5.6网架节点设计
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5.6
网架节点设计
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
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5-6-2～表5-6-4的 要求 胶料的物理机械性能 表5-6-2
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,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 加衬管连接
双面弧形压力支座
球铰压力支座
只能转动而不能
平移，适用于多支点
支承的大跨度网架。
球铰压力支座
板式橡胶支座 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。
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。
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，d 2-----螺栓直径（㎜ ）， d1＞d 2
ε-----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，由下图，导出钢球直径D 还须满足下式要求
胶料 类型 氯丁 橡胶 拉断 硬度 应力 （邵氏） （Mpa） 60±5 ≥8.631 伸长率 （％） ≥450 300％定 伸长度 （Mpa） ≥7.84 拉断永 久变形 ≤25 适用温度 不低于 -25℃
天然 橡胶
60±5
≥18.63
≥500
≥8.82
≤20
-40℃
橡胶垫板的力学性能
极限破坏 允许抗压强 度[б] (Mpa) 强度（Mpa）
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
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，其值为：
单面弧形制作设计 弧形支座置于底板之上 其平面尺寸为 a1· b1≥R/f
R--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
弧形支座尺寸
弧形支座板厚度 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
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≥1.43µ µ-----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≥θa θ---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/E бm---平均压应力：σm=Rmax／A
5.6.2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，见下图。适用于 连接钢管杆件。
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，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为
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a）,也 可由三块板正交焊成（图b）
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 （1）、图（2）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（1）两向网架节点构造
在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验 算 μRg≥GAu/d0 µ，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4-6-3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5-6-3采用。
橡胶垫板的构造要求 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。
[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。 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。 橡胶垫板构造 d0=2dt+ndi d0-----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
极限承载力，由
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。 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。
锥头构造
5.6.3
260~ 390
400~ 590 12~14
600~ 880
890~ 1275
8~10 10~12
14~16 16~18
5.6.4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,见右图。
高强螺栓几何尺寸
套筒通常开有纵向滑槽，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。
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
4 196
5 265
6
333 412 490
13
932
14
15
16
17
18
19
20
1863
1040 1157 1285 1422 1559 1706
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
锥头和封板 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。
杆件端部连接焊缝
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 沿环向单位宽度上板承受的力为
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 可导出
，封板达到
表5-6-3
摩擦系数 µ
抗压弹性模 抗剪弹性 量E（Mpa） 模量G（Mpa） 由形状系数 β按表3-8 查得
7.84~9.80
＞58.82
E-β关系
与（钢）0.2 0.98~1.47 （与混凝土） 0.3
表5-6-4
7 8 9 579 10 657 11 745 12 843
β E（Mpa） β E（Mpa）
焊接空心球节点构造 简单，适用于连接钢 管杆件，球面与管件 接时，只需将钢管沿 正截切断，施工方便。
焊接空心球节点
来自百度文库
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。
a 无肋
b 有肋
焊接空心球节点
空心球外径D
a ——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜ θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹 d1，d 2 ——组成θ角的钢管外径
角钢杆件
钢管杆件
平板压力或拉力支座
单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架
a 两个螺栓连接
b 四个螺栓连接
单面弧形压力支座
单面弧形拉力支座 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。
单面弧形拉力支座
双面弧形压力支 座，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（2）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5-6-1 确定。
节点板厚度选用表 表5-6-1
杆件内力 （kN） 节点板厚 度（㎜）
150 8
160~ 250
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。
焊接钢管节点
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。
5.6.1焊接空心球节点
网架节点设计
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
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5-6-2～表5-6-4的 要求 胶料的物理机械性能 表5-6-2
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,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 加衬管连接
双面弧形压力支座
球铰压力支座
只能转动而不能
平移，适用于多支点
支承的大跨度网架。
球铰压力支座
板式橡胶支座 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。
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。
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，d 2-----螺栓直径（㎜ ）， d1＞d 2
ε-----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，由下图，导出钢球直径D 还须满足下式要求
胶料 类型 氯丁 橡胶 拉断 硬度 应力 （邵氏） （Mpa） 60±5 ≥8.631 伸长率 （％） ≥450 300％定 伸长度 （Mpa） ≥7.84 拉断永 久变形 ≤25 适用温度 不低于 -25℃
天然 橡胶
60±5
≥18.63
≥500
≥8.82
≤20
-40℃
橡胶垫板的力学性能
极限破坏 允许抗压强 度[б] (Mpa) 强度（Mpa）
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
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，其值为：
单面弧形制作设计 弧形支座置于底板之上 其平面尺寸为 a1· b1≥R/f
R--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
弧形支座尺寸
弧形支座板厚度 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
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≥1.43µ µ-----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≥θa θ---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/E бm---平均压应力：σm=Rmax／A
5.6.2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，见下图。适用于 连接钢管杆件。
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，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为
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a）,也 可由三块板正交焊成（图b）
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 （1）、图（2）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（1）两向网架节点构造
在水平力作用下橡胶垫板应按下式进行抗滑移验 算 μRg≥GAu/d0 µ，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4-6-3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5-6-3采用。
橡胶垫板的构造要求 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。
[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。 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。 橡胶垫板构造 d0=2dt+ndi d0-----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
极限承载力，由
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。 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。
锥头构造
5.6.3
260~ 390
400~ 590 12~14
600~ 880
890~ 1275
8~10 10~12
14~16 16~18
5.6.4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,见右图。
高强螺栓几何尺寸
套筒通常开有纵向滑槽，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。
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
4 196
5 265
6
333 412 490
13
932
14
15
16
17
18
19
20
1863
1040 1157 1285 1422 1559 1706
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
锥头和封板 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。
杆件端部连接焊缝
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 沿环向单位宽度上板承受的力为
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 可导出
，封板达到
表5-6-3
摩擦系数 µ
抗压弹性模 抗剪弹性 量E（Mpa） 模量G（Mpa） 由形状系数 β按表3-8 查得
7.84~9.80
＞58.82
E-β关系
与（钢）0.2 0.98~1.47 （与混凝土） 0.3
表5-6-4
7 8 9 579 10 657 11 745 12 843
β E（Mpa） β E（Mpa）
焊接空心球节点构造 简单，适用于连接钢 管杆件，球面与管件 接时，只需将钢管沿 正截切断，施工方便。
焊接空心球节点
来自百度文库
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。
a 无肋
b 有肋
焊接空心球节点
空心球外径D
a ——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜ θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹 d1，d 2 ——组成θ角的钢管外径
角钢杆件
钢管杆件
平板压力或拉力支座
单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架
a 两个螺栓连接
b 四个螺栓连接
单面弧形压力支座
单面弧形拉力支座 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。
单面弧形拉力支座
双面弧形压力支 座，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（2）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5-6-1 确定。
节点板厚度选用表 表5-6-1
杆件内力 （kN） 节点板厚 度（㎜）
150 8
160~ 250
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。
焊接钢管节点
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。
5.6.1焊接空心球节点