螺栓球节点-焊接球节点

网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％~25％，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：(1)焊接空心球节点；(2)螺栓球节点；(3)焊接钢板节点；(4)焊接钢管节点(5)杆件直接汇交节点3.6节点球设计图3.28焊接钢管节点图3.29管件直接汇交节点网架的节点构造应满足下列要求(1)受力合理，传力明确；(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；(4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。3.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件（图3.30）球面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，施工方便。图3.30焊接空心球节点焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋、不加肋（图3.31）。图3.31焊接空心球节点a无肋b有肋空心球外径Da——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜（图3.32）θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d1，d2——组成θ角的钢管外径图3.32空心球节点空隙空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为120~500㎜时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算（a）受压空心球（b）受拉空心球空心球的壁厚应根据杆件内力由公式计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在D／t=24~25范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在1.2~2.0之间。钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内加衬管（图3.33），在管端与空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算图3.33加衬管连接3.6.2螺栓球结点螺栓球结点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成（图3.34），适用于连接钢管杆件。图3.34螺栓球连接节点示意图螺栓球节点及马道焊接球节点钢球尺寸钢球大小取决于相邻杆件的夹角、螺栓的直径和螺栓伸入球体的长度等因素。由图35，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为由图36，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D为D-----钢球直径（㎜）θ-----两个螺栓之间的最小夹角（㎜）d1，d2-----螺栓直径（㎜），d1＞d2ε-----螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例η-----套筒外接圆直径与螺栓直径的比例当相邻两杆夹角θ＞30º，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）不相碰，由图3.37，导出钢球直径D还须满足下式要求D1，D2--相邻两根杆件的外径θ--相邻两根杆件的夹角d1--相应于D1杆件所配螺栓直径η--套筒外接圆直径与螺栓直径之比S--套筒长度图3.37带封板管件的几何关系螺栓，套筒高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：螺栓杆长度Lb由构造确定(图3.38)，其值为：图3.38高强螺栓几何尺寸套筒通常开有纵向滑槽(图3.39a)，滑槽宽度一般比销钉直径大1.5-2mm。套筒端部到开槽端部(或钉孔端)距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉(或螺钉)抗剪力，且不小于1.5倍开槽的宽度或6mm。套筒端部要保持平整，内孔L径可比螺栓直径大1mm。图3.39套筒几何尺寸套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。图3.40杆件端部连接焊缝锥头和封板封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度可按近似方法计算，如图3.41沿环向单位宽度上板承受的力为图3.41封板封板周边单位宽度径向弯距近似为当达到塑性铰弯距，封板达到极限承载力，由可导出N-----钢管杆件设计拉力R-----钢管的内半径S-----螺帽和封板接触的圆环面的平均半径f-----钢材强度设计值-----封板厚度锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图3.42）锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图3.42锥头构造3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图3.43a）,也可由三块板正交焊成（图3.43b）图3.43焊接钢板节点焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如图3.44、图3.45所示。网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。图3.44两向网架节点构造图3.45四角锥体组成的网架节点构造焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。节点板厚度可根据网架最大杆件内力由表3-5确定节点板厚度选用表表3-5杆件内力（kN）≤150160~250260~390400~590600~880890~1275节点板厚度（㎜）88~1010~1212~1414~1616~183.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。常用支座节点有以下几种构造形式：平板压力或拉力支座，只适用于较小跨度网架,如图3.46。图3.46平板压力或拉力支座a角钢杆件b钢管杆件单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.47图3.47单面弧形压力支座a两个螺栓连接b四个螺栓连接单面弧形拉力支座(图3.48)适用于较大跨度网架。为更好地将拉力传递到支座上，在承受拉力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点刚度。图3.48单面弧形拉力支座双面弧形压力支座(图3.49)，在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。图3.49双面弧形压力支座球铰压力支座(图3.50)只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。图3.50球铰压力支座板式橡胶支座(图3.51)适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。图3.51板式橡胶支座平板支座节点设计平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。单面弧形制作设计（图3.52）弧形支座置于底板之上其平面尺寸为a1·b1≥R/fR--支座反力f---钢材（或铸钢）抗压强度设计值a1，b1---弧形支座宽度、长度图3.52弧形支座尺寸弧形支座板厚度（图3.52）弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R／(a1.b1)弧形板中央截面最大弯距为由强度条件得出f-----钢材（或铸钢）抗弯强度设计值弧形板的半径由下式确定r-----弧面半径f-----钢材（或铸钢）抗压设计强度E-----钢材的弹性模量橡胶制作设计橡胶制作设计橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表3-6~表3-8的要求胶料类型硬度（邵氏）拉断应力（Mpa）伸长率（％）300％定伸长度（Mpa）拉断永久变形适用温度不低于氯丁橡胶60±5≥8.631≥450≥7.84≤25-25℃天然橡胶60±5≥18.63≥500≥8.82≤20-40℃胶料的物理机械性能表3-6橡胶垫板的力学性能表3-7E-β关系表3-8允许抗压强度[б](Mpa)极限破坏强度（Mpa）抗压弹性模量E（Mpa）抗剪弹性模量G（Mpa）摩擦系数µ7.84~9.80＞58.82由形状系数β按表3-8查得0.98~1.47与（钢）0.2（与混凝土）0.3β456789101112E（Mpa）196265333412490579657745843β1314151617181920E（Mpa）9321040115712851422155917061863橡胶垫板的计算橡胶垫板的底面积A可根据承压条件按下式计算A≥Rmax/[σ]A-----垫板承压面积a,b---分别为橡胶垫板短边与长边Rmax----荷载标准值在支座引起的反力[б]---橡胶垫板的允许抗压强度橡胶垫板厚度应根据橡胶厚度与中间各层钢板厚度确定（图3.53）。橡胶层厚度可由上下表层及各钢板间的橡胶片厚度之和确定。d0=2dt+ndid0-----橡胶层厚度dt，di-----分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度n-----中间橡胶片的层数图3.53橡胶垫板构造根据橡胶剪切变形条件中d0tana≥u及构造要求，并取tana=0.7，橡胶层厚度应满足下式要求：0.2a≥d0≥1.43µµ-----由于温度变化等原因在网架支座处引起的水平位移1.43-----为tana的倒数，tana为橡胶层最大容许剪切角的正切橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板与支座底板部分脱开而形成局部承压，也不能过小。橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件0.05d0≥ωm≥θaθ---结构在支座处的最大转角(rad)平均压缩变形ωm可按下式计算ωm=σmd0/Eбm---平均压应力：σm=Rmax／A在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验算μRg≥GAu/d0µ，d0----水平位移，厚度µ----橡胶垫板与钢板或混凝土间的摩擦系数，按表3-7采用Rg---乘以荷载分项系数0.9的永久荷载标准值引起的支座反力G----橡胶垫板的抗剪弹性模量，按表3-7采对气温不低于-25℃地区，可采用氯丁橡胶垫板。对气温不低于-30℃地区，可采用耐寒氯丁橡胶垫板。对气温不低于-40℃地区，可采用天然橡胶垫板。橡胶垫板的长边应与网架支座切线方向平行放置。橡胶垫板与支柱或基座的钢板或混凝土间可采用502胶等胶粘剂固定。橡胶垫板的构造要求橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期使用后因橡胶老化而需更换的条件。在橡胶垫板四周可涂以防止老化的酚醛树脂，并粘结泡沫塑料。橡胶垫板在安装、使用过程中应避免与油脂等油类物质以及其他对橡胶有害的物质接触。