1、第六章第六章 钢桁架与门式刚架钢桁架与门式刚架u第一节第一节 概述概述u第二节第二节 支撑设计支撑设计u第三节第三节 桁架设计桁架设计u第四节第四节 门式刚架设计门式刚架设计n一、一、桁架的特点和应用桁架的特点和应用n二、二、平面钢桁架的外形和腹杆体系平面钢桁架的外形和腹杆体系n三、三、门式刚架的特点和应用门式刚架的特点和应用n四、四、门式刚架的结构形式门式刚架的结构形式n五、五、结构平面布置结构平面布置 u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，材料性能发构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力
2、，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。u桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。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、钢闸门中的桁架架引桥、钢闸门中的桁架 l 影响桁架外形选择的因素：影响桁架外形选择的因素：1.满足使用要求；满足使用要求；2.受力合理受力合理；3.便于制做和安装便于制做和安装；4.综合技术经济效果好。综合技术经济效果好。l 常用的平面
3、桁架的外形常用的平面桁架的外形如图所示如图所示。l 桁架应具有适当的中部高度桁架应具有适当的中部高度H和端部高度和端部高度H0。H取决于运取决于运输界限（铁路运输为输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高度要求的最大限值、）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,钢屋架中常用钢屋架中常用H0=1.82.2m。定义定义:l 门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或多跨刚架，具有门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或多跨刚
4、架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于300kN的中、的中、轻级工作制桥式吊车或轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的单层房屋钢悬挂式起重机的单层房屋钢结构。结构。图示图示（1）结构自重轻结构自重轻,基础造价低。基础造价低。（2）外形简洁、美观。）外形简洁、美观。（3）对抗震非常有利。对抗震非常有利。（4）建造速度快，装拆方便。）建造速度快，装拆方便。l 门式刚架的适用范围很广，通常用于：门式刚架的适用范围很广，通常用于：跨度跨度936m，若有特殊需要，跨度可进一步加大，我国，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单跨
5、门式刚架的跨度已达到72m；柱距为柱距为4.512m；柱高为柱高为4.59m，必要时可适当加大；，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设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑(超市、超市、娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑娱乐体育设施、车站候车室、码头建筑)。1按结构选材分按结构选材分 有普通型钢、薄壁型钢和钢管刚架等；有普通型钢、薄壁型钢和钢管刚架等；2按跨度分为按跨度分为 单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。图示图示 3、按截面形式分：、按截面形式分：有等截面和变截面刚架。设有桥式吊车时，有等截面和变截面刚架。设有桥式吊车时，柱
6、宜采用等截面构件。柱宜采用等截面构件。4、节点、节点 横梁与柱为刚接，柱脚多采用铰支。当用于厂房且有吊横梁与柱为刚接，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。柱脚设计为刚接。5、围护结构、围护结构屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和Z形冷弯薄壁型钢檩条。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双层压型钢板中间设置玻璃纤
7、维棉等卷材隔热(或保温或保温)层的结构层的结构体系。墙梁宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部体系。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。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。解决温度应力问题。n 1、定位轴线及尺寸定位轴线及尺寸 n 2、柱网布置柱网布置 n 3、山墙结构布置山墙结构布置 n 4、墙梁布置墙梁布置n 1、定位轴线及尺寸、定位轴线及尺寸 刚架边柱的定位轴线取柱外皮；斜梁轴线
8、取通过变截面梁段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。端山墙墙梁外皮之间的距离。n 2、柱网布置、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。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
9、不大于门式刚架房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向，横向温度区段长度不大于温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接。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。胀缩；或者设置双柱。n 3、山墙结构布置、山墙结构布置l 山墙结构方案（山墙结构方案（1）由屋面斜梁、两侧角柱、抗风柱、墙梁和）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
10、较差，并且不利于墙梁连接，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。（房屋的纵向扩建。（2）用横向框架代替斜梁和角柱。这种结）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。应与屋面横向水平支撑的节点位置相配合。n 4、墙梁布置、墙梁布置 l 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
11、高度等有关，同时在门、窗框上端、窗台、檐口及室房屋的高度等有关，同时在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应设置墙梁内地面处均应设置墙梁 n一、一、桁架支撑的作用桁架支撑的作用n二、二、桁架支撑的种类和布置桁架支撑的种类和布置n三、三、桁架支撑的计算桁架支撑的计算n四、四、门式刚架支撑设计门式刚架支撑设计 u 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
12、侧向倾倒破坏和改善桁架工作性能，对桁架仍会侧向倾倒。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：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。）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）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
13、一定的桁架体系把力垂直桁架，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。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）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。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。）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。）保证结构安装时的稳定且便于安装。l 种类：种类：1、上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑2、下弦横向水平支撑下
14、弦横向水平支撑3、纵向水平支撑纵向水平支撑4、垂直支撑垂直支撑5、系杆系杆l 在有檩条或不用檩条而采用大型屋面板（无檩体系在有檩条或不用檩条而采用大型屋面板（无檩体系)的屋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。窗架上弦也应设置横向水平支撑。l 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时在温度缝区段的两端。横向水平支撑的间距L0以不超过以不超过60m为宜为宜 l 当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中
15、级工作制的当房屋内设有托架，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。下弦端节间设置纵向水平支撑。l 纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强了屋盖结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。构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。4、垂直支撑、垂直支撑 l 房屋都应设置垂直支撑。梯形屋架两端都应设置，托架可房屋都应设置垂直支撑。梯形屋架
16、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。在同一柱间。5、系杆、系杆 l 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，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。叫刚性系杆；只能承受拉力的，叫柔性系杆。u 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
17、撑杆件应按桁架体系计算内力，进行截面设计。有柱的弹性支座）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，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（刚性方案设则认为另一组斜杆退出工作。当斜杆按可以承受压
18、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。计），可按结构力学的方法进行内力分析。1、门式刚架支撑的作用门式刚架支撑的作用2、支撑结构布置和计算支撑结构布置和计算 l 支撑与相邻两刚架的连接一般采用铰接连接。这些支撑杆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（点（如图所示如图所示）。）。l 门式刚架支撑主要有屋面横向水平支撑及系杆、柱间支撑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。和水平系杆、隅撑等。屋面横向水平支撑屋面横向水平支撑 柱间支撑
19、柱间支撑 隅撑隅撑 l 屋面横向水平支撑一般设置在框架梁的上翼缘平面。由框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，再通过系杆的水平桁架，再通过系杆(或檩条或檩条)将不设横向水平支撑的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。框架梁连系起来，使屋盖形成一个整体。l 作用：能减小框架梁上翼缘的侧向计算长度，提高框架梁作用：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的侧向稳定性，并增强屋盖结构的整体刚度及有效地传递
20、由山墙传来的风荷载及屋盖处的地震。由山墙传来的风荷载及屋盖处的地震。l 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（柱上端内缘翼压应力较大的区段，均应设置隅撑（如图所如图所示示）。）。l 作用作用:作为框架梁和框架柱受压翼缘的侧向支承，可提高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，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
21、非常有利。结构的空间刚度非常有利。（1）屋面横向水平支撑及系杆屋面横向水平支撑及系杆（2）柱间支撑和水平系杆柱间支撑和水平系杆（3）隅撑隅撑 l 房屋（或温度区段）两端应布置，最大间距房屋（或温度区段）两端应布置，最大间距60m。在横向。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
22、根槽形截足受力要求，刚性系杆可采用钢管，也可以采用两根槽形截面檩条。面檩条。l 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。向水平支撑中的竖杆应按压杆设计。l 沿纵向布置，最大间距沿纵向布置，最大
23、间距60m，当房屋高度较大时，柱间支，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。向制动力。l 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。柱间支撑的计算简图可按支承于柱脚基础上的悬臂
24、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。房屋的纵向刚度，柱间交叉支撑有时也可按压杆设计。l 在框架梁中，隅撑设置在下翼缘受压的区段内，隅撑与框在框架梁中，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架梁腹板的夹角不宜小于45，一般在，一般在4560之间。之间。l 在框架柱中，隅撑一端与框架柱的内翼缘或靠近内翼缘的在框架柱中，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，布置数量应腹板用螺栓连接，另一端则与墙梁腹板相连，布置数量
25、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。同。n 一、一、桁架的内力计算桁架的内力计算n 二、二、桁架的计算长度桁架的计算长度n 三、三、桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式n 四、四、杆件截面设计杆件截面设计n 五、五、桁架的节点设计桁架的节点设计n 六、六、桁架的节点构造和计算桁架的节点构造和计算n 七、七、桁架的施工图桁架的施工图 l 一般情况按铰接桁架进行计算。一般情况按铰接桁架进行计算。l 承受节点荷载时，数解法（节点法或截面法）、图解法或承受节点荷载时，数解法（节点法或截面法）、图解法或有限元法。有限元法。l 有节间荷
26、载作用的桁架，先把节间荷载按该段节间为简支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求出支座反力 再把支座反力与节点荷载叠加，按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只有节点荷载作用计算轴力 然后对有节间荷载的然后对有节间荷载的杆件计算局部弯矩。杆件计算局部弯矩。l 进行荷载组合对比，求出杆件的最不利内力。进行荷载组合对比，求出杆件的最不利内力。（一）（一）桁架平面内的计算长度桁架平面内的计算长度（二）（二）桁架平面外的计算长度桁架平面外的计算长度（三）（三）斜平面的计算长度斜平面的计算长度 l 理想铰接节点桁架杆件在桁架平面内的计算长度理想铰接节点桁架杆件
27、在桁架平面内的计算长度lox应等应等于节点中心间的距离。于节点中心间的距离。l 实际桁架的节点接近于刚接，相邻杆件将约束该杆件端部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。计算转动，从而提高其整体稳定承载力。计算l0 x 时可折减时可折减l来来考虑杆端的嵌固作用。考虑杆端的嵌固作用。l 杆件在桁架平面外的计算长度杆件在桁架平面外的计算长度loy应取侧向支承点间的距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杆的连接节点。腹杆与弦杆
28、的连接节点可认为是腹杆的侧向支承点。向支承点。l 杆件在桁架平面内和外的计算长度见表。杆件在桁架平面内和外的计算长度见表。交叉腹杆交叉腹杆 受压弦杆受压弦杆 压杆：与它相交的另一斜杆受拉且二杆皆不中断时，取为压杆：与它相交的另一斜杆受拉且二杆皆不中断时，取为0.5l；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时取为0.7l；其它情况，如两杆皆受压（此时不宜有杆件中断）时，取为其它情况，如两杆皆受压（此时不宜有杆件中断）时，取为l。拉杆拉杆:因为压杆不作为它在平面外的支承点，故为因为压杆不作为它在平面外的支承点，故为l。受压
29、弦杆受压弦杆l 侧向支承点间距侧向支承点间距l1为弦杆节间长度的两倍，弦杆两节间的轴心为弦杆节间长度的两倍，弦杆两节间的轴心压力压力N1N2，用，用N1验算弦杆平面外稳定时如果计算长度取用验算弦杆平面外稳定时如果计算长度取用l1显然过于保守。平面外的计算长度应为显然过于保守。平面外的计算长度应为 且且 loy0.5l1 l 计算时压力取正号，拉力取负号。计算时压力取正号，拉力取负号。l 当腹杆截面为单角钢或双角钢组成的十字形截面时，受压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杆件将绕截面最小回转半经imin的轴发生整体失稳。杆件的轴发生整体失稳。杆件弯曲方向是
30、在一斜平面内。杆件两端的约束程度介于桁架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平面内和平面外之间，杆件的计算长度取为前述lox和和loy的平均值，的平均值，lo=0.9l。u桁架杆件的截面形式应根据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用料经济、连接构造简单和具有足够刚度等要求足够刚度等要求确定。确定。l 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（面内和平面外的稳定性或长细比相近（xy），当有），当有M作作用时，应适当加大弯矩作用方
31、向的截面高度。钢桁架常采用用时，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双角钢组合T形截面，少数杆件用双角钢组合十字形截面。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。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字钢是一种性能优越的截面形式。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全角钢桁架用钢量可节省1215%。l 薄壁钢管各方向的回转半径相等，比其它型钢回转半径大，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
32、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，其阻力可降低约低约2/3左右。钢管端部可以密封，有利于耐大气及海水腐左右。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。蚀，管截面周长最小，所需油漆等维护费用也小。u 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：时还应注意下列问题：
33、1.选用截面的板件厚度应较薄选用截面的板件厚度应较薄,并注意最小截面规格限制。并注意最小截面规格限制。2.需用螺栓连接的杆件角钢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则该竖杆宜采用由双
34、角钢组成的十字形截面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种种 l 主要讲述双角钢杆件组成的钢桁架节点设计。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件把两侧的内力差N传给节点板，其它杆件把全部内力传给节点板，
35、其它杆件把全部内力N传给节点板。当杆件上作用有荷载传给节点板。当杆件上作用有荷载F时，则传给节点板的力时，则传给节点板的力为为N或或N与与F的合力的合力R。有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩。有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩和剪力。和剪力。u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。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、节点板的厚度节点板的厚度 2、节点设计的一般要求节点设计的一般要求 l 杆件在节点处都与节点板相连，传递内力并互相平衡。节点板中杆件在节点处都与节点板相
36、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。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。算。l 双角钢双角钢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一般采用约5080mm；与中间节点板同厚。填板长度对；与中间节点板同厚。填板长度对T形截形截面应
37、伸出角钢背和角钢尖各面应伸出角钢背和角钢尖各1015mm，对十字形截面则从角钢，对十字形截面则从角钢尖缩进尖缩进1015mm。角钢与填板通常依构造用侧面或周围角焊缝。角钢与填板通常依构造用侧面或周围角焊缝连接。连接。l 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。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。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。）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
38、距离取为但为了方便制造，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。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，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。焊缝过分密集而使钢材焊接过热变脆。
39、c按构造要求确定。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，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。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。的倍数。4）节点板外边缘与杆件边线间的扩大角宜）节点板外边缘与杆件边线间的扩大角宜1520，强度用，强度用足的杆件宜足的杆件宜25。扩大角太小会引起节点板截面过窄，致使强。扩大角太小会引起节点板截面过窄，致
40、使强度不足，或引起较大的构造和传力上的偏心。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，）在屋架双角钢截面上弦杆上放置檩条或大型屋面板时，角钢角钢的水平伸出边一般应的水平伸出边一般应7090mm。角钢应有一定厚度，以免在。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。设置局部水平盖板。l 节点的设计步骤：节点的设计步骤：按正确角度画
41、出交汇于该节点的各杆轴线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按比例画出与各轴线相应的角钢轮廓线,并据并据c定杆端位置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确定节点板的合理形状和尺寸,节点板应框进所有焊缝。节点板应框进所有焊缝。l 钢桁架的节点主要有钢桁架的节点主要有一般节点一般节点、有集中荷载的节点有集中荷载的节点、弦杆弦杆的拼接节点的拼接节点、支座节点支座节点和和T型钢作弦杆的桁架节点型钢作弦杆的桁架节点l 节点处板件的计算节点处板件的计算 l 一般节点系指无集中荷
42、载作用和无弦杆拼接的节点。一般节点系指无集中荷载作用和无弦杆拼接的节点。l 各腹杆杆端与节点板连接的角焊缝的尺寸和长度，应按第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，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按相邻节间弦杆的内力差N计算。计算。l 一般承受由檩条或大型屋面板传来的集中荷载一般承受由檩条或大型屋面板传来的集中荷载Q的作用。的作用。为了放置上部构件，节点板须缩入上弦角钢背约为了放置上部构件，节点板须缩入上弦角钢背约2/3(为为节点板厚度节点板厚度)的深度，并用塞焊缝连接。的深度，并用塞焊缝
43、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lw1 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。弦杆的拼接分工厂拼接和工地拼接两种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工厂拼接通常设在内力较小的节间内。工地
44、拼接是在桁架分段制造和运输时的安装接头，弦杆拼接节间内。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。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。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
45、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。条拼接焊缝均匀受力。拼接角钢的总长度为：拼接角钢的总长度为：l=2(lw+10)+a 其中：其中：lw-焊缝的长度焊缝的长度 弦杆与节点板的连接焊弦杆与节点板的连接焊缝可按较大一侧弦杆内缝可按较大一侧弦杆内力力N的的15%与节点两侧与节点两侧弦杆的内力差弦杆的内力差N两者两者中的较大值计算。当节中的较大值计算。当节点处还作用有集中荷载点处还作用有集中荷载P时，则应按两方向力时，则应按两方向力共同
46、作用计算。为了拼共同作用计算。为了拼接节点能正确定位和施接节点能正确定位和施焊，宜设置安装螺栓。焊，宜设置安装螺栓。u桁架与柱的连接分桁架与柱的连接分铰接和刚接铰接和刚接两种形式两种形式 刚接节点弦杆连接于柱侧。支座竖向反力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焊于柱上的支托板；端弯矩由上下弦的水平力H承受。取上承受。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按构造确定。下弦节点板与支承端板的焊缝按承受R和和H(可可能
47、还有能还有H产生的偏心弯矩）计算。端板与柱的连接螺栓按承产生的偏心弯矩）计算。端板与柱的连接螺栓按承受受H(可能还有可能还有H产生的偏心弯矩）计算。端板在产生的偏心弯矩）计算。端板在H作用下受弯，作用下受弯，近似按嵌固于两列螺栓间的梁式板计算厚度近似按嵌固于两列螺栓间的梁式板计算厚度t：式中式中Nmax 一个螺栓所受的最大拉力；一个螺栓所受的最大拉力；l1 两竖列螺栓的两竖列螺栓的间距；间距；S 受力最大螺栓的端距加螺栓竖向间距的一半。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
48、的作用是分布支座反力，减小底板弯矩和提高节形式。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。锚栓常用度。锚栓常用M20M24。为便于桁架安装，底板上的锚栓孔。为便于桁架安装，底板上的锚栓孔d0=(22.5)d或做成或做成U形缺口。待桁架调整定位后，用孔径形缺口。待桁架调整定位后，用孔径d0=d+(12mm)的垫板套进锚栓，将垫板与底板焊牢。的垫板套进锚栓，将垫板与底板焊牢。
49、u 支座节点的传力路线是：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桁架端部各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板 再经再经 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 力传给底板力传给底板 最终传至柱。可采用铰接柱脚类似方法进行计最终传至柱。可采用铰接柱脚类似方法进行计算。算。桁架的弦杆和腹杆全部由桁架的弦杆和腹杆全部由T型钢制成，型钢制成，桁架的弦杆采用桁架的弦杆采用T型钢型钢,腹杆采用双角钢，腹杆采用双角钢，两种典型
50、节点构造两种典型节点构造如图所示如图所示 图图 T型钢作弦杆、双角钢作腹杆的桁架节点型钢作弦杆、双角钢作腹杆的桁架节点 计算节点板的强度和稳定时应满足：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斜腹杆与弦杆的夹角应在3060之间；之间；c节点板的自由边节点板的自由边 强度验算强度验算 稳定性验算稳定性验算l 连接节点处的板件承受拉、剪作用时连接节点处的板件承受拉、剪作用时(图示图示)，强度验算公，强度验算公式：式：l 比较麻烦，也可用有效宽度法如下验算：比较麻烦，也可用有效宽度法如下验算：=N/(
