建筑钢结构设计第一章(二)桁架节点设计

如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。 ⑶ 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。 当偏心e 0.05h时考 当偏心e＞0.05h时考 虑偏心对杆件产生的 附加弯矩： 附加弯矩： M ⋅ Ki
Mi =
∑K
i
偏心力矩：M = ( N1 + N 2 )e 偏心力矩：
Ki
-第i杆的线刚度
Ki =
EI i li
⑴梯形屋架支座节点 节点板 加劲肋 底板 锚栓 加劲肋作用： 加劲肋作用： 提高支座节点的侧向刚 度，使支座底版受力均 匀，减少底版弯矩
支座节点力的传递路线为： 支座节点力的传递路线为：
屋架杆件 合力R 合力R
节点板 底 板
H形焊缝 L形焊缝 加劲肋
⑵支座节点的计算： 支座节点的计算： ①底板： 底板： R A = An + A0 = + A0 底板面积： 底板面积： fc
σf 2 2 ( ) + τ f ≤ ft w βf
6∆M σf = 2 2 × 0 .7 h f l w
2
2
∆N τf = 2 × 0.7 h f lw
2
2
节点板部分伸出 焊缝强度不足时， 当“A”焊缝强度不足时，采用 焊缝强度不足时 节点板伸出方案， 肢尖“ 节点板伸出方案， 肢尖“A” 与肢背“ 两条焊缝传递弦杆 与肢背“B”两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力， 与节点板间内力，
3.节点的构造与计算 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。 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 腹杆与节点板间的传力---两侧角焊缝 ① 腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝 形围焊缝，三面围焊缝）， ），按受轴 （L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。 心力角钢的角焊缝计算。 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 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。 按下式计算其焊缝长度。
L = 2l1 + b
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 递弦杆内力之差△N,如△N过小则取弦杆较大 内力的15% 15%， 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。 缝参照传力一侧采用。 弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算： 弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：
ct
不得大于
22 235 f y ，
c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向 至弦杆的净距离， 为节点板厚度 至弦杆的净距离，t为节点板厚度。 ⑵对无竖腹杆的节点板， 当 c 无竖腹杆的节点板，节点板的稳定承载力可取为 0.8betf
当
c t > 10 235 f y
Nφ = P + ∆N
P较小，近似按只承受轴力时 较小， 的肢尖和肢背的分配系数将
Nφ 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， 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， 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。 拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元
R 底板下的平均压应力：q = An
底板厚度：t ≥ 6 M f
R 加劲肋：按悬臂梁计算， ②加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力 V = 4
固端截面弯矩
M =V ⋅ e
③加劲肋与节点板间竖向焊缝L: 加劲肋与节点板间竖向焊缝L: 焊缝受力： 焊缝受力： 焊缝验算： 焊缝验算：
V= R 4
M=V⋅e
肢背焊缝： 肢背焊缝：
K1∆N lw1 ≥ + 2h f 1 w 2 × 0.7 h f ⋅ f f
1
肢尖焊缝： 肢尖焊缝：
∆N = N1 − N 2
lw 2
K 2 ∆N ≥ + 2h f 2 w 2 × 0.7 h f ⋅ f f
2
K1 , K 2 − 角钢肢背、肢尖焊缝内 力分配系数
h f , h f − 肢背、肢尖焊缝焊脚尺 寸
⑷各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右 各零件要进行详细编号，按主次、上下、 顺序进行。 顺序进行。 ⑸施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及 为了简化图面而易于用文字集中说明的内容， 为了简化图面而易于用文字集中说明的内容， 钢材标号、焊条型号、 如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等 图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、 级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、 运输和加工要求。 运输和加工要求。
∑l
w
− 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 在图纸左上部绘制索引图。对称桁架， 明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。 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 L≥24m， L≥15m, f=L/500。 屋架L≥24m，三角形L≥15m,应予起拱f=L/500。 施工祥图中， ⑵施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面 上下弦的平面图，侧面图， 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： 殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为 20～ 30，节点为1 10～ 15。 1：20～1：30，节点为1：10～1：15。 定位尺寸：轴线至肢背的距离， ⑶定位尺寸：轴线至肢背的距离，节点中心至 腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、 腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、 右的距离。 下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距 表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。 表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。
1 2
f fw − 角焊缝强度设计值
⑵有集中荷载的节点 节点板伸出 槽焊缝“ 假定只传递P 槽焊缝“K”—假定只传递P力，按两条角焊缝 假定只传递 （焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。 焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。 0.5t “A”焊缝 传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏 焊缝—传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏 焊缝 传递弦杆两端内力差 心力矩△M=△ e 心力矩△M=△N·e。焊缝两端的最大 合成应力： 合成应力：
肢背焊缝： 0.15K1 N max ≤ f fw 2 × 0.7h f lw 0.15K 2 N max ≤ f fw 2 × 0.7h f lw
肢尖焊缝：
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。 构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2 计算： ②计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同， 相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。 相同。
⑶节点板的拉剪破坏： 节点板的拉剪破坏：
N ≤ f ∑ (ηi Ai )
ηi =
1 1+ 1 + cos 2 α i
ηi − 第i段的拉剪折算系数
α i − 第i段破坏线与拉力轴线的夹角
Ai = tli 第i段破坏面的截面积
单根腹杆的节点板按下式计算： 单根腹杆的节点板按下式计算
N σ = ≤ f be ⋅ t
2.3.5 桁架节点设计
任务：确定节点的构造， 任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计 节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 算。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， 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， 弦杆内力， 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。 钢在两弦杆间直接传力。
时，应进行稳定计算
在任何情况下， 在任何情况下， c t 不得大于 17.5 235 f y 用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求 1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30° 节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30° 30 斜腹杆与弦杆夹角应在30 30° 60° 2）斜腹杆与弦杆夹角应在30°～60° 3）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于 否则应沿自由边设加劲肋。 60 235 f y ，否则应沿自由边设加劲肋。
be − 节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度 节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，
t−
板件厚度， 板件厚度， 应力扩散角，取30°。 应力扩散角， 30°
θ−
由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定： 由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定： ⑴对有竖腹杆的节点板，当 c t ≤ 15 235 f y 时， 有竖腹杆的节点板， 的节点板 可不计算稳定,否则应进行稳定计算。 可不计算稳定 否则应进行稳定计算。 否则应进行稳定计算 在任何情况下
⑸支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。
屋架与柱的刚接： 屋架与柱的刚接： 刚接节点连接焊缝 传递内力由以下两 部分组成： 部分组成： ①屋面荷载产生的 横梁端反力， 横梁端反力， ②横梁端弯矩在上 下弦轴线处产生的 附加水平力、 附加水平力、附加 竖向反力， 竖向反力，下弦处 的水平力中还应包 括框架内力组合的 相应水平剪力。 相应水平剪力。
⑷节点板上各杆件之间的间距a: 节点板上各杆件之间的间距a: 受静载时， 受静载时， 受动载时， 受动载时，
a ≥ 10 ~ 20 a ≥ 50
2.节点板设计： 2.节点板设计： 节点板设计 ⑴形状简单、规则，如矩形、梯形 形状简单、规则，如矩形、 ⑵梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹 杆最大内力确定， 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。 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, 2mm,其他节点板 支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板 厚度相同。 厚度相同。
2.3.5.1双角钢截面杆件的节点 2.3.5.1双角钢截面杆件的节点
1.节点设计的一般原则 1.节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连， 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。 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 角钢的切断面应与其轴线垂直， 使节点紧凑时只能切肢尖。 使节点紧凑时只能切肢尖。
A0 − 锚栓孔面积
底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将 底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算， 基础反力看成均布荷载q, q,底板被节点板和加 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， 劲肋分成4块两相邻边支撑的板，其单位宽度 的弯矩为： 的弯矩为： 2
M = βqa1
σf 2 2 ( ) + τ f ≤ ft w βf
6∆M σf = 2 2 × 0 .7 h f l w ∆N τf = 2 × 0.7 h f lw
④支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝： 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 传递全部反力R。
R ≤ f fw σ= β f 0.7 h f ∑ lw
②焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝（ 焊缝）， 弦杆自身拼接焊缝（“C”焊缝），传递两侧弦 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 内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接 N, 角钢两侧的焊缝近于等距， 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。 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： 侧的焊缝长度为： N l1 = + 2h f w 4 × 0.7h f ⋅ f f 拼接角钢长度为