钢结构课程设计_讲稿

l
w3
ΔF = F3 − F4
节点板的平面尺寸
节点板的平面尺寸，一般根据杆件截面尺寸和 腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定，但考虑 施工误差，宜将此平面尺寸适当放大。
“B”节点设计
①画轴线 → ②构件定位 → ③杆端截断 → ④焊缝计 Q 算 → ⑤描出节点板
hf1
N2
hf3 N1 hf2 N3
① 上弦横向水平支撑 ② 下弦横向水平支撑 ③ 纵向水平支撑 ④ 垂直支撑 ⑤ 系杆 刚性系杆-既能受压又能受拉 柔性系杆-只能受拉，不能受压 布置在少数 柱间或结间
厂房支撑体系及结构分解
屋盖支撑
垂直支撑
上弦横向 水平支撑
上弦横向水平支撑
支撑节点间的距离为 屋架节间距离的2～4 倍
上弦横向水平支撑 檩条兼作支撑横杆
支座斜杆和支座竖杆
l l1
-
l l l
0.8l l 0.9l
l— 构件的几何长度（节点中心间距离）； l1— 桁架弦杆侧向支承点间的距离；
四 杆件设计
单臂式屋架杆件的截面形式
四 杆件设计
填板
四 杆件设计
填板
填板
四 杆件设计
填板
填板宽度：50～80mm 填板长度：T形截面比角钢肢伸出10～20mm； 十字形截面比角钢肢尖缩进行10～ 15mm 填板厚度：与桁架节点板相同 填板间距：压杆ld≤40i1，拉杆ld≤80i1，压杆平 面外计算长度范围内，至少设两个
Top Chord
Zero Member
Bottom Chord
Triangle Truss
Trapezoidal Truss
Parallel Chord Truss
Splice Plate
一 屋盖结构形式
Types of Roof Truss Base on arrangement of web members (按腹杆的排列方式分类)
三 屋架的荷载及内力
Loads Combination for Simply Surported Truss ④ 风载参与组合-轻质屋面材料
γ G = 1.0
全跨恒载
γ Q = 1.4
风荷载
三 屋架的荷载及内力
Assumptions for Calculation of Internal Forces (内力计算假定) 屋架 桁架
三 屋架的荷载及内力
Loads
Dead Load Live Load Snow Load Dust Load Wind Load Earthquake Action
不同时考虑，取较大者
三 屋架的荷载及内力
Loads- Dead Load 在完成设计之前，屋架及支撑杆件的截面类型均未确 定，因而自重也无法精确计算，需要根据经验对屋架 及支撑自重进行估算。
6M σf = 2 0 .7 h f 2 l w 2
w β f ) +τ 2 ≤ f f f 2
(σ
f
肢尖角焊缝hf3
弦杆相邻节间的内力差(ΔN=N2-N1)，由弦杆角 钢肢尖与节点板的连接焊缝承受，考虑偏心弯矩 (M=ΔN×e)的影响。
ΔN τf = 0 .7 h f 2 l w 2
6M σf = 2 0 .7 h f 2 l w 2
15～20mm
F4
节点设计-构件定位
不等边角钢
Zy
xZ
节点设计-焊缝计算
α1 F1
0.7h f 1b f
w f
l
w1b
=
l
w1 j
=
α 2 F1
0.7 h f 1 j f
w f
节点设计-焊缝计算
h f 3b =
α 1 ΔF
0.7 f
w f
l
w3
hf 3 j =
α 2 ΔF
0.7 f
w f
特殊情况
荷载
节点荷载
节间荷载
内力
轴力
查表计算轴力
部 分 杆 件 成 为 偏 心 受 力 构 件
所有构件
将节间荷载分配 到相邻节点上 按只作用节点荷 载的桁架计算
轴力
弯矩
计算节间荷载引 起的局部弯矩
偏心受力构件
节间荷载
三 屋架的荷载及内力
集中荷载的计算
屋面荷载为qkN/m2( )，柱距为a，P=? E
① 单壁式屋架 ② 双壁式屋架
双壁式屋架
双壁式屋架
一 屋盖结构形式
屋架的选择
① 满足使用要求 ② 受力合理
a) 弦杆受力均匀，腹杆受力较小 b) 长杆受拉，短杆受压 c) 斜腹杆的倾角在30º～60º之间 d) 荷载作用在结点上
③ 便于运输、施工 ④ 经济
受力合理
Top Chord Web Member
布置原则:设置在房屋两 端或纵向温度区段的两端
下弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑
布置原则:与上弦横向水 平支撑设置在同一柱间
纵向水平支撑-上弦表面
纵向水平支 撑
当屋架主要支座位 于上弦处时，将其 布置在上弦表面内
布置原则:沿纵向柱列于 屋架端节间平面内设置
纵向水平支撑-下弦表面
纵向水平支 撑
垂直支撑
四 杆件设计
Effective Length
In Plane of Truss
四 杆件设计
Effective Length
Out of Plane of Truss
四 杆件设计
Effective Length
腹 项次 1 2 3 弯曲方向 在桁架平面内 在桁架平面外 斜平面
弦杆
杆 其他腹杆
三 屋架的荷载及内力
Loads Combination for Simply Surported Truss ② 半跨荷载
全跨恒载 雪或活载 积灰荷载
三 屋架的荷载及内力
Loads Combination for Simply Surported Truss ③ 半跨荷载-大型屋面板
全跨屋架 支撑自重 活载 屋面板重
① 使屋盖成为几何不变体系，保证其整体稳定； ② 为杆件提供适当的侧向支撑点； ③ 承受和传递水平荷载； ④ 保证安装时的稳定和方便。
屋盖支撑的设置思路
① 在少数几个柱间布置支撑，使其成为几何不变体 系； ② 其它柱间通过系杆与几何不变体系可靠连接。
屋盖支撑设置思路
二 屋盖支撑
屋盖支撑的种类
五 节点设计
一般要求
④ 角钢端部的截断一般垂直于其轴线，允许切去一肢 的部分； ⑤ 节点板的厚度根据腹杆的最大内力(梯形屋架)或弦 杆端节间内力(三角形屋架)，由表查得； ⑥ 节点板的形状应尽可能简单而规则，宜至少有两边 平行，一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。
弦杆轴线偏心
角钢切割
Q235钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表
Fink Roof Truss
Two Trusses Fink Roof Truss
Site Connection
Herringbone Roof Truss
Subdivided Panel Roof Truss
Howe Roof Truss
一 屋盖结构形式
Types of Roof Truss Base on section of members (按杆件截面形式)
四 杆件设计
杆件截面验算
• 强度 轴心拉杆 • 刚度
Slenderness Ratio (长细比)
• Strength (强度) 轴心压杆 • Stiffness (刚度) • Global Stability (整体稳定) • 强度 压弯构件 • 刚度 • 弯矩作用平面内(外)稳定
五 节点设计
单层钢结构厂房
Single-Storey Industrial Steel Structures
Roof Design
一 屋盖结构形式
屋盖结构体系
屋架(横梁)
无檩屋盖
预应力混凝土大型屋面板 屋盖支撑 其它 屋架(横梁) 檩条
有檩屋盖
屋面材料 屋盖支撑 其它
无檩屋盖
有檩屋盖
有檩屋盖
有檩屋盖
屋面荷载引 起的集中荷载
C B I L0/2
P D s
s q s′ P = q⋅ ⋅a = ⋅ ⋅a 2 cos α 2
H F
s′
A
α
G
q(
)
q/cosα ( )
三 屋架的荷载及内力
局部弯矩的计算 0.6M0 P 0.6M0 P P 0.6M0 0.6M0 0.8M0 M0 0.6M0 P 0.6M0 P 0.6M0
① Fink Roof Truss (芬克式屋架) ② Herringbone Roof Truss (人字形屋架) ③ Subdivided Panel Roof Truss (再分式屋架) ④ Howe Roof Truss (单斜式屋架) ⑤ Cross Braced Roof Truss (交叉式屋架)
一 屋盖结构形式
Types of Roof Truss Pitched Truss (三角型屋架)
Base on Shapes (按外形分类)
Trapezoidal Truss (梯型屋架) Parallel Chord Truss (平行弦屋架)
Pitched Truss
Web Member
节点做法
Connection Members Splice Plate
节点做法
节点做法
腹杆 Web Member
角焊缝 Fillet Weld 节点板 Splice Plate
下弦杆 Bottom Chord
五 节点设计
一般要求
① 桁架应以杆件的形心线为轴线，并在节点相交 于一点； ② 当弦杆截面沿长度改变时，以受力较大的杆件 的形心为轴线，将拼接处两侧弦杆表面对齐； ③ 节点处，腹杆与弦杆或腹杆与腹杆间的空隙不 小于15～20mm;
塞焊缝hf1
假定角钢背凹槽的塞焊缝只承受屋面集中荷 载Q(荷载方向假定于上弦杆垂直)
σf =
0.7 h f 1 lw1 Q ≤ β f f fw
肢尖角焊缝hf3
弦杆相邻节间的内力差(ΔN=N2-N1)，由弦杆角 钢肢尖与节点板的连接焊缝承受，= 0 .7 h f 2 l w 2
支撑的计算与构造
① 屋架水平、垂直支撑多为平行弦桁架，部分杆 件身兼多重身份(既为垂直支撑桁架的弦杆，又 为水平支撑的横杆或系杆等)； ② 支撑中的交叉斜杆、柔性系杆按拉杆设计(可采 用单角钢截面)； ③ 支撑中的非交叉斜杆、弦杆、横杆及刚性系杆 按压杆设计；
二 屋盖支撑
支撑的计算与构造
④ 屋架支撑受力较小，一般由杆件的允许长细比 及构造要求确定； ⑤ 对个别支撑杆件应进行强度、刚度及稳定性的 相关验算。
有檩屋盖
拉条
有檩屋盖
有檩屋盖
一 屋盖结构形式
Roof Truss (屋架) Sections (截面形式) Solid-Web Section 实腹式截面 Built-up Section 格构式截面
Beam (受弯构件)
Truss Beams (梁式桁架)
Roof Truss (屋架)
g k = 0.01L(kN m 2 )
L—屋架跨度(18m、21m、24m或27m)
三 屋架的荷载及内力
Loads- Snow Load
S k = μ r S0
三 屋架的荷载及内力
Loads Combination for Simply Surported Truss ① 全跨荷载
全跨恒载 雪或活载 积灰荷载
单斜腹杆与弦杆的连接
避免出现连接 的偏心弯距
五 节点设计
角钢桁架的结点设计
E D C B A I G F H
屋架跨中节点
屋架与柱头节点
支撑交点
“I”节点设计
①画轴线 → ②构件定位 → ③杆端截断 → ④焊缝计 算 → ⑤描出节点板
F2
F1
按比例绘制
l1b
l1j 15～20mm
F3
l3 ?
w β f ) +τ 2 ≤ f f f 2
(σ
f
“G”节点设计
①画轴线 → ②构件定位 → ③杆端截断 → ④焊缝计 算 → ⑤描出节点板
N3
N4
t
10～20mm
N1 N2
拼接角钢与弦杆间的连接焊缝
拼接角钢与弦杆间的连接焊缝承受弦杆的轴心力 (较小值)，并依此焊缝长度确定相应拼接角钢的 长度。
Roof Truss
Bottom Chord 形状相近
M 图
一 屋盖结构形式
屋架的轮廓尺寸 ① Span Outline Dimensions ② Height ③ Slope
上柱中心线间的距离
三角形屋架H=(1/6～ 1/4) L0 梯型屋架H=(1/10～1/8) L0
二 屋盖支撑
屋盖支撑的作用
跨中设置 (跨度 较大时，在跨 度1/3左右的竖 杆平面内增设)
垂直支撑 屋架端部设置 一道垂直支撑
布置原则:与上、下弦横向 水平支撑设置在同一柱间
系杆
刚性系杆
柔性 系杆 布置原则:在横向支撑或垂直支 撑节点处沿房屋纵向通长设置
隅撑
隅撑
隅撑
隅撑
隅撑
隅撑-代替下弦平面的系杆
系杆
刚性系杆
二 屋盖支撑