2_3中、重型厂房结构设计-钢屋架设计

桁架的内力计算2.3钢屋架设计桁架杆件的计算长度杆件截面型式一般构造要求与截面选择桁架的节点设计桁架施工图1.荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷载规范》选取。2.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。2.3.1桁架内力计算计算内力系数3.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。4.杆件的内力变号屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工5.节间荷载作用的屋架将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：计算长度概念：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。(a)(b)(c)221LEIcrP22)5.0(2LEIcrP22)(3LEIcrP杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。2.3.2桁架杆件的计算长度1.影响钢屋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。2.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度2.杆件计算长度：桁架平面内计算长度弦杆支座斜杆(节件长度）支座竖杆中间腹杆xl0llx0llx8.00屋架杆件的计算长度桁架平面外计算长度弦杆（侧向支撑点间距离）腹杆（节间长度）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。lly0lly9.00oyl10lly平面内计算长度:平面外计算长度：dlx0)25.075.0(1210NNllydl21考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。2.3.2.2变内力压杆的计算长度交叉腹杆中交叉点处构造：1）两杆不断开。2）一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。2.3.2.3交叉腹杆中压杆的计算长度桁架平面内计算长度：无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。桁架平面外计算长度：拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度计算公式：llx5.001）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交叉点不中断2)相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接。2)1(0NNlloyNNlloy121023）相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断。4）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接。lNNlloy5.0)431(210lNNlloy5.04310当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。若或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度时，式中，为节点之间的距离，为所计算杆内力，为相交另一杆内力，取绝对值。NN0)1(430220NNlNEIylly5.00N0Nl容许长细比，查规范（GB50017)。当另一杆受拉，且两杆拉压力相同时，不论此拉杆是否中断，压杆的计算长度均为,当另一杆受压时，若两杆压力相同且不中断，计算长度为，若另一杆断开，则压杆的计算长度将大于。刚度要求：][l5.0ll杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济通常选用角钢和T型钢等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。)(yzyxyz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。2.3.3杆件截面型式截面伸展壁厚较薄外表平整角钢杆件截面形式受压弦杆：yyyxxxyxxyililll00002yxii2有节间荷载时受拉弦杆：xyll00支座斜腹杆及竖杆：xyll00yxyxii其他腹杆：yxll008.0yxyxii8.0连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，方便吊装。优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%～15%)。T型钢-屋架弦杆屋架构造的一般要求1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种最小角钢L45X4L56X36X4,L18m的小角钢屋架不受此限。2.3.4一般构造要求与截面选择2.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。ilz40ilz80拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。压弯构件：强度，稳定，刚度。双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时的换算长细比可以用简化公式（2-6a～2-9b)计算。yxmaxmax2.3.4.2桁架杆件截面选择任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。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。2.3.5桁架节点设计1.节点设计的一般原则⑴双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。⑵角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便使节点紧凑时只能切肢尖。2.3.5.1双角钢截面杆件的节点⑶如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。iK⑷节点板上各杆件之间的间距a:iiiKKMMeNNM)(21偏心力矩：-第i杆的线刚度iiilEIK当偏心e＞0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩：受静载时，20~10a受动载时，50a2.节点板设计：⑴形状简单、规则，如矩形、梯形⑵梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹杆最大内力确定，三角形屋架节点半板厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板厚度相同。⑶节点板的拉剪破坏：fANii)(ii2cos11第i段的拉剪折算系数ii第i段破坏线与拉力轴线的夹角iitlA第i段破坏面的截面积单根腹杆的节点板按下式计算：ftbNeeb节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度t板件厚度，应力扩散角，取30°。⑵对无竖腹杆的节点板，yftc23510当节点板的稳定承载力可取为tfbe8.0c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定：⑴对有竖腹杆的节点板，当yftc23515在任何情况下tc不得大于，yf23522至弦杆的净距离，t为节点板厚度。可不计算稳定,否则应进行稳定计算。时，时，1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30°2）斜腹杆与弦杆夹角应在30°～60°3）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于yf23560，否则应沿自由边设加劲肋。用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求在任何情况下，tc不得大于yf2355.17当yftc23510时，应进行稳定计算3.节点的构造与计算⑴一般节点节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。①腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝（L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴心力角钢的角焊缝计算。②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。力分配系数角钢肢背、肢尖焊缝内21,KK寸肢背、肢尖焊缝焊脚尺21,ffhh角焊缝强度设计值wff21NNN11127.021fwffwhfhNKl肢背焊缝：肢尖焊缝：22227.022fwffwhfhNKl⑵有集中荷载的节点节点板伸出槽焊缝“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。“A”焊缝—传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏心力矩△M=△N·e。焊缝两端的最大合成应力：22227.027.026)(222wffwffwtffflhNlhMf节点板部分伸出当“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，NPNP较小，近似按只承受轴力时”焊缝”和“设计和验算“分配到肢尖和肢背，以BAN的肢尖和肢背的分配系数将⑶下弦跨中拼接节点①构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓，拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。②焊缝计算弦杆自身拼接焊缝（“C”焊缝），传递两侧弦杆内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接角钢两侧的焊缝近于等距，N力由两根拼接角钢的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一侧的焊缝长度为：fwffhfhNl27.041blL12拼接角钢长度为内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差△N,如△N过小则取弦杆较大内力的15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊缝参照传力一侧采用。弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：wfwfflhNK7.0215.0max1肢背焊缝：wfwfflhNK7.0215.0max2肢尖焊缝：⑷上弦跨中拼接节点①构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2个。②计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点相同。⑸支座节点屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。屋架与柱的刚接：刚接节点连接焊缝传递内力由以下两部分组成：①屋面荷载产生的横梁端反力，②横梁端弯矩在上下弦轴线处产生的附加水平力、附加竖向反力，下弦处的水平力中还应包括框架内力组合的相应水平剪力。⑴梯形屋架支座节点节点板加劲肋底板锚栓加劲肋作用：提高支座节点的侧向刚度，使支座底版受力均匀，减少底版弯矩支座节点力的传递路线为：节点板H形焊缝底板屋架杆件合力RL形焊缝加劲肋⑵支座节点的计算：①底板：底板面积：00AfRAAAcn锚栓孔面积0A底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将基础反力看成均布荷载q,底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支撑的板，其单位宽度的弯矩为：21qaMnARq底板下的平均压应力：fMt6底板厚度：②加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力4RV固端截面弯矩eVM③加劲肋与节点板间竖向焊缝L:焊缝受力：4RVeVMwffwffwtffflhNlhMf7.027.026)(222焊缝验算：④支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝：传递全部反力R。wfwffflhR7.0的水平焊缝总长度节点板、加劲肋与底板wl⑴在图纸左上部绘制索引图。对称桁架，一半注明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形屋架L≥24m，三角形L≥15m,应予起拱f=L/500。⑵施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为1：20～1：30，节点为1：10～1：15。⑶定位尺寸：轴线至肢背的距离，节点中心至腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。2.3.6桁架节点施工图⑷各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右顺序进行。⑸施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及为了简化图面而易于用文字集中说明的内容，如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、运输和加工要求。