33），柱腳鉸接：H=0.67W，W=（w1+w2）h；柱腳剛接：H=0.45W。當(dāng)估算剛架在吊車水平荷載PC作用下的側(cè)移時(shí)（圖7-34），柱腳鉸接：H=1.15ηPC柱腳剛接:H=ηPc2、兩跨剛架

中間柱為搖擺柱的兩跨剛架，柱頂側(cè)移可采用公式（7-8）和公式（7-9）計(jì)算，但計(jì)算ξt時(shí)，應(yīng)以2s代替L，s為單坡面長(zhǎng)度（圖7-35）。

當(dāng)中間柱與橫梁剛性連接時(shí)，可將多跨剛架看作多個(gè)單跨剛架的組合體（每個(gè)中柱分為兩半，慣性矩各為I/2），按下式計(jì)算剛架在柱頂水平荷載作用下的側(cè)移：u=H/∑Ki(7-10)式中，∑Ki------柱腳鉸接時(shí)各單跨剛架的側(cè)向剛度之和；Ki=12EIei/[hi3(2+ξti）]，ξti=Ieili/(hiIbi);hi-----所計(jì)算跨兩柱的平均高度（圖7-36）；hi=(hl+hr)/2li-----與所計(jì)算柱相連接的單跨剛架梁的跨度；

Iei----兩柱慣性矩不相同時(shí)的等效慣性矩，Iei=（Il+Ir）/4+IlIr/（Il+Ir）Il,Ir-----分別為所計(jì)算跨左、右兩柱的慣性矩（圖7-36）二、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)

（一）變截面剛架的構(gòu)件計(jì)算

1、板件最大寬厚比和屈曲后強(qiáng)度利用工字形截面構(gòu)件受壓翼緣自由外伸寬度b1與其厚度之比：b1/t≤15√235/fy工字形截面梁、柱腹板的計(jì)算高度h0與其厚度tw之比：h0/tw≤250√235/fy

對(duì)于工字形截面的腹板，從經(jīng)濟(jì)考慮宜采用高薄形截面，此時(shí)，充分利用腹板的屈曲后強(qiáng)度是比較合理的。對(duì)于工字形截面構(gòu)件腹板的受剪板幅，當(dāng)腹板高度的變化不超過60mm/m時(shí)，可考慮屈曲后強(qiáng)度，其抗剪承載力設(shè)計(jì)值Vd按下式計(jì)算：Vd=hwtwfv’(7-11)

式中hw---腹板高度，對(duì)楔形腹板取板幅平均高度。

fv’---腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，計(jì)算詳見規(guī)程CECS102:98當(dāng)利用腹板屈曲后抗剪強(qiáng)度時(shí)，橫向加勁肋間距a宜在(1~2)hw之間。工字形截面構(gòu)件腹板受彎及受壓板幅利用屈曲后強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按有效寬度計(jì)算截面特性：當(dāng)截面全部受壓時(shí)，有效寬度he=ρhw，ρ是有效寬度系數(shù)，其計(jì)算詳見CECS102：98；當(dāng)截面部分受拉時(shí)，受拉區(qū)全部有效，受壓區(qū)有效寬度he=ρhc，hc為腹板受壓區(qū)高度。2、剛架構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算和加勁肋設(shè)置工字形截面受彎構(gòu)件在剪力V和彎矩M共同作用下的強(qiáng)度應(yīng)滿足下列要求：當(dāng)V≤0.5Vd時(shí)M≤Me(7-12)當(dāng)0.5Vd≤V≤Vd時(shí)M≤Mf+(Me-Mf)[1-(2V/Vd-1)2](7-13)式中Mf---兩翼緣所承擔(dān)的彎矩,對(duì)雙軸對(duì)稱截面:Mf=Af(hw+t)f;Me---構(gòu)件有效截面所承擔(dān)的彎矩,Me=Wef;We---構(gòu)件有效截面最大受壓纖維的截面模量;Af---構(gòu)件翼緣截面面積。工字形截面壓彎構(gòu)件在剪力V、彎矩M和軸心壓力N共同作用下的強(qiáng)度應(yīng)滿足下列要求：

當(dāng)V≤0.5Vd時(shí)M≤MeN=Me-NWe/Ae

（7-14）當(dāng)0.5Vd≤V≤Vd時(shí)M≤MfN+（MeN-MfN）[1-（2V/Vd-1）2]（7-15）式中MfN---兼承受壓力N時(shí)兩翼緣所能承受的彎矩，對(duì)雙軸對(duì)稱截面：

MfN=Af(hw+t)(f-N/A)A---有效截面面積。

梁腹板應(yīng)在與中柱連接處、較大集中荷載處和翼緣轉(zhuǎn)折處設(shè)置橫向加勁肋。梁腹板利用屈曲后強(qiáng)度時(shí)，其中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉(zhuǎn)折產(chǎn)生的壓力外，還應(yīng)承受拉力場(chǎng)產(chǎn)生的壓力。該拉力場(chǎng)產(chǎn)生的壓力NS=V-0.9hwtwτcr，τcr是利用拉力場(chǎng)時(shí)腹板的屈曲剪應(yīng)力，其計(jì)算詳見規(guī)程CECS102：98。當(dāng)驗(yàn)算加勁肋的穩(wěn)定性時(shí)，其截面應(yīng)包括每側(cè)15√235/fy范圍內(nèi)的腹板面積，計(jì)算長(zhǎng)度取hw.3、變截面柱在剛架平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算

N0/(φxγAe0)+βmxM1/[(1-φxγN0/NE)We1]≤f(7-16)式中NE---歐拉臨界力，計(jì)算λ時(shí)，回轉(zhuǎn)半徑I以小頭為準(zhǔn)；

N0---小頭的軸向壓力設(shè)計(jì)值；

Ae0—小頭的有效截面面積；

We1—大頭有效截面最大受壓纖維的截面模量；

M1---大頭的彎矩設(shè)計(jì)值；當(dāng)柱最大彎矩不出現(xiàn)在大頭時(shí)，M1和We1分別取最大彎矩和該彎矩所在截面的有效截面模量；

βmx—等效彎矩系數(shù)，有側(cè)移剛架柱的等效彎矩系數(shù)=1.0；

φxγ—桿件軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比λ時(shí)，取小頭的回轉(zhuǎn)半徑；而對(duì)截面高度呈線形變化的楔形柱，在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度h0=μγh，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μγ可按下列三種方法之一確定：

⑴查表法：用于柱腳鉸接的剛架。①柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的μγ可由表7-4查得。②多跨剛架的中間柱為搖擺柱時(shí)（圖7-37），搖擺柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μγ取為1.0。邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度按下式計(jì)算：

h0=ημγh(7-17)式中各符號(hào)的物理意義見講義解釋。

式（7-17）的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μγ適用于屋面坡度不大于1：5的情況，超過此值時(shí)應(yīng)考慮橫梁軸向力對(duì)柱剛度的不利影響（橫梁軸向力將產(chǎn)生豎向分力）。

⑵一階分析法：可用于柱腳鉸接和剛接的剛架。

對(duì)于單跨對(duì)稱屋架（圖7-38（a）），按一階分析法得出柱頂水平荷載H作用下的側(cè)移剛度K=H/U后，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可由下列公式計(jì)算：當(dāng)柱腳為鉸接時(shí)μγ=4.16√(EIc0/(Kh3))(7-18)

當(dāng)柱腳為剛接時(shí)μγ=5.88√(EIc0/(Kh3))(7-19)

對(duì)中間為非搖擺柱的多跨剛架(圖7-38(b)),μγ可按下列公式計(jì)算:

當(dāng)柱腳為鉸接時(shí)μγ=0.85√[1.2NE0i∑(Ni/hi)/(K*N)](7-20)

當(dāng)柱腳為剛接時(shí)μγ=1.20√[1.2NE0i∑(Ni/hi)/(K*N)](7-21)式中hi、Ni、NE0i分別為第I根柱的高度、軸心壓力和以小頭為準(zhǔn)的歐拉臨界力公式（7-20）和公式（7-21）也可用于單跨非對(duì)稱剛架。⑶二階分析法；可用于柱腳鉸接和剛接的剛架。當(dāng)采用計(jì)入豎向荷載-側(cè)移效應(yīng)（P-U效應(yīng)）的二階分析法計(jì)算內(nèi)力時(shí)，構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μγ由下列公式計(jì)算：μγ=1-0.375γ+0.08γ2(1-0.0775γ)式中,γ--構(gòu)件的楔率,γ=(d1/d0)-1不大于0.268L/d0及6.0d0,d1—分別為柱的小頭和大頭的截面高度(圖7-39).4、變截面柱在剛架平面外的穩(wěn)定計(jì)算

N0/(φyAe0)+βtM1/(φbγWe1)≤f(7-23)式中，φY—軸心受壓構(gòu)件在剛架平面外的穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算長(zhǎng)度取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離，截面回轉(zhuǎn)以小頭為準(zhǔn)；

βt—等效彎矩系數(shù)，對(duì)一端彎矩為零的區(qū)段：βt=1-N/NEx0+0.75(N/NEx0)2,NEx0為以小頭為準(zhǔn)的歐拉臨界力；對(duì)兩端彎曲應(yīng)力基本相等的區(qū)域：βt=1.0;φbγ---均勻彎曲楔形受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù),可按講義中的公式(7-24)及相關(guān)規(guī)定計(jì)算.

5、變截面柱柱端抗剪承載力驗(yàn)算

變截面柱下端鉸接時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算柱端的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)不滿足時(shí)，應(yīng)對(duì)該處腹板加強(qiáng)。

6、橫梁設(shè)計(jì)

⑴實(shí)腹式橫梁在剛架平面內(nèi)和平面外均應(yīng)按壓彎構(gòu)件計(jì)算強(qiáng)度和穩(wěn)定。當(dāng)屋面坡度很小時(shí)（α≤10。），在剛架平面內(nèi)可僅按壓彎構(gòu)件計(jì)算其強(qiáng)度。

⑵變截面實(shí)腹式剛架橫梁的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度可取豎向支承點(diǎn)間的距離；實(shí)腹式剛架橫梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離；當(dāng)橫梁的上、下翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離不等時(shí)，應(yīng)取最大受壓翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離。

⑶當(dāng)實(shí)腹式剛架橫梁的下翼緣受壓時(shí)，必須在受壓翼緣的兩側(cè)布置隅撐（廠房端部剛架橫梁僅布置在一側(cè)）作為橫梁的側(cè)向支撐；隅撐的另一端連接在檁條上或焊接于太空輕質(zhì)大型屋面板的邊框上。

⑷當(dāng)橫梁上翼緣承受集中荷載處不設(shè)橫向加緊肋時(shí)，除應(yīng)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-）的規(guī)定驗(yàn)算腹板上邊緣的正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力共同作用時(shí)的折算應(yīng)力外，還應(yīng)滿足下式要求：F≤15（tf235/twfy)1/2×tw2×αmf(7-25)

式中，F(xiàn)—上翼緣所承受的集中荷載；

tf、tw--橫梁翼緣和腹板的厚度；

αm--參數(shù)，αm=1.5-M(Wef),且αm≤1.0，橫梁負(fù)彎矩區(qū)取零；

M—集中荷載作用處的彎矩。

⑸橫梁不需計(jì)算整體穩(wěn)定的側(cè)向支撐點(diǎn)間最大長(zhǎng)度，可取橫梁下翼緣寬度的16(235/fy)1/2。7、隅撐設(shè)計(jì)隅撐應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)，軸心壓力可按下式計(jì)算

N=Af(fy/235)1/2/（85cosθ)(7-26)式中，A—實(shí)腹式橫梁被隅撐所支撐翼緣的截面面積；

θ—隅撐與檁條軸線的夾角；

f、fy—實(shí)腹式斜梁鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和屈服強(qiáng)度。隅撐宜采用單角鋼制作，通常采用單個(gè)螺栓連接，計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)。隅撐與剛架構(gòu)件腹板的夾角不宜小于45。。（二）等截面剛架構(gòu)件計(jì)算等截面構(gòu)件可采用三塊鋼板焊成的工字形截面、高頻焊接輕型H型鋼及熱扎H型鋼。等截面剛架按彈性設(shè)計(jì)時(shí)，可按上述變截面剛架的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。等截面剛架按塑性設(shè)計(jì)時(shí)，可按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-）中有關(guān)塑性設(shè)計(jì)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

（一）橫梁與柱連接

門式剛架橫梁與柱的連接，可采用端板豎放（圖7-40(a)）、端板橫放（圖7-40(b)）和端板斜放（圖7-40?）三種形式。端板連接應(yīng)按連接初所受最大內(nèi)力設(shè)計(jì)。當(dāng)內(nèi)力較小時(shí)，應(yīng)按能夠承受不小于較小被連接截面承載力的一半設(shè)計(jì)。主剛架構(gòu)件的連接應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓，吊車梁與制動(dòng)梁的連接宜采用高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接。端板連接螺栓應(yīng)成對(duì)對(duì)稱布置。在受拉翼緣和受壓翼緣的內(nèi)外兩側(cè)均應(yīng)設(shè)置，并宜使每個(gè)翼緣的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近。為此，應(yīng)采用將端板伸出截面高度范圍以外的外伸式連接。當(dāng)螺栓群間的力臂足夠大時(shí)或受力較小時(shí)，也可采用將螺栓全部設(shè)在構(gòu)件截面高度范圍內(nèi)的端板齊平式連接。

在門式剛架中，受壓翼緣的螺栓不宜少于兩排。與橫梁端板連接的柱翼緣部分應(yīng)與端板等厚度（圖7-40(a)）。端板的厚度可根據(jù)支承條件（圖7-41）按下列公式計(jì)算，但不宜小于12mm?！?/p>

伸臂類端板：(7-27）●無加勁肋類端板：（7-28）●兩邊支承類端板：當(dāng)兩端板外伸時(shí)：(7-29）當(dāng)兩端板齊平時(shí)：(7-30）●三邊支承類端板：

(7-31）式中，Nt-一個(gè)高強(qiáng)度螺栓承受的拉力設(shè)計(jì)值；

f--端板鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

門式剛架的框架梁與框架柱相交的節(jié)點(diǎn)域，應(yīng)按下式驗(yàn)算剪切強(qiáng)度，當(dāng)不能滿足時(shí)，應(yīng)加厚腹板或設(shè)置加勁肋(圖7-40(b、c))。

（7-32）式中dc、tc分別為節(jié)點(diǎn)域柱腹板的寬度和厚度；

db框架梁端部高度或節(jié)點(diǎn)域高度（圖7-40（））；

M—節(jié)點(diǎn)承受的彎矩，多跨剛架中間柱應(yīng)取兩側(cè)斜梁端彎矩之代數(shù)和或柱端彎矩；

fv--節(jié)點(diǎn)域柱腹板鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。門式剛架梁、柱的翼緣和腹板與端板的連接，應(yīng)采用全熔透對(duì)接焊縫，使焊縫截面與構(gòu)件截面等強(qiáng)。當(dāng)不滿足要求時(shí)，可設(shè)置腹板加勁肋或局部加厚腹板。當(dāng)Nt≤0.4P時(shí)，(7-33)

當(dāng)Nt＞0.4P時(shí),(7-34)(二)門式剛架框架梁拼接構(gòu)造

圖7-42（a）為屋脊處框架梁拼接，圖7-42（b）為非屋脊處框架梁拼接，拼接構(gòu)造要求和計(jì)算方法同框架梁與框架柱的連接。

（三）門式剛架框架梁與搖擺柱的連接構(gòu)造

圖7-43為框架梁與搖擺柱的連接，柱兩端均為鉸接。螺栓直徑和布置由構(gòu)造決定，不考慮受力。加勁肋設(shè)置和設(shè)計(jì)應(yīng)考慮有效地傳遞支承反力。（四）門式剛架的柱腳構(gòu)造門式剛架柱腳分為鉸接柱腳和剛接柱腳兩種。對(duì)于一般的門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋，常采用制造方便的平板式鉸接柱腳。圖7-44（a）和圖7-44（b）為分別采用兩個(gè)和四個(gè)錨栓的平板式鉸接柱腳。前者當(dāng)柱子繞X-X軸有微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，錨栓不承受拉力，是一種比較理想的鉸接構(gòu)造；后者當(dāng)柱子繞X-X軸有微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，錨栓將受到拉力，但由于錨栓力臂較小，且錨栓受力后底板易發(fā)生變形，故該拉力不大，這種柱腳構(gòu)造接近于鉸接，常用于橫向剛度要求較大的門式剛架柱腳。圖7-45為用于搖擺柱的鉸接柱腳構(gòu)造。

剛接柱腳用于設(shè)置有橋式吊車的門式剛架或大跨度剛架。對(duì)于剛接柱腳，應(yīng)至少有4個(gè)錨栓對(duì)稱布置在軸線兩側(cè)，并保證對(duì)主軸X—X具有較大的距離。此外，柱腳還必須有足夠的剛度。圖7-46（a）為底板用加勁肋加強(qiáng)的剛接柱腳。圖7-46（b）為采用靴梁和加勁肋的剛接柱腳。(五）、牛腿設(shè)計(jì)

牛腿的構(gòu)造要求見圖7-47。柱為焊接工字形截面，可為等截面或變截面柱。牛腿板件截面尺寸與柱截面尺寸相協(xié)調(diào)，牛腿個(gè)部分焊縫由計(jì)算確定。牛腿上、下翼緣與柱的連接可采用焊透的V形對(duì)接焊縫，也可采用角焊縫；角焊縫的焊腳尺寸由牛腿翼緣傳來的水平力F=M/H確定。牛腿腹板與柱連接采用角焊縫；角焊縫的焊角尺寸由剪力V確定。本章內(nèi)容到此結(jié)束！謝謝！

鋼結(jié)構(gòu)的材料

學(xué)習(xí)本章的主要目的是如何選擇鋼材。這就要求首先掌握鋼材的性能，其中最重要的是脆斷。

第一節(jié)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)所用材料的要求

一、鋼材的破壞形式

1.塑性破壞：鋼材在產(chǎn)生很大的變形以后發(fā)生的斷裂破壞稱為塑性破壞，也稱為延性破壞。

2.脆性破壞：鋼材在變形很小的情況下突然發(fā)生斷裂破壞。

二、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)所用材料的要求物美價(jià)廉強(qiáng)度fy、fu高。強(qiáng)度高可減輕結(jié)構(gòu)自重。塑性、韌性、耐久性好。可防止脆性破壞，抗動(dòng)力荷載好，耐疲勞。良好的加工性能。冷、熱加工和可焊性好。耐腐性好。價(jià)格便宜。有時(shí)還要求鋼材具有適應(yīng)低溫、高溫等環(huán)境的能力?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017)》推薦使用：碳素結(jié)構(gòu)鋼中的Q235鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼中的Q345鋼、Q390鋼、Q420鋼。隨著研究的深入，必將有一些滿足要求的其它種類鋼材可供使用。若選用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范還未推薦的鋼材時(shí)，需有可靠的依據(jù)，以確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。專用鋼結(jié)構(gòu)用材見相關(guān)規(guī)范。第二節(jié)鋼材的主要機(jī)械性能鋼材的機(jī)械性能（力學(xué)性能）通常是指鋼廠生產(chǎn)供應(yīng)的鋼材在標(biāo)準(zhǔn)條件下拉伸、冷彎和沖擊等單獨(dú)作用下顯示出的各種機(jī)械性能。它們由相應(yīng)實(shí)驗(yàn)得到，試驗(yàn)采用的試件的制作和試驗(yàn)方法都必