1、钢结构工程施工钢结构工程施工教学课件教学课件学习单元学习单元3 管桁架结构工程施工管桁架结构工程施工下午6时21分建筑工程技术学院1项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 3.1管桁架基本知识管桁架基本知识下午6时21分建筑工程技术学院2项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 3.1.1管桁架结构组成及其材料管桁架结构组成及其材料 3.1.1.1管桁架结构分类管桁架结构分类 就屋架来说，外形一般为三角形、梯形、平行弦及拱形桁就屋架来说，外形一般为三角形、梯形、平行弦及拱形桁架。桁架的腹杆形式常用的有芬克式、人字式、豪式架。桁架
2、的腹杆形式常用的有芬克式、人字式、豪式(也也叫单向斜杆式叫单向斜杆式)、再分式、交叉式。其中前四种为单系腹、再分式、交叉式。其中前四种为单系腹杆，第五种交叉腹杆又称为复系腹杆。杆，第五种交叉腹杆又称为复系腹杆。下午6时21分建筑工程技术学院3项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 1、按受力特性和杆件布置分类、按受力特性和杆件布置分类 平面管桁架结构平面管桁架结构 空间管桁架结构空间管桁架结构下午6时21分建筑工程技术学院4下午6时21分建筑工程技术学院5 图 3.7 某火车站管桁架结构 弧线型倒三角管桁架弧线型倒三角管桁架 2、按连接构件的不同截面分类、按连
3、接构件的不同截面分类 C-C型桁架：主管和支管均为圆管相贯，相贯线为空间马型桁架：主管和支管均为圆管相贯，相贯线为空间马鞍型曲线。鞍型曲线。R-R型桁架：主管和支管均为方钢管或矩形管相贯。型桁架：主管和支管均为方钢管或矩形管相贯。R-C型桁架：矩形截面主管与圆形截面支管直接相贯焊接。型桁架：矩形截面主管与圆形截面支管直接相贯焊接。圆管与矩形管的杂交型管节点构成的桁架形式新颖，能充圆管与矩形管的杂交型管节点构成的桁架形式新颖，能充分利用圆形截面管做轴心受力构件，矩形截面管做压弯和分利用圆形截面管做轴心受力构件，矩形截面管做压弯和拉弯构件。矩形管与圆管相交的节点相贯线均为椭圆曲线，拉弯构件。矩形管
4、与圆管相交的节点相贯线均为椭圆曲线，比圆管相贯的空间曲线易于设计与加工。比圆管相贯的空间曲线易于设计与加工。下午6时21分建筑工程技术学院6项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 3、按桁架的外形分类、按桁架的外形分类 直线型与曲线型管桁架结构直线型与曲线型管桁架结构下午6时21分建筑工程技术学院7弧线型倒三角管桁架弧线型倒三角管桁架直线型管桁架直线型管桁架项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读3.1.1.2管桁架结构组成管桁架结构组成1、管桁架结构概述、管桁架结构概述桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架结构
5、也称钢管桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架结构也称钢管桁架结构、管桁架、管结构，是指杆件均为圆或方管杆件的桁架结构。与一桁架结构、管桁架、管结构，是指杆件均为圆或方管杆件的桁架结构。与一般桁架的区别在于连接节点的方式不同，管桁架结构在节点处采用杆件直接般桁架的区别在于连接节点的方式不同，管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的焊接的相贯节点相贯节点(或称管节点或称管节点)。相贯节点处，只有在同一轴线上的两个主管。相贯节点处，只有在同一轴线上的两个主管贯通，其余杆件贯通，其余杆件(即支管即支管)通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件(即主
6、即主管管)的外表，非贯通杆件在节点部位可能有一定间隙的外表，非贯通杆件在节点部位可能有一定间隙(间隙型节点间隙型节点)，也可能部，也可能部分重叠分重叠(搭接型节点搭接型节点)，如图，如图3.6所示。所示。下午6时21分建筑工程技术学院8项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 2、管桁架结构节点与破坏形式、管桁架结构节点与破坏形式 管桁架结构相贯节点的形式与其相连杆件的数量有关，管桁架结构相贯节点的形式与其相连杆件的数量有关，可分为：单平面节点：腹杆与弦杆在同一平面内时。可分为：单平面节点：腹杆与弦杆在同一平面内时。多平面节点：腹杆与弦杆不在同一平面内。多平面节
7、点：腹杆与弦杆不在同一平面内。下午6时21分建筑工程技术学院9项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读下午6时21分建筑工程技术学院10项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 破坏形式破坏形式 管桁架结构在工作过程中，杆件只承受轴向力的作用，支管桁架结构在工作过程中，杆件只承受轴向力的作用，支管将轴向力直接传给主管，主管可能出现多种破坏形式。管将轴向力直接传给主管，主管可能出现多种破坏形式。在保证支管轴向力强度在保证支管轴向力强度(不被拉断不被拉断)、连接焊缝强度、主管、连接焊缝强度、主管局部稳定、主管壁不发生层状撕裂的前提下，
8、节点的主要局部稳定、主管壁不发生层状撕裂的前提下，节点的主要破坏模式有以下几种：主管局部压溃，主管壁拉断，主管破坏模式有以下几种：主管局部压溃，主管壁拉断，主管壁出现裂缝导致冲剪破坏，壁出现裂缝导致冲剪破坏，K型节点可能在支管间主管剪型节点可能在支管间主管剪切破坏。切破坏。下午6时21分建筑工程技术学院11项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读 为了保证相贯节点连接的可靠性，提出以下构造要求：为了保证相贯节点连接的可靠性，提出以下构造要求：1）节点处主管应连续，支管端部应加工成马鞍型直接焊）节点处主管应连续，支管端部应加工成马鞍型直接焊接于主管外壁上，而不得将
9、支管插入主管内。主管外径接于主管外壁上，而不得将支管插入主管内。主管外径d小应大于支管外径小应大于支管外径ds；主管壁厚；主管壁厚t不得小于支管壁厚不得小于支管壁厚ts。2）主管与支管之间的夹角以及两支管间的夹角，不得小）主管与支管之间的夹角以及两支管间的夹角，不得小于于30。否则，支管端部焊缝不易保证，并且支管的受力。否则，支管端部焊缝不易保证，并且支管的受力性能也欠佳。性能也欠佳。3）相贯节点各杆件的轴心线应尽可能交于一点，避免偏）相贯节点各杆件的轴心线应尽可能交于一点，避免偏心。心。下午6时21分建筑工程技术学院12 4）支管端部应平滑并与主管接触良好，不得有过大的局）支管端部应平滑并与
10、主管接触良好，不得有过大的局部空隙。当支管壁厚大于部空隙。当支管壁厚大于6mm时应切成坡口。时应切成坡口。5）支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过）支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。一般的支管壁厚不大，其与主管的连接宜采用全周渡。一般的支管壁厚不大，其与主管的连接宜采用全周角焊缝，当支管壁厚较大时角焊缝，当支管壁厚较大时(例如例如ts6mm)，则宜沿支管，则宜沿支管周边部分采用角焊缝、部分采用对接焊缝。角焊缝的焊周边部分采用角焊缝、部分采用对接焊缝。角焊缝的焊脚尺寸脚尺寸hf不宜大于支管壁厚不宜大于支管壁厚ts的的2倍。倍。6）若支管与主管连接节点偏心）若支管与主管连
11、接节点偏心 时，时，在计算节点和受拉主管承载力时，可忽略因偏心引起的在计算节点和受拉主管承载力时，可忽略因偏心引起的弯矩的影响，但受压主管必须考虑此偏心弯矩弯矩的影响，但受压主管必须考虑此偏心弯矩MNe，如图如图1.13所示。所示。下午6时21分建筑工程技术学院1325.0)/(/55.0dehe或下午6时21分建筑工程技术学院14 (a)有间隙的节点 (b)有间隙的节点 图 1.13 管桁架结构节点破坏形式 下午6时21分建筑工程技术学院157）对有间隙的）对有间隙的K型或型或N型节点，支管间隙型节点，支管间隙a应不小于两应不小于两支管壁厚之和。支管壁厚之和。8）对搭接的）对搭接的K型或型或
12、N型节点，当支管厚度不同时，薄壁型节点，当支管厚度不同时，薄壁管应搭在厚壁管上；当支管钢材强度等级不同时，低强管应搭在厚壁管上；当支管钢材强度等级不同时，低强度管应搭在高强度管上。搭接节点的搭接率度管应搭在高强度管上。搭接节点的搭接率Qvq/p100应满足应满足25Qv100，且应确保在搭接，且应确保在搭接部分的支管之间的连接焊缝能很好地传递内力。部分的支管之间的连接焊缝能很好地传递内力。项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管构件在承受较大横向荷载的部位，其工作情况较为不利，应采取钢管构件在承受较大横向荷载的部位，其工作情况较为不利，应采取适当的加强措施，
13、防止产生过大的局部变形。钢管构件的主要受力部适当的加强措施，防止产生过大的局部变形。钢管构件的主要受力部位应尽量避免开孔，不得已要开孔时，应采取适当的补强措施，例如位应尽量避免开孔，不得已要开孔时，应采取适当的补强措施，例如在孔的周围加焊补强板等。在孔的周围加焊补强板等。节点的加强要针对具体的破坏模式，主要有：主管壁加厚、主管上加节点的加强要针对具体的破坏模式，主要有：主管壁加厚、主管上加套管、加垫板、加节点板及主管加肋环或内隔板等多种方法，如图套管、加垫板、加节点板及主管加肋环或内隔板等多种方法，如图3.14所示。所示。下午6时21分建筑工程技术学院16 (a)加内隔板 (b)加肋环 (c)
14、加套管 (d)加节点板 (e)加垫板 图 3.14 管桁架结构节点的加强方式 下午6时21分建筑工程技术学院17图3.16 单榀管桁架结构组成系 杆上弦杆下弦杆腹 杆3、管桁架结构组成、管桁架结构组成单榀管桁架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。管桁架结单榀管桁架由上弦杆、下弦杆和腹杆组成。管桁架结构一般由主桁架、次桁架、系杆和支座共同组成。构一般由主桁架、次桁架、系杆和支座共同组成。项目项目1 钢管桁架结构基本知识与图纸识读钢管桁架结构基本知识与图纸识读下午6时21分建筑工程技术学院18 图 3.18 广州新白云国际机场航站楼屋盖管桁架结构组成 次桁架 主桁架 3.1.1.3管桁架结构优点：管桁架结
15、构优点：1、节点形式简单。结构外形简洁、流畅，结构轻巧，可、节点形式简单。结构外形简洁、流畅，结构轻巧，可适用于多种结构造型。适用于多种结构造型。2、刚度大，几何特性好。钢管的管壁一般较薄，截面回、刚度大，几何特性好。钢管的管壁一般较薄，截面回转半径较大，故抗压和抗扭性能好。转半径较大，故抗压和抗扭性能好。3、施工简单，节省材料。管桁结构由于在节点处摒弃了、施工简单，节省材料。管桁结构由于在节点处摒弃了传统的连接构件，而将各杆件直接焊接，因而具有施工传统的连接构件，而将各杆件直接焊接，因而具有施工简单，节省材料的优点。简单，节省材料的优点。4、有利于防锈与清洁维护。钢管和大气接触表面积小，、有
16、利于防锈与清洁维护。钢管和大气接触表面积小，易于防护。在节点处各杆件直接焊接，没有难于清刷、易于防护。在节点处各杆件直接焊接，没有难于清刷、油漆、积留湿气及大量灰尘的死角和凹槽，维护更为方油漆、积留湿气及大量灰尘的死角和凹槽，维护更为方便。管形构件在全长和端部封闭后，内部不易生锈。便。管形构件在全长和端部封闭后，内部不易生锈。5、圆管截面的管桁架结构流体动力特性好。承受风力或、圆管截面的管桁架结构流体动力特性好。承受风力或水流等荷载作用时，荷载对圆管结构的作用效应比其他水流等荷载作用时，荷载对圆管结构的作用效应比其他截面形式结构的效应要低得多。截面形式结构的效应要低得多。下午6时21分建筑工程
17、技术学院19下午6时21分建筑工程技术学院20然而，由于节点采用相贯焊接，对工艺和加工设备有然而，由于节点采用相贯焊接，对工艺和加工设备有一定的要求，管桁结构也存在一定的局限性：一定的要求，管桁结构也存在一定的局限性：1、相贯节点弦杆方向尽量设计成钢管外径一致，对、相贯节点弦杆方向尽量设计成钢管外径一致，对于不同内力的杆件往往采用相同钢管外径和不同壁厚。于不同内力的杆件往往采用相同钢管外径和不同壁厚。但壁厚变化不宜太多，否则钢管间拼接量太大。因此，但壁厚变化不宜太多，否则钢管间拼接量太大。因此，材料强度不能充分发挥，从而增加了用钢量。这也就材料强度不能充分发挥，从而增加了用钢量。这也就是管桁结构往往比网架结构用钢量大的原因之一。是管桁结构往往比网架结构用钢量大的原因之一。2、贯节点的加工与放样复杂，相贯线上的坡口又是、贯节点的加工与放样复杂，相贯线上的坡口又是变化的，而手工切割很难做到，因此对机械的要求很变化的，而手工切割很难做到，因此对机械的要求很高，要求施工单位有数控的五维切割机床设备。高，要求施工单位有数控的五维切割机床设备。3、管桁结构均为焊接节点，需要控制焊接收缩量，、管桁结构均为焊接节点，需要控制焊接收缩量，对焊接质量要求较高，而且均为现场施焊，焊接工作对焊接质量要求较高，而且均为现场施焊，焊接工作量大。量大。
