大工14春《鋼結(jié)構(gòu)》輔導(dǎo)資料十八

鋼結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)資料十八主 題：第七章屋蓋結(jié)構(gòu)第五節(jié)桁架的計(jì)算長度和容許長細(xì)比第六節(jié)桁架桿件的截面設(shè)計(jì)第七節(jié)桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)第八節(jié)鋼屋架施工圖學(xué)習(xí)時(shí)間：2014年7月21日一7月27日內(nèi) 容：一、 學(xué)習(xí)要求1、 掌握桁架的計(jì)算長度和容許長細(xì)比；2、 掌握桁架桿件的截面設(shè)計(jì)；3、 熟悉桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；4、 了解鋼屋架施工圖?；靖拍睿焊鞣N桿件的受力及截面，各類節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與設(shè)計(jì)，鋼屋架施工圖。知識(shí)點(diǎn)：桿件的計(jì)算長度；各類節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與焊縫計(jì)算；施工圖繪制。二、 主要內(nèi)容桁架的計(jì)算長度和容許長細(xì)比桁架的計(jì)算長度1、弦桿和單斜腹桿的計(jì)算長度計(jì)算長度的概念來源于理想軸心壓桿的彈性分析。在桁架中，根據(jù)桿件兩端的嵌固程度來確定壓桿的計(jì)算長度，也近似地用這一概念來確定拉桿的計(jì)算長度。在理想鉸接的屋架中，壓桿屈曲變形如圖b所示，壓桿彎曲變形的同時(shí)，桿端將繞節(jié)點(diǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。由于節(jié)點(diǎn)被假設(shè)為理想的鉸，桿端的轉(zhuǎn)動(dòng)不受約束，拉桿仍為直線形式其端部也不轉(zhuǎn)動(dòng)。但實(shí)際桁架的節(jié)點(diǎn)接近于剛接，桿件受壓失穩(wěn)將受到相鄰桿件的影響和制約。如相鄰桿件中有較多拉桿尤其是截面粗大的拉桿時(shí)，將約束該桿失穩(wěn)時(shí)的端部轉(zhuǎn)動(dòng)（稱為嵌固作用），從而提高其整體穩(wěn)定性，可將其計(jì)算長度折減。

桁架弦杠號(hào)單系腹卜「?jìng)墒汩L度?！?表7：）I彎曲方向弦桿腹 樸支座斜桿和支座豎桿其它腹桿在桁架平面內(nèi)1/0.8/在杵架平面外11//在斜平而0.9/注i.I—H件的兒何長度〔節(jié).偵中心"擁漓）?L——屋架弦桿及再分式.1：盈桿側(cè)向攵承貞之叫的距幕2.抻點(diǎn)板的眼桿.JI；計(jì)算長.成在仃何T?血向均舊等?JJL何長度，2、 變內(nèi)力桿件的計(jì)算長度受壓弦桿的側(cè)向支承點(diǎn)間距時(shí)常為弦桿節(jié)間長度的兩倍，而弦桿兩節(jié)間的軸線壓力可能不相等（設(shè)N1>N2）。3、 交叉腹桿的計(jì)算長度斜桿的幾何長度為1，在交叉點(diǎn)處無論是否有斜桿斷開，兩斜桿總是用螺栓連接的。在桁架平面內(nèi)，無論桿件為拉桿或壓桿，認(rèn)為兩桿可互為支承點(diǎn)，其計(jì)算長度都取節(jié)點(diǎn)與交叉點(diǎn)之間的距離，即匕0.5/。在桁架平面外，拉桿可作為壓桿平面外支承點(diǎn)，故桿件的計(jì)算長度與受拉或受壓有關(guān)，也與其斷開情況有關(guān)。對(duì)于壓桿：與它相交的另一斜桿受拉且二桿皆不中斷時(shí)，取為0.51；與它相交的另一斜桿受拉，兩桿中有一桿中斷并以節(jié)點(diǎn)板相搭接時(shí)取為0.71；其它情況取為1。對(duì)于拉桿，因壓桿不作為它在平面外的支承點(diǎn)，故取為1。桁架容許長細(xì)比為保證桁架及支撐的桿件的剛度要求，鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定了其長細(xì)比大小的容許值。此容許長細(xì)比值因桿件的受力條件和重要程度不同而異。如在桁架中，受壓桿件的容許長細(xì)比為150；支撐的受壓桿件為200；直接承受動(dòng)力荷載的桁架中的拉桿為250；對(duì)承受靜力荷載作用的桁架的拉桿僅計(jì)算其在豎向平面內(nèi)的長細(xì)比，容許值為350；支撐的受拉桿件為400；還有其它的規(guī)定，詳見鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)條文。桁架桿件的截面設(shè)計(jì)截面型式1、桿件截面型式桁架桿件截面型式應(yīng)根據(jù)用料經(jīng)濟(jì)、連接構(gòu)造簡(jiǎn)單和具有必要的強(qiáng)度、剛度等要求確定。一般桁架中全部或多數(shù)桿件為軸心受力桿件，應(yīng)盡量使桿件在桁架平面內(nèi)和平面外的長細(xì)比相接近（人=人），這樣可保證剛度和穩(wěn)定性好且節(jié)省鋼材。常用的截面型式見圖；普通鋼桁架中主要用雙等邊或不等邊角鋼T形截面，個(gè)別桿件用雙等邊角鋼十字形截面，支撐和輕型桁架的某些桿件可用單角鋼截面。圖中截面的具體應(yīng)用如下：(b)圖T-6-1圖7-6-2rooo□Qgmnrr<a) (b)（1） 上、下弦桿：l=l，l=l，一般l遠(yuǎn)大于l（2倍以上）；為滿足0y10尤 0y 0尤X，應(yīng)使i〉2i，故通常采用短邊相并的雙不等邊角鋼T形截面（l/1=2.8）。尤y y尤 y尤整個(gè)桁架在運(yùn)輸和吊裝過程中要求有較大的側(cè)向剛度，采用這種寬度較大的弦桿截面型式十分有利。截面寬度較大也便于上弦桿上放置屋面板或檁條?？缍群秃奢d較大的桁架中弦桿截面已足夠粗大時(shí)，也可采用雙等邊角鋼T形截面（i/i1.5）。有節(jié)間荷載的弦桿將同時(shí)承受N和M，根據(jù)M的大小可yx x x采用雙等邊角鋼或長邊相并的雙不等邊角鋼T形截面。（2） 支座腹桿：l0=l0=l，故通常采用長邊相并的雙不等邊角鋼T形截面。內(nèi)力和截面較小或桿件較短時(shí)則可采用雙等邊角鋼截面。（3） 一般腹桿：匕=l,l0=0.8l,l0/10=1.25，故通常采用雙等邊角鋼T形截面。（4） 再分式腹桿：再分式主斜桿匕/10=2,但是一般桿件較短，故常采用

雙等邊角鋼，必要時(shí)也可用短邊相并的雙不等邊角鋼。再分式次要腹桿l0=l°=l，但是一般桿件較短、內(nèi)力較小，常采用較小規(guī)格的雙等邊角鋼。（5）雙角鋼十形截面：這種截面具有較大的回轉(zhuǎn)半徑"=0.3853，而同樣規(guī)格T形截面僅為i=0.331。故桁架中長度較大而內(nèi)力較小的受壓桿件，需要降低其長細(xì)比或由容許長細(xì)比［入］確定角鋼規(guī)格時(shí)，都可采用十形截面。如桁架中連接垂直支撐的豎桿尤其適用此種截面。2、雙角鋼截面角鋼間的填板雙角鋼T或十形截面屬組合截面，2、雙角鋼截面角鋼間的填板雙角鋼T或十形截面屬組合截面，應(yīng)每隔一定間距在兩角鋼間放置填板。厚度普通鋼桁架中雙角鋼截面的桿件在節(jié)點(diǎn)處以節(jié)點(diǎn)板連接。桁架節(jié)點(diǎn)板厚度t的確定應(yīng)在選擇桿件截面之前。節(jié)點(diǎn)板中應(yīng)力復(fù)雜，難于分析，通常不作計(jì)算而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其厚度，并全桁架統(tǒng)一。確定厚度的主要依據(jù)指標(biāo)是各節(jié)點(diǎn)處每根桿件傳給節(jié)點(diǎn)板的內(nèi)力，以其中最大者為準(zhǔn)。在三角形桁架中的所有桿件中，最大內(nèi)力是上弦桿端節(jié)間內(nèi)力，這個(gè)內(nèi)力也就是節(jié)點(diǎn)板所傳最大內(nèi)力。在梯形或平行弦桁架中，弦桿內(nèi)力雖較大，但其端節(jié)間N和中節(jié)間△N小于斜腹桿內(nèi)力，故節(jié)點(diǎn)板所傳最大內(nèi)力為各腹桿的最大內(nèi)力。截面選擇和計(jì)算1、截面選擇的一般要求（1）應(yīng)優(yōu)先選用較寬較薄的角鋼規(guī)格以增加截面的回轉(zhuǎn)半徑和節(jié)省鋼材。（2） 角鋼最小規(guī)格一般按^50x5或L75x50x5（受力較小的桁架可按匚45x4或L56x36x4）。有垂直支撐處桁架豎桿則通常用＞2L63x5。有螺栓孔時(shí)角鋼最小邊寬應(yīng)符合如下規(guī)定：對(duì)M16、18、20螺栓分別對(duì)應(yīng)角鋼為》L63、70、75（對(duì)臨時(shí)性安裝螺栓可酌量減?。Ｉ舷医卿撋现苯臃胖么笮挝菝姘鍟r(shí)，角鋼水平邊寬宜＞80mm（屋架間距〉6m時(shí)為100mm）。（3） 桁架的弦桿一般采用通長等截面。但對(duì)跨度大于30m梯形桁架和大于24m三角形桁架，也可根據(jù)弦桿內(nèi)力的變化情況，在每半跨內(nèi)改變弦桿截面一次。弦桿變截面通常是改變角鋼邊寬而保持厚度不變，并在節(jié)點(diǎn)處改變，以使拼接方便。變截面兩側(cè)角鋼通常做成外表面平齊；也可做成形心軸線（取整至5mm）重合，這時(shí)拼接處需加設(shè)填板使表面平齊。（4）一個(gè)桁架中角鋼規(guī)格常較多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)統(tǒng)一和歸并相近的規(guī)格，減少角鋼規(guī)格種數(shù)。變寬相同角鋼的厚度應(yīng)相差至少2mm，以便制造時(shí)區(qū)別。2、桁架桿件截面選擇的公式和步驟桁架桿件一般是軸心受拉或受壓構(gòu)件，當(dāng)有節(jié)間荷載時(shí)則是拉彎或壓彎構(gòu)件。拉桿應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和剛度驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算中在有螺栓孔削弱時(shí)，應(yīng)該用凈截面；如果螺栓孔位置處于節(jié)點(diǎn)板內(nèi)且離節(jié)點(diǎn)板邊緣有一定距離（大于100mm）時(shí)，可不計(jì)截面削弱。剛度驗(yàn)算應(yīng)使桿在兩個(gè)方向的長細(xì)比中的較大者小于容許長細(xì)比。壓桿應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性和剛度的計(jì)算，壓彎桿（當(dāng)上弦有節(jié)間荷載時(shí)）應(yīng)進(jìn)行平面內(nèi)外的穩(wěn)定性和剛度的驗(yàn)算，壓彎桿的容許長細(xì)比近似采用軸心壓桿的數(shù)值。這兩種桿件，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。桁架中內(nèi)力很小或?yàn)榱愕臈U件，其強(qiáng)度或整體穩(wěn)定型不成問題，可直接按桿件滿足容許長細(xì)比［入］和構(gòu)造最小尺寸的要求來確定需用角鋼的規(guī)格。桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一般原則普通鋼桁架中，各交匯桿件一般都焊在節(jié)點(diǎn)板上，組成桁架的節(jié)點(diǎn)。少數(shù)情況下也可省去節(jié)點(diǎn)板，直接將腹桿焊于弦桿上。為了安裝簡(jiǎn)便，也可以在工廠制造時(shí)用焊接而在工地安裝連接處用高強(qiáng)度螺栓連接。理論上桁架各桿件的形心線應(yīng)與桁架桿件軸線重合，并在節(jié)點(diǎn)處交匯于一點(diǎn)，以免節(jié)點(diǎn)偏心受力引起桿件附加彎矩。為了制造方便，實(shí)際焊接中通長把角鋼背外表面到形心軸線的距離調(diào)整到最靠近的5mm的倍數(shù)，作為角鋼軸線的定位尺寸。這樣交匯時(shí)給桿件軸線力帶來的偏心都很小，計(jì)算中略去不計(jì)。腹桿和弦桿或各腹桿邊緣之間應(yīng)留一定的空隙，以利拼裝和施焊。一般取c略大于20mm;承受直接動(dòng)力荷載的桁架中腹桿與弦桿間取c略大于50mm。節(jié)點(diǎn)板通常伸出弦桿角鋼外邊緣15mm左右，以布置焊縫。并注明節(jié)點(diǎn)板尺寸h2來控制。角鋼端部的切割一般應(yīng)垂直于軸線。當(dāng)需要斜切時(shí)，應(yīng)按圖所示把角鋼的連接邊斜切。如圖所示的切割方式是不允許的。節(jié)點(diǎn)板的形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單如矩形、梯形等，必要時(shí)也可用其它形狀，但總以制作簡(jiǎn)便并切割鋼板時(shí)能充分利用材料為原則。在內(nèi)力較大的桁架中，節(jié)點(diǎn)板的厚度不足也有可能失穩(wěn)。構(gòu)造與計(jì)算1、一般節(jié)點(diǎn)指無節(jié)點(diǎn)集中荷載也無弦桿拼接的節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于N3、N4、N5一般用兩側(cè)焊縫實(shí)現(xiàn)，也可用L形圍焊縫或三面圍焊縫實(shí)現(xiàn)。對(duì)于弦桿，其與節(jié)點(diǎn)板的焊縫只傳遞了差值/N=N1-N2,由/N算得的焊縫長度往往很小，此時(shí)按構(gòu)造要求在節(jié)點(diǎn)板范圍內(nèi)進(jìn)行滿焊。其它如桿間間隙及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一般設(shè)計(jì)要求。

2、有集中荷載的節(jié)點(diǎn)如圖所示有集中荷載的上弦節(jié)點(diǎn)。當(dāng)荷載P較大而上弦角鋼較薄時(shí)，其伸出肢容易彎曲，可用水平板予以加強(qiáng)。為使檁條或幾種荷載下水平板能夠放置，節(jié)點(diǎn)板有不伸出或部分伸出的兩種作法。3、弦桿拼接節(jié)點(diǎn)桿件拼接有車間拼接和工地拼接兩種。當(dāng)桁架受運(yùn)輸或安裝條件限制，需要在車間做成幾段運(yùn)至工地后進(jìn)行的拼接，稱為桁架的工地拼接。如圖是下弦及上弦中央工地拼接節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)處用拼接角鋼將弦桿拼接。拼接角鋼的規(guī)格與弦桿相同，并切肢及切去直角邊棱。

4、支座節(jié)點(diǎn)鋼桁架通?？摄q接支承在墻或鋼筋混凝土柱上。支座節(jié)點(diǎn)處各桿件交匯于一點(diǎn)，由此豎直向下應(yīng)正好或接近通過支座底板的形心，則底板的承壓應(yīng)力可視為均布。支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和設(shè)計(jì)方法與軸心受壓柱腳基本相同。底板所需凈面積應(yīng)按桁架反力R和混凝土抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度/^確定，由此確定跨度方向和垂直方向的底板尺寸LxB。一般屋架的反力不大，底板尺寸通常由螺栓間距和構(gòu)造要求控制，一般采用邊長為240-400mm的矩形，b略大而a稍小些。底板外輪廓應(yīng)在柱邊線以及相鄰屋架分界線范圍以內(nèi)，留空隙不小于10mm。通常做法是把節(jié)點(diǎn)板和垂直于節(jié)點(diǎn)板的加勁肋焊于底板，共同傳遞支座反力。它們把底板分割成四個(gè)相同的二鄰邊支承區(qū)格axb，可按公式確定底板厚度。一般取t>20mm,屋架跨度l<18m時(shí)可用。錨栓常用2個(gè)M20-24,底板上開孔直徑取錨栓直徑的2-2.5倍，并常在外側(cè)穿插，以便屋架安裝；錨栓墊板厚度于底板相同。鋼屋架施工圖鋼結(jié)構(gòu)施工圖是制造廠商加工制造構(gòu)件和結(jié)構(gòu)安裝的主要依據(jù)，通常包括結(jié)構(gòu)安裝圖和構(gòu)件圖兩種類型；或者還有制造和安裝總說明。本節(jié)主要闡述鋼屋架結(jié)構(gòu)施工圖。結(jié)構(gòu)安裝圖主要包括結(jié)構(gòu)布置圖、安裝節(jié)點(diǎn)和大樣圖以及構(gòu)件統(tǒng)計(jì)表。用于工地安裝，形成整體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)布置圖的形式包括平面、剖面和各方向視圖等，表示出柱、屋架、檁條、支撐等全部需要安裝構(gòu)件的編號(hào)、安裝位置、與結(jié)構(gòu)軸線或其它構(gòu)件的位置關(guān)系、控制尺寸和標(biāo)高等。圖中每一個(gè)構(gòu)件用與其它構(gòu)件斷開的單根粗線或簡(jiǎn)單外形圖表示。同類型構(gòu)件只要略有尺寸或制造上的差異要求就應(yīng)給以不同編號(hào)，或相同編號(hào)后附以不同編號(hào)，或相同編號(hào)后附以不同尾標(biāo)。安裝節(jié)點(diǎn)和大樣圖包括正面、平面、側(cè)面、剖面圖等，規(guī)定不同構(gòu)件間的位置、尺寸和安裝關(guān)系，以及螺栓或焊縫連接的尺寸和要求等。大樣圖應(yīng)盡量簡(jiǎn)化以通用于所有類似節(jié)點(diǎn)，細(xì)節(jié)尺寸差別可不于標(biāo)注而用文字簡(jiǎn)單說明。結(jié)構(gòu)安裝圖中對(duì)應(yīng)每一有編號(hào)的構(gòu)件都應(yīng)有構(gòu)件圖。構(gòu)件圖應(yīng)標(biāo)明制造時(shí)所需要的全部尺寸和細(xì)節(jié)要求。差別很小的同類構(gòu)件可合用一個(gè)構(gòu)件圖，但應(yīng)標(biāo)明其差別。三、典型習(xí)題簡(jiǎn)答題1、焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)性能有哪些影響。答：（1）在靜荷載作用下，焊接殘余應(yīng)力是不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的；（2） 焊接殘余應(yīng)力的存在會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度；（3） 有焊接殘余應(yīng)力的軸心壓桿，剛度的降低必定影響構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力；（4） 焊接結(jié)構(gòu)中常有兩向或三向焊接拉應(yīng)力場(chǎng)，使材料的塑性變形不能開展，材質(zhì)變脆，裂縫易發(fā)生和發(fā)展，降低疲勞強(qiáng)度，容易發(fā)生低溫脆性現(xiàn)象。

2、焊接組合梁的設(shè)計(jì)步驟和內(nèi)容有哪些。答：（1）截面選擇：組合梁的截面選擇包括選擇腹板的高度和厚度，翼緣的寬度和厚度，腹板加勁肋的布置和計(jì)算，支承加勁肋的布置和計(jì)算，腹板和翼緣的焊縫設(shè)計(jì)計(jì)算，梁的截面沿跨長的改變等。（2）截面驗(yàn)算：截面尺寸確定后，按實(shí)際選定尺寸計(jì)算各項(xiàng)截面幾何特性，然后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算。經(jīng)過各項(xiàng)驗(yàn)算如發(fā)現(xiàn)初選截面有不滿足要求或不夠恰當(dāng)之處時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)修改截面重新驗(yàn)算直至得到滿意的截面為止。計(jì)算題一實(shí)腹式軸心受壓柱，承受軸壓力為3000kN（設(shè)計(jì)值），計(jì)算長度為l=10m，l=5m，截面為焊接組合工字形，尺寸如圖所示，翼緣為