钢结构土木2009zwf07钢桁架课件

2019/3/26,第8章 格构式受弯构件钢桁架 Chapter 8 Latticed Flexural Member- Steel Truss,2019/3/26,8.1 格构式受弯构件的工作机理 8.2 钢桁架的布置方式 8.3 钢桁架的支撑系统设计 8.4 钢桁架的形式与主要尺寸 8.5 钢桁架的荷载与内力计算 8.6 钢桁架杆件的计算长度 8.7 双角钢钢桁架杆件的截面选择 8.8 双角钢桁架的节点设计,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,8.1 格构式受弯构件的工作机理,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,抗弯机制,抗剪机制,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,桁架外形与内力的关系,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,平面桁架,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,正放四角锥网架,边边相连,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,正放抽空四角锥网架,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,有檩体系屋盖,无檩体系屋盖,2019/3/26,8.3 钢桁架的支撑系统设计,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,平面钢屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。为使钢屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。,垂直支撑 上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑 系杆,支撑系统的组成,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,1.垂直支撑 所有钢屋盖均应设置垂直支撑。,布置位置： 屋架的垂直支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。 每隔45个屋架布置一道。 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,2.上弦横向水平支撑,作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。,一般情况下均应设置。 布置：通常应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间，有时也可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。 最大间距为60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,可不设的情况： 大型屋面板，且能保证三点焊接质量。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,3.下弦横向水平支撑,一般情况下宜设置。,作用： 山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,必须设置：设有10t以上桥式吊车的厂房屋盖 可以不设： 跨度较小（小于18m时） 屋架下弦无悬挂吊车 厂房内无较大的振动设备。,布置： 与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系，其最大间距为60m。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,4. 下弦纵向水平支撑 一般不设。,布置：屋架两端节间平面内，与横向水平支撑形成封闭框。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,下列情况必须设： 1）房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时 2）房屋内设有托架 3）设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备,下弦纵向水平支撑,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,作用：在无横向水平支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。 刚性系杆（既能受拉也能受压，=200） 柔性系杆（只能承受拉力，=400 ） 屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。,5.系杆,布置： 在横向水平支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。 当横向水平支撑设在第二柱间时，则第一柱间端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接。 屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,6. 支撑的构造和计算,支撑与屋架的连接通常用M20的C级螺栓，支撑与天窗架的连接通常用M16的C级螺栓 。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢截面 单斜杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的T形截面或十字形截面 刚性系杆按压杆设计，常用十字形截面使在两个方向具有等稳定性。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,通常钢屋架支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许长细比和构造要求决定。,交叉斜杆的长细比,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,8.4 钢桁架的形式与主要尺寸,一、屋架形式选择的原则 满足适用、受力合理、经济和制造安装方便的原则。 1.满足适用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。,2.满足受力合理要求 屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆 内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小； 腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉； 荷载布置在节点上（如采用再分杆），减少弦杆局部受弯。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,上承式,下承式, 再分式,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,二、屋架的主要尺寸 跨度： 据工艺需要定，一般为3m模数，12、15、18、21、24、27、30、36m等(注意：柱轴线距离) 。,3.满足经济、制造安装简便及运输要求 构造简单，杆件夹角3060； 杆件与节点的类型数量少； 分段制造，便于运输与安装；,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上 ,避免上弦杆产生局部弯距。,三角形桁架 跨中高度 h（1/41/6）l 上弦坡度i（1/31/2） 梯形桁架 跨中高度 h（1/61/10）l 上弦坡度（1/81/12） 端部 h01.62.2m（铰接时） h01.82.4m（刚接时） 屋架跨中最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m 。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,8.5 钢桁架的荷载与内力计算,一. 桁架的荷载计算与荷载组合,（1）桁架荷载 永久荷载： 屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。,可变荷载：屋面均布活荷载、雪荷载、 积灰荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。,桁架和支撑自重可按经验公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 按屋面的水平投影面分布。不设吊顶时可全部作用在上弦节点。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,（2）荷载组合, 1.2永久荷载标准值1.4可变荷载标准值 1.2永久荷载标准值1.4半跨可变荷载标准值 1.2屋架、支撑和天窗架自重标准值 1.2半跨屋面板重标准值 1.4半跨屋面活荷载标准值 1.0永久荷载标准值1.4风荷载标准值 通过计算确定判断是否需要考虑1.35组合,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,二. 桁架杆件的内力计算,（1）基本假定 a. 桁架的各节点均视为铰接。 b. 桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。 c. 荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。,（2）内力计算 用数解法或图解法或借助电算，求出节点荷载作用下屋架各杆件的内力,一般节点刚性引起杆件次应力数值较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,（3）节点荷载计算,一般，桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架上弦节点。 吊顶荷载或悬挂吊车荷载作用于桁架下弦节点。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,8.6 钢桁架杆件的计算长度,一. 杆端约束的影响,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,影响钢桁架杆端约束大小的因素 1）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。 2）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约束作用越小。 3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,B.中间腹杆：两端或一端嵌固程度较大，视为弹性嵌固。lox= 0.8l,1、在桁架平面内,A.弦杆、支座斜杆、支座竖杆：本身线刚度大，但两端节点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件。 lox = l,二. 杆件的计算长度,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,下弦杆：取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。 腹杆：由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则lOy=l,2、在桁架平面外,取决于弦杆侧向支承点间距离。,上弦杆,无檩方案:,有檩方案:,能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:,lOy=l1（l13m）,l1 两块屋面板宽度。,檩条与支撑点交叉不连接时：lOy=l1 檩条与支撑点交叉连接时：lOy=l1/2,2019/3/26,单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平面计算长度略作折减(支座斜杆和支座竖杆除外），l0=0.9l,4、其他 如桁架受压弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两节间弦杆内力不等时，该弦杆在桁架平面外的计算长度按下式计算：,式中：Nl较大的压力，计算时取正值； N2较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值,3、斜平面内的计算长度,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,8.7 双角钢钢桁架杆件的截面选择,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,等稳设计原则 压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性。,单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。,一. 压杆的截面选择,上弦杆（受压）,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,与支座相连的 端斜杆（受压）及端竖杆（受压）,其他腹杆（受压）,连接垂直支撑的竖杆,二. 其他杆件的截面选择,下弦杆（受拉）,垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，方便吊装。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,受力很小的腹杆（如再分杆等次要杆件），可采用单角钢截面。,优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%15%)。,T型钢-屋架弦杆,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,三. 构造要求,1、 同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种， 以便订货。上下弦杆一般采用等截面。 2、 最小角钢 L45X4 和 L56X36X4。 跨度L18m 的小角钢屋架不受此限。,3.屋架杆件中的填板 作用：保证两角钢共同工作。 间距：压杆 拉杆 数量：不小于2个（压杆） 焊缝：依构造用侧面或周围角焊缝连接,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。,8.8 双角钢桁架的节点设计,一. 设计原则,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,二. 基本构造要求,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,节点板的尺寸 平面尺寸： 一般应根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度画出大样图（1/101/5）来确定。 厚 度：由腹杆最大内力确定，三角形屋架节点板厚度由上弦杆内力决定。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,三. 需要标注的内容,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,四. 几种典型节点的计算和构造,1、一般节点（上弦或下弦） 无集中荷载也无弦杆拼接的节点。,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,肢背焊缝：,肢尖焊缝：, 腹杆与节点板间的传力 -两侧角焊缝（或L形围焊，三面围焊） 按腹杆所受轴心力计算。 弦杆与节点板间的传力 -两侧角焊缝 按只能传递弦杆内力差N 计算焊缝,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,例题,验算下弦焊缝张耀春（pg354-3565）,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,2、有集中荷载的节点,计算方法一 槽焊缝“K”假定只传递F力 按两条角焊缝（焊脚尺寸为0.5t）计算。,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,“A”焊缝传递弦杆两端内力差N=N1-N2和 偏心力矩M=Ne。 焊缝左右两端的最大合成应力为：,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,工程上一般偏于安全地忽略槽焊缝,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,计算方法二 认为：肢尖和肢背焊缝共同承受F和N的合力作用。,肢背焊缝：,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,肢尖焊缝：,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,例题,已知：F=57910N, 节点板（t=12mm）缩进肢背8mm，肢背和肢尖角焊缝的焊脚尺寸分别为6mm和10mm，试验算其强度。 张耀春（pg355-356）,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,计算方法一 （1）肢背的槽焊缝,（2）肢尖的角焊缝,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,计算方法二 （1）肢背的槽焊缝,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,（2）肢尖的角焊缝,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,3、拼接节点,节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接用来传递弦杆内力,若弦杆在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,张耀春（pg356-357）,例题,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,4、支座节点,节点板 加劲肋 底板 锚栓,加劲肋作用 增大支座节点板的平面外刚度，将底板分成若干区隔，使支座底板受力均匀，减少底板弯矩,(1)支座节点的组成与构造,2019/3/26,Chapter 8 Latticed Flexural Member-Steel Truss,2019/3/26,Chapt