第二章網(wǎng)架結構

第二章網(wǎng)架結構2.8網(wǎng)架的桿件設計桿件材料:一般采用Q235鋼，當荷載較大或跨度較大時，宜采用Q345鋼。截面型式：有圓鋼管、方鋼管、角鋼、薄壁型鋼等。圓鋼管因其回轉(zhuǎn)半徑大和截面特性無方向性，對受壓和受扭有利，故一般情況下，圓鋼管截面比其他型鋼截面可節(jié)約20%的用鋼量。圓鋼管有高頻電焊鋼管或無縫鋼管。高頻電焊鋼管，價格便宜、壁薄，應優(yōu)先采用。薄壁方鋼管回轉(zhuǎn)半徑大、兩方向相等、能直接擱置屋面板，國外廣泛應用。雙角鋼T形截面適合板節(jié)點，現(xiàn)應用不多。第二章網(wǎng)架結構§2.8網(wǎng)架桿件設計桿件的計算長度:容許長細比：受壓桿件：[λ]=180受拉桿件：一般桿件[λ]=400，支座附近處桿件[λ]=300，直接承受動力荷載桿件[λ]=250。桿件節(jié)點螺栓球焊接空心球板節(jié)點弦桿及支座腹桿l0.9ll其它腹桿l0.8l0.8l第二章網(wǎng)架結構§2.8網(wǎng)架桿件設計截面選擇：網(wǎng)架桿件的截面應根據(jù)承載力和穩(wěn)定性的計算確定。對于軸心受拉桿件，應驗算強度和剛度。對于軸心受壓桿件，則應驗算強度、穩(wěn)定和剛度。宜選擇薄壁截面，較小跨度網(wǎng)架宜采用2~3種截面規(guī)格，較大跨度時宜采用6~7種截面規(guī)格。角鋼桿件不宜小于L50×3，圓鋼管桿件不宜小于Φ48×2，跨度較大時不宜小于Φ60×2。薄壁型鋼的壁厚不應小于2mm。第二章網(wǎng)架結構§2.8網(wǎng)架桿件設計在選擇桿件截面時，應避免最大截面弦桿與最小截面腹桿同交于一個節(jié)點的情況，否則容易造成腹桿彎曲（特別是螺栓球節(jié)點網(wǎng)架）。在構造設計時，宜避免難于檢查、清刷、油漆以及積留濕氣或灰塵的死角或凹槽。管形截面桿件，應將兩端封閉。2.9網(wǎng)架節(jié)點設計

2.9.1節(jié)點型式及選擇

節(jié)點在網(wǎng)架結構中起著連接匯交桿件，傳遞桿件內(nèi)力的作用。節(jié)點也是網(wǎng)架與屋面、吊頂、管道設備、懸掛吊車等的連接之處，起著傳遞荷載的作用。節(jié)點型式的選擇是網(wǎng)架設計中的重要內(nèi)容。節(jié)點設計是否合理，將直接影響網(wǎng)架的工作性能、安裝質(zhì)量、用鋼量及工程造價等。節(jié)點設計應符合下列原則：受力合理，傳力明確、可靠，實際節(jié)點構造與計算假定要吻合；保證各桿件匯交于一點，不產(chǎn)生附加彎矩；構造簡單，制作、安裝方便；用鋼量省。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

網(wǎng)架的節(jié)點型式按節(jié)點在網(wǎng)架中的位置可分為：中間節(jié)點和支座節(jié)點。按節(jié)點的連接方式可分為：焊接連接節(jié)點、高強度螺栓連接節(jié)點、焊接和高強度螺栓混合連接節(jié)點。按節(jié)點的構造形式可分為：板節(jié)點、半球節(jié)點、球節(jié)點、鋼管圓筒節(jié)點、鼓節(jié)點、直接相貫節(jié)點等。我國最常用的是：焊接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

網(wǎng)架節(jié)點型式的選擇：

應考慮網(wǎng)架類型、受力性質(zhì)、桿件截面形狀、制造工藝、安裝方法等條件。2.9.2螺栓球節(jié)點

螺栓球節(jié)點是在設有螺紋孔的鋼球體上，通過高強度螺栓將匯交于節(jié)點處的焊有錐頭或封板的圓鋼管桿件連接起來的節(jié)點。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

1.螺栓球節(jié)點的組成、材料、特點螺栓球節(jié)點由鋼球、高強度螺栓、緊固螺釘（或銷子）、套筒、錐頭或封板等零件組成，適合于連接圓鋼管桿件。

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

螺栓球節(jié)點零件所采用的材料、加工方法、性能要求等見表。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

零件名稱采用鋼號成型方法備注鋼球45號鋼機械加工原坯球鍛壓或鑄造高強度螺栓和緊固螺釘45號鋼40Cr鋼40B鋼20MnTiB鋼與一般的高強度螺栓加工方法相同8.8級高強螺栓用10.9級高強螺栓用10.9級高強螺栓用10.9級高強螺栓用錐頭、封板Q235鋼、Q345鋼錐頭鑄造或鍛造應與桿件鋼號一致六角套筒(無紋螺母)Q235鋼、45號鋼、Q345鋼機械加工可由六角鋼直接加工銷子高強度鋼絲機械加工螺栓球節(jié)點的優(yōu)點是節(jié)點小，重量輕，節(jié)點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10%?？捎糜谌魏涡问降木W(wǎng)架，特別適用于四角錐或三角錐體系的網(wǎng)架。這種節(jié)點安裝極為方便，可拆卸，安裝質(zhì)量易得到保證?？梢愿鶕?jù)具體情況采用散裝、分條拼裝和整體拼裝等安裝方法。

這種節(jié)點對空間匯交的圓鋼管桿件適應性強，桿件連接不會產(chǎn)生偏心，沒有現(xiàn)場焊接作業(yè)。螺栓球節(jié)點缺點：球體加工復雜，零部件多，加工精度高；價格貴；所需鋼號不一，工序復雜。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

2.螺栓球節(jié)點的構造原理及受力特點（1）構造原理第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

（2）受力特點

擰緊螺栓的過程，相當于對節(jié)點施加預應力的過程。預應力大小與擰緊程度成正比。此時螺栓受預拉力，套筒受預壓力。在節(jié)點上形成自相平衡的內(nèi)力，而桿件不受力。當網(wǎng)架承受荷載后，拉桿內(nèi)力通過螺栓受拉傳遞，隨著荷載的增加，套筒預壓力逐漸減?。坏狡茐臅r桿件拉力全由螺栓承受。對于壓桿，則通過套筒受壓來傳遞內(nèi)力，螺栓預拉力隨荷載的增加而減??；到破壞時，桿件壓力全由套筒承受。

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

3.螺栓球節(jié)點的設計

（1）鋼球設計鋼球直徑的大小主要取決于高強度螺栓的直徑，高強度螺栓擰入球體的長度及相鄰兩桿件軸線之間的夾角。當網(wǎng)架中各桿件所需高強度螺栓直徑確定以后，螺栓鋼球直徑的大小應同時滿足兩個條件：

1）保證相鄰兩螺栓在球體內(nèi)不相碰；

2）保證套筒與鋼球之間有足夠的接觸面。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

可按以下公式較大值確定鋼球直徑D:

D—鋼球直徑，mm；d1，d2—高強度螺栓直徑，mm，d1>d2；θ—兩高強度螺栓軸線之間的最小夾角，rad；ξ—高強度螺栓伸進鋼球長度與高強度螺栓直徑的比值，一般取ξ=1.1；η—套筒外接圓直徑與高強度螺栓直徑的比值，一般取η=1.8。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

如果相鄰兩個高強度螺栓直徑相同，即：d1=d2=d0，則式簡化為:鋼球直徑應符合產(chǎn)品系列尺寸要求。網(wǎng)架跨度、荷載較小時，鋼球直徑D不大，整個網(wǎng)架的鋼球可只用一個直徑。當網(wǎng)架跨度、荷載較大時，會使用鋼量增加，工程成本加大，可根據(jù)計算結果選擇不同的鋼球直徑，但種類不宜過多。

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（2）高強度螺栓的設計強度螺栓應符合國家標準《鋼結構用高強度大六角頭螺栓》（GB1228-91）規(guī)定的性能等級為8.8級或10.9級的要求，并符合國家標準《普通螺栓基本尺寸—粗牙普通螺紋》（GB196-81）規(guī)定。一般情況下，根據(jù)網(wǎng)架中最大受拉弦桿內(nèi)力和最大受拉腹桿內(nèi)力各選定一個螺栓直徑，若這兩個螺栓直徑相差太大，可以在這兩者之間再選一種螺栓直徑。即使網(wǎng)架跨度、荷載較大時，選用高強度螺栓直徑不宜過多，以免制造、安裝過于麻煩。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

每個高強度螺栓受拉承載力設計值按下式計算：

Nmax—網(wǎng)架桿件（弦桿或腹桿）中的最大拉力設計值，N；Ntb—高強度螺栓的抗拉承載力設計值，N；Ψ—螺栓直徑對承載力的影響系數(shù)，當螺栓直徑＜30mm時，Ψ=1.0；當螺栓直徑≥30mm時，Ψ=0.93；ftb—高強度螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強度設計值：對40Cr鋼，40B鋼，20MnTiB鋼為430N/mm2；對45號鋼為365N/mm2；Aeff—高強度螺栓的有效截面積，mm2；當螺栓上開有滑槽時，Aeff應取螺紋處和滑槽處的有效截面積中的較小值。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

滑槽處的有效截面面積：t、h分別為高強度螺栓無螺紋段處滑槽的深槽部位的槽寬度，槽深度。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

螺栓的栓桿長度Lb由構造確定：

Ln—套筒（無紋螺母）的長度，mm；δ—錐頭底板或封板的厚度，mm。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

高強度螺栓上的滑槽應設在無螺紋的光桿處，淺槽深度一般為3~4mm，深槽深度一般為6~7mm，滑槽長度可按下式計算：

ds—緊固螺釘?shù)闹睆?，一般為M4、M5、M6、M8、M10；c—高強度螺栓露出的套筒外的長度，一般C=4~6mm，且不應少于2個螺距。

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受壓桿件端部主要通過套筒傳遞壓力，此處高強度螺栓只起連接作用，因此可按其內(nèi)力設力值所求得的螺栓直徑適當減少。（3）套筒（無紋螺母）的設計套筒的作用是擰緊高強度螺栓，承受圓鋼管桿件傳來的壓力。套筒的外形尺寸應符合搬手開口尺寸系列，端部應平整，內(nèi)孔徑可比高強度螺栓直徑大1mm。套筒端部到緊固螺釘孔邊緣的距離應使該處有效截面抗剪承載力不低于緊固螺釘抗剪承載力進行計算確定，且不應小于緊固螺釘孔徑的1.5倍和6mm。

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

套筒的長度按下式計算：a—高強度螺栓桿上的滑槽長度；b1—套筒左端部至高強度螺栓桿上的滑槽左邊緣的距離，通常取b1=4mm；b2—套筒右端部至滑槽右邊緣的距離，通常取b2=6mm。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

對于承受圓鋼管桿件傳來軸心壓力的套筒，應驗算緊固螺釘孔處的抗壓強度：N—圓鋼管桿件傳來的軸心壓力設計值；An—套筒在緊固螺釘孔處的凈截面面積，可按下式計算：

R—套筒的外接圓半徑，可取R≈0.9d；d—高強度螺栓的直徑；ds—緊固螺釘?shù)闹睆剑籪—套筒所用鋼材的抗壓強度設計值。

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

對于承受圓鋼管桿件傳來軸心壓力的套筒，還應驗算套筒端部的承壓強度：Ace—套筒端部的實際承壓面積；fce—套筒所用鋼材的端面承壓強度設計值。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

（4）緊固螺釘?shù)脑O計緊固螺釘直徑一般可取高強度螺栓直徑的0.16～0.18倍且不宜小于M3，也不宜大于M10，螺紋按3級精度加工。緊固螺釘中的尺寸L和Z應根據(jù)套筒的厚度和高強度螺栓桿上的淺槽深度，深槽深度及其構造要求來確定。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

（5）錐頭和封板的設計

當圓鋼管桿件直徑≥76mm時，宜采用錐頭。錐頭的任何截面均應與桿件截面等強度，錐頭底板的厚度不宜小于被連接桿件外徑的1/6。錐頭底板外側(cè)平直部分的外接圓直徑一般取高強度螺栓直徑的1.8倍加3～5mm；錐頭斜向筒壁的坡度應≤1/4。第二章網(wǎng)架結構§2.4網(wǎng)架的節(jié)點與設計

當圓鋼管桿件直徑<76mm時，可采用封板，其厚度不宜小于桿件外徑的1/5。錐頭和封板的表面要保持平整，以確保緊固高強度螺栓的裝配質(zhì)量。高強度螺栓孔的中心線應盡量與桿件軸線重合，螺栓孔徑比螺栓直徑大0.5～1.0mm。錐頭或封板臺階外徑與鋼管內(nèi)徑相配，臺階長度5～8mm；錐頭或封板臺階外圓端部開30°剖口，鋼管端部也開30°剖口，并在此處采用V型對接二級焊縫，以使焊縫與管材等強。焊縫寬度b取2～5mm，當鋼管壁厚t≤10mm時，取b=2mm。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

2.9.3焊接空心球節(jié)點

當網(wǎng)架桿件內(nèi)力很大（一般>750kＮ）時，若仍采用螺栓球節(jié)點，會造成鋼球過大而使用鋼量增多，此時應考慮采用焊接空心球節(jié)點。1．焊接空心球節(jié)點特點焊接空心球節(jié)點的優(yōu)點：傳力明確，構造簡單，造型美觀，連接方便。適于連接圓鋼管，只要鋼管切割面垂直于桿件軸線，桿件就能在空心球上自然對中而不產(chǎn)生偏心。由于球體沒有方向性，可與任意方向的桿件相連；當匯交桿件較多時，其優(yōu)點更為突出。可用于各種形式的網(wǎng)架。焊接空心球節(jié)點的缺點：用鋼量較大，節(jié)點用鋼量占網(wǎng)架總用鋼量的20～25%；沖壓焊接費工，焊接質(zhì)量要求高，現(xiàn)場仰焊、立焊占很大比重。桿件下料長度要求準確；當焊接工藝不當造成焊接變形過大后難于處理。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

2．焊接空心球節(jié)點的構造要求焊接空心球節(jié)點是用兩塊圓鋼板(Q235鋼或鋼Q345)經(jīng)熱壓或冷壓成兩個半球后對焊而成的。鋼球外徑一般為160mm~500mm。分加肋與不加肋兩種，肋板厚度與球壁等厚。肋板可用平臺或凸臺，當采用凸臺時，其高度應≤1mm。空心球外徑D與球壁厚t的比值一般取D/t=25~45；空心球壁厚t與連接于空心球的鋼管最大壁厚t的比值宜取：t/t=1.2～2.0；空心球的壁厚宜t≥4mm。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

同一網(wǎng)架中，宜采用一種或兩種規(guī)格的球，最多不超過4種，以避免制造、安裝時過于復雜化。為便于施焊，確保焊縫質(zhì)量，避免焊縫過分集中，空心球面上各桿件之間的凈距a宜≥10mm?？招那虻淖钚⊥鈴剑旱诙戮W(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

D—空心球所需要的最小外徑，mm；a—空心球上兩圓鋼管桿件之間的凈距，應有a≥10mm；θ—匯集于球節(jié)點任意兩圓鋼管桿件之間的夾角，rad；

d1、d2—組成θ角的兩圓鋼管桿件的外徑，mm。有下列情況之一時，宜在空心球內(nèi)加設環(huán)形加勁肋板：空心球的外徑D≥300mm，且連接于空心球的圓鋼管桿件的內(nèi)力較大時；空心球的壁厚t小于與球相連的圓鋼管腹桿壁厚ts的2倍即：t<2ts時；空心球的外徑D大于與球相連的圓鋼管腹桿外徑ds的3倍，即：D>3ds時；在同一網(wǎng)架中，往往需要調(diào)整和統(tǒng)一空心球的外徑，以減少球的規(guī)格，為此而需要在空心球內(nèi)加設環(huán)形加勁肋板以滿足球體的承載力設計值時。第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

環(huán)形加勁肋一般與空心球的球壁等厚，應將內(nèi)力較大的圓鋼管桿件設置在環(huán)形加勁肋板的平面內(nèi)。在工程實踐中，一般是設置在較大內(nèi)力弦桿的軸線平面內(nèi)。3．焊接空心球的承載力當空心球直徑為120~500mm時，其受壓、受拉承載力設計值可分別按下列公式計算：受壓空心球：

受拉空心球：第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

Ncmax、Ntmax—與空心球相連桿件的最大軸心壓力和拉力設計值，N；Nc、Nt—空心球軸向受壓和拉力承載力設計值，N；D—空心球外徑，mm；t—空心球的壁厚，mm；d—與空心球相連的對應于Ncmax或Ntmax的圓鋼管桿件的外徑，mm；ηc—受壓空心球加勁肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηc=1.0；加肋，ηc=1.4；f—鋼材的抗拉強度設計值，N/mm2；ηt—受拉空心球加勁肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηt=1.0；加肋，ηt=1.1。

第二章網(wǎng)架結構§2.9網(wǎng)架的節(jié)點設計

4．焊接空心球與桿件的連接圓鋼管桿件與空心球的焊接連接，一般均應滿足與被連接的圓鋼管桿件截面等強。對于小跨度輕型網(wǎng)架，當管壁厚度t<6mm時，鋼管桿件與空心球之間可采用角焊縫連接，按與桿件截面等強的條件計算所需角焊縫焊腳尺寸hf：Ast—被連接圓鋼管桿件的截面面積，mm