[學習]鋼結構ppt課件第六章鋼桁架與門式剛架

1、第六章 鋼桁架與門式剛架,,目 錄,第一節(jié) 概述第二節(jié) 支撐設計第三節(jié) 桁架設計第四節(jié) 門式剛架設計,第一節(jié) 概述,一、桁架的特點和應用二、平面鋼桁架的外形和腹桿體系三、門式剛架的特點和應用四、門式剛架的結構形式五、結構平面布置,一、桁架的特點和應用,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式結構。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構。桁架在鋼結構中應用很廣，分為

2、空間桁架和平面桁架兩類?？臻g桁架：網(wǎng)架結構、各種塔架平面桁架：屋架、吊車桁架、水工結構中的鋼棧橋、鋼桁架引橋、鋼閘門中的桁架,二、平面鋼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.綜合技術經(jīng)濟效果好。 常用的平面桁架的外形如圖所示。桁架應具有適當?shù)闹胁扛叨菻和端部高度H0。H取決于運輸界限（鐵路運輸為3.85m）和建筑高度要求的最大限值、剛度要求的最小限值、以及使弦桿

3、和腹桿總用鋼量最少的經(jīng)濟高度。簡支梯形和平行弦桁架，通常H=（1/6 ～ 1/10）L ,鋼屋架中常用H0=1.8～2.2m。,桁架形式,三、門式剛架的特點和應用,定義:門式剛架是由梁、柱單元構件成的單跨或多跨剛架，具有輕型屋蓋和輕型外墻，可以設置起重量不大于300kN的中、輕級工作制橋式吊車或30kN懸掛式起重機的單層房屋鋼結構。圖示,,1、門式剛架的特點,（1） 結構自重輕, 基礎造價低。（2）外形簡潔、美觀。（3） 對抗震

4、非常有利。（4）建造速度快，裝拆方便。,2、適用范圍,門式剛架的適用范圍很廣，通常用于：跨度9～36m，若有特殊需要，跨度可進一步加大，我國單跨門式剛架的跨度已達到72m；柱距為4.5～12m；柱高為4.5～9m，必要時可適當加大；設有吊車起重量較小的單層工業(yè)房屋或公共建筑(超市、娛樂體育設施、車站候車室、碼頭建筑)。,四、門式剛架的結構形式,1．按結構選材分 有普通型鋼、薄壁型鋼和鋼管剛架等；2．按跨度分為 單跨、雙跨或多

5、跨的單、雙坡門式剛架。圖示 >>,3、按截面形式分： 有等截面和變截面剛架。設有橋式吊車時，柱宜采用等截面構件。4、節(jié)點 橫梁與柱為剛接，柱腳多采用鉸支。當用于廠房且有吊車時，或水平荷載較大，檐口標高較高或剛度要求較高時，宜將柱腳設計為剛接。 5 、圍護結構屋蓋常采用壓型鋼（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置玻璃纖維棉等卷材隔熱(或保溫)層

6、的結構體系。墻梁宜布置在剛架柱的外側。墻體底部1m高也可采用砌體結構，對保護墻體非常有利，在實際工程中采用較多。板縫宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑動式連接件，可解決溫度應力問題。,五、結構平面布置,1、定位軸線及尺寸 2、柱網(wǎng)布置 3、山墻結構布置 4、墻梁布置,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檁條上緣的高度；最大高度取

7、地坪至屋蓋頂部檁條上緣的高度；寬度取房屋側墻墻梁外皮之間的距離；長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)濟要求的前提下確定最佳跨度和柱距。門式剛架房屋鋼結構的縱向溫度區(qū)段長度不大于300m，橫向溫度區(qū)段長度不大于150m。當需要設置伸縮縫時，可在搭接檁條的螺栓連接處采用長圓孔并使該處屋面板在構造上允許脹縮；或者設置雙柱。,3、山墻結構布置山墻結構方案（1）由屋面斜梁、兩側角柱、抗風柱、墻梁和墻板組成的結

8、構體系。優(yōu)點是角柱有利于縱、橫兩個方向的墻梁連接，缺點是山墻架結構的橫向剛度較差，并且不利于房屋的縱向擴建。（2）用橫向框架代替斜梁和角柱。這種結構方案的優(yōu)點是加強了山墻架結構的橫向剛度，特別適用于有橋式吊車的廠房和沿縱向需要擴建的房屋?？癸L柱的布置應與屋面橫向水平支撐的節(jié)點位置相配合。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)的基本風壓及房屋的高度等有關，同時在門、窗框上端、窗臺、檐口及室內地面處均應設置墻梁,第二節(jié)

9、支撐設計,一、桁架支撐的作用二、桁架支撐的種類和布置三、桁架支撐的計算四、門式剛架支撐設計,一、桁架支撐的作用,平面桁架在其本身平面內具有較大的剛度，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側向傾倒。為了防止桁架側向傾倒破壞和改善桁架工作性能，對于平面桁架體系，必須設置支撐系統(tǒng)。桁架支撐的作用主要是：（1）保證桁架結構的空間幾何穩(wěn)定性即形狀不變。（2）保證桁架結構的空間

10、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）為桁架弦桿提供必要的側向支撐點。水平和垂直支撐作為桁架弦桿的側向支承點，減小弦桿在桁架平面外的計算長度，提高其整體穩(wěn)定承載力。（4）承受并傳遞水平荷載。（5）保證結構安裝時的穩(wěn)定且便于安裝。,二、桁架支撐的種類和布置,種類：

11、1、上弦橫向水平支撐2、下弦橫向水平支撐3、縱向水平支撐4、垂直支撐5、系桿,1、 上弦橫向水平支撐,在有檁條或不用檁條而采用大型屋面板（無檁體系)的屋蓋中都應設置屋架上弦橫向水平支撐，當有天窗架時，天窗架上弦也應設置橫向水平支撐。上弦橫向水平支撐應設置在房屋的兩端或當有橫向伸縮縫時在溫度縫區(qū)段的兩端。橫向水平支撐的間距L0以不超過60m為宜,2、下弦橫向水平支撐,,3、縱向水平支撐,當房屋內設有托架，或有較大噸位的重級、中級

12、工作制的橋式吊車，或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備，以及房屋較高、跨度較大，空間剛度要求高時，均應在屋架下弦端節(jié)間設置縱向水平支撐?？v向水平支撐與橫向水平支撐形成閉合框，加強了屋蓋結構的整體性并提高房屋縱、橫向的剛度。,4、垂直支撐 房屋都應設置垂直支撐。梯形屋架兩端都應設置，托架可起垂直支撐作用。垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間。 5、系桿 無橫向支撐的其它桁架上下弦的側向穩(wěn)定性由與橫向支撐節(jié)點相連的系桿來保證

13、。能承受拉力也能承受壓力的系桿，叫剛性系桿；只能承受拉力的，叫柔性系桿。,三、桁架支撐的計算,當支撐桁架受力較大，或結構按空間工作計算（縱向水平支撐體系需作為柱的彈性支座）時，支撐桿件應按桁架體系計算內力，進行截面設計。有交叉斜腹桿的支撐桁架是超靜定體系，一般常用簡化方法進行分析?？刹捎萌嵝苑桨冈O計，腹桿只考慮拉桿參于工作。如圖中用虛線表示的一組斜桿因受壓而退出工作，此時桁架按單斜桿體系分析。當荷載反向作用時，則認為另一組斜桿退出工作。

14、當斜桿按可以承受壓力設計時（剛性方案設計），可按結構力學的方法進行內力分析。,四、門式剛架支撐設計,1、門式剛架支撐的作用2、支撐結構布置和計算,1、門式剛架支撐的作用,支撐與相鄰兩剛架的連接一般采用鉸接連接。這些支撐桿件與梁柱桿件的交點可以作為梁柱構件平面外的側向支承點（如圖所示）。門式剛架支撐主要有屋面橫向水平支撐及系桿、柱間支撐和水平系桿、隅撐等。屋面橫向水平支撐 >>柱間支撐 >>隅撐 >

15、>,屋面橫向水平支撐,屋面橫向水平支撐一般設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，再通過系桿(或檁條)將不設橫向水平支撐的框架梁連系起來，使屋蓋形成一個整體。作用：能減小框架梁上翼緣的側向計算長度，提高框架梁的側向穩(wěn)定性，并增強屋蓋結構的整體剛度及有效地傳遞由山墻傳來的風荷載及屋蓋處的地震。,柱間支撐,,隅撐,在框架梁下翼緣受壓區(qū)段內的每根檁條處和框架柱中靠近柱上端內緣翼壓應力

16、較大的區(qū)段，均應設置隅撐（如圖所示）。作用:作為框架梁和框架柱受壓翼緣的側向支承，可提高框架梁、柱的整體穩(wěn)定性；隅撐加強了檁條的豎向剛度，有利于提高檁條的承載能力；隅撐對加強門式剛架房屋鋼結構的空間剛度非常有利。,2、支撐結構布置和計算,（1）屋面橫向水平支撐及系桿（2）柱間支撐和水平系桿（3）隅撐,（1）屋面橫向水平支撐及系桿,房屋（或溫度區(qū)段）兩端應布置，最大間距≤60m。在橫向水平支撐的節(jié)點處應設通長系桿，其中屋脊和檐口處系

17、桿及當橫向支撐布置在房屋兩端第二開間時的第一開間系桿均為剛性系桿，其它為柔性系桿。檁條可以代替系桿，但必須滿足受力要求，剛性系桿可采用鋼管，也可以采用兩根槽形截面檁條。計算橫向水平支撐的內力時，應考慮由房屋兩端抗風柱所傳遞的縱向風荷載及阻止框架梁失穩(wěn)而起支撐作用所應承受的內力。橫向水平支撐中的交叉桿件，通常采用圓鋼，按拉桿設計，通過兩端螺帽或中間花蘭螺栓使保證其張緊狀態(tài)。橫向水平支撐中的豎桿應按壓桿設計。,（2）柱間支撐和水平系桿,沿

18、縱向布置，最大間距≤60m，當房屋高度較大時，柱間支撐應分層設置。在柱間支撐的節(jié)點處，沿縱向柱列應設通長的剛性水平系桿。柱間支撐內力計算時應考慮由橫向水平支撐傳來的縱向風荷載及為了減小柱的側向計算長度而起支撐作用所承受的力。當廠房內設置吊車時，還應計入吊車的縱向制動力。 柱間支撐的計算簡圖可按支承于柱腳基礎上的懸臂桁架計算。支撐的交叉桿按拉桿設計。水平系桿按壓桿設計。為了加強房屋的縱向剛度，柱間交叉支撐有時也可按壓桿設計。,（3）隅撐

19、,在框架梁中，隅撐設置在下翼緣受壓的區(qū)段內，隅撐與框架梁腹板的夾角不宜小于45°，一般在45°～60°之間。在框架柱中，隅撐一端與框架柱的內翼緣或靠近內翼緣的腹板用螺栓連接，另一端則與墻梁腹板相連，布置數(shù)量應根據(jù)墻梁位置等具體情況而定，構造與框架梁中的隅撐相同。,第三節(jié) 桁架設計,一、桁架的內力計算二、桁架的計算長度三、桁架桿件的截面形式四、桿件截面設計五、桁架的節(jié)點設計六、桁架的節(jié)點構造和計算

20、七、桁架的施工圖,一、桁架的內力計算,一般情況按鉸接桁架進行計算。承受節(jié)點荷載時，數(shù)解法（節(jié)點法或截面法）、圖解法或有限元法。有節(jié)間荷載作用的桁架，先把節(jié)間荷載按該段節(jié)間為簡支求出支座反力 再把支座反力與節(jié)點荷載疊加，按只有節(jié)點荷載作用計算軸力 然后對有節(jié)間荷載的桿件計算局部彎矩。進行荷載組合對比，求出桿件的最不利內力。,二、桁架的計算長度,（一） 桁架平面內的計算長度（二

21、） 桁架平面外的計算長度（三） 斜平面的計算長度,（一）桁架平面內的計算長度,理想鉸接節(jié)點桁架桿件在桁架平面內的計算長度lox應等于節(jié)點中心間的距離。實際桁架的節(jié)點接近于剛接，相鄰桿件將約束該桿件端部轉動，從而提高其整體穩(wěn)定承載力。計算l0x 時可折減l來考慮桿端的嵌固作用。,（二）桁架平面外的計算長度,桿件在桁架平面外的計算長度loy應取側向支承點間的距離。弦桿的側向支承點應是水平支撐、垂直支撐或相應系桿的連接節(jié)點。腹桿與弦桿的連

22、接節(jié)點可認為是腹桿的側向支承點。桿件在桁架平面內和外的計算長度見表。 交叉腹桿 >>受壓弦桿 >>,壓桿：與它相交的另一斜桿受拉且二桿皆不中斷時，取為0.5l；與它相交另一斜桿受拉，兩桿中有一桿中斷并以節(jié)點板相搭接時取為0.7l；其它情況，如兩桿皆受壓（此時不宜有桿件中斷）時，取為l。拉桿: 因為壓桿不作為它在平面外的支承點，故為l 。受壓弦桿側向支承點間距l(xiāng)1為弦桿節(jié)間長度的兩倍，弦桿兩節(jié)間的軸

23、心壓力N1>N2，用N1驗算弦桿平面外穩(wěn)定時如果計算長度取用l1顯然過于保守。平面外的計算長度應為 且 loy≥0.5l1 計算時壓力取正號，拉力取負號。,（三）斜平面的計算長度,當腹桿截面為單角鋼或雙角鋼組成的十字形截面時，受壓桿件將繞截面最小回轉半經(jīng)imin的軸發(fā)生整體失穩(wěn)。桿件彎曲方向是在一斜平面內。桿件兩端的約束程度介于桁架

24、平面內和平面外之間，桿件的計算長度取為前述lox和loy的平均值，lo = 0.9l 。,三、桁架桿件的截面形式,桁架桿件的截面形式應根據(jù)用料經(jīng)濟、連接構造簡單和具有足夠剛度等要求確定。桁架桿件一般是軸心受力桿件，設計時應盡量使其在桁架平面內和平面外的穩(wěn)定性或長細比相近（λx≈λy），當有M作用時，應適當加大彎矩作用方向的截面高度。鋼桁架常采用雙角鋼組合T形截面，少數(shù)桿件用雙角鋼組合十字形截面。受力小的腹桿也可用單角鋼截面。T字鋼是一

25、種性能優(yōu)越的截面形式。 T字鋼做弦桿和雙角鋼組合截面做腹桿的桁架比全角鋼桁架用鋼量可節(jié)省12～15%。,薄壁鋼管各方向的回轉半徑相等，比其它型鋼回轉半徑大，抗扭能力強，鋼管結構的節(jié)點可直接焊接，構造簡單，連接方便，鋼管結構比其它型鋼結構可節(jié)約鋼材達20%～30% 。圓管繞流條件好，如承受風荷載或波浪壓力時，其阻力可降低約2/3左右。鋼管端部可以密封，有利于耐大氣及海水腐蝕，管截面周長最小，所需油漆等維護費用也小。,四、桿件截面設計,桿件

26、按第四章和第六章的方法進行設計。普通鋼桁架桿件截面設計時還應注意下列問題：1.選用截面的板件厚度應較薄,并注意最小截面規(guī)格限制。 2.需用螺栓連接的桿件角鋼,應注意其所能用的螺栓最大直徑3.桁架弦桿的截面常根據(jù)弦桿的最大桿力來選用 4.螺栓孔對弦桿截面的影響是否考慮5.選用的截面應盡可能使兩個方向的長細比接近,以獲得經(jīng)濟的截面6.當桁架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連接時,則該豎桿宜采用由雙角鋼組成的十字形截面 7.單面連接的

27、單角鋼截面只能用于跨度較小的桁架或桁架中受力較小、長度較短的次要腹桿8.為便于備料，整榀桁架所用的角鋼規(guī)格品種不宜超過5-6種,五、桁架的節(jié)點設計,主要講述雙角鋼桿件組成的鋼桁架節(jié)點設計。 一般在節(jié)點處設置節(jié)點板，各桿件都與節(jié)點板相連接。在節(jié)點處連續(xù)的桿件把兩側的內力差△N傳給節(jié)點板，其它桿件把全部內力N傳給節(jié)點板。當桿件上作用有荷載F時，則傳給節(jié)點板的力為N或△N與F的合力R。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。 桿件與節(jié)點板的

28、連接通常采用焊接。螺栓連接常用于輸電線路塔架和一些可裝拆的桁架以及安裝連接與工地現(xiàn)場拼接。 1、節(jié)點板的厚度2、節(jié)點設計的一般要求,,,,1、節(jié)點板的厚度,桿件在節(jié)點處都與節(jié)點板相連，傳遞內力并互相平衡。節(jié)點板中的應力分布復雜，節(jié)點板厚度主要依據(jù)桿件中的最大內力來確定。普通鋼桁架節(jié)點板的厚度可參照表選用，但應進行強度和穩(wěn)定驗算。雙角鋼T形或十字形截面是組合截面，為保證兩個角鋼能整體共同受力應每隔一定間距在兩角鋼間放置填板（綴板）。

29、填板寬度一般采用約50～80mm；與中間節(jié)點板同厚。填板長度對T形截面應伸出角鋼背和角鋼尖各10～15mm，對十字形截面則從角鋼尖縮進10～15mm。角鋼與填板通常依構造用側面或周圍角焊縫連接。 壓桿和拉桿填板間距應滿足構造要求。受壓桿件的兩個側向支承點之間的填板數(shù)不得少于兩個。十字形截面一橫一豎交替布置。,,,2、節(jié)點設計的一般要求,1）各桿件的形心線理論上應與桿件軸線重合，以免造成偏心受力。但為了方便制造，通常將角鋼肢背至軸線的距

30、離取為5mm的倍數(shù), 作為角鋼的定位尺寸。當弦桿截面有改變時，為方便拼接和安放屋面構件，應使角鋼的肢背齊平。此時應取兩形心線的中線作為弦桿的共同軸線，以減少因兩個角鋼形心線錯開而產(chǎn)生的偏心影響。2）節(jié)點處各桿件邊緣間應留一定間隙c，以利拼接和施焊，并避免焊縫過分密集而使鋼材焊接過熱變脆。c按構造要求確定。 3）角鋼的切斷面一般應與其軸線垂直，為使節(jié)點緊湊需要斜切時，只能切肢尖。節(jié)點板的形狀和尺寸在繪制施工圖時決定。節(jié)點板的形狀應簡單

31、，以能充分利用材料為原則。節(jié)點板的長和寬宜取為10mm的倍數(shù)。,,4）節(jié)點板外邊緣與桿件邊線間的擴大角宜≥15°～20°，強度用足的桿件宜≥25°。擴大角太小會引起節(jié)點板截面過窄，致使強度不足，或引起較大的構造和傳力上的偏心。5）在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時，角鋼的水平伸出邊一般應≥70～90mm。角鋼應有一定厚度，以免在集中荷載作用下發(fā)生過大的彎曲，可參考表7-3要求選用。當確有困難而

32、不能滿足要求時，應設置豎向加勁肋或在集中荷載范圍設置局部水平蓋板。,六、桁架的節(jié)點構造和計算,節(jié)點的設計步驟：①按正確角度畫出交匯于該節(jié)點的各桿軸線②按比例畫出與各軸線相應的角鋼輪廓線,并據(jù)c定桿端位置③根據(jù)算出的桿件與節(jié)點板的焊縫尺寸，布置焊縫，繪圖④確定節(jié)點板的合理形狀和尺寸,節(jié)點板應框進所有焊縫。鋼桁架的節(jié)點主要有一般節(jié)點、有集中荷載的節(jié)點、弦桿的拼接節(jié)點、支座節(jié)點和T型鋼作弦桿的桁架節(jié)點節(jié)點處板件的計算 >&g

33、t;,1、一般節(jié)點,一般節(jié)點系指無集中荷載作用和無弦桿拼接的節(jié)點。各腹桿桿端與節(jié)點板連接的角焊縫的尺寸和長度，應按第三章中角鋼連接的角焊縫計算。弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，按相鄰節(jié)間弦桿的內力差△N計算。,2、有集中荷載的節(jié)點,一般承受由檁條或大型屋面板傳來的集中荷載Q的作用。為了放置上部構件，節(jié)點板須縮入上弦角鋼背約2δ/3(δ為節(jié)點板厚度)的深度，并用塞焊縫連接。,·塞焊縫質量一般較難保證，計算多采用近似方法，假定其相當于兩

34、條焊腳尺寸各為hf1=δ/2 、長度為lw1 的角焊縫，且僅承受垂直于焊縫的P作用進行計算。·角鋼肢尖焊縫按承受弦桿的內力差△N和由其產(chǎn)生的彎矩M= △N e 的共同作用設計。·當△N較大，按上法計算的肢尖焊縫強度難以滿足要求時，可采用節(jié)點板部分伸出上弦角鋼背的做法。此時肢背和肢尖角焊縫共同承受△N和P的合力Nφ作用。P往往較小， Nφ作用方向與桿軸線相差較小，可近似取Nφ沿軸線作用，按第三章中方法計算角鋼肢尖和

35、肢背的焊縫。,3、弦桿的拼接節(jié)點（如圖所示）,弦桿的拼接分工廠拼接和工地拼接兩種,工廠拼接通常設在內力較小的節(jié)間內。工地拼接是在桁架分段制造和運輸時的安裝接頭，弦桿拼接節(jié)點多設在跨度中央。為保證拼接處的強度和剛度，弦桿的拼接應采用拼接角鋼。拼接角鋼截面取與弦桿截面相同，直角邊應切棱，角鋼豎肢切肢。切棱和切肢引起的截面削弱，節(jié)點板可以補償。屋架屋脊節(jié)點的拼接角鋼，一般應采用熱彎成型。拼接角鋼的長度應根據(jù)拼接焊縫的長度確定，一般可按被拼

36、接處弦桿的最大內力或偏于安全地按與弦桿等強（宜用于拉桿）計算，并假定4條拼接焊縫均勻受力。拼接角鋼的總長度為： l =2( lw + 10 )+ a 其中：lw--焊縫的長度,弦桿與節(jié)點板的連接焊縫可按較大一側弦桿內力N的15%與節(jié)點兩側弦桿的內力差△N兩者中的較大值計算。當節(jié)點處還作用有集中荷載P時，則應按兩方向力共同作用計算。為了拼接節(jié)點能正確定位和施焊，宜設置安裝螺栓。,4、支座節(jié)點（如圖所示）,桁架與柱的連接分鉸接和剛接兩種

37、形式剛接節(jié)點弦桿連接于柱側。支座豎向反力R由下弦端板傳給焊于柱上的支托板；端彎矩由上下弦的水平力H承受。取上弦的水平力由蓋板傳遞，上弦的豎向連接板與柱的連接螺栓按構造確定。下弦節(jié)點板與支承端板的焊縫按承受R和H(可能還有H產(chǎn)生的偏心彎矩）計算。端板與柱的連接螺栓按承受H(可能還有H產(chǎn)生的偏心彎矩）計算。端板在H作用下受彎，近似按嵌固于兩列螺栓間的梁式板計算厚度t：式中Nmax —一個螺栓所受的最大拉力；l1 —兩豎列螺栓的間距；

38、S —受力最大螺栓的端距加螺栓豎向間距的一半。,鉸接支座節(jié)點采用由節(jié)點板、底板、加勁肋和錨栓組成的構造形式。加勁肋的作用是分布支座反力，減小底板彎矩和提高節(jié)點板的側向剛度。加勁肋的軸線與支座反力的作用線重合。為便于施焊，下弦桿和底板間一般應不小于下弦角鋼水平肢的寬度。錨栓常用M20～M24。為便于桁架安裝，底板上的錨栓孔d0 =(2～2.5)d或做成U形缺口。待桁架調整定位后，用孔徑d0 =d+(1～2mm) 的墊板套進錨栓，將墊板與底

39、板焊牢。支座節(jié)點的傳力路線是：桁架端部各桿件的內力通過桿端焊縫傳給節(jié)點板 再經(jīng) 節(jié)點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)點板、加勁肋和底板間的水平焊縫將全部支座反 力傳給底板 最終傳至柱。可采用鉸接柱腳類似方法進行計算。,,5、T型鋼作弦桿的桁架節(jié)點,桁架的弦桿和腹桿全部由T型鋼制成，桁架的弦桿采用T型鋼, 腹桿采用雙角鋼，兩種典型節(jié)點構造

40、如圖所示,圖 弦桿和腹桿全部為T型鋼的桁架節(jié)點,圖 T型鋼作弦桿、雙角鋼作腹桿的桁架節(jié)點,節(jié)點處板件的計算,計算節(jié)點板的強度和穩(wěn)定時應滿足：a．節(jié)點板邊緣與腹桿軸線之間的夾角應不小于15°；b．斜腹桿與弦桿的夾角應在30°～60°之間；c．節(jié)點板的自由邊強度驗算穩(wěn)定性驗算,強度驗算,連接節(jié)點處的板件承受拉、剪作用時(圖示)，強度驗算公式：比較麻煩，也可用有效寬度法如下驗算：σ=N/(bet)≤

41、f 式中be--板件的有效寬度(如圖所示)，當用螺栓連接時，應取凈寬度[圖（b）]，圖中θ為應力擴散角，可取為30°。,穩(wěn)定性驗算,依試驗研究，節(jié)點板在斜腹桿壓力作用下的穩(wěn)定性驗算方法為：對有豎腹桿的節(jié)點板:對無豎腹桿的節(jié)點板:,對有豎腹桿的節(jié)點板任何情況下應： 時： 可不計算穩(wěn)定其他：按設計規(guī)范附錄F要求進行穩(wěn)定計算對無豎腹桿的節(jié)點板 任何情況下應：

42、 時：其穩(wěn)定承載力可取為0.8betf其他：按設計規(guī)范要求進行穩(wěn)定計算,七、桁架的施工圖,施工圖是鋼結構制造和安裝的主要依據(jù)。1、種類（1）構件布置圖是表達各類構件位置的整體圖，主要用于鋼結構安裝。一般包括平面圖、側面圖、必要的剖面圖、安裝節(jié)點大樣、構件編號、構件表及總說明等。（2）構件詳圖是表達所有單體構件（按構件編號）的詳細圖，主要用于鋼結構制造。,2、鋼桁架構件詳圖的主要內容和繪

43、制要點,（1）一般應按運輸單元繪制，當桁架對稱時，可僅繪制半榀桁架。（2）構件詳圖應包括桁架的正面圖，上、下弦的平面圖，必要的側面圖和剖面圖，以及某些安裝節(jié)點或特殊零件的大樣圖。（3）在圖面左上角繪制桁架簡圖。圖中左半部應注明桿件的幾何長度（mm），右半部注明桿件的軸力設計值（kN）。當桁架跨度較大時，為防止撓度值較大，須在制造時起拱。拱度一般取l/500，并在桁架簡圖中注明。（4）應注明各零件的型號和尺寸，包括加工尺寸、定位尺寸

44、(軸線至角鋼肢背的距離，節(jié)點中心至各桿件桿端和節(jié)點板上、下、左、右邊緣的距離等)、孔洞位置以及對工廠制造和工地安裝的要求(零件切斜角、孔洞直徑和焊縫尺寸等)。工地拼接焊縫要注意標出安裝焊縫符號，以適應運輸單元的劃分和拼裝。,（5）應對零件詳細編號，編號應按構件主次、上下、左右順序逐一進行。零件尺寸完全相同的可采用統(tǒng)一編號。系鏡面對稱時，亦采用同一編號，但在材料表中應注明正或反字樣，以示區(qū)別。當桁架僅在少數(shù)部位的構造略有不同（螺栓孔有無）

45、時，可在圖上螺栓孔處注明所屬桁架的編號，這些桁架就可繪在一張施工圖上。（6）材料表應包括各零件的編號、截面規(guī)格、長度、數(shù)量（正、反）和重量等。材料表的作用不但可歸納各零件以便備料和計算用鋼量，同時也可供選擇起吊和運輸設備時參考。（7）文字說明應包括鋼號和附加條件、焊條型號、焊接方法和質量要求，圖中未注明的焊縫和螺栓孔尺寸，油漆、運輸、安裝和制造要求，以及一些不易用圖表達的內容。（8）桁架施工詳圖通常采用兩種比例繪制，桿件的軸線一般

46、用1:20～1:30；節(jié)點和桿件截面尺寸用1:10～1:15。重要節(jié)點大樣，比例還可較大，以清楚地表達節(jié)點的細部尺寸為準。,第四節(jié) 門式剛架設計,一、內力和側移計算二、構件截面設計三、節(jié) 點 設 計,一、內力和側移計算,1、變截面門式剛架內力計算2、變截面門式剛架側移計算（1）單跨剛架（2）兩跨剛架 3、等截面門式剛架,1、變截面門式剛架內力計算,可能在幾個截面同時出現(xiàn)塑性鉸，剛架構件的腹板通常很薄，截面發(fā)展塑性的潛力不大，

47、故應采用彈性分析方法按平面結構進行內力分析。蒙皮效應是將屋面板視為沿房屋全長伸展的深梁，可用來承受平面內荷載。面板可視為平面內橫向剪切的腹板，其邊緣構件可視為承受軸向力的翼緣?？紤]屋面板的蒙皮效應可提高結構的剛度和承載力，但由于研究資料尚不充分，一般不考慮應力蒙皮效應?？紤]屋面板的蒙皮效應的條件見《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程CECS102:98》的條文說明。變截面門式剛架的內力分析可按一般結構力學方法或利用靜力計算公式、圖表進行

48、；也可采用有限元法計算。計算時宜將構件分為若干段，每段的幾何特征可視為常量；也可采用楔形單元。如需考慮地震作用效應時，可采用底部剪力法確定。,（1）單跨剛架,當單跨變截面剛架橫梁上緣坡度不大于1:5時，在柱頂水平力作用下的側移u，可按下列公式估算:柱腳鉸接剛架: 柱腳剛接剛架:ξt 為剛架柱與剛架梁的線剛度比值ξt=IcL/(HIb)；當橫梁坡度大于1:10時，L取橫梁坡折線總長度2s；Ic、Ib為柱和橫梁的平均慣性矩；吊車水

49、平荷載或柱高度均布的水平風荷載作用時，化為柱頂?shù)刃搅?，公式見教材?,,（2）兩跨剛架,中間柱為搖擺柱的兩跨剛架,柱頂側移公式同單跨剛架。但計算ξt時，應以 2s代替L。中間柱與橫梁剛性連接時，可將多跨剛架視為多個單跨剛架的組合體（每個中柱分為兩半，慣性矩各為I/2），按下式計算整個剛架在柱頂水平荷載作用下的側移：         Ki為各單跨剛架

50、的側向剛度。各參數(shù)計算公式見教材。,,3、等截面門式剛架,等截面的門式剛架，可采用彈性設計法或塑性設計法。彈性分析方法確定內力時，可參考上述公式進行。塑性設計法要求鋼材具有充分塑性變形能力。當荷載增加到某一值時，在結構Mmax截面出現(xiàn)塑性鉸。荷載繼續(xù)增加時， Mmax截面像鉸一樣發(fā)生轉動，而彎矩保持不變，荷載的增長部分由結構其他截面的彎矩增長來保持平衡。結構的塑性鉸將依次出現(xiàn)，塑性鉸相當于構造鉸，每出現(xiàn)一個塑性鉸，結構的超靜定次數(shù)就

51、降低一次。當依次形成n+1個塑性鉸后， n次超靜定結構就變成機構，即達到承載能力的極限狀態(tài)。 塑性設計能較好地反映結構的實際工作情況，比彈性設計可節(jié)省鋼材約10～20%。結構塑性分析時疊加原理不能用，應按各種荷載組合分別進行內力分析，找出各種可能的破壞機構和計算相應的塑性彎矩值，然后從中取其最小值。常用的分析方法有靜力法和機動法。,1、變截面剛架構件計算,（1）工字形截面板件最大寬厚比和屈曲后強度利用（2）剛架構件的強度計算和加勁肋

52、設置（3）變截面柱在剛架平面內的穩(wěn)定計算（4）變截面柱在剛架平面外的穩(wěn)定計算（5）變截面柱柱端抗剪承載力驗算（6）橫梁設計（7）隅撐設計,（1）工字形截面板件最大寬厚比和屈曲后強度利用,工字形截面板件最大寬厚比：受壓翼緣:腹板: 屈曲后強度利用工字形截面受彎構件中腹板以受剪為主，翼緣以抗彎為主。增大腹板的高度，可更好地發(fā)揮翼緣的抗彎能力，但若因局部穩(wěn)定要求需增大腹板厚度，通常并不經(jīng)濟，利用腹板的屈曲后強度是比較合理的，

53、當腹板的受剪板幅高度變化不超過60mm/m時，可利用屈曲后強度，其抗剪承載力設計值Vd按下式計算：        為腹板屈曲后抗剪強度設計值，它與鋼材的fV和參數(shù)λW 有關，計算式見CECSl02：98。,（2）剛架構件的強度計算和加勁肋設置,工字形截面受彎構件在剪力V和彎矩M共同作用下的強度應滿足下列要求:壓彎構件在剪力V、彎矩M和軸心壓力N共

54、同作用下的強度應滿足下列要求：,腹板受彎及受壓板幅利用屈曲后強度時，按有效寬度he計算截面特性。當截面全部受壓時，he＝ρhW，ρ是有效寬度系數(shù)，計算式見CECSl02：98；當截面部分受拉時，受拉區(qū)全部有效，受壓區(qū)的he＝ρhc，hc為受壓區(qū)寬度。 梁腹板應在與中柱連接處、較大集中荷載作用處和翼緣轉折處設置橫向加勁肋。梁腹板利用屈曲后強度時，其中間加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉折產(chǎn)生的壓力外，還應承受拉力場產(chǎn)生的壓力 Ns＝V-0.9

55、hwtwτcr，τcr詳見CECSl02：98。加勁肋穩(wěn)定性驗算方法與第五章相同。 橫向加勁肋應設置在梁腹板與中柱連接處、較大集中荷載作用處和翼緣轉折處。中間加勁肋的設置應滿足(1)的相關要求。,（3）變截面柱在剛架平面內的穩(wěn)定計算,平面內的穩(wěn)定按下式計算式中：NE——歐拉臨界力，i以小頭為準； N0 、 Aeo——小頭的軸向壓力設計值和有效截面面積；We1——大頭有效截面最大受壓纖維的截面模量；M1——大頭的彎矩設計值

56、；當柱最大彎矩不出現(xiàn)在大頭時，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；φxγ——軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)。計算長細比λ時，取小頭的i ；對截面高度呈線性變化的楔形柱在剛架平面的計算長度h0=μγh ，計算長度系數(shù)取μγ可按下列三種方法之一確定。,①查表法：用于柱腳鉸接的剛架。適合手算。I．柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的μγ由表查得。II．多跨剛架設搖擺柱時，搖擺柱的μγ=1.0。邊柱的計算長度為 h0=ημγh， η為放大系數(shù)

57、。②一階分析法：用于柱腳鉸接和剛接的剛架。 當利用一階分析計算程序計算內力時，μγ按規(guī)范規(guī)定計算。公式由橫梁為水平構件的剛架導出，不宜用于坡度i>1/10的剛架柱。③二階分析法：用于柱腳鉸接和剛接的剛架。 當采用計入P—U效應的二階分析程序計算內力時，μγ按式規(guī)范規(guī)定計算。②和③適合計算機計算。,（4）變截面柱在剛架平面外的穩(wěn)定計算,平面外的穩(wěn)定按下式計算：,（5）變截面柱柱端抗剪承載力驗算,變截面柱下端鉸接時，應

58、驗算柱端的抗剪強度。當不滿足要求時，應對該處腹板進行加強。,（6）橫梁設計,①實腹式橫梁在平面內、外均應按壓彎構件計算強度和穩(wěn)定。當屋面坡度α≤10°時，在剛架平面內可僅按壓彎構件計算其強度。②變截面實腹式剛架橫梁的平面內、外計算長度可分別取豎向支承點間的距離和側向支承點間的距離；當橫梁側向支承點間的距離不等時，應取最大受壓翼緣側向支承點間的距離。③橫梁的下翼緣受壓時，須在其兩側布置隅撐(端部僅布置在一側)作為橫梁的側向支

59、承 。④當橫梁上翼緣集中荷載處不設橫向加勁肋時，應驗算腹板上邊緣正應力、剪應力和局部壓應力共同作用時的折算應力，尚應滿足下列要求：  ⑤橫梁不需計算整體穩(wěn)定性的側向支承點間最大長度,可取橫梁下翼緣寬度的 倍,（7）隅撐設計,隅撐應按軸心受壓構件設計，軸壓力按下式計算：隅撐宜采用單角鋼制作,隅撐可連接在剛架構件下(內)翼緣附近的腹板上，也可連接在下(內)翼緣上,通常采用單個螺栓連接。

60、,2、等截面剛架構件計算,構件截面可采用三塊板焊成的工字形截面、高頻焊接輕型H型鋼及熱軋H型鋼。等截面剛架按彈性設計時，可按上述變截面剛架的規(guī)定進行設計。等截面剛架按塑性設計時，其構件按《鋼結構設計規(guī)范》中塑性設計的規(guī)定進行設計,三.節(jié)點設計,1、橫梁與柱連接 2、門式剛架框架梁拼接構造3、門式剛架框架梁與搖擺柱的連接構造4、門式剛架柱腳構造5、牛腿設計,1、橫梁與柱連接,門式剛架橫梁與柱的連接，可采用端板豎放、端板平放和端

61、板斜放三種形式（如圖示）。,端板連接按所受最大內力設計。當內力較小時，按較小被連接截面承載力的一半設計。剛架構件的連接應采用高強度螺栓連接。吊車梁與剛架連接的螺栓孔宜設長圓孔。檁條和墻梁與剛架的連接通常采用普通螺栓。端板的連接螺栓應成對對稱布置。在受拉翼緣和受壓翼緣的內外兩側均應設置，并宜使每個翼緣的螺栓群中心與翼緣的中心重合或接近。應采用將端板伸出截面高度范圍以外的外伸式連接。當螺栓受力較小時，也可將螺栓全部設在構件截面高度范圍內

62、的端板平齊式連接。螺栓布置應滿足構造要求。,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與端板等厚度。端板的厚度可根據(jù)支承條件計算，但不宜小于12mm.框架梁、柱相交節(jié)點域剪切強度驗算 >>端板螺栓處腹板強度驗算 >>,框架梁、柱相交節(jié)點域剪切強度驗算門式剛架框架梁框架柱相交節(jié)點域，應按下式驗算剪切強度，當不能滿足時，應加厚腹板或設置加勁肋。端板螺栓處腹板強度驗算門式剛架梁、

63、柱的翼緣和腹板與端板的連接，應采用全熔透對接焊縫，使焊縫截面與構件截面等強。在端板螺栓處，應按下式驗算腹板強度。當不滿足要求時，可設置腹板加勁肋或局部加厚腹板。當N≤0.4P時σ=0.4P/(ewtw) ≤ f 當N>0.4P時σ=Nt/(ewtw) ≤ f,2、門式剛架框架梁拼接構造,圖（a）為屋脊處框架梁拼接，圖（b）為非屋脊處框架梁拼接，拼接構造要求和計算方法同框架梁與框架柱連接。,3、門式剛架框架梁與搖擺柱

64、的連接構造,圖示為框架梁與搖擺柱的連接，柱兩端都為鉸接。螺栓直徑和布置由構造決定，不考慮受力。加勁肋設置應考慮有效地傳遞支承反力，按支承反力設計,4、門式剛架柱腳構造,門式剛架柱腳分有鉸接柱腳和剛接柱腳兩種圖 為平板式鉸接柱腳 >>圖 為用于搖擺柱的鉸接柱腳構造 >>圖 為用加勁肋加強的剛接柱腳 >>,平板式鉸接柱腳,用于搖擺柱的鉸接柱腳,用加勁肋加強的剛接柱腳,5、牛腿設計,牛腿的構造要求