完整版钢屋架设计(55页)

ix ? 0.8iy
连接垂直支撑的竖杆 ：
T型钢-屋架弦杆 优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材 12% ～15%) 。
2.3.4 一般构造要求与截面选择
2.3.4.1 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 L45X4 L56X36X4,L<18m 的小角钢屋 架不受此限。 ? 2.节点板厚度。
P ? 2EI
(a)
cr1 ? L2
P ? 2EI
(b) cr2 ?
(0.5 L )2
P ? 2EI
(c)
cr3 ?
(?L )2
杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷 载越高 。
2.3.2.1 弦杆和单系腹杆的计算长度
? 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。
? 节点板不伸出
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：
? (?
f f
)2
?
?
2 f
?
ftw
?
f
?
6? M
2
?
0.7
h
f2
l2 w2
?f
?
?N 2 ? 0.7h f2lw 2
虑偏心对杆件产生的
? 附加弯矩 ：
M
i? M
?K i Ki
偏心力矩： M ? (N 1 ? N 2 )e
Ki
-第i杆的线刚度
Ki?
EI i li
⑷节点板上各杆件之间的间距 a: 为施焊方便，且 避免焊缝过分密集致使材质变脆。
受静载时， a ? 10 ~ 20 受动载时， a ? 50
? 2.节点板设计：
的弯矩为：
M ? ?qa12
底板下的平均压应力： q ? R An
底板厚度：t? 6M f
②加劲肋： 按悬臂梁计算，固端截面的剪力
固端截面弯矩 M ?V ?e
V ?R 4
③加劲肋与节点板间竖向焊缝 L:
焊缝受力：
V ?R 4
M ?V ?e
焊缝验算：
? (?
f f
)2
?
?
2 f
?
ftw
?
f
?
6? M 2 ? 0.7hflw2
支座节点力的传递路线为：
屋架杆件 合力 R
节点板
“H”焊缝
底 板
“L”焊缝 加劲肋
⑵支座节点的计算：
①底板： 底板面积：
A ? An ? A0 ?
R fc
?
A0
A0 ? 锚栓孔面积
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
2.3.3 杆件截面型式
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
截面伸展 壁厚较薄 外表平整
等强设计： 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。
?x ? ? y (? yz)
? 单轴对称截面绕对称轴屈曲时考 yz 虑扭转效应的换算长细比。
2.3.3 杆件截面型式
? 2. 杆件计算长度 (压杆)：
? 桁架 平面内 计算长度 l0x
弦杆
支座斜杆 支座竖杆
l0x ? l (节间长度）
中间腹杆 l0x ? 0.8l
? 桁架平面外 计算长度 loy
弦杆 l0 y ? l1 （侧向支撑点间距离） 腹杆 l0 y ? l （节间长度 ）
单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， l0 y ? 0.9l
角钢杆件截面形式
受压弦杆：
受压弦杆：
l0 y ? 2l0 x
?x ? ?y
?x
?
l0 x ix
?y
?
l0 y iy
iy ? 2ix
有节间荷载时
受拉弦杆：
l0 y ?? l0 x
支座斜腹杆及竖杆：
l0 y ? l0 x
?x ? ?y
ix ? iy
其他腹杆：
l0x ? 0.8l0 y
?x ? ?y
? 2hf1
肢尖焊缝：
lw 2
?
K 2?N 2 ? 0.7hf2 ?ffw
?
2h f2
?N ? N1 ? N 2
K 1,K 2 ? 角钢肢背、肢尖焊缝内 力分配系数
h f1 ,hf2 ? 肢背、肢尖焊缝焊脚尺 寸
ffw ? 角焊缝强度设计值
角钢拼接形式 等边角钢
内力分配系数
K1
K2
0.7 0.3
不等边角钢短肢相拼 0.75 0.25
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：
肢背焊缝：
0.15K 1N max 2 ? 0.7hflw
?
ffw
肢尖焊缝：
0.15K 2 N max 2 ? 0.7hflw
肢背焊缝长度：
lw 1 ?
0.7? N 2 ? 0.7h f ffw
? 2hf
? 129mm
肢尖焊缝长度：
lw 2 ?
0.3? N 2 ? 0.7h f ffw
? 2 h f ? 61mm
N2采用与 N1一样的焊缝：
所以总的弦杆焊缝长度取： 肢背： 2 ? 129 ? (10 ~ 20) ? 270 mm 肢尖： 2 ? 61 ? (10 ~ 20) ? 130 mm
+
1.0 H -12.18
11.76 8
a
c
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。
? 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。因此需分别计算全跨与半 跨两种荷载工况。 半跨荷载： 活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧 施工
? 2hf
?
381 ? 10 3 4 ? 0.7 ? 5 ? 160
?
2 ? 5 ? 180mm
所以拼接角钢长度采用： L ? 2lw ? (10 ~ 20) mm ? 370mm
（2）N1与节点板焊缝 D长度计算：
0.15 N 1 ? 85.8 kN ? ? N ? N 1 ? N 2 ? 191 kN
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。
屋架杆件的计算长度
2.3.2.2 变内力压杆的计算长度
平面内 计算长度 :
l0x ? d
平面外 计算长度：
l0 y
?
l1 (0.75
?
0.25
N
2
N
)
1
l1 ? 2d
考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。
? 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。
简化计算：
M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。
2.3.2桁架杆件的计算长度
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。
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。
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，使支座底板受力均 匀，减少底板弯矩。
? 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，
N? ? P ? ?N
P较小，近似按只承受轴力时 的肢尖和肢背的分配系数将 N ?分配到肢尖和肢背，以设计和验算“A”和“B”焊缝
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：
l1
?
N 4 ? 0.7hf ?ffw
? 2hf
拼接角钢长度为 L ? 2l1 ? (10~ 20)
不等边角钢长肢相拼 0.65 0.35
梯形钢屋架一般节点（不考虑集中荷载和节点拼接） 设计步骤。
（1）根据杆件相互间净距要求确定腹杆端部位置； （2）根据腹杆轴力确定腹杆与节点板焊缝长度； （3）根据节点两端弦杆内力差确定弦杆与节点板焊缝 长度； （4）选择合适节点板以包络所有的连接焊缝。
⑵有集中荷载的节点 ? 节点板不伸出 ? 节点板伸出
刚度确定截面： 内力较小腹杆及支撑中受力不大杆件：
2.3.5 桁架节点设计
? 任务： 确定节点的构造，连接焊缝，节点承载力的计 算及节点板尺寸。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。
计算内力系数
全跨荷载
-0.5
0.5 1.0 1.0
A
B
-70.6.840+004+.15.80-0078
.47 .0-1
C 2-4.409
+
1.0 1.0
D
E
+2.-79121..02-162-1.572
9.744
+
1.0 1.0
F
G
-1 2.1 +0.328 -1.0
8+0.713
11.96 2
? 3.屋架杆件中的填板。 作用： 保证两角钢共同工作。 间距： 压杆 lz ? 40i 拉杆 lz ? 80i 数量： 不小于 2个。
2.3.4.2 桁架杆件截面选择
? ? ? ? 拉杆： 强度，刚度 ?max ? max ?x ? y ? ?
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。
拼接节点
2.3.5.1双角钢截面杆件的节点
? 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。
⑶ 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上，且应
设置拼接材料。
当偏心 e＞0.05h 时考
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。
2.3 钢屋架设计
? 桁架的内力计算 ? 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
2.3.1 桁架内力计算
? 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。
?f
?
2?
?N 0.7 h f lw
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。
? ? ?
R
? f 0.7h f
lw ? ffw
? lw ? 节点板、加劲肋与底板
的水平焊缝总长度
2.3.6 桁架节点施工图
⑴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 。
? 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。
肢背焊缝：
lw1 ?
K 1? N 2 ? 0.7hf1 ?ffw
?
ffw
算例： 已知下弦杆截面为 2 L90x8 ，承受轴力 N1＝ 572kN ，N2＝381kN ，试设计拼接角钢与弦杆焊缝 C长 度及弦杆与节点板焊缝 D长度；钢材取 Q235 ，角焊缝 强度f＝160N/mm2 ，焊脚尺寸 hf＝5mm。
（1）焊缝 C长度计算：
lw
?
N2 4 ? 0.7h f ffw
⑴形状简单、规则，至少宜有两边平行，如 矩形、平行四边形和直角梯形等 （便于切割制 作） 。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于 15°（便于杆件内力在节点板的扩散）
⑵ 梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹杆最大 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。 （参照表 2-8 ）