《钢结构设计》PPT课件.ppt

第七章,单层厂房结构（上）,7.1 厂房结构的形式和布置 7.2 厂房结构的框架形式 7.3 屋盖结构 7.4 框架柱设计特点 7.5 轻型门式刚架结构 7.6 吊车梁设计特点 7.7 墙架体系,目 录,大纲要求,掌握厂房的结构形式和柱网布置及计算单元的确定；了解钢屋架的外形及腹杆形式；掌握屋盖支撑的作用和设置原则、钢屋架的节点设计。 掌握横向排架及其梁柱截面的确定；理解横向排架的计算原理、柱间支撑的布置。 了解吊车梁的内力计算及构造设计。 了解墙架的内力计算及构造设计。,7.1 厂房结构的形式和布置,7.1.1 厂房结构的组成 厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁及制动体系、 支撑系统及墙架等构件组成的空间体系。 （1）横向排架：柱与横梁或屋架组成 （2）屋盖结构：屋架、屋架支撑系统以及横向框架横梁、 托架、中间屋架、天窗架、檩条及屋面材料等。 （3）支撑系统：屋架支撑和柱间支撑，保证厂房结构必 需的刚度和整体稳定性 （4）吊车梁及制动体系 （5）墙架 （6）其他：抗风柱、摇摆柱及工艺要求的操作平台。,单层厂房动画.swf,抗风柱,吊车梁,缝,脱开,吊车梁,屋盖体系分类: 无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架 优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等； 缺点：屋盖自重大，不利于抗震，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中。 有檩屋盖：当屋面采用轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架 优点：构件重量轻，用料省； 缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂， 整体刚度较差。,檩条承板,屋架梁承板,屋架支撑体系,檩条： 冷弯薄壁型钢,压型钢板（0.8mm1.5mm）,轻钢结构厂房 由基础、梁、柱、檩条、屋面和墙体组成。 一般采用门式刚架、屋架和网架为承重结构，其上设檩条、屋面板(或板檩合一的轻质大型屋面板)，下设柱(对刚架则梁柱合一)、基础，柱外侧有轻质墙架，柱内侧可设吊车梁。,轻钢结构厂房的构件形式 刚架：梁柱合一。实腹式和结构式。实腹式的钢架的横截面一般为工字形：结构式的横截面为矩形或三角形。 檩条：主要有实腹式、空腹式和绗架式等。一般应优先选用冷弯薄壁型钢檩条。按部位区分为墙面檩条和屋面檩条。 支撑：采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的连接件与梁柱腹板连接。连接用不同的夹角。,7.1.3 厂房结构柱网及伸缩缝的布置,7.1.3.1 柱网布置 原则：（1）满足工艺要求； （2）满足结构要求：横向刚架或排架； （3）符合经济合理要求； （4）符合结构规定要求（标准化要求）：一般为6m，12m，也可“抽柱”处理。,7.1.2 厂房结构设计步骤,结构方案静力计算 构件及连接计算绘制施工图 尽可能的采用标准图集,此处抽柱,托架,屋架的跨度和间距取决于柱网布置，柱网布置取决于建筑物工艺要求和经济要求。 常用尺寸 横向跨度： 12, 18, 24, 30, 36 （基本跨度） 15 21 27 33 （扩展跨度） 纵向柱距 (m) 重钢厂房： 6, 12 轻钢厂房： 18, 24,图2-2 柱网布置,7.1.3.2 缝的设置 （1）温度伸缩缝 当厂房平面尺寸较大时，为避免过大的温度变形和应力，应在厂房的横向和纵向设置温度伸缩缝。 温度区段长度见P166表7.1。 伸缩缝的做法：从基础顶面或地面开始，将相邻区段上部结构的构件完全分开。根据温差和结构的具体情况设置，可取3060mm。 措施：（1）双柱方案（砌体中为双墙方案）； （2）调整柱距，出挑檩条。 注意：尽可能地避免设置纵向伸缩缝？,表1 温度区段长度表(m),温度区段长度 220M,（2）防震缝 目的：保证缝两侧构件在地震时不会相互碰撞。 因此，防震缝地宽度按厂房高度和地震设计烈度等情况设定。一般单层厂房为5090mm，纵横跨交接处100150mm。 做法：同温度伸缩缝 注意：高层钢结构建筑中不宜设置防震缝？,（3）沉降缝 目的：使承载相差较大的两部份建筑能各自发生沉降。 做法：把缝两侧的结构；连同基础一起分开。 实际：1）多跨厂房结构中，通常将跨度较大且受起重量较重的一侧同跨度小，起重量小的一层分开； 2）厂房和办公用房分开。 （4）综合考虑 对三缝应综合考虑，用一缝代替三缝 。,某汽车厂房平面图,图片,桁架檩条,7.2 厂房结构的框架形式,7.2.1 厂房结构的类型 单跨、双跨和多跨 梁柱铰接（排架）和梁柱刚接（刚架）。 梁柱铰接： 优点：对支座沉降反应较小； 节点简单，端点无弯矩；下弦受拉 缺点：横向刚度较差，柱底弯矩大。 适合：高度较低，刚度容易满足，吊车小。,梁柱刚接：（刚架）具有良好的横向刚度，但对支座不均匀沉降及温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施。 适合：厂房高，吊车大， 刚度要求高（整体变形小）， 单跨厂房常用刚接。,轻钢厂房：采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而且由于结构自重与传统单层厂房钢结构相比大为减轻，沉降问题不甚严重，因而是一种较好的结构形式。,7.2.1.1 主要尺寸 （1）跨度 L0=LK+2S (7.1) S=B+D+b1/2 (7.2),7.2.1 横向框架的主要尺寸及计算简图,（2）柱脚底面至横梁下弦底部距离H H=h1+h2+h3 (7.3),（3）计算简图 计算跨度L(或L1、 L2)取两上柱轴线间的距离。 几何高度H1、H2的确定，取决于横梁（或屋盖）与柱的连接形式：刚接还是铰接？,有限刚度：对柱顶的横向荷载，当满足下式的条件时，可近似认为横梁的刚度为无穷大，即柱顶刚接；否则横梁刚度按有限刚度考虑： KAB/KAC4 （7.5） 式中：KAB横梁远端固定使近端A点转动单位角时在A点所需施加的力矩值；KAC柱在A点转动单位角时在A点所需施加的力矩值； 类似：梁柱线刚度比；P147公式（6.23）（6.24）。,高度H：柱顶刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离(横梁假定为无限刚性)，或柱脚底面至横梁端部形心的距离(横梁为有限刚性）；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离。 对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度H1和下部柱高度H2。,（3）计算高度H0的确定 H0= H 为柱的计算长度系数；与柱上下端约束程度K值有关。K为柱端的梁柱线刚度比，详见P147式（6.236.24）以及P149。,（4）计算简图,7.2.2 横向框架荷载和内力 7.2.2.1 荷载 永久荷载：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。 可变荷载：风荷载、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震荷载等。 冰裹荷载 温度应力、基础不均匀沉降、纵向荷载、吊车荷载。 雪荷载一般不与屋面均布活荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。,7.2.2.2 内力分析和组合 分析：按结构力学的方法进行，也可利用现成的图表或计算机程序分析框架内力。 内力不利组合：控制截面 （1）上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩M、轴向力N和剪力V。 （2）柱脚锚固螺栓的计算内力。,（3）柱与屋架刚接时，4种最不利的横梁M、V进行组合： （a）使屋架下弦杆产生最大压力； （b）使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力； （c、d）使腹杆产生最大拉力或最大压力。 考虑施工情况，但只考虑屋面恒荷载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。,组合系数： 一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合： （1） 恒荷载+1.0可变荷载； 组合系数 （2）恒荷载+0.9(可变荷载1+可变荷载2) （3）地震区应参照建筑抗震设计规范进行偶然组合。 （4）对单层吊车的厂房， 垂直轮压及横向水平力一般根据同一跨间、两台满载吊车并排运行的不利情况考虑，对多跨厂房一般只考虑4台吊车作用。 当对采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据参与组合的吊车台数及其工作制，乘以相应的折减系数。,吊车工作制（A1A8 共8级） 工作级别是以起重机的寿命为标准，在荷载不同、作用频次不同的情况下，具有相同寿命的起重机划分在同一级别。 划分工作级别目的是为设计、制造和用户的选用之间提供合理、统一的技术基础和参考标准，进而取得较好的安全和经济效果，使起重机的工作状态得到比较准确的反映。,7.2.3 框架柱的类型 按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。 等截面柱有实腹式和格构式两种。将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量Q150 kN，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。 实腹式 格构式,阶形柱也可分为实腹式和格构式两种。由于吊车梁或吊车桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在厂房中广泛应用。 实腹式 格构式,分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于10 m，且吊车起重量Q750 kN的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起重量Q500kN的特殊情况。 实腹式 格构式,7.2.4 纵向框架的柱间支撑 7.2.4.1 柱间支撑的作用和布置 柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用： 组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度； 承受厂房纵向荷载（风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力、地震力等），并传至基础； 可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。,柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。 下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。,设置位置：1）厂房较长，下层支撑应该设在温度区段中部。 2）当吊车位置高而车间总长度又很短时：下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提高很多，这时放在两端才是合理的。 （3） 温度区段90m时，中央设一道下层支撑(a)； 温度区段90m，在1/3处各设一道支撑(b)，以免传力路程太长。,7.2.4.2 柱间支撑的形式和计算 十字交叉式、八字式、门架式等 十字交叉式：构造简单、传力直接、用料节省，最为普遍。 八字式、门架式,（1） 荷载承受水平荷载 上层柱间支撑：承受山墙传来的风荷载； 下层柱间支撑：风荷载、吊车的纵向水平荷载。 （2）计算 根据具体情况按轴心受力构件（拉杆或压杆）设计。,7.3 屋盖结构 7.3.1 屋盖结构的形式 7.3.1.1 屋盖结构体系 (1) 无檩屋盖：一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，跨度通常采用6m，有条件时也可采用12m。 屋面刚度大，耐久性也高，但自重大，从而使屋架和柱的荷载增加，且由于大型屋面板与屋架上弦杆的焊接常常得不到保证，只能有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不能取消。,对比：砌体中刚性、弹性和钢弹性方案,我国将砌体结构房屋根据房屋的刚度分为三种计算方案：刚性方案、弹性方案和刚弹性方案。 横墙较多且间距较小，其屋盖和层间楼盖可以视作结构的横隔板，这种房屋属于刚性结构；横墙很少、间距超过一定范围的则属于弹性结构。,(2) 有檩屋盖：常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮。 制作方便，施工速度快。 当压型钢板或压型铝板与檩条进行可靠连接后，形成一深梁，能有效地传递屋面纵横方向的水平力(包括风荷载及吊车制动力等)，能提高屋面的整体刚度。这一现象可称为应力蒙皮效应。 随着我国冷弯薄壁型钢结构设计规范的颁布，在墙面、屋面均采用压型钢板作围护材料的房屋设计中已逐步开始考虑应力蒙皮效应对屋面刚度的贡献。,7.3.1.2 屋架的形式 三角形、梯形、平行弦和人字形平面桁架等。 桁架应用极广，适应跨度范围(6m，60m)非常大。 平面桁架结构是由上下弦杆和腹杆组成，相当于掏去中间部分未充分受力材料的简支梁。 在桁架内部，则上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶平衡外荷载产生的弯矩。腹杆抵抗剪力，拉压由桁架形式和荷载作用形式确定。,桁架实际受力比较复杂，为简化计算采用三个假定： （1）组成桁架的所有各杆件连接节点铰接点； （2）各杆都是直杆并在同一平面内，其轴线通过截面重心； （3）所有外力都作用在节点上并在桁架平面内。,（1）桁架：受力合理，充分发挥材料性能。 桁架杆件虽轴向受力，但总体仍受弯曲控制。在均布节点荷载下，其上弦受压，下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。,（2）平行弦桁架：为等高桁架，“掏空的梁”。 弦杆内力值随弯矩值大小而变化，跨中大而支座处小，差值较大。 腹杆内力跨中小而支座处小，差值较大。,2）三角形桁架：桁架高度由跨中向两端迅速(直线形)变小，而弯矩(抛物线形)变化较慢，故弦杆内力靠近跨中处小，而靠近支座处大，差值极大。 因高度变化大于剪力变化，故腹杆受力情况与矩形桁架相反，即跨中小而支座处小，差值较大。,（3）梯形桁架：根据跨中起拱高度的大小，其内力变化摇摆于平行弦梯形桁架与三角桁架之间。 小结：上述三类桁架材料性能的应用均未能充分发挥出来。,（4）弧形桁架：桁架的高度变化与弯矩图变化一致，即上弦为抛物线形。 弦杆各节间内力全等，是最理想的桁架形式，但施工复杂，故较少采用。 腹杆全不受力，甚至可省去。,小结：在其它条件相同情况下，受力最合理，节点构造最简单，用料最经济，自重最轻，施工也可行的是弧形或多边形格架。但其上弦非直线制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。,7.3.1.3 托架、天窗架形式 支承中间屋架的桁架称为托架，托架一般采用平行弦桁架，其腹杆采用带竖杆的人字形体系。 分为下承式、上承式、单壁式、双壁式。,为了满足采光和通风的要求，厂房中常设置天窗。 可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗，一般常采用纵向天窗。,有时为了更好地组织通风，避免房屋外面气流的干扰，对纵向天窗还设置有挡风板。,7.3.2 屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑 系杆,上弦水平支撑,纵横向都有设置,下弦水平支撑,注意：对于轻型门式刚架结构往往就不设了。,纵横向都有设置,=30m,竖向支撑,跨中设置一道,竖向支撑,跨中设2道,系杆,柱间支撑,屋盖支撑作用示意图,a. 保证屋盖结构的几何稳定性。,几何可变体 系屋架侧倾,几何不变体 系屋架稳定,(1)屋盖支撑的作用,b. 保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑：一个水平放置(或接近水平 放置)的桁架，支座是柱或垂直支撑 。 纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗 弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性， 减少横向水平荷载作用下的变形。,c. 为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆 在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的 侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 d. 承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 e. 保证结构安装时的稳定与方便,（2）屋盖支撑的布置,a.上弦横向水平支撑: 在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端 ，一般设在第一个柱间或设在第二个柱间，间距L060m； 当 L060m，尚应在中部增设，以符合此要求。,上弦横向水平支撑布置图,连接上弦横向水平支撑,连接下弦横向水平支撑,b. 下弦横向水平支撑 （1）屋架间距L 12m，尚设屋架下弦横向水平支撑； 但当屋架跨度比较小，又无吊车或其他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。,b. 下弦横向水平支撑 （2）下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定 体系的基本组成部分。,b. 下弦横向水平支撑 （3） L 12m时，由于在屋架下弦设置支撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上弦支撑应适当加强，并应用隅撑或系杆对屋梁下弦侧向加以支承。,（a）屋盖间距为6m （b）屋盖间距为12m,屋架上弦平面,（4）当L18m时，檀条跨度过大，宜设置纵向次桁架，使主桁架(屋架)与次桁架组成纵横桁架体系，次桁架间再设置檩条或设置横梁及檩条。 同时，次桁架还对屋架下弦平面外提供支承。,c. 纵向水平支撑 当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备置纵向水平支撑。 存在较大的纵向水平荷载 纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭体系将大大提高房屋的纵向刚度。,下弦水平支撑布置图,c. 纵向水平支撑 当L12m时，纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面；,c. 纵向水平支撑 但三角形屋架及端斜杆为下降式且主要支座设在上弦处的梯形屋架和人字形屋架，也可以设置在上弦平面内。 L 12m时，纵向水平支撑宜布置在屋架的上弦平面内。,d. 垂直支撑 所有房屋中均应设置垂直支撑。 梯形屋架在跨度L30m，三角形屋架在跨度L24m时，仅在跨度中央设置一道 ；当跨度大于上述数值时宜在跨度13附近或天窗架侧柱外设置两道 。,d. 垂直支撑 梯形屋架在跨度L30m，仅在跨度中央设置一道 ；梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道，当有托架时则由托架代替 。 垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。,屋架的垂直支撑布置,虚线显示,屋盖支撑布置图,注意：主要在剖面图表示。,连接垂直支撑,f.系杆 ：根据受力判断刚性和柔性系杆。 刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。 柔性系杆：只能承受拉力的系杆。 作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。,布置原则： 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆； 屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆， 当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。 天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；,上弦横向水平支撑布置图,下弦水平支撑布置图,各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆 。,（3） 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则,竖腹杆：竖杆,屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件 截面常按容许长细比来选 。 拉杆单角钢 压杆双角钢 当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按 图示拉杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。,桁架的内力计算 桁架杆件的计算长度 杆件截面选择 一般构造要求 桁架节点设计 桁架施工图,7.3.3 简支屋架设计,荷载分项系数及组合系数按现行荷载规范选取。 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力，常用的内力分析方法有图解法、解析法、电算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。 桁架实际受力比较复杂，为简化计算采用三个假定： （1）组成桁架的所有各杆件连接节点铰接点； （2）各杆都是直杆并在同一平面内，其轴线通过中心； （3）所有外力都作用在节点上并在桁架平面内。,7.3.3.1 桁架内力计算,计算内力系数,荷载组合 全跨荷载： 全跨永久荷载全跨屋面活荷载或雪荷载(取两者的较大值) 全跨积灰荷载悬挂吊车荷载。 半跨荷载： 全跨永久荷载半跨屋面活荷载(或半跨雪荷载) 半跨积灰荷载悬挂吊车荷载。 采用大型混凝土屋面板：屋架及天窗架(包括支撑)自重十半跨屋面板重半跨屋面活荷载。,节点刚性影响 节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，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。 前面假定为“铰节点” 杆件的内力变号 屋架中部某些杆件（腹杆）在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压，可均按压杆允许长细比确定其截面。 半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工荷载。,弦杆弯矩计算 直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。 局部弯矩M：理论上按弹性支座上的连续梁计算。 简化计算：,M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。,概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。-欧拉公式 (a) (b) (c),杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。,7.3.3.2 桁架杆件的计算长度,影响钢屋架杆端约束大小的因素： 1）杆件轴力性质 因为拉力具有使构件拉直的特性，而压力则趋向于弯曲，故而在结点上拉杆提供的约束比压杆大得多，并且拉力越大而约束作用也越大。 反之压杆则因为压力越大而约束越小。 2）与所分析杆相连杆件的线刚度大小 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。,(1)受压弦杆和单系腹杆的计算长度,（1）上弦杆 不仅两端所连拉杆较小，而且其自身线刚度大，腹杆难于约束其变形，故l0x=l。 （2）支座斜杆及支座竖杆 结点所接杆件甚少，特别是拉杆，故l0x=l。 （3）中间斜杆及中间竖杆 上弦节点所连接杆少，可视为铰接； 下弦节点所连接拉杆多，且下弦杆线刚度较大，故约束作用明显，根据尺寸分析偏于安全取l0x=0.8l。,杆端约束越强，杆件计算长度越短。,杆件计算长度,屋架杆件的计算长度,S,桁架平面外，节点板的刚度很少，不可能对杆件端部有所约束，故取l0y=l1。 注：对于弦杆取侧向支承点（系杆）的距离。,(4)斜平面杆件的计算长度,单角钢腹杆及双角钢十字形的腹杆，因为绕最小主轴弯曲时杆件处于斜平面内，故其端部所嵌固作用介于屋架平面内外两种情况之间。 取l0=0.9l。,桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度l0,(5) 桁架中一些特殊杆件的长度 1) 变内力杆件的计算长度 如桁架受压弦杆侧向支撑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：N1较大压力； N2较小压力。,(6)交叉腹杆的计算长度 交叉腹杆在交叉点有两种构造方式 1）两杆均不断开； 2）一杆不断，另一杆断开而用节点板拼接。 （1） 桁架平面内 无论拉杆或压杆，两杆互为支承点，取节点中心到交叉点间的距离，即l0x=0.5l。,（2） 桁架平面外 拉杆：可作为压杆的平面外支承点。 压杆：除非受力较小且又不断开，否则不起支点作用 因此，交叉腹杆平面外计算长度与杆件受拉或受压有关，也与轴力大小及杆件断开情况有关。,杆件截面选取的原则： a. 承载能力高，抗弯强度大， b. 便于连接，用料经济通常 c. 选用角钢和T型钢,等稳定性设计： 压杆对截面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。,7.3.3.3 杆件截面选择,截面伸展 壁厚较薄 外表平整,角钢杆件截面形式,优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%15%)。,T型钢-屋架弦杆,T型钢-屋架弦杆,受压上弦杆,不等边角钢短肢相连 或TW型截面,受拉下弦杆,不等边角钢短肢相连 等边角钢 或TW型截面,支座斜腹杆及竖杆：,不等边角钢长肢相连 等边角钢 或TM型截面,其他腹杆：,等边角钢 十字形截面 或TM型截面,屋架跨度较大时,弦杆等杆件较长，单榀屋架的横向刚度比较低。为保证安装时屋架的侧向刚度，对跨度大于等于42m的屋架宜设计成双壁式。 由双角钢组成的双壁式截面可用于弦杆和腹杆，横放的H型钢可用于大跨度重型双壁式屋架的弦杆和腹杆。,双壁式屋架杆件的截面形式,屋架构造的一般要求 同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种； 最小角钢 L454、L56364；L18m 的小角钢屋架不受此限。,7.3.3.4 一般构造要求,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。,任务：确定节点构造，连接焊缝及节点承载力计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。,7.3.3.5 桁架节点设计,不断开,断开,拼接节点与拼接角钢,切边,冷弯,1.节点设计的一般原则 桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处相交于一点，以避免杆件偏心受力。 为了制作方便，通常取角钢背或T型钢背至轴线的距离为5mm的倍数。,(1)双角钢截面杆件的节点, 当弦杆截面沿长度有改变时，为便于拼接和放置屋面材料时，形心线必然错开，此时宜采用受力较大的杆件形心线为轴线。 当两侧形心线偏移的距离不超过较大弦杆截面高度的5时，可不考虑此偏心影响。,当偏心距离e超过上述值，或由于其他原因使节点处有较大偏心弯矩时，应根据交汇处各杆的线刚度Ki，将此弯矩分配于各杆，所计算杆件承担的弯矩为：,在屋架节点处，腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的净距a不宜小于10mm，或者杆件之间的空隙不小于1520 mm，以便制作，且可避免焊缝过分密集，致使钢材局部变脆。,受动载时，,角钢端部的切割一般垂直于其轴线。有时为减小节点板尺寸，允许切去一肢的部分，但不允许将一个肢完全切去而另一肢伸出的斜切。,不允许,允许,允许,节点板的外形应尽可能简单而规则，宜至少有两边平行，一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。 节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15。 单斜杆与弦杆的连接应使之不出现连接的偏心弯矩。,正确,不正确,CAD节点板大样图绘图步骤： 绘制各杆件轴线；根据弦杆形心距，绘制弦杆；绘制辅助线，即将弦杆上或下边缘线拷贝并平移1520mm，确定相交腹杆边缘；根据腹杆方向，进行用户坐标变换；,CAD节点板大样图绘图步骤： 根据腹杆形心距，绘制腹杆；根据焊缝计算结果，确定各腹杆与节点板相交长度；以腹杆与节点板最大相交长度确定节点板尺寸，可适当放大；节点板平面尺寸及腹板定位尺寸标注；焊缝长度及大小标注；图名及绘图比例标注。,支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载(设计值)超过表7.5的数值时，弦杆的伸出肢容易弯曲，应对其采用下图的做法之一予以加强。,节点的构造与计算,腹杆,节点板,构造满焊,一般节点构造角焊缝,弦杆,一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝，按轴心受力角钢的角焊缝计算。 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，按下式计算其焊缝长度。实际中往往沿节点板全长满焊。,肢背焊缝：,肢尖焊缝：,有集中荷载的节点 节点板未伸出槽焊缝 槽焊缝“K”假定只传递P力，按两条角焊缝（焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度；Q为P在垂直方向的分力。,节点板未伸出槽焊缝 “A”焊缝传递弦杆两端内力差N=N1-N2和偏心力矩M=Ne。焊缝两端的最大合成应力：,节点板部分伸出角焊缝 当“A”焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案， 肢尖“A” 与肢背“B”两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力：,P较小