第22节网架的计算和设计09

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T1——吊车每个车轮的横向水平荷载标准值 软钩吊车
Q ——吊车额定起重量； g ——小车自重； n——吊车桥架的总轮数。
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硬钩吊车(夹钳、料耙等）
T

Q

g
n
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吊车纵向水平荷载标准值按下式计算： T＝10%∑Pmaxi
Pmax—— 作用在一边轨道上刹车轮的最大轮压
u

L EA m

E t . f

L：验算方向的跨度 Am：支承平面弦杆截面面积的算术平均值 ：系数，支承平面弦杆为正交正放=1， 正交斜放=21/2， 三向= 2； ：钢材的线膨胀系数 △t ：计算温差，升温为正。
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2 网架温度应力计算
计算方法：精确的空间桁架位移法和各种近似 方法。
引进边界条件，解出各节点的位移值。再由单 元杆件的内力和位移间的关系求杆件的内力。
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2 下弦内力法
用于蜂窝形三角锥网架，所有腹杆与相应的 下弦均位于同一竖向平面内，每个上弦节点与一 根下弦杆相对应。
求得的杆件内力和支座反力是精确解。
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3 交叉梁系差分法 （有图表可查）
把网架简化为交叉梁系，以交叉梁系节点 的挠度为未知数，设梁的抗弯刚度均相等，建 立差分方程求梁系交点处的挠度，再计算弯矩 和剪力。
屋面坡度≥45时，可不考虑积灰荷载。 积灰荷载应与雪荷载或屋面活荷载两者中 的较大值同时考虑。
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5 吊车荷载 GB50009-2001 (5)
吊车形式有：悬挂吊车和桥式吊车。 悬挂吊车直接挂在网架下弦节点上，对网架 产生吊车竖向荷载。 桥式吊车是在吊车梁上行走，通过柱子对网 架产生吊车水平荷载。
常用网架计算方法和适用范围
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1 空间杆系有限元法
即空间桁架位移法、矩阵位移法，可用于计算 分析各种类型网架。
计算过程：以杆件为基本单元，节点位移为 基本未知量，建立单元杆件内力与位移的关系， 形成单元刚度矩阵；根据各节点的变形协调条件 和静力平衡条件建立节点荷载和节点位移的关系， 形成结构总刚度矩阵和总刚度方程。
适用于由平面桁架系组成的网架或正放四 角锥网架。
结果：不考虑剪切变形时，靠近网架边界 处的杆件内力误差较大。
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4 交叉梁系梁元法
把网架简化为交叉梁系，以交叉梁系节点的 挠度和转角为未知数，用有限元法进行计算， 可考虑网架剪切变形和刚度变化的影响。
由电子计算机完成，适用由平面桁架系组成 的网架。
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梁段作为基本分析单位，求出梁的内力和节 点位移，再回代求杆件内力，根据是否考虑 剪切变形的影响，计算方法不同。
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（4）平板计算模型 把网架拟化为正交异性或各向同性的平板，
求出板的内力，再回代求杆内力。 不考虑剪切变形影响时称拟板法； 考虑剪切变形影响时称拟夹层板法。
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三 网架结构的分析计算方法
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计算吊车梁及其连接的强度时，吊车竖 向荷载应乘动力系数。
F=1 Fmax
Fmax ——吊车每个车轮的最大轮压
1——竖向轮压动力系数，
悬挂吊车及工作级别A1~A5的软钩吊 车 1=1.05；
工作级别A6~A8的软钩、硬钩吊车和
其它特种吊车，1=1.1；
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吊车的工作制等级与工作级别的关系
空间桁架位移法的基本原理是；先将网架各节 点约束住，求温度变化引起的杆端内力和各节点的 节点不平衡力；再取消约束，将节点不平衡力反向 作用在节点上，用空间杆系有限元法求由节点不平 衡力引起的杆件内力。最后将杆端内力与由节点不 平衡力引起的杆件内力叠加，即求得网架的杆件温 度应力。
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3 地震作用下的内力计算原则
烈度为7度的地区，不验算水平抗震。烈度 为8度的地区，周边支承的中小跨度网架，可不 验算水平抗震。
烈度为9度的地震区，对各种网架结构均应 验算水平抗震。
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水平地震作用 把网架结构当作一块刚性平板，简化为单质 点体系。 结构的总水平地震作用标准值P56：
FEK=1GE 作用于网架节点i上的水平地震作用标准值:
2
g0k—— 网架的自重 kN／m2； qw —— 屋面荷载或楼面荷载的标准值 kN／m2 ； L2—— 网架的短向跨度m； —— 系数， 钢管 取1.0;
型钢 取1.2 网架的节点自重约占网架杆件总重的15％25％.
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2 楼面或屋面覆盖材料自重
根 据 实 际 使 用 按 《 建 筑 结 构 荷 载 规 范 》 （ GB 50009-2001）计算。
（8）强震区，宜选自振周期较长的结构，以较少 地震作用；
（9）竖向振型以承受竖向振动为主，节点位移竖 向分量较大，水平分量较小。
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五 荷载组合 GB50009-2001 (3.2)
1 基本组合 1） 由可变荷载效应控制
n
S GSGK QlSQlk
Qi ci SQik
i 2
雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑，取两者 的大值。
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3 风荷载 GB50009-2001 (7)
风荷载具有静力和动力作用的双重特点，它与建筑物 的重量无关，但与体型和开洞情况有关。
脉动风会引起柔性结构产生较强烈的振动（即风振）， 即自振周期长的结构对抗风很不利，尤其强风区。
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周边支承的网架，支座节点在上弦时，可 不考虑风荷载。 其他根据实际情况考虑水平风荷载作用。
轻级 A1~A3；中级 A4,A5； 重级 A6,A7； 超重级 A8
《起重机设计规范》GB38811-83，按吊车在使用期内要求的总工作 循环次数分10个利用等级，
按吊车荷载达到其额定值的频繁程度，达到额定值的频繁程度分4个 荷载状态（轻级 、中级、重级和超重级 ）。 利用要求的利用等级和荷载状态，确定吊车的8个工作级别作为吊车 的设计依据。
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（1） 拟夹层板法
把网架结构连续化为由三层不同性质材料组 成的夹层板。
夹层板的上下表层为主要承载层，中间夹层 联系上下层，还承受剪力。
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拟夹层板法的基本假定
(1) 把网架的上、下弦当作夹层中不计厚度的上、 下表层，只承受层内的平面力，不承受横向剪力。
(2) 将腹杆折算成厚度等于网架高度的夹心层， 只承受横向剪力，不承受平面力。
（1）竖向抗震验算
烈度为6度或7度的地区，可不验算竖向抗震；设防烈 度为8度或9度的地区，应进行竖向抗震验算。
周边支承和多点支承与周边支承相结合的网架结构，竖 向地震作用标准值按下式确定：
FEvi=vGi Gi: 网架第i节点的重力代表ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ v：竖向地震作用系数 见 P55 表2-4
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（2）水平抗震验算
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二 网架的计算模型
（1）空间铰接杆件计算模型 把网架看作铰接杆件的集合，以二力杆为基
本计算单元进行分析计算，计算精度高。 （2）桁架系计算模型 把网架看作桁架系的集合，以每段桁架作为
网架计算的基本单元。桁架系有平面桁架和空间桁 架。
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（3）交叉梁系计算模型 用折算的方法把网架化为交叉梁，以
根据我国《网架结构设计与施工规程》（JGJ7 －91）规定，周边支承的网架，当建造在设计烈 度为8度或8度以上地区时，应考虑竖向地震作用； 当建造在设计烈度为9度地区时，还应考虑水平 地震作用。
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网架结构的动力特性
网架跨度大，结构较柔，动力特性为： (1)振动频率密集，低频时更显著； (2)基本周期（或基频）与网架的短向跨度L 2有 关，跨度越大，基本周期越大；
第二节 网架结构的作用
结构上的作用主要有永久荷载、可变荷载、温 度变化和地震作用。 一 永久荷载
结构使用期间，其值不随时间变化，或其变化值 与平均值相比可忽略的荷载。
永久荷载有：
1
1 网架自重和节点自重
钢材容重
78.5 KN m3
双层网架自重按下式估算： gk qw L /
F i=(Gi/Gi) FEK
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求杆件的地震作用内力
地震作用标准值求出后，按空间桁架位移法 计算各杆件的地震作用内力。
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（3）网架结构的抗震构造要求
1) 设防烈度不低于7度时，在支承平面周边 设置水平支撑，提高水平抗震性能。
正交正放类网架
正交斜放类网架
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2) 网架周边2～3格的区域内，杆件的长细 比不宜大于180，防止杆件内力变号时失稳。
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三 温度作用
网架结构是高次超静定杆系结构，温度变化 时，杆件不能自由变形，在杆件中会产生温度应 力。
温差的大小与网架支座安装完成时的温度和 当地年最高或最低气温有关，也与工业厂房生产 过程中的最高或最低温度有关。
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四 地震作用
地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种 惯性作用，属动力作用。它的大小与结构的固有 振动特性和地面运动的特性（加速度）有关。
2） 由永久荷载效应控制
n
S GSGK Qi ci SQik
i 1
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第三节 网架的计算
一 基本假定：
1）节点为铰接，杆件只承受轴力；
2）按弹性方法分析、按小挠度理论计算；
1 y y
1 y3/2
3）按静力等效原则，将外荷载化为节点集中 荷载。
4) 支承条件根据支承结构的刚度、支座节点 的构造，假定为铰接或弹性支座。
T1=0.1396+(12.216/1440)L2 (3)不同类型、跨度相同的网架基本周期比较接 近。 (4)边界约束的强弱影响着网架的基本周期，但 对其他自震周期影响不大。
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（5）荷载大，基本周期长。
（6）常用周边支承网架的基本周期约0.3~0.7s。
（7）振型类型与网架边界的约束有关，水平约束 强，网架的前几个皆为竖向振型。
精确性较差，仅适用于斜放四角锥网架及棋盘形 四角锥网架。
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7 拟板法和拟夹层板法
把网架简化为一块正交异性或各向同性的平 板。
不考虑剪切变形影响时，称拟板法； 考虑剪切变形影响时，称拟夹层板法。 拟夹层板法可考虑各向刚度不同，但不能考 虑同一方向刚度的变化。 适用于由平面桁架组成的网架或角锥组成的 网架。
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四 网架温度应力的计算
1 网架不考虑温度应力的条件 (1) 支座节点的构造允许网架有侧移，侧移值
等于或大于P51式(2-39)的计算值。 (2) 周边支承的网架，网架验算方向的跨度小于
40m，支承结构为独立柱或砖壁柱。 (3) 单位力作用下，柱顶位移等于或大于式(2-
39)的计算值。
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式(2-39)
混凝土屋面1.0~1.5KN/m2；轻质板0.3~0.7KN/m2。
3 吊顶材料自重 4 设备管道自重
荷载分项系数取1.2或1.35
4
二 可变荷载
结构使用期间，其值随时间变化，且变化值 与平均值相比不可忽略的荷载。
可变荷载有： 1 屋面或楼面活荷载
网架的屋面，一般不上人，屋面活荷载标准 值为 0.5 kN／m2。
网架刚度好，自振周期小，可不考虑风振 系数z的影响。
风荷载标准值按下式计算： wk=zSw0 式中 w0—— 基本风压，kN／m2；
S——风荷载体型系数； z——风压高度变化系数。
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4 积灰荷载GB50009-2001 (4.4)
厂房根据厂房性质考虑积灰荷载，可参 考荷载规范,也可由工艺提出。
(3) 垂直板面的直线段在变形后仍为直线段，但 不一定垂直板面（即直法线假定）。
即 xz= yz =0 ; z=0
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（2）拟板法
把网架简化为各向同性或各向异性的平板， 按弹性平板弯曲理论建立偏微分方程。不考虑剪 切变形影响，不考虑同一方向上板刚度的变化。
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拟板法基本假定
1．把网架的上、下弦杆看成为板的不计厚度的 上表层和下表层。上、下表层间距等于网架高 度，它们只能承受层内的平面力。 2．忽略腹杆引起的剪切变形。 3．在同一方向上板的刚度不变。 4．符合直法线假定。 5．弯矩由上下弦杆承担，剪力由腹杆承担。
楼面活荷载根据工程性质查荷载规范4.1.1条
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2 雪荷载 GB50009-2001 (6)
雪荷载标准值按屋面水平投影面计算，其计 算表达式为： Sk＝rS0
式中 S k——雪荷载标准值，kN／m2； r —— 屋面积雪分布系数，网架的屋面多
为平屋面，故取r =1.0； S 0——基本雪压，kN/m2，
5 交叉梁系力法
把网架简化为交叉梁，假定在交叉点处设有 竖向连杆，切开连杆以赘余力代替，使交叉梁系 成为两个方向静定的梁系，用力法建立赘余力的 柔度方程。
不考虑剪切变形影响，适用由两向平面桁架 系组成的网架。
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6 假想弯矩法 （有表可查）
假定各下弦节点处存在着假想弯矩，由该弯矩 在四角锥单元上引起的内力(N，Q)与作用在锥体单 元上的外荷载的平衡，求得下弦节点的假想弯矩， 杆件内力就可求得。