第一节第一节 概述概述第五章第五章 钢桁架钢桁架桁架用钢量比实腹梁少，结构自重较轻，刚度较大桁架用钢量比实腹梁少，结构自重较轻，刚度较大 第五章第五章 钢桁架钢桁架按受力、截面形式、节点构造分按受力、截面形式、节点构造分重型桁架重型桁架普通桁架普通桁架轻型桁架轻型桁架薄壁型钢桁架薄壁型钢桁架第五章第五章 钢桁架钢桁架第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置一、桁架外形选择一、桁架外形选择原则：满足使用要求原则：满足使用要求（屋面排水要求）（屋面排水要求） 受力合理，节省钢材受力合理，节省钢材 制造安装方便制造安装方便桁架形式桁架形式 三角形屋架第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置梯形屋架第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置平行弦及人字形屋架第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置二、桁架基本尺寸1、跨度L 取决于结构使用要求（建筑：柱网布置） 水工钢闸门：取决于孔口尺寸2、高度Ha、建筑高度（运输条件）b、经济条件（使桁架的弦杆和腹杆总重量最轻）经济梁高c、刚度条件（相对挠度限值决定）第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置三、腹杆布置和节间长度三、腹杆布置和节间长度1 1、腹杆布置（使桁架受力合理，构造简单）、腹杆布置（使桁架受力合理，构造简单） 原则：原则： a a、腹杆数和节点数目少、腹杆数和节点数目少 b b、内力传递途径短、内力传递途径短 c c、长杆受拉，短杆受压、长杆受拉，短杆受压 d d、尽量使荷载作用于节点、尽量使荷载作用于节点 e e、斜腹杆倾角在、斜腹杆倾角在30306060范围范围第五章第五章 钢桁架钢桁架第二节第二节 桁架的外形、尺寸和腹杆布置桁架的外形、尺寸和腹杆布置三、腹杆布置和节间长度三、腹杆布置和节间长度2、节间长度（腹杆布置与节间长度的划分同时进行）、节间长度（腹杆布置与节间长度的划分同时进行） a、节间数宜为偶数（使腹杆对称布置）、节间数宜为偶数（使腹杆对称布置） b、尽量使荷载作用于节点（如与次梁相连时，一般应、尽量使荷载作用于节点（如与次梁相连时，一般应与次梁间距一致）与次梁间距一致）第五章第五章 钢桁架钢桁架第五章第五章 钢桁架钢桁架一、支撑的作用一、支撑的作用1.1.保证结构的空间整体作用保证结构的空间整体作用2.2.避免压杆侧向失稳避免压杆侧向失稳, ,防止拉杆产生过大的振动。防止拉杆产生过大的振动。3.3.承担和传递水平荷载承担和传递水平荷载4.4.保证结构安装时的稳定与方便。保证结构安装时的稳定与方便。第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第五章第五章 钢桁架钢桁架二、支撑的种类及布置第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度上下对应设置在厂房两端或温度区段两端上下对应设置在厂房两端或温度区段两端第一柱间或第二柱间（有天窗）第一柱间或第二柱间（有天窗）两道横向水平支撑的距离不易大于两道横向水平支撑的距离不易大于60m下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑：房屋高度、跨度较大或空间刚度要求较高时设置：房屋高度、跨度较大或空间刚度要求较高时设置 与横向水平支撑形成封闭体系。与横向水平支撑形成封闭体系。垂直支撑垂直支撑： 设置在纵向垂直平面内设置在纵向垂直平面内 与横向水平支撑设置在同一柱间与横向水平支撑设置在同一柱间 是横向水平支撑的支承结构是横向水平支撑的支承结构第五章第五章 钢桁架钢桁架二、支撑的种类及布置第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度系杆系杆：未设置支撑的桁架：未设置支撑的桁架 在横向水平支撑或垂直支撑节点处通长设置系杆在横向水平支撑或垂直支撑节点处通长设置系杆柔性系杆柔性系杆：承受拉力：承受拉力刚性系杆刚性系杆：既承受拉力，又承受压力：既承受拉力，又承受压力（横向水平支撑设置在第二柱间时，（横向水平支撑设置在第二柱间时，第一柱间系杆为刚性系杆，传递山墙所承受的部分风压力）第一柱间系杆为刚性系杆，传递山墙所承受的部分风压力）有檩屋盖支撑的布置垂直支撑的布置第五章第五章 钢桁架钢桁架第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度三、杆件计算长度三、杆件计算长度1、桁架平面内计算长度、桁架平面内计算长度 节点不是真正铰接节点不是真正铰接 而具有一定的弹性嵌固作用而具有一定的弹性嵌固作用 节点上拉杆越多，嵌固作用越大节点上拉杆越多，嵌固作用越大第五章第五章 钢桁架钢桁架第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度三、杆件计算长度三、杆件计算长度a a、一般中间腹杆、一般中间腹杆上端与上弦相连：压杆多，拉杆少，视为铰接上端与上弦相连：压杆多，拉杆少，视为铰接 下端与下弦相连：拉杆多，压杆少，视为弹性固定下端与下弦相连：拉杆多，压杆少，视为弹性固定取取=0.8第五章第五章 钢桁架钢桁架第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度三、杆件计算长度三、杆件计算长度b、受压弦杆（上弦杆）、支座竖杆、支座斜杆、受压弦杆（上弦杆）、支座竖杆、支座斜杆取取=1.0上弦节点，支座节点处汇集压杆多，上弦节点，支座节点处汇集压杆多，并且受压弦杆、支座竖杆、支座斜杆自身刚度也较大并且受压弦杆、支座竖杆、支座斜杆自身刚度也较大c、受拉弦杆：、受拉弦杆： 所受的嵌固作用比受压弦杆大，但为了简化计算所受的嵌固作用比受压弦杆大，但为了简化计算取取=1.0第五章第五章 钢桁架钢桁架第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度三、杆件计算长度三、杆件计算长度2、桁架平面外计算长度、桁架平面外计算长度 a. 弦杆弦杆侧向支撑点的间距侧向支撑点的间距 横向水平支撑在交叉点与系杆无连接：横向水平支撑在交叉点与系杆无连接： 2 倍节间长度倍节间长度 横向水平支撑在交叉点与系杆连接横向水平支撑在交叉点与系杆连接 ：节间长度节间长度第五章第五章 钢桁架钢桁架第三节桁架间的支撑和压杆计算长度第三节桁架间的支撑和压杆计算长度三、杆件计算长度三、杆件计算长度2、桁架平面外计算长度、桁架平面外计算长度 1.0 l b. 腹杆腹杆节点板在平面外的刚度很小，不能约束腹杆的转动节点板在平面外的刚度很小，不能约束腹杆的转动 c. 单角钢和双角钢组成的十字形截面腹杆单角钢和双角钢组成的十字形截面腹杆斜平面计算长度斜平面计算长度 支座斜杆和支座竖杆仍取几何长度支座斜杆和支座竖杆仍取几何长度 第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计一、桁架的荷载一、桁架的荷载按荷载规范按荷载规范GB500092001规定查得规定查得 恒荷载：桁架自重（包括支撑），屋面材料自重恒荷载：桁架自重（包括支撑），屋面材料自重 可变荷载：风荷载、雪荷载、屋面活荷载、可变荷载：风荷载、雪荷载、屋面活荷载、 积灰荷载、悬挂吊车荷载等积灰荷载、悬挂吊车荷载等 （人群荷载，不与雪荷载同时考虑，取两者中较大值）（人群荷载，不与雪荷载同时考虑，取两者中较大值） 第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计一、桁架的荷载一、桁架的荷载荷载组合：荷载组合：1、全跨荷载：全跨永久荷载全跨可变荷载、全跨荷载：全跨永久荷载全跨可变荷载2、半跨荷载：全跨永久荷载半跨可变荷载、半跨荷载：全跨永久荷载半跨可变荷载（考虑部分斜腹杆在半跨荷载作用下会产生最大内力或出现内力变号）（考虑部分斜腹杆在半跨荷载作用下会产生最大内力或出现内力变号）3、全跨桁架、支撑、天窗架自重半跨檩条、屋面板自重、全跨桁架、支撑、天窗架自重半跨檩条、屋面板自重 半跨屋面活荷载（或半跨雪荷载）半跨屋面活荷载（或半跨雪荷载） （考虑安装时可能出现的荷载组合）（考虑安装时可能出现的荷载组合）第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计二、内力二、内力按理想的桁架计算（假定节点为理想铰，各杆轴线相交于节点中心）按理想的桁架计算（假定节点为理想铰，各杆轴线相交于节点中心）荷载作用在节点上荷载作用在节点上：用结构力学中的结点法、截面法：用结构力学中的结点法、截面法弦杆节间荷载弦杆节间荷载：用等效结点法：用等效结点法（把节间荷载按杠杆原理等效分配到相邻节点计算轴向力（把节间荷载按杠杆原理等效分配到相邻节点计算轴向力再计算由节间荷载引起的弯矩）再计算由节间荷载引起的弯矩）弯矩按多跨连续梁作近似计算：弯矩按多跨连续梁作近似计算：端节间正弯矩为端节间正弯矩为节点上负弯矩和节点上负弯矩和其它节间正弯矩为其它节间正弯矩为第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计三、杆件截面形式三、杆件截面形式原则：等稳定条件；足够的侧向刚度；节点连接方便原则：等稳定条件；足够的侧向刚度；节点连接方便 等肢角钢相拼等肢角钢相拼 短肢相拼短肢相拼 长肢相拼十字形截面长肢相拼十字形截面中部腹杆中部腹杆 弦杆弦杆 端部竖杆、斜杆端部竖杆、斜杆 第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计四、截面选择四、截面选择原则：原则：1、在面积、在面积A相等情况下，优先选用肢宽而薄的角钢相等情况下，优先选用肢宽而薄的角钢 （增加截面回转半径）（增加截面回转半径）2、型钢规格不宜过多、型钢规格不宜过多3、受力很小或不受力杆件，按容许长细比、受力很小或不受力杆件，按容许长细比 或构造要求决定截面尺寸或构造要求决定截面尺寸第五章第五章 钢桁架钢桁架第四节桁架的杆件设计第四节桁架的杆件设计四、截面选择四、截面选择杆件的填板杆件的填板作用：保证两角钢共同工作作用：保证两角钢共同工作 1 1、压杆在桁架平面外计算长度范围内，至少设置两块填板、压杆在桁架平面外计算长度范围内，至少设置两块填板2 2、填板尺寸：宽度、填板尺寸：宽度404080mm, 80mm, 厚度与节点板等厚厚度与节点板等厚 3 3、填板间距：压杆、填板间距：压杆 拉杆拉杆 ：单个角钢对与填板平行的形心轴：单个角钢对与填板平行的形心轴 的回转半径的回转半径第五章第五章 钢桁架钢桁架第五节桁架的节点设计第五节桁架的节点设计定位（杆件的位置）定位（杆件的位置） 计算杆件与节点板的焊缝尺寸计算杆件与节点板的焊缝尺寸确定节点板形状及尺寸确定节点板形状及尺寸节点构造要求节点构造要求1、（减小节点板尺寸）腹杆端部尽量靠近弦杆、（减小节点板尺寸）腹杆端部尽量靠近弦杆但保证一定间隙（避免焊缝密集，钢材变脆）但保证一定间隙（避免焊缝密集，钢材变脆） 第五章第五章 钢桁架钢桁架第五节桁架的节点设计第五节桁架的节点设计2、杆件轴线：、杆件轴线： 以杆件的形心线为轴线，并在节点处相交于一点以杆件的形心线为轴线，并在节点处相交于一点 角钢肢背到轴线距离角钢肢背到轴线距离Z0取为取为5mm的倍数（为制造方便）的倍数（为制造方便）3、节点板、节点板节点板形状：简单规则，至少有两边平行（一般采用矩形、平行四边形或梯形）节点板形状：简单规则，至少有两边平行（一般采用矩形、平行四边形或梯形） 节点板边缘与杆件轴线夹角不应小于节点板边缘与杆件轴线夹角不应小于1520中间节点板厚度：决定于腹杆最大内力中间节点板厚度：决定于腹杆最大内力支座节点板厚度：中间节点板厚度支座节点板厚度：中间节点板厚度+2mm节点板平面尺寸：根据杆件截面尺寸和腹杆与节点板的连接焊缝长度决定节点板平面尺寸：根据杆件截面尺寸和腹杆与节点板的连接焊缝长度决定一般节点（无集中荷载的节点，下弦节点）一般节点（无集中荷载的节点，下弦节点） 1、腹杆与节点板的焊缝计算、腹杆与节点板的焊缝计算（先计算腹杆内力）（先计算腹杆内力）单个角钢肢背单个角钢肢背 肢尖肢尖 2、弦杆与节点板的焊缝计算、弦杆与节点板的焊缝计算有集中荷载的节点有集中荷载的节点1 1、节点板伸出弦杆、节点板伸出弦杆弦杆与节点板的焊缝承受集中荷载弦杆与节点板的焊缝承受集中荷载P P和弦杆内力差和弦杆内力差P由四条焊缝共同承担：由四条焊缝共同承担： 内力差内力差2、节点板缩进弦杆表面、节点板缩进弦杆表面角钢背：角钢背：用塞焊缝施焊，用塞焊缝施焊， 只承受荷载只承受荷载P的作用的作用 近似取近似取（塞焊缝质量不易保证，将焊缝强度降低）（塞焊缝质量不易保证，将焊缝强度降低）肢尖焊缝：肢尖焊缝：承受弦杆内力差承受弦杆内力差NN和和承受承受NN在肢尖形成的偏心弯矩在肢尖形成的偏心弯矩角钢桁架的节点设计拼接节点支座节点