第六章钢桁架与门式刚架方案课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章 钢桁架与门式刚架,目 录,第一节,概述,第二节,支撑设计,第三节,桁架设计,第四节,门式刚架设计,第一节 概述,一、,桁架的特点和应用,二、,平面钢桁架的外形和腹杆体系,三、,门式刚架的特点和应用,四、,门式刚架的结构形式,五、,结构平面布置,一、桁架的特点和应用,桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。,桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。,空间桁架：网架结构、各种塔架,平面桁架：屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架,二、平面钢桁架的外形和腹杆体系,影响桁架外形选择的因素：,1.,满足使用要求；,2.,受力合理 ；,3.,便于制做和安装 ；,4.,综合技术经济效果好。,常用的平面桁架的外形,如图所示,。,桁架应具有适当的中部高度,H,和端部高度,H0,。,H,取决于运输界限（铁路运输为,3.85m,）和建筑高度要求的最大限值、刚度要求的最小限值、以及使弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高度。简支梯形和平行弦桁架，通常,H=,（,1/6,1/10,）,L ,钢屋架中常用,H0=1.8,2.2m,。,桁架形式,三、门式刚架的特点和应用,定义,:,门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于,300kN,的中、轻级工作制桥式吊车或,30kN,悬挂式起重机的单层房屋钢结构。,图示,1,、门式刚架的特点,（,1,） 结构自重轻,基础造价低。,（,2,）外形简洁、美观。,（,3,） 对抗震非常有利。,（,4,）建造速度快，装拆方便。,2,、适用范围,门式刚架的适用范围很广，通常用于：跨度,9,36m,，若有特殊需要，跨度可进一步加大，我国单跨门式刚架的跨度已达到,72m,；柱距为,4.5,12m,；柱高为,4.5,9m,，必要时可适当加大；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑,(,超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑,),。,四、门式刚架的结构形式,1,按结构选材分 有普通型钢、薄壁型钢和钢管刚架等；,2,按跨度分为 单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。,图示,3,、按截面形式分： 有等截面和变截面刚架。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。,4,、节点 横梁与柱为刚接，柱脚多采用铰支。当用于厂房且有吊车时，或水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高时，宜将柱脚设计为刚接。,5,、围护结构,屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和,Z,形冷弯薄壁型钢檩条。,外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和双层压型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃纤维棉等卷材隔热,(,或保温,),层的结构体系。墙梁宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部,1m,高也可采用砌体结构，对保护墙体非常有利，在实际工程中采用较多。,板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑动式连接件，可解决温度应力问题。,五、结构平面布置,1,、,定位轴线及尺寸,2,、,柱网布置,3,、,山墙结构布置,4,、,墙梁布置,1,、定位轴线及尺寸,刚架边柱的定位轴线取柱外皮；斜梁轴线取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。檐口高度取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；宽度取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度取两端山墙墙梁外皮之间的距离。,2,、柱网布置,在满足使用要求和经济要求的前提下确定最佳跨度和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于,300m,，横向温度区段长度不大于,150m,。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。,3,、山墙结构布置,山墙结构方案（,1,）由屋面斜梁、两侧角柱、抗风柱、墙梁和墙板组成的结构体系。优点是角柱有利于纵、横两个方向的墙梁连接，缺点是山墙架结构的横向刚度较差，并且不利于房屋的纵向扩建。（,2,）用横向框架代替斜梁和角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架结构的横向刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿纵向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横向水平支撑的节点位置相配合。,4,、墙梁布置,墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋所在地区的基本风压及房屋的高度等有关，同时在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应设置墙梁,第二节 支撑设计,一、,桁架支撑的作用,二、,桁架支撑的种类和布置,三、,桁架支撑的计算,四、,门式刚架支撑设计,一、桁架支撑的作用,平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰接相连桁架仍会侧向倾倒。为了防止桁架侧向倾倒破坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系统。桁架支撑的作用主要是：,（,1,）保证桁架结构的空间几何稳定性即形状不变。,（,2,）保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。桁架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组成垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的刚度和整体性。,（,3,）为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点。水平和垂直支撑作为桁架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在桁架平面外的计算长度，提高其整体稳定承载力。,（,4,）承受并传递水平荷载。,（,5,）保证结构安装时的稳定且便于安装。,二、桁架支撑的种类和布置,种类：,1,、,上弦横向水平支撑,2,、,下弦横向水平支撑,3,、,纵向水平支撑,4,、,垂直支撑,5,、,系杆,1,、 上弦横向水平支撑,在有檩条或不用檩条而采用大型屋面板（无檩体系,),的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。,上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端或当有横向伸缩缝时在温度缝区段的两端。横向水平支撑的间距,L0,以不超过,60m,为宜,2,、下弦横向水平支撑,3,、纵向水平支撑,当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦端节间设置纵向水平支撑。,纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。,4,、垂直支撑,房屋都应设置垂直支撑。梯形屋架两端都应设置，托架可起垂直支撑作用。垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。,5,、系杆,无横向支撑的其它桁架上下弦的侧向稳定性由与横向支撑节点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承受压力的系杆，叫刚性系杆；只能承受拉力的，叫柔性系杆。,三、桁架支撑的计算,当支撑桁架受力较大，或结构按空间工作计算（纵向水平支撑体系需作为柱的弹性支座）时，支撑杆件应按桁架体系计算内力，进行截面设计。有交叉斜腹杆的支撑桁架是超静定体系，一般常用简化方法进行分析。可采用柔性方案设计，腹杆只考虑拉杆参于工作。如图中用虚线表示的一组斜杆因受压而退出工作，此时桁架按单斜杆体系分析。当荷载反向作用时，则认为另一组斜杆退出工作。当斜杆按可以承受压力设计时（刚性方案设计），可按结构力学的方法进行内力分析。,四、门式刚架支撑设计,1,、,门式刚架支撑的作用,2,、,支撑结构布置和计算,1,、门式刚架支撑的作用,支撑与相邻两刚架的连接一般采用铰接连接。这些支撑杆件与梁柱杆件的交点可以作为梁柱构件平面外的侧向支承点（,如图所示,）。,门式刚架支撑主要有屋面横向水平支撑及系杆、柱间支撑和水平系杆、隅撑等。,屋面横向水平支撑,柱间支撑,隅撑,屋面横向水平支撑,屋面横向水平支撑一般设置在框架梁的上翼缘平面。由框架梁的上翼缘作为弦杆，檩条和交叉斜杆作为腹杆而组成的水平桁架，再通过系杆,(,或檩条,),将不设横向水平支撑的框架梁连系起来，使屋盖形成一个整体。,作用：能减小框架梁上翼缘的侧向计算长度，提高框架梁的侧向稳定性，并增强屋盖结构的整体刚度及有效地传递由山墙传来的风荷载及屋盖处的地震。,柱间支撑,隅撑,在框架梁下翼缘受压区段内的每根檩条处和框架柱中靠近柱上端内缘翼压应力较大的区段，均应设置隅撑（,如图所示,）。,作用,:,作为框架梁和框架柱受压翼缘的侧向支承，可提高框架梁、柱的整体稳定性；隅撑加强了檩条的竖向刚度，有利于提高檩条的承载能力；隅撑对加强门式刚架房屋钢结构的空间刚度非常有利。,2,、支撑结构布置和计算,（,1,）,屋面横向水平支撑及系杆,（,2,）,柱间支撑和水平系杆,（,3,）,隅撑,（,1,）屋面横向水平支撑及系杆,房屋（或温度区段）两端应布置，最大间距,60m,。在横向水平支撑的节点处应设通长系杆，其中屋脊和檐口处系杆及当横向支撑布置在房屋两端第二开间时的第一开间系杆均为刚性系杆，其它为柔性系杆。檩条可以代替系杆，但必须满足受力要求，刚性系杆可采用钢管，也可以采用两根槽形截面檩条。,计算横向水平支撑的内力时，应考虑由房屋两端抗风柱所传递的纵向风荷载及阻止框架梁失稳而起支撑作用所应承受的内力。横向水平支撑中的交叉杆件，通常采用圆钢，按拉杆设计，通过两端螺帽或中间花兰螺栓使保证其张紧状态。横向水平支撑中的竖杆应按压杆设计。,（,2,）柱间支撑和水平系杆,沿纵向布置，最大间距,60m,，当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置。在柱间支撑的节点处，沿纵向柱列应设通长的刚性水平系杆。柱间支撑内力计算时应考虑由横向水平支撑传来的纵向风荷载及为了减小柱的侧向计算长度而起支撑作用所承受的力。当厂房内设置吊车时，还应计入吊车的纵向制动力。,柱间支撑的计算简图可按支承于柱脚基础上的悬臂桁架计算。支撑的交叉杆按拉杆设计。水平系杆按压杆设计。为了加强房屋的纵向刚度，柱间交叉支撑有时也可按压杆设计。,（,3,）隅撑,在框架梁中，隅撑设置在下翼缘受压的区段内，隅撑与框架梁腹板的夹角不宜小于,45,，一般在,45,60,之间。,在框架柱中，隅撑一端与框架柱的内翼缘或靠近内翼缘的腹板用螺栓连接，另一端则与墙梁腹板相连，布置数量应根据墙梁位置等具体情况而定，构造与框架梁中的隅撑相同。,第三节 桁架设计,一、,桁架的内力计算,二、,桁架的计算长度,三、,桁架杆件的截面形式,四、,杆件截面设计,五、,桁架的节点设计,六、,桁架的节点构造和计算,七、,桁架的施工图,一、桁架的内力计算,一般情况按铰接桁架进行计算。,承受节点荷载时，数解法（节点法或截面法）、图解法或有限元法。,有节间荷载作用的桁架，先把节间荷载按该段节间为简支求出支座反力 再把支座反力与节点荷载叠加，按只有节点荷载作用计算轴力 然后对有节间荷载的杆件计算局部弯矩。,进行荷载组合对比，求出杆件的最不利内力。,二、桁架的计算长度,（一）,桁架平面内的计算长度,（二）,桁架平面外的计算长度,（三）,斜平面的计算长度,（一）桁架平面内的计算长度,理想铰接节点桁架杆件在桁架平面内的计算长度,l,ox,应等于节点中心间的距离。,实际桁架的节点接近于刚接，相邻杆件将约束该杆件端部转动，从而提高其整体稳定承载力。计算,l,0x,时可折减,l,来考虑杆端的嵌固作用。,（二）桁架平面外的计算长度,杆件在桁架平面外的计算长度,l,oy,应取侧向支承点间的距离。弦杆的侧向支承点应是水平支撑、垂直支撑或相应系杆的连接节点。腹杆与弦杆的连接节点可认为是腹杆的侧向支承点。,杆件在桁架平面内和外的计算长度见表。,交叉腹杆,受压弦杆,压杆：与它相交的另一斜杆受拉且二杆皆不中断时，取为,0.5,l,；与它相交另一斜杆受拉，两杆中有一杆中断并以节点板相搭接时取为,0.7,l,；其它情况，如两杆皆受压（此时不宜有杆件中断）时，取为,l,。,拉杆,:,因为压杆不作为它在平面外的支承点，故为,l,。,受压弦杆,侧向支承点间距,l,1,为弦杆节间长度的两倍，弦杆两节间的轴心压力,N1N2,，用,N1,验算弦杆平面外稳定时如果计算长度取用,l,1,显然过于保守。平面外的计算长度应为,且,l,oy0.5,l,1,计算时压力取正号，拉力取负号。,（三）斜平面的计算长度,当腹杆截面为单角钢或双角钢组成的十字形截面时，受压杆件将绕截面最小回转半经,i,min,的轴发生整体失稳。杆件弯曲方向是在一斜平面内。杆件两端的约束程度介于桁架平面内和平面外之间，杆件的计算长度取为前述,l,ox,和,l,oy,的平均值，,l,o = 0.9,l,。,三、桁架杆件的截面形式,桁架杆件的截面形式应根据,用料经济、连接构造简单和具有足够刚度等要求,确定。,桁架杆件一般是轴心受力杆件，设计时应尽量使其在桁架平面内和平面外的稳定性或长细比相近（,xy,），当有,M,作用时，应适当加大弯矩作用方向的截面高度。钢桁架常采用双角钢组合,T,形截面，少数杆件用双角钢组合十字形截面。受力小的腹杆也可用单角钢截面。,T,字钢是一种性能优越的截面形式。,T,字钢做弦杆和双角钢组合截面做腹杆的桁架比全角钢桁架用钢量可节省,12,15%,。,薄壁钢管各方向的回转半径相等，比其它型钢回转半径大，抗扭能力强，钢管结构的节点可直接焊接，构造简单，连接方便，钢管结构比其它型钢结构可节约钢材达,20%,30%,。圆管绕流条件好，如承受风荷载或波浪压力时，其阻力可降低约,2/3,左右。钢管端部可以密封，有利于耐大气及海水腐蚀，管截面周长最小，所需油漆等维护费用也小。,四、杆件截面设计,杆件按第四章和第六章的方法进行设计。普通钢桁架杆件截面设计时还应注意下列问题：,1.,选用截面的板件厚度应较薄,并注意最小截面规格限制。,2.,需用螺栓连接的杆件角钢,应注意其所能用的螺栓最大直径,3.,桁架弦杆的截面常根据弦杆的最大杆力来选用,4.,螺栓孔对弦杆截面的影响是否考虑,5.,选用的截面应尽可能使两个方向的长细比接近,以获得经济的截面,6.,当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连接时,则该竖杆宜采用由双角钢组成的十字形截面,7.,单面连接的单角钢截面只能用于跨度较小的桁架或桁架中受力较小、长度较短的次要腹杆,8.,为便于备料，整榀桁架所用的角钢规格品种不宜超过,5-6,种,五、桁架的节点设计,主要讲述双角钢杆件组成的钢桁架节点设计。 一般在节点处设置节点板，各杆件都与节点板相连接。在节点处连续的杆件把两侧的内力差,N,传给节点板，其它杆件把全部内力,N,传给节点板。当杆件上作用有荷载,F,时，则传给节点板的力为,N,或,N,与,F,的合力,R,。有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩和剪力。,杆件与节点板的连接通常采用焊接。螺栓连接常用于输电线路塔架和一些可装拆的桁架以及安装连接与工地现场拼接。,1,、,节点板的厚度,2,、,节点设计的一般要求,1,、节点板的厚度,杆件在节点处都与节点板相连，传递内力并互相平衡。节点板中的应力分布复杂，节点板厚度主要依据杆件中的最大内力来确定。普通钢桁架节点板的厚度可参照表选用，但应进行强度和稳定验算。,双角钢,T,形或十字形截面是组合截面，为保证两个角钢能整体共同受力应每隔一定间距在两角钢间放置填板（缀板）。填板宽度一般采用约,50,80mm,；与中间节点板同厚。填板长度对,T,形截面应伸出角钢背和角钢尖各,10,15mm,，对十字形截面则从角钢尖缩进,10,15mm,。角钢与填板通常依构造用侧面或周围角焊缝连接。,压杆和拉杆填板间距应满足构造要求。受压杆件的两个侧向支承点之间的填板数不得少于两个。十字形截面一横一竖交替布置。,2,、节点设计的一般要求,1,）各杆件的形心线理论上应与杆件轴线重合，以免造成偏心受力。但为了方便制造，通常将角钢肢背至轴线的距离取为,5mm,的倍数,作为角钢的定位尺寸。当弦杆截面有改变时，为方便拼接和安放屋面构件，应使角钢的肢背齐平。此时应取两形心线的中线作为弦杆的共同轴线，以减少因两个角钢形心线错开而产生的偏心影响。,2,）,节点处各杆件边缘间应留一定间隙,c,，以利拼接和施焊，并避免焊缝过分密集而使钢材焊接过热变脆。,c,按构造要求确定。,3,）,角钢的切断面一般应与其轴线垂直，为使节点紧凑需要斜切时，只能切肢尖。,节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定。节点板的形状应简单，以能充分利用材料为原则。节点板的长和宽宜取为,10mm,的倍数。,4,）节点板外边缘与杆件边线间的扩大角宜,15,20,，强度用足的杆件宜,25,。扩大角太小会引起节点板截面过窄，致使强度不足，或引起较大的构造和传力上的偏心。,5,）在屋架双角钢截面上弦杆上放置檩条或大型屋面板时，,角钢的水平伸出边一般应,70,90mm,。角钢应有一定厚度，以免在集中荷载作用下发生过大的弯曲，可参考表,7-3,要求选用。当确有困难而不能满足要求时，应设置竖向加劲肋或在集中荷载范围设置局部水平盖板。,六、桁架的节点构造和计算,节点的设计步骤：按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线按比例画出与各轴线相应的角钢轮廓线,并据,c,定杆端位置根据算出的杆件与节点板的焊缝尺寸，布置焊缝，绘图确定节点板的合理形状和尺寸,节点板应框进所有焊缝。,钢桁架的节点主要有,一般节点,、,有集中荷载的节点,、,弦杆的拼接节点,、,支座节点,和,T,型钢作弦杆的桁架节点,节点处板件的计算,1,、一般节点,一般节点系指无集中荷载作用和无弦杆拼接的节点。,各腹杆杆端与节点板连接的角焊缝的尺寸和长度，应按第三章中角钢连接的角焊缝计算。弦杆与节点板的连接焊缝，按相邻节间弦杆的内力差,N,计算。,2,、有集中荷载的节点,一般承受由檩条或大型屋面板传来的集中荷载,Q,的作用。为了放置上部构件，节点板须缩入上弦角钢背约,2/3(,为节点板厚度,),的深度，并用塞焊缝连接。,塞焊缝质量一般较难保证，计算多采用近似方法，假定其相当于两条焊脚尺寸各为,hf1=/2,、长度为,l,w1,的角焊缝，且仅承受垂直于焊缝的,P,作用进行计算。,角钢肢尖焊缝按承受弦杆的内力差,N,和由其产生的弯矩,M= N e,的共同作用设计。,当,N,较大，按上法计算的肢尖焊缝强度难以满足要求时，可采用节点板部分伸出上弦角钢背的做法。此时肢背和肢尖角焊缝共同承受,N,和,P,的合力,N,作用。,P,往往较小，,N,作用方向与杆轴线相差较小，可近似取,N,沿轴线作用，按第三章中方法计算角钢肢尖和肢背的焊缝。,3,、弦杆的拼接节点（,如图所示,）,弦杆的拼接分工厂拼接和工地拼接两种,工厂拼接通常设在内力较小的节间内。工地拼接是在桁架分段制造和运输时的安装接头，弦杆拼接节点多设在跨度中央。,为保证拼接处的强度和刚度，弦杆的拼接应采用拼接角钢。拼接角钢截面取与弦杆截面相同，直角边应切棱，角钢竖肢切肢。切棱和切肢引起的截面削弱，节点板可以补偿。屋架屋脊节点的拼接角钢，一般应采用热弯成型。,拼接角钢的长度应根据拼接焊缝的长度确定，一般可按被拼接处弦杆的最大内力或偏于安全地按与弦杆等强（宜用于拉杆）计算，并假定,4,条拼接焊缝均匀受力。拼接角钢的总长度为：,l,=2(,l,w,+ 10 )+,a,其中：,l,w,-,焊缝的长度,弦杆与节点板的连接焊缝可按较大一侧弦杆内力,N,的,15%,与节点两侧弦杆的内力差,N,两者中的较大值计算。当节点处还作用有集中荷载,P,时，则应按两方向力共同作用计算。为了拼接节点能正确定位和施焊，宜设置安装螺栓。,4,、支座节点（,如图所示,）,桁架与柱的连接分,铰接和刚接,两种形式,刚接节点弦杆连接于柱侧。支座竖向反力,R,由下弦端板传给焊于柱上的支托板；端弯矩由上下弦的水平力,H,承受。取上弦的水平力由盖板传递，上弦的竖向连接板与柱的连接螺栓按构造确定。下弦节点板与支承端板的焊缝按承受,R,和,H(,可能还有,H,产生的偏心弯矩）计算。端板与柱的连接螺栓按承受,H(,可能还有,H,产生的偏心弯矩）计算。端板在,H,作用下受弯，近似按嵌固于两列螺栓间的梁式板计算厚度,t,：,式中,Nmax,一个螺栓所受的最大拉力；,l,1 ,两竖列螺栓的间距；,S ,受力最大螺栓的端距加螺栓竖向间距的一半。,铰接支座节点采用由节点板、底板、加劲肋和锚栓组成的构造形式。加劲肋的作用是分布支座反力，减小底板弯矩和提高节点板的侧向刚度。加劲肋的轴线与支座反力的作用线重合。为便于施焊，下弦杆和底板间一般应不小于下弦角钢水平肢的宽度。锚栓常用,M20,M24,。为便于桁架安装，底板上的锚栓孔,d0 =(2,2.5)d,或做成,U,形缺口。待桁架调整定位后，用孔径,d0 =d+(1,2mm),的垫板套进锚栓，将垫板与底板焊牢。,支座节点的传力路线是：桁架端部各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板 再经,节点板和加劲肋间的竖直焊缝将一部分力传给加劲肋,然后通过节点板、加劲肋和底板间的水平焊缝将全部支座反,力传给底板 最终传至柱。可采用铰接柱脚类似方法进行计算。,5,、,T,型钢作弦杆的桁架节点,桁架的弦杆和腹杆全部由,T,型钢制成，桁架的弦杆采用,T,型钢,腹杆采用双角钢，,两种典型节点构造,如图所示,图 弦杆和腹杆全部为,T,型钢的桁架节点,图,T,型钢作弦杆、双角钢作腹杆的桁架节点,节点处板件的计算,计算节点板的强度和稳定时应满足：,a,节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角应不小于,15,；,b,斜腹杆与弦杆的夹角应在,30,60,之间；,c,节点板的自由边,强度验算,稳定性验算,强度验算,连接节点处的板件承受拉、剪作用时,(,图示,),，强度验算公式：,比较麻烦，也可用有效宽度法如下验算：,=N/(,bet),f,式中,be-,板件的有效宽度,(,如图所示,),，当用螺栓连接时，应取净宽度,图（,b,）,，图中,为应力扩散角，可取为,30,。,稳定性验算,依试验研究，节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性验算方法为：,对有竖腹杆的节点板,:,对无竖腹杆的节点板,:,对有竖腹杆的节点板,任何情况下应：,时： 可不计算稳定,其他：按设计规范附录,F,要求进行稳定计算,对无竖腹杆的节点板,任何情况下应：,时：其稳定承载力可取为,0.8bet,f,其他：按设计规范要求进行稳定计算,七、桁架的施工图,施工图是钢结构制造和安装的主要依据。,1,、种类,（,1,）构件布置图是表达各类构件位置的整体图，主要用于钢结构安装。一般包括平面图、侧面图、必要的剖面图、安装节点大样、构件编号、构件表及总说明等。,（,2,）构件详图是表达所有单体构件（按构件编号）的详细图，主要用于钢结构制造。,2,、钢桁架构件详图的主要内容和绘制要点,（,1,）一般应按运输单元绘制，当桁架对称时，可仅绘制半榀桁架。,（,2,）构件详图应包括桁架的正面图，上、下弦的平面图，必要的侧面图和剖面图，以及某些安装节点或特殊零件的大样图。,（,3,）在图面左上角绘制桁架简图。图中左半部应注明杆件的几何长度（,mm,），右半部注明杆件的轴力设计值（,kN,）。当桁架跨度较大时，为防止挠度值较大，须在制造时起拱。拱度一般取,l,/500,，并在桁架简图中注明。,（,4,）应注明各零件的型号和尺寸，包括加工尺寸、定位尺寸,(,轴线至角钢肢背的距离，节点中心至各杆件杆端和节点板上、下、左、右边缘的距离等,),、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求,(,零件切斜角、孔洞直径和焊缝尺寸等,),。工地拼接焊缝要注意标出安装焊缝符号，以适应运输单元的划分和拼装。,（,5,）应对零件详细编号，编号应按构件主次、上下、左右顺序逐一进行。零件尺寸完全相同的可采用统一编号。系镜面对称时，亦采用同一编号，但在材料表中应注明正或反字样，以示区别。当桁架仅在少数部位的构造略有不同（螺栓孔有无）时，可在图上螺栓孔处注明所属桁架的编号，这些桁架就可绘在一张施工图上。,（,6,）材料表应包括各零件的编号、截面规格、长度、数量（正、反）和重量等。材料表的作用不但可归纳各零件以便备料和计算用钢量，同时也可供选择起吊和运输设备时参考。,（,7,）文字说明应包括钢号和附加条件、焊条型号、焊接方法和质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，油漆、运输、安装和制造要求，以及一些不易用图表达的内容。,（,8,）桁架施工详图通常采用两种比例绘制，杆件的轴线一般用,1:20,1:30,；节点和杆件截面尺寸用,1:10,1:15,。重要节点大样，比例还可较大，以清楚地表达节点的细部尺寸为准。,第四节 门式刚架设计,一、,内力和侧移计算,二、,构件截面设计,三、,节 点 设 计,一、内力和侧移计算,1,、,变截面门式刚架内力计算,2,、变截面门式刚架侧移计算（,1,）,单跨刚架,（,2,）,两跨刚架,3,、,等截面门式刚架,1,、变截面门式刚架内力计算,可能在几个截面同时出现塑性铰，刚架构件的腹板通常很薄，截面发展塑性的潜力不大，故应采用弹性分析方法按平面结构进行内力分析。蒙皮效应是将屋面板视为沿房屋全长伸展的深梁，可用来承受平面内荷载。面板可视为平面内横向剪切的腹板，其边缘构件可视为承受轴向力的翼缘。考虑屋面板的蒙皮效应可提高结构的刚度和承载力，但由于研究资料尚不充分，一般不考虑应力蒙皮效应。考虑屋面板的蒙皮效应的条件见,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程,CECS102:98,的条文说明。变截面门式刚架的内力分析可按一般结构力学方法或利用静力计算公式、图表进行；也可采用有限元法计算。计算时宜将构件分为若干段，每段的几何特征可视为常量；也可采用楔形单元。如需考虑地震作用效应时，可采用底部剪力法确定。,（,1,）单跨刚架,当单跨变截面刚架横梁上缘坡度不大于,1:5,时，在柱顶水平力作用下的侧移,u,，可按下列公式估算,:,柱脚铰接刚架,:,柱脚刚接刚架,:,t,为刚架柱与刚架梁的线刚度比值,t,=,IcL/(HIb,),；当横梁坡度大于,1:10,时，,L,取横梁坡折线总长度,2s,；,Ic,、,Ib,为柱和横梁的平均惯性矩；吊车水平荷载或柱高度均布的水平风荷载作用时，化为柱顶等效水平力，公式见教材。,（,2,）两跨刚架,中间柱为摇摆柱的两跨刚架,柱顶侧移公式同单跨刚架。但计算,t,时，应以,2s,代替,L,。,中间柱与横梁刚性连接时，可将多跨刚架视为多个单跨刚架的组合体（每个中柱分为两半，惯性矩各为,I/2,），按下式计算整个刚架在柱顶水平荷载作用下的侧移：,K,i,为各单跨刚架的侧向刚度。各参数计算公式见教材。,3,、等截面门式刚架,等截面的门式刚架，可采用,弹性设计法或塑性设计法,。,弹性分析方法确定内力时，可参考上述公式进行。,塑性设计法要求钢材具有充分塑性变形能力。当荷载增加到某一值时，在结构,Mmax,截面出现塑性铰。荷载继续增加时，,Mmax,截面像铰一样发生转动，而弯矩保持不变，荷载的增长部分由结构其他截面的弯矩增长来保持平衡。结构的塑性铰将依次出现，塑性铰相当于构造铰，每出现一个塑性铰，结构的超静定次数就降低一次。当依次形成,n+1,个塑性铰后，,n,次超静定结构就变成机构，即达到承载能力的极限状态。 塑性设计能较好地反映结构的实际工作情况，比弹性设计可节省钢材约,10,20%,。结构塑性分析时叠加原理不能用，应按各种荷载组合分别进行内力分析，找出各种可能的破坏机构和计算相应的塑性弯矩值，然后从中取其最小值。常用的分析方法有静力法和机动法。,1,、变截面刚架构件计算,（,1,）,工字形截面板件最大宽厚比和屈曲后强度利用,（,2,）,刚架构件的强度计算和加劲肋设置,（,3,）,变截面柱在刚架平面内的稳定计算,（,4,）,变截面柱在刚架平面外的稳定计算,（,5,）,变截面柱柱端抗剪承载力验算,（,6,）,横梁设计,（,7,）,隅撑设计,（,1,）工字形截面板件最大宽厚比和屈曲后强度利用,工字形截面板件最大宽厚比：,受压翼缘,:,腹板,:,屈曲后强度利用工字形截面受弯构件中腹板以受剪为主，翼缘以抗弯为主。增大腹板的高度，可更好地发挥翼缘的抗弯能力，但若因局部稳定要求需增大腹板厚度，通常并不经济，利用腹板的屈曲后强度是比较合理的，当腹板的受剪板幅高度变化不超过,60mm/m,时，可利用屈曲后强度，其抗剪承载力设计值,Vd,按下式计算： 为腹板屈曲后抗剪强度设计值，它与钢材的,f,V,和参数,W,有关，计算式见,CECSl02,：,98,。,（,2,）刚架构件的强度计算和加劲肋设置,工字形截面,受弯构件在剪力,V,和弯矩,M,共同作用下的强度应满足下列要求,:,压弯构件在剪力,V,、弯矩,M,和轴心压力,N,共同作用下的强度应满足下列要求,：,腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，按有效宽度,he,计算截面特性。当截面全部受压时，,he,hW,，,是有效宽度系数，计算式见,CECSl02,：,98,；当截面部分受拉时，受拉区全部有效，受压区的,he,hc,，,hc,为受压区宽度。,梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。梁腹板利用屈曲后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力,Ns,V-0.9hwtwcr,，,cr,详见,CECSl02,：,98,。,加劲肋稳定性验算方法与第五章相同。 横向加劲肋应设置在梁腹板与中柱连接处、较大集中荷载作用处和翼缘转折处。中间加劲肋的设置应满足,(1),的相关要求。,（,3,）变截面柱在刚架平面内的稳定计算,平面内的稳定按下式计算,式中：,NE,欧拉临界力，,i,以小头为准；,N0,、,Aeo,小头的轴向压力设计值和有效截面面积；,We1,大头有效截面最大受压纤维的截面模量；,M1,大头的弯矩设计值；当柱最大弯矩不出现在大头时，,M1,和,We1,分别取最大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量；,x,轴心受压稳定系数。计算长细比,时，取小头的,i,；对截面高度呈线性变化的楔形柱在刚架平面的计算长度,h0=,h,，计算长度系数取,可按下列三种方法之一确定。,查表法：用于柱脚铰接的刚架。适合手算。,I,柱脚铰接单跨刚架楔形柱的,由表查得。,II,多跨刚架设摇摆柱时，摇摆柱的,=1.0,。边柱的计算长度为,h0=,h,，,为放大系数。,一阶分析法：用于柱脚铰接和刚接的刚架。 当利用一阶分析计算程序计算内力时，,按规范规定计算。公式由横梁为水平构件的刚架导出，不宜用于坡度,i,1/10,的刚架柱。,二阶分析法：用于柱脚铰接和刚接的刚架。,当采用计入,PU,效应的二阶分析程序计算内力时，,按式规范规定计算。,和适合计算机计算。,（,4,）变截面柱在刚架平面外的稳定计算,平面外的稳定按下式计算：,（,5,）变截面柱柱端抗剪承载力验算,变截面柱下端铰接时，应验算柱端的抗剪强度。当不满足要求时，应对该处腹板进行加强。,（,6,）横梁设计,实腹式横梁在平面内、外均应按压弯构件计算强度和稳定。当屋面坡度,10,时，在刚架平面内可仅按压弯构件计算其强度。,变截面实腹式刚架横梁的平面内、外计算长度可分别取竖向支承点间的距离和侧向支承点间的距离；当横梁侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。,横梁的下翼缘受压时，须在其两侧布置隅撑,(,端部仅布置在一侧,),作为横梁的侧向支承 。,当横梁上翼缘集中荷载处不设横向加劲肋时，应验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力，尚应满足下列要求：,横梁不需计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度,可取横梁下翼缘宽度的 倍,（,7,）隅撑设计,隅撑应按轴心受压构件设计，轴压力按下式计算：,隅撑宜采用单角钢制作,隅撑可连接在刚架构件下,(,内,),翼缘附近的腹板上，也可连接在下,(,内,),翼缘上,通常采用单个螺栓连接。,2,、等截面刚架构件计算,构件截面可采用三块板焊成的工字形截面、高频焊接轻型,H,型钢及热轧,H,型钢。等截面刚架按弹性设计时，可按上述变截面刚架的规定进行设计。等截面刚架按塑性设计时，其构件按,钢结构设计规范,中塑性设计的规定进行设计,三,.,节点设计,1,、,横梁与柱连接,2,、,门式刚架框架梁拼接构造,3,、,门式刚架框架梁与摇摆柱的连接构造,4,、,门式刚架柱脚构造,5,、,牛腿设计,1,、横梁与柱连接,门式刚架横梁与柱的连接，可采用端板竖放、端板平放和端板斜放三种形式（,如图示,）。,端板连接按所受最大内力设计。当内力较小时，按较小被连接截面承载力的一半设计。,刚架构件的连接应采用高强度螺栓连接。吊车梁与刚架连接的螺栓孔宜设长圆孔。檩条和墙梁与刚架的连接通常采用普通螺栓。,端板的连接螺栓应成对对称布置。在受拉翼缘和受压翼缘的内外两侧均应设置，并宜使每个翼缘的螺栓群中心与翼缘的中心重合或接近。应采用将端板伸出截面高度范围以外的外伸式连接。当螺栓受力较小时，也可将螺栓全部设在构件截面高度范围内的端板平齐式连接。螺栓布置应满足构造要求。,门式刚架中受压翼缘的螺栓不宜少于两排。与横梁端板连接的柱翼缘部分应与端板等厚度。端板的厚度可根据支承条件计算，但不宜小于,12mm.,框架梁、柱相交节点域剪切强度验算,端板螺栓处腹板强度验算,框架梁、柱相交节点域剪切强度验算,门式刚架框架梁框架柱相交节点域，应按下式验算剪切强度，当不能满足时，应加厚腹板或设置加劲肋。,端板螺栓处腹板强度验算,门式刚架梁、柱的翼缘和腹板与端板的连接，应采用全熔透对接焊缝，使焊缝截面与构件截面等强。,在端板螺栓处，应按下式验算腹板强度。当不满足要求时，可设置腹板加劲肋或局部加厚腹板。,当,N0.4P,时,=0.4P/(ewtw) ,f,当,N0.4P,时,=,Nt/(ewtw,) ,f,2,、门式刚架框架梁拼接构造,图（,a,）为屋脊处框架梁拼接，,图（,b,）为非屋脊处框架梁拼接，,拼接构造要求和计算方法同框架梁与框架柱连接。,3,、门式刚架框架梁与摇摆柱的连接构造,图示,为框架梁与摇摆柱的连接，柱两端都为铰接。,螺栓直径和布置由构造决定，不考虑受力。,加劲肋设置应考虑有效地传递支承反力，按支承反力设计,4,、门式刚架柱脚构造,门式刚架柱脚分有铰接柱脚和刚接柱脚两种,图 为平板式铰接柱脚,图 为用于摇摆柱的铰接柱脚构造,图 为用加劲肋加强的刚接柱脚,平板式铰接柱脚,用于摇摆柱的铰接柱脚,用加劲肋加强的刚接柱脚,5,、牛腿设计,牛腿的构造要求,如图所示,柱为焊接工字钢截面，可为等截面或变截面柱。牛腿板件尺寸与柱截面尺寸相协调，牛腿各部分焊缝由计算确定。,牛腿的构造,