钢结构初中级04 钢桁架设计

第四课钢桁架设计1、钢桁架的实际应用

钢屋架常见形式

钢结构连廊、通廊等常见形式

2、桁架设计一般规定或经验

A：桁架的形式应根据建筑的要求，综合考虑屋面材料、天窗、檩条、支撑布置以及屋架与柱时铰接或刚接等因素最终确定外形尺寸和腹杆体系。

B：桁架的腹杆体系。应使结构受力合理、节点构造简单统一。腹杆数量少而总长度短，宜使长腹杆受拉，短腹杆受压，弦杆不产生局部弯矩。斜腹杆与弦杆的夹角宜在35~55度。

C：常见腹杆体系有人字式、单斜式以及减小上弦的节间长度而增加的再分式腹杆体系。

人字式在屋架中应用最广泛，再分式桁架体系较加密主腹杆的结构方案更省钢材。

D：桁架节间的设置应结合建筑或工艺需求，设备吊挂等设置，并应使荷载尽量作用在节点上。

E：对于跨度较大的桁架，当变形超限时可以采用起拱解决。起拱值可取1/500,或者将恒载作用下挠度起拱。

F：跨度小于或等于12m的桁架，可以不分段；跨度大于12m但小于20m时，可以分成两段；大于等于20m时，可以分成多段，但每段长度均不宜超过12m；拼接接头宜位于廊身跨度的1/3处；

G：当桁架节间数为奇数时，中央节间宜布置交叉腹杆。

3、桁架计算时的基本力学假定

A：桁架所有杆件的轴线都在一个平面内且相交于一点。杆件轴线按照下列规定确定，此时可不考虑偏心的影响。

当用螺栓连接时，以靠近截面形心轴的准线为轴线；当采用焊缝连接时，对角钢可取角钢背至截面形心轴的距离为5mm的整数倍（即5mm 的模数）。

当弦杆截面在节点处有改变时，以受力较大的杆件重心线为轴线，不同截面的轴心线偏移距离在不超过较大弦杆截面高度的5%时，可不考虑此偏心的影响。

B：各节点均为铰接，但在桁架平面内，当截面高度与几何长度（节点中心距离）之比大于1/10(弦杆)或腹杆大于1/15(腹杆)时，应考虑节点刚性产生的次弯矩。（一般取应力增大系数1.15~1.20）。

C：计算时，将荷载先作用在节点上，并按此计算出各杆件的内力。对弦杆的节间荷载（最好不要这样，计算长度选取会出现不可靠），可假定弦杆为支撑于铰接节点的连续梁按下述近似方法计算局部弯矩。端节间取0.8Mo，其他节间正负弯矩均取为0.6Mo。

4、杆件截面如何选择

常用的截面形式：

A：屋架杆件在平面内、外的长细比宜接近，一些常见截面的回转半径应熟记，如双角钢组合截面的回转半径如下:

B：当桁架构件采用双角钢截面且较大时，宜采用轧制T型钢代替双角钢作为桁架的上下弦杆，荷载比较大时宜采用Ｈ型钢。

Ｃ：同一桁架所采用型钢的种类不宜过多，相同规格的厚度差不得小于2mm。

D：桁架受压杆件一般来讲，宜采用宽而薄的截面以增大回转半径（不利之处？），厚度一般不宜小于4mm，大跨度或者腐蚀环境中的结构宜适当增大（可取6mm)。

5、桁架结构设计(不含维护结构，围护结构放在门刚中详细讲解)

A桁架的整体计算

结构力学中含两种方法：节点法和截面法。

某连廊连接于两构筑物（钢结构框架）之间，用于人行走及料运输，跨度为27米，通廊宽度为4.25m(两榀桁架中心间距），净高要求不小于2.8m，走道为100厚混凝土预制板，通过四个脚部的预埋件与钢梁焊接，钢材选用Q235B。设计安全等级为二级，位于七度区0.1g，Ⅳ场地，设计地震分组为第一组。

整个设计思路及流程如下：

设计资料梳理→结构宏观尺寸确定、布置→荷载计算→构件截面初选→STS平面桁架(含竖向、水平桁架)建模计算分析、截面调整→节点验算→3d3s整体三维复核→平面桁架制图讲解及计算书整理→布置作业→作业点评

工艺资料及设计任务书理解

工艺资料会给出如下内容：通廊的立面布置、走道布置、断面图、胶带机支座布置、头轮布置、尾轮布置、拉紧装置布置等等。

净空会影响桁架高度的取值。

桁架高度的选取考虑两方面因素

其一：计算所需高度，一般荷载情况下可取其跨度的1／10～1／14,那么初选取1/12即27÷12=2.25m

其二：应满足建筑或工艺等专业要求，此处净空要求为2.8m，可取

2.9m（保留适当的余量）

总结：结合二者初选桁架高度为2.9m，高度确定之后即可结合工艺布置对主受力桁架进行布置。

一般来说对于简支桁架，如下布置方式最优。

结合工艺资料并考虑腹杆弦杆角度适宜的原则布置如-4图构件立面：

上弦荷载计算：

上弦平面投影宽度约4.9m,侧立面约3.2m

屋面自重：一般取为0.2KN/m2

上弦支撑自重：一般取为0.1KN/m2

作用在每个上弦节点为0.3x4.9x2.5/2=1.84KN

一半侧面墙身自重：取为0.2KN/m2

作用在每个上弦节点为0.2x3.2x2.5/2=0.8KN

屋面活载：按照不上人屋面取为0.5KN/m2

则作用在每个上弦节点为0.5x4.9x2.5/2=3.1KN

合计：作用在每个上弦节点的恒载为1.84+0.8=2.64KN 作用在每个上弦节点的活载为3.1KN

下弦荷载计算：

下弦走道板、走道梁及面层自重为3.2KN/m2

下弦水平支撑取为0.1KN/m2

作用在每个下弦节点为3.3x4.25x2.5/2=17.5KN

一半侧面墙身自重：取为0.2KN/m2

作用在每个下弦节点为0.2x3.2x2.5/2=0.8KN

胶带机恒载4KN/m

作用在每个下弦节点恒载为4x2.5/2=5KN

胶带机活载4KN/m

作用在每个下弦节点活载为4x2.5/2=5KN

走道净宽0.95m,活载2KN/m2

作为在每个节点走道活荷载0.95x2.5x2=4.75KN

合计：作用在每个下弦节点的恒载为17.5+0.8+5=23.3KN 作用在每个下弦节点的活载为5+4.75=9.8KN

下弦重锤部分荷载

设备加吊重230KN，分配到4各支座，各57.5KN