《普通钢屋架设计》PPT课件.ppt

第第3 3章章 普钢厂房结构设计普钢厂房结构设计3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 结构选型与布置结构选型与布置3.3 3.3 横向框架的设计横向框架的设计3.4 3.4 吊车梁设计吊车梁设计3.5 3.5 普通钢屋架设计普通钢屋架设计3.5 普通钢屋架设计普通钢屋架设计 v确定屋架形式和尺寸确定屋架形式和尺寸v屋架荷载计算屋架荷载计算v屋架内力分析与组合屋架内力分析与组合v屋架杆件设计屋架杆件设计v屋架节点设计屋架节点设计v绘制屋架盖施工图绘制屋架盖施工图钢屋架设计内容：钢屋架设计内容：3.5.1 3.5.1 3.5.1 3.5.1 屋架荷载计算屋架荷载计算屋架荷载计算屋架荷载计算 包括荷载取值、荷载汇集与荷载组合包括荷载取值、荷载汇集与荷载组合。1.1.1.1.荷载取值荷载取值荷载取值荷载取值 作用于屋盖上的荷载包括永久荷载和可变荷载。作用于屋盖上的荷载包括永久荷载和可变荷载。永久荷载永久荷载：屋面材料自重（屋面板、保温隔热、防水、檩条：屋面材料自重（屋面板、保温隔热、防水、檩条 等）、屋架及支撑、天窗及吊顶等结构的自重；等）、屋架及支撑、天窗及吊顶等结构的自重；可变荷载可变荷载：屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪载、风荷载：屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪载、风荷载 以及悬挂吊车荷载等。以及悬挂吊车荷载等。荷载荷载取值方法取值方法：可由已给设计资料，查相应荷载规范或者计算，得出具可由已给设计资料，查相应荷载规范或者计算，得出具体的各种荷载标准值。体的各种荷载标准值。其其屋架自重（包括支撑）估算公式屋架自重（包括支撑）估算公式为：为：=LLL屋架跨度；屋架跨度；屋架跨度；屋架跨度；按水平投影分布荷载按水平投影分布荷载按水平投影分布荷载按水平投影分布荷载 ;系数，当屋面荷载系数，当屋面荷载 （轻屋盖轻屋盖）时，）时，取取；当屋面荷载当屋面荷载 （中等屋盖中等屋盖）时，）时，取取；当屋面荷载当屋面荷载 （重屋盖重屋盖）时，）时，取取。注注：当屋面坡度当屋面坡度 时，对重屋盖可不考虑风载；但对于时，对重屋盖可不考虑风载；但对于轻屋盖，应考虑负风压的影响。轻屋盖，应考虑负风压的影响。屋面活载与雪载不同时考虑，取两者较大值。屋面活载与雪载不同时考虑，取两者较大值。2.2.2.2.荷载汇集荷载汇集荷载汇集荷载汇集 将面荷载汇集为节点荷载将面荷载汇集为节点荷载 荷载标准值；荷载标准值；荷载分项因数，永久荷载，可变荷载，这里可变荷载荷载分项因数，永久荷载，可变荷载，这里可变荷载不加组合系数。不加组合系数。荷载汇集图荷载汇集图 注注：组合（：组合（1 1）、（）、（2 2）为使用阶段组合，（）为使用阶段组合，（3 3）为施工阶段组合。）为施工阶段组合。组合（组合（1 1）主要控制屋架上、下弦及靠近支座处的腹杆内力；组合（）主要控制屋架上、下弦及靠近支座处的腹杆内力；组合（2 2）、）、（3 3）可能会使跨中部分腹杆产生最大内力或变号。）可能会使跨中部分腹杆产生最大内力或变号。通常，对于三角形屋架，只需进行第一种荷载组合即可；但对人字形通常，对于三角形屋架，只需进行第一种荷载组合即可；但对人字形屋架需进行第一、第二两种荷载组合；而对于梯形层架，尚应进行上述三屋架需进行第一、第二两种荷载组合；而对于梯形层架，尚应进行上述三种荷载组合。但当施工中能保证屋面板对称布置时，梯形屋架也可只进行种荷载组合。但当施工中能保证屋面板对称布置时，梯形屋架也可只进行上述的前两种荷载组合。上述的前两种荷载组合。3.3.3.3.荷载组合荷载组合荷载组合荷载组合 为求出屋架最不利杆力，需进行荷载组合为求出屋架最不利杆力，需进行荷载组合。对于简支屋架一般应考虑下列对于简支屋架一般应考虑下列三种组合三种组合：（1 1）全跨永久荷载）全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨可变荷载（2 2）全跨永久荷载）全跨永久荷载+半跨可变荷载（考虑使用阶段的不利半跨可变荷载（考虑使用阶段的不利情况）情况）（3 3）全跨屋架、支撑及天窗架自重）全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨屋面板重半跨屋面板重+半跨半跨屋面活荷载（考虑施工阶段的不利情况）屋面活荷载（考虑施工阶段的不利情况）3.5.2 3.5.2 3.5.2 3.5.2 屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算屋架杆件内力计算 1.1.1.1.屋架杆件屋架杆件屋架杆件屋架杆件轴力计算轴力计算轴力计算轴力计算轴力计算方法轴力计算方法：按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力，：按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力，屋架各杆件轴力可用屋架各杆件轴力可用图解法、数解法或矩阵位移法（电算）图解法、数解法或矩阵位移法（电算）计计算。算。为计算方便和减轻工作量，一般先计算屋架分别在左半跨和为计算方便和减轻工作量，一般先计算屋架分别在左半跨和右半跨右半跨单位节点荷载下杆件内力单位节点荷载下杆件内力，称杆件，称杆件内力系数内力系数，全跨作用，全跨作用单位节点荷载的杆件内力系数由两者叠加得到。然后将杆件内单位节点荷载的杆件内力系数由两者叠加得到。然后将杆件内力系数分别乖以各种荷载组合下节点荷载即得各种荷载组合下力系数分别乖以各种荷载组合下节点荷载即得各种荷载组合下的杆件内力（常列表进行），比较各种荷载组合下的杆件内力的杆件内力（常列表进行），比较各种荷载组合下的杆件内力可得杆件的计算控制内力。可得杆件的计算控制内力。注注：有节间荷载作用的屋架有节间荷载作用的屋架，将节，将节间荷载分配到相邻节点并按节点荷间荷载分配到相邻节点并按节点荷载求解杆件轴力。载求解杆件轴力。计算内力系数计算计算内力系数计算 既要考虑杆件的连续性，又要考虑节点支承的弹性位移，一既要考虑杆件的连续性，又要考虑节点支承的弹性位移，一般采用般采用简化计算简化计算。端节间的正弯矩取端节间的正弯矩取0.8 0.8 ，其他节间的正弯矩和节点负弯矩，其他节间的正弯矩和节点负弯矩取取 ，为将相应弦杆节间作为单跨简支梁求得的最大弯为将相应弦杆节间作为单跨简支梁求得的最大弯矩（如下图）。矩（如下图）。图图7 上弦杆的局部弯矩上弦杆的局部弯矩每节间一个集中荷载；每节间一个集中荷载；每节间两个集中荷载每节间两个集中荷载 2.2.节间荷载引起的节间荷载引起的节间荷载引起的节间荷载引起的局部弯矩计算局部弯矩计算局部弯矩计算局部弯矩计算 有节间荷载作用的屋架，应计算节间荷载引起的局部弯矩。有节间荷载作用的屋架，应计算节间荷载引起的局部弯矩。3.5.3 3.5.3 3.5.3 3.5.3 屋架杆件截面设计屋架杆件截面设计屋架杆件截面设计屋架杆件截面设计杆件截面设计步骤杆件截面设计步骤为：为：确定杆件的计算长度；确定杆件的计算长度；确定杆件确定杆件截面形式；截面形式；选择合适的截面尺寸；选择合适的截面尺寸；验算杆件强度、稳定验算杆件强度、稳定和刚度。和刚度。1.1.桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比 （1 1）桁架杆件的计算长度）桁架杆件的计算长度）桁架杆件的计算长度）桁架杆件的计算长度 计算长度概念：计算长度概念：计算长度概念：计算长度概念：将端部有约束的压杆转换为等效的两端将端部有约束的压杆转换为等效的两端将端部有约束的压杆转换为等效的两端将端部有约束的压杆转换为等效的两端铰接的理想轴心压杆铰接的理想轴心压杆铰接的理想轴心压杆铰接的理想轴心压杆(a)(b)(c)杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。影响钢屋架杆端约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素：1 1）杆件轴力性质）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。件弯曲，约束作用微不足道。2 2）杆件线刚度大小）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。3 3）杆件连接的方式）杆件连接的方式 刚性相连，约束作用越大，反之，约刚性相连，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。根据杆件的刚度及其嵌固（约束根据杆件的刚度及其嵌固（约束 程度来确定桁架杆件的计程度来确定桁架杆件的计算长度。算长度。1）桁架弦杆和单系腹杆的计算长度）桁架弦杆和单系腹杆的计算长度桁架桁架平面内平面内计算长度计算长度 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 (节件长度）节件长度）支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹杆 q 桁架桁架平面外平面外计算长度计算长度 弦杆弦杆 （侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）腹杆腹杆 （节间长度（节间长度 ）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。于屋架平面内外的两种情况之间。桁架弦杆和单系腹杆的计算长度桁架弦杆和单系腹杆的计算长度 归纳为下表归纳为下表2 2。项项 次次弯曲方向弯曲方向弦弦 杆杆腹杆腹杆支座斜杆和支支座斜杆和支座座竖竖杆杆其他腹杆其他腹杆1 1在桁架平面内在桁架平面内 0.8 0.82 2在桁架平面外在桁架平面外3 3斜平面斜平面 0.9 0.9注：注：注：注：1.1.1.1.为构件几何长度（节点中心间距离）；为构件几何长度（节点中心间距离）；为构件几何长度（节点中心间距离）；为构件几何长度（节点中心间距离）；为桁架弦杆侧向支承点间的距离。为桁架弦杆侧向支承点间的距离。为桁架弦杆侧向支承点间的距离。为桁架弦杆侧向支承点间的距离。2.2.2.2.斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。的单角钢腹杆和双角钢十字形截面腹杆。3.3.3.3.无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度。无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度。无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度。无节点板的腹杆计算长度在任意平面内均取其等于几何长度。2 2 2 2）变内力杆件的计算长度）变内力杆件的计算长度）变内力杆件的计算长度）变内力杆件的计算长度式中：式中：较大压力，取正号；较大压力，取正号；较小压力或拉力，较小压力或拉力，压力取正号，拉力取负号。压力取正号，拉力取负号。平面内平面内的的计计算算长长度仍按表度仍按表2 2确定，但确定，但平面外平面外变内力杆件变内力杆件变内力杆件变内力杆件的计的计的计的计算长度算长度算长度算长度应应按下式确定（按下式确定（考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助援助”作用作用）。要求要求交叉腹杆中交叉点处构造处理：交叉腹杆中交叉点处构造处理：1 1）两杆不断开。）两杆不断开。2 2）一杆不断开，另一杆断开，用节点板拼接。）一杆不断开，另一杆断开，用节点板拼接。3 3 3 3）桁架交叉腹杆的计算长度）桁架交叉腹杆的计算长度）桁架交叉腹杆的计算长度）桁架交叉腹杆的计算长度交叉腹杆中交叉点处构造示意交叉腹杆中交叉点处构造示意桁架平面内的计算长度桁架平面内的计算长度应取节点中心到交叉点间的距离，即应取节点中心到交叉点间的距离，即在桁架平面内，在桁架平面内，无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。在桁架平面外，在桁架平面外，拉杆可作为压杆的平面外支承点，拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。在桁架平面外的计算长度应按下表的规定采用。在桁架平面外的计算长度应按下表的规定采用。（2 2 2 2）桁架杆件的容许长细比）桁架杆件的容许长细比）桁架杆件的容许长细比）桁架杆件的容许长细比 桁架杆件长细比的大小，对杆件的工作有一定的影响。桁架杆件长细比的大小，对杆件的工作有一定的影响。若长细比太大，将使杆件在自重作用下产生过大挠度，在运若长细比太大，将使杆件在自重作用下产生过大挠度，在运输和安装过程中因刚度不足而产生弯曲，在动力作用下还会输和安装过程中因刚度不足而产生弯曲，在动力作用下还会引起较大的振动。故在钢结构规范中对拉杆和压杆都规定了引起较大的振动。故在钢结构规范中对拉杆和压杆都规定了容许长细比。其具体规定见表容许长细比。其具体规定见表4 4。压压 杆杆拉拉 杆杆150150承受静力荷承受静力荷载载或或间间接承受接承受动动力荷力荷载载直接承受直接承受动动力荷力荷载载无吊无吊车车或有或有轻轻、中、中级级工作工作制吊制吊车车有重有重级级工作制工作制吊吊车车350350250250250250 杆件容许长细比杆件容许长细比杆件容许长细比杆件容许长细比 表表表表4 4 2.2.2.2.杆件的截面形式杆件的截面形式杆件的截面形式杆件的截面形式 杆件截面选取的原则杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济通常便于连接，用料经济通常选用角钢和选用角钢和T T型钢型钢截面伸展截面伸展壁厚较薄壁厚较薄外表平整外表平整等稳定性等稳定性设计：设计：对轴心受压杆件，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性，对轴心受压杆件，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性，即可使两方向的长细比接近相等。即可使两方向的长细比接近相等。单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。换算长细比。1 1 1 1）单壁式屋架杆件的截面形式）单壁式屋架杆件的截面形式）单壁式屋架杆件的截面形式）单壁式屋架杆件的截面形式单壁式屋架杆件的常用截面形式单壁式屋架杆件的常用截面形式单壁式屋架杆件的常用截面形式单壁式屋架杆件的常用截面形式T T型钢截面杆件的优点型钢截面杆件的优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢：耐腐蚀，经济性好（节省钢材材12%12%15%)15%)。受压弦杆：受压弦杆：有节间荷载时有节间荷载时按等稳原则选择截面形式按等稳原则选择截面形式按等稳原则选择截面形式按等稳原则选择截面形式受拉弦杆：受拉弦杆：支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：其他腹杆：其他腹杆：连接垂直支撑的竖杆连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，杆不致产生偏心，方便吊装。方便吊装。2 2 2 2）双壁式屋架杆件的截面形式）双壁式屋架杆件的截面形式）双壁式屋架杆件的截面形式）双壁式屋架杆件的截面形式填板的填板的宽度宽度：一般取：一般取505080mm80mm；填板的填板的长度长度：对：对T T形截面应比角钢肢伸出形截面应比角钢肢伸出151520mm20mm，对十字形，对十字形截面则从角钢肢尖缩进截面则从角钢肢尖缩进101015mm15mm，以便于施焊。，以便于施焊。填板的填板的厚度厚度：与桁架节点板相同。：与桁架节点板相同。填板的填板的间距间距：对压杆：对压杆 ，拉杆，拉杆 。注意注意：在压杆的桁架平面外计算长度范围内，：在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块至少应设置两块填板填板。要求：要求：要求：要求：图图11 3 3 3 3）双角钢杆件的填板（垫板）设置）双角钢杆件的填板（垫板）设置）双角钢杆件的填板（垫板）设置）双角钢杆件的填板（垫板）设置填板（垫板）作用填板（垫板）作用：保证两个角钢共同工作。保证两个角钢共同工作。3.3.3.3.杆件的截面选择杆件的截面选择杆件的截面选择杆件的截面选择 一般要求：一般要求：一般要求：一般要求：（1 1）在同一榀屋架中，型钢规格不宜太多，一般不超过）在同一榀屋架中，型钢规格不宜太多，一般不超过5 56 6种。种。（2 2）尽量选用肢宽而薄的型钢，使回转半径较大，这对压）尽量选用肢宽而薄的型钢，使回转半径较大，这对压杆尤为重要。杆尤为重要。（3 3）不得采用肢宽相同而厚度相差等于或小于）不得采用肢宽相同而厚度相差等于或小于 的角的角钢，以免施工时产生混料错误。钢，以免施工时产生混料错误。（4 4）角钢型号不宜小于）角钢型号不宜小于454454或或56364 56364。（5 5）直接支承大型钢筋砼屋面板的上弦杆，其角钢外伸宽）直接支承大型钢筋砼屋面板的上弦杆，其角钢外伸宽度不宜小于度不宜小于 （屋面板跨度（屋面板跨度 时），保证屋面板的支时），保证屋面板的支承长度。承长度。（6 6）计算单面连接的单角钢杆件时，钢材的强度设计值应）计算单面连接的单角钢杆件时，钢材的强度设计值应折减，折减系数见表折减，折减系数见表6 6。钢材强度折减系数钢材强度折减系数钢材强度折减系数钢材强度折减系数 表表表表6 6 6 6 按按轴轴心受力构件心受力构件计计算算强强度和度和连连接接时时0.850.85按按轴轴心受心受压压构件构件计计算算稳稳定定时时等等边边角角钢钢0.6+0.0015 0.6+0.0015 ，但不大于但不大于1.01.0短短边边相相连连的不的不等等边边角角钢钢0.6+0.0015 0.6+0.0015 ，但不大于但不大于1.01.0长边长边相相连连的不的不等等边边角角钢钢0.700.70 (7)(7)对于连接支撑等的螺栓孔在节点对于连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内，且距节点板边缘大于板范围内，且距节点板边缘大于100mm100mm时时（图右），计算拉杆强度可不考虑截面（图右），计算拉杆强度可不考虑截面削弱。削弱。设计原则设计原则设计原则设计原则 对对轴心受拉杆件轴心受拉杆件由强度要求计算所需的面积，同时应满足由强度要求计算所需的面积，同时应满足长细比要求。长细比要求。对对轴心受压杆件和压弯构件轴心受压杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、局部要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。计算方法按钢结构原理教材进行。稳定和长细比。计算方法按钢结构原理教材进行。任务：任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。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：注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角弦杆内力，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。3.5.4 屋架节点设计屋架节点设计 原则上，原则上，桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处相交桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处相交于一点，于一点，以避免杆件偏心受力。为了制作方便，通常取角钢背以避免杆件偏心受力。为了制作方便，通常取角钢背或或T T型钢背至轴线的距离为型钢背至轴线的距离为5mm5mm的倍数。的倍数。当当弦杆截面沿高度有改变时弦杆截面沿高度有改变时，为便于拼接和放置屋面材，为便于拼接和放置屋面材料，一般将料，一般将拼接处两侧弦杆表面对齐拼接处两侧弦杆表面对齐，这时形心线必然错开，这时形心线必然错开，此时此时宜采用受力较大的杆件形心线为轴线宜采用受力较大的杆件形心线为轴线（指导书图（指导书图1212）。当）。当两侧两侧形心线偏移的距离不超过较大弦杆截面高度的形心线偏移的距离不超过较大弦杆截面高度的5%5%时，可不时，可不考虑此偏心影响。考虑此偏心影响。1 1 1 1 节点设计的节点设计的节点设计的节点设计的一般要求一般要求一般要求一般要求当偏心当偏心e e时考虑偏心对时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩：杆件产生的附加弯矩：汇交于节点的各杆件线刚度之和。汇交于节点的各杆件线刚度之和。式中式中 在屋架节点处，在屋架节点处，腹杆与弦杆或腹杆与弦杆或腹杆之间焊缝的净距腹杆之间焊缝的净距，不宜小于，不宜小于10mm10mm，或者杆件之间的空隙不小于，或者杆件之间的空隙不小于151520mm20mm（上右图），以便制作，（上右图），以便制作，且可避免焊缝过分密集，致使钢材且可避免焊缝过分密集，致使钢材局部变脆。局部变脆。角钢端部的切割角钢端部的切割一般一般垂直于其轴线垂直于其轴线 图图13a13a。有时有时为减为减小节点板尺寸，小节点板尺寸，允许切去一肢的部分允许切去一肢的部分 图图13b13b、cc，但不允许将，但不允许将一个肢完全切去而另一肢斜切一个肢完全切去而另一肢斜切 图图13d13d。图图图图1313 节点板的外形节点板的外形应尽可能应尽可能简单而规则简单而规则，宜至少，宜至少有两边平行，一般采用矩形、有两边平行，一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与杆件轴线的夹节点板边缘与杆件轴线的夹角角不应小于不应小于1515图图14a14a。单斜杆。单斜杆与弦杆的连接应使之不出现连接与弦杆的连接应使之不出现连接的偏心弯矩的偏心弯矩 图图14b14b。图图图图1414 节点板的平面尺寸节点板的平面尺寸，一般应根据杆件截面尺寸和腹杆端，一般应根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定，但考虑施工误差，宜将此平部焊缝长度画出大样图来确定，但考虑施工误差，宜将此平面尺寸适当放大。面尺寸适当放大。节点板厚度节点板厚度根据腹杆最大内力（梯形和人字形）或弦杆根据腹杆最大内力（梯形和人字形）或弦杆端节间内力（三角形）按表端节间内力（三角形）按表7 7选用。选用。梯形、人字形屋架腹杆梯形、人字形屋架腹杆最大内力或三角形屋架最大内力或三角形屋架弦杆端弦杆端节间节间内力（内力（kNkN）1701701711712902902912915105105115116806806816819109109119111290129012911291177017701771177130903090中中间节间节点板厚度（点板厚度（mmmm）6 68 88 8101012121414161618182020支座支座节节点板厚度（点板厚度（mmmm）1010101012121414161618 18 20202222 Q235Q235Q235Q235钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表 表表表表7 7 7 7 注：注：1.1.节点板钢材为节点板钢材为Q345Q345钢或钢或Q390Q390钢、钢、Q420Q420钢时，节点板厚可按表中数值适钢时，节点板厚可按表中数值适当减小。当减小。2.2.本表适用于腹杆端部用侧焊缝连接的情况。本表适用于腹杆端部用侧焊缝连接的情况。3.3.无竖腹杆相连且自由边无加劲加强的节点板，应将受压腹杆内力乘以无竖腹杆相连且自由边无加劲加强的节点板，应将受压腹杆内力乘以后再查表后再查表。支承大型混凝土屋面板的上弦杆支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷，当支承处的总集中荷载（设计值）超过表载（设计值）超过表8 8的数值时，弦杆的伸出肢容易弯曲，应的数值时，弦杆的伸出肢容易弯曲，应对其采用图对其采用图1515的做法之一予以加强。的做法之一予以加强。图图图图15152.2.2.2.节点设计的节点设计的节点设计的节点设计的一般步骤一般步骤一般步骤一般步骤 （1 1）确定节点构造；）确定节点构造；（2 2）根据腹杆内力确定腹杆与节点板的连接焊缝。）根据腹杆内力确定腹杆与节点板的连接焊缝。一般先假定焊杆尺寸一般先假定焊杆尺寸 和和 ，然后求焊缝计算长度，然后求焊缝计算长度 和和 。肢背焊缝计算长度肢背焊缝计算长度肢尖焊缝计算长度肢尖焊缝计算长度 式中：式中：N腹杆的轴力设计值；腹杆的轴力设计值；、角钢肢背、肢尖焊缝受力分配系数；角钢肢背、肢尖焊缝受力分配系数；角焊缝强度设计值。角焊缝强度设计值。注意注意:焊脚尺寸和焊缝长度的构造要求，单角钢单面连接的焊焊脚尺寸和焊缝长度的构造要求，单角钢单面连接的焊缝设计强度应乘折减系数。缝设计强度应乘折减系数。（5 5）根据基本要求）根据基本要求切断杆件，一般应使杆件长度为切断杆件，一般应使杆件长度为 的倍数。的倍数。（6 6）根据计算结果布置焊缝。）根据计算结果布置焊缝。（7 7）适当考虑制作和装配误差，定出节点板外形，节点板应）适当考虑制作和装配误差，定出节点板外形，节点板应满足基本要求满足基本要求。（8 8）标注尺寸。杆件轴线位置，即轴线至肢背距离；节点中）标注尺寸。杆件轴线位置，即轴线至肢背距离；节点中心到节点板边的距离；杆件端部至节点中心的距离；标注焊缝心到节点板边的距离；杆件端部至节点中心的距离；标注焊缝及其尺寸。及其尺寸。（3）按比例画出屋架轴线。）按比例画出屋架轴线。（4）根据基本要求）根据基本要求画出杆件轮廓线。画出杆件轮廓线。（9 9）节点验算。对不同节点验）节点验算。对不同节点验算弦杆与节点板的焊缝；对拼接算弦杆与节点板的焊缝；对拼接节点，计算拼接角钢长度、拼接节点，计算拼接角钢长度、拼接焊缝，对支座节点计算支座底板、焊缝，对支座节点计算支座底板、加劲肋等。加劲肋等。3.3.3.3.角钢桁架的节点设计角钢桁架的节点设计角钢桁架的节点设计角钢桁架的节点设计 角钢桁架是指角钢桁架是指弦杆和腹杆均用角钢做成弦杆和腹杆均用角钢做成的桁架。的桁架。一般节点一般节点 指指节点无集中荷载和无弦杆拼接的节点节点无集中荷载和无弦杆拼接的节点，例如无悬吊荷载，例如无悬吊荷载的屋架下弦的中间节点（图的屋架下弦的中间节点（图16）。）。节点板应伸出弦杆节点板应伸出弦杆1015mm以便焊接以便焊接.腹杆与节点板的连接焊缝腹杆与节点板的连接焊缝按受轴心力角钢的角焊缝计算。按受轴心力角钢的角焊缝计算。弦杆与节点板的连接焊缝弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻节点间内，应考虑承受弦杆相邻节点间内力之差力之差N=N2-N1，按下列公式计算其焊脚尺寸：，按下列公式计算其焊脚尺寸：肢背焊缝肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：式中式中 、内力分配系数；内力分配系数；角焊缝强度设计值。角焊缝强度设计值。通常因通常因NN很小，实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定，很小，实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定，并沿节点板全长满焊。并沿节点板全长满焊。图图图图1616角钢桁架有集中荷载的节点角钢桁架有集中荷载的节点节点板缩进上弦角钢背时节点板缩进上弦角钢背时（缩进缩进距离距离不宜小于不宜小于(0.5t+2)mm，也不，也不宜大于宜大于t，t为节点板厚度）。为节点板厚度）。角钢背凹槽的角钢背凹槽的塞焊缝塞焊缝假定假定只只承受屋面集中荷载承受屋面集中荷载，按两条角焊按两条角焊缝（焊脚尺寸为缝（焊脚尺寸为）计算）计算其强度：其强度：式中式中 Q节点集中荷载垂直于屋面的分量；节点集中荷载垂直于屋面的分量；焊脚尺寸，取焊脚尺寸，取 ；正面角焊缝强度增大系数。对承受静力荷载和正面角焊缝强度增大系数。对承受静力荷载和间接承受动力荷载的屋架，间接承受动力荷载的屋架，；对直接承受动力荷；对直接承受动力荷载的屋架，载的屋架，。实际上实际上因因Q Q不大，可按构造满焊不大，可按构造满焊。图图图图1717肢尖角焊缝肢尖角焊缝传递弦传递弦杆相邻节间的内力差杆相邻节间的内力差 和偏心力和偏心力矩矩 。其焊缝强度按下式计算：其焊缝强度按下式计算：式中式中 肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢背焊缝：肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：式中式中 、伸出肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度；伸出肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度；、肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度。肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度。q 节点板伸出或部分伸出节点板伸出或部分伸出 当肢尖焊缝不满足上式要求时，可将节点板部分向上伸当肢尖焊缝不满足上式要求时，可将节点板部分向上伸出出 图图17(c)17(c)或全部向上伸出或全部向上伸出 图图17(d)17(d)。此时弦杆与节点板的连接焊缝应按下列公式计算：角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点工厂拼接工厂拼接位置通常在节点范围以外位置通常在节点范围以外。工地拼接工地拼接位置一般在节点处位置一般在节点处。拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面。图图图图1818应将拼接角钢的应将拼接角钢的棱角铲去，并切去竖肢棱角铲去，并切去竖肢。设置。设置安装螺栓。安装螺栓。拼接角钢与节点板各焊于不同的拼接角钢与节点板各焊于不同的运输运输单元单元。拼接角钢的竖肢切处长度：拼接角钢的竖肢切处长度：mm，式中式中 t 为角钢厚度，为角钢厚度，为拼接焊缝的焊脚尺寸。为拼接焊缝的焊脚尺寸。式中式中 N杆件的轴心力，取节点两侧杆件的轴心力，取节点两侧 弦杆内力的较小值。弦杆内力的较小值。拼接角钢的长度拼接角钢的长度为：为：式中式中 b两弦杆杆端的空隙，对于下弦拼接节点取两弦杆杆端的空隙，对于下弦拼接节点取b=10 20mm；对于上弦屋脊拼接节点，取；对于上弦屋脊拼接节点，取b=3050mm。屋脊节点处的拼接角钢屋脊节点处的拼接角钢，一般采用热弯成形一般采用热弯成形或将角钢竖肢切口或将角钢竖肢切口再弯折后焊成（当屋面坡度较大且拼接角钢肢较宽时）。再弯折后焊成（当屋面坡度较大且拼接角钢肢较宽时）。拼接角钢拼接角钢或拼接钢板或拼接钢板的长度的长度，应根据所需焊缝长度决定。接头，应根据所需焊缝长度决定。接头一侧的一侧的连接焊缝长度连接焊缝长度应为：应为：弦杆与节点板的连接焊缝弦杆与节点板的连接焊缝，应按一般节点中的肢背、肢尖，应按一般节点中的肢背、肢尖焊缝计算公式进行。焊缝计算公式进行。注意注意：的取值。的取值。取相邻节间弦杆内力之差或弦杆最大内力的取相邻节间弦杆内力之差或弦杆最大内力的15%，两者较大，两者较大值。值。当节点处有集中荷载时，则应采用上述当节点处有集中荷载时，则应采用上述 值和集中荷载值和集中荷载Q值，按角钢桁架有集中荷载的节点计算方法验算。值，按角钢桁架有集中荷载的节点计算方法验算。焊缝计算焊缝计算角钢桁架的支座节点角钢桁架的支座节点角钢桁架的支座节点角钢桁架的支座节点 支座节点分类：支座节点分类：支座节点分类：支座节点分类：屋架与柱子的连接可以做成铰接或刚接。屋架与柱子的连接可以做成铰接或刚接。支承于混凝土柱或砌体柱的屋架一般都是按铰接设计，而屋架支承于混凝土柱或砌体柱的屋架一般都是按铰接设计，而屋架与钢柱的连接则可为铰接或刚接。与钢柱的连接则可为铰接或刚接。支座节点的组成支座节点的组成：加加劲劲肋的作用肋的作用：支座支座节节点的构造要求点的构造要求：为便于施焊，为便于施焊，屋架下弦角钢背与支座底板的距离屋架下弦角钢背与支座底板的距离e（图（图1919、图图2020）不宜小于下弦角钢伸出肢的宽度，也不宜小于）不宜小于下弦角钢伸出肢的宽度，也不宜小于130mm130mm。屋。屋架支座底板与柱顶用架支座底板与柱顶用锚栓锚栓相连，锚栓预埋于柱顶，直径通常为相连，锚栓预埋于柱顶，直径通常为202024mm24mm。为便于安装时调整位置，底板上的。为便于安装时调整位置，底板上的锚栓孔径锚栓孔径宜为锚宜为锚栓直径的栓直径的2 2倍，屋架就位后再加小垫板套住锚栓并用工地焊缝倍，屋架就位后再加小垫板套住锚栓并用工地焊缝与底板焊牢，与底板焊牢，小垫板上的孔径小垫板上的孔径只比锚栓直径大（只比锚栓直径大（1 12 2）mmmm。节点板节点板加劲肋加劲肋底板底板锚栓锚栓提高支座节点的侧向刚度，使支提高支座节点的侧向刚度，使支座底板受力均匀，减少底板弯矩座底板受力均匀，减少底板弯矩支座节点的传力路线支座节点的传力路线：桁架各杆件的内力通过杆端焊桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，然后经节点板与缝传给节点板，然后经节点板与加劲肋之间的加劲肋之间的垂直焊缝垂直焊缝L L，把一，把一部分力传给加劲肋，再通过节点部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板的板、加劲肋与底板的水平焊缝水平焊缝H H把全部支座压力传给底板，最后把全部支座压力传给底板，最后传给支座。传给支座。节点板节点板 焊缝焊缝H H底底板板 屋架杆件屋架杆件合力合力R R焊缝焊缝L L加劲肋加劲肋 传力路径图传力路径图 支座节点的计算支座节点的计算支座节点的计算支座节点的计算：1 1）支座底板的计算支座底板的计算支座底板的计算支座底板的计算*支座底板的毛面积支座底板的毛面积应应为：为：式中式中 RR支座反力；支座反力；支座钢筋混凝土局部承压强度设计值；支座钢筋混凝土局部承压强度设计值；锚栓孔的面积。锚栓孔的面积。底板短边的长度一般不小于底板短边的长度一般不小于200mm200mm。*底板的厚度底板的厚度式中式中 底板下反力的平均值，底板下反力的平均值，；系数，由系数，由 值按表值按表9 9查得：查得：、对角线长度及其中点至另一对角线的距离对角线长度及其中点至另一对角线的距离按均布荷载下板的抗弯计算，将基础反力看成均布荷载按均布荷载下板的抗弯计算，将基础反力看成均布荷载q,q,底板底板被节点板和加劲肋分成被节点板和加劲肋分成4 4块两相邻边支撑的板，其单位宽度的块两相邻边支撑的板，其单位宽度的弯矩为：弯矩为：底板的厚度应为：底板的厚度应为：底板不宜太薄，底板不宜太薄，一般其厚度不宜小于一般其厚度不宜小于161620mm20mm。2 2）加劲肋设计）加劲肋设计加劲肋加劲肋：高度由节点板的尺寸决定，其厚度取等于或略小于节：高度由节点板的尺寸决定，其厚度取等于或略小于节点板的厚度。点板的厚度。按悬臂梁计算，固端截面的剪力按悬臂梁计算，固端截面的剪力 V=R/4 4，固端截固端截面的弯矩面的弯矩M=Vb/4 4。加劲肋与节点板间竖向焊缝加劲肋与节点板间竖向焊缝L:L:焊缝受力：焊缝受力：V=R/4 4，M=Vb/4 4。焊缝验算：焊缝验算：3 3）底板焊缝计算）底板焊缝计算支座底板与支座节点板、支座底板与支座节点板、加劲肋的连接焊缝加劲肋的连接焊缝按承受按承受全部支座反力全部支座反力R计算。计算。验算式为：验算式为：其中焊缝计算长度之和其中焊缝计算长度之和 cm，t和和c分别为节点板厚度和加劲肋切口宽度（图分别为节点板厚度和加劲肋切口宽度（图1919、图、图2020）。）。4.T 4.T 4.T 4.T 型钢作弦杆的屋架节点型钢作弦杆的屋架节点型钢作弦杆的屋架节点型钢作弦杆的屋架节点当腹杆也用当腹杆也用T T型钢或单角钢时，型钢或单角钢时，腹杆与弦杆直接焊接腹杆与弦杆直接焊接(不需要节不需要节点板点板)；当腹杆采用双角钢时，当腹杆采用双角钢时，有时有时需设节点板，节点板与弦杆采用对需设节点板，节点板与弦杆采用对接焊缝，接焊缝，此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差以及内力差产生的此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差以及内力差产生的偏心弯矩，可按下式进行计算：偏心弯矩，可按下式进行计算：式中式中 由斜腹杆焊缝确定的节点板长度；由斜腹杆焊缝确定的节点板长度；节点板厚度，通常取与节点板厚度，通常取与T T型钢腹板等厚；型钢腹板等厚；对接焊缝抗剪强度设计值；对接焊缝抗剪强度设计值；、对接焊缝抗拉、抗压强度设计值。对接焊缝抗拉、抗压强度设计值。或或 角钢腹杆与节点板的焊缝计算同角钢桁架。角钢腹杆与节点板的焊缝计算同角钢桁架。5.5.5.5.连接节点处节板件的计算连接节点处节板件的计算连接节点处节板件的计算连接节点处节板件的计算 （1 1 1 1）强度计算）强度计算）强度计算）强度计算 当节点板厚度不满足表当节点板厚度不满足表7 7的要求时，的要求时，节板件在拉、剪节板件在拉、剪作用下的强度作用下的强度，应按下列公，应按下列公式计算：式计算：方法方法1 1 （见图（见图2222）式中式中 作用于板件的拉力；作用于板件的拉力；第第 段破坏面的截面积，当为螺栓（或铆钉）连接时取段破坏面的截面积，当为螺栓（或铆钉）连接时取 净截面面积；净截面面积；板件的厚度；板件的厚度；第第 破坏段的长度，应取板件中最危险的破坏线的长度（图破坏段的长度，应取板件中最危险的破坏线的长度（图 2222）；）；