水工钢结构第六章钢桁架讲解课件.ppt

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1、第六章,钢桁架,第一节,概述,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。,桁架主要用于,空间桁架,（网架和塔架）、,平面桁架,（屋架、吊车桁架、,水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。,桁架体系,三角形桁架,梯,形,桁,架,亚洲最大购物中心屋面钢桁架,二、平面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。,桁架是一种受弯构件在，主要特,点是以旋杆代替梁的翼

2、缘和一腹,杆代替梁的腹板，其整体上承受,弯矩。,1.,桁架的类型,木桁架,钢桁架,钢筋混凝土桁架,按,材料,可分为：,桁架的实际构造,第二节,桁架的外形、尺寸和腹杆布置,一、桁架的外形选择,三角形桁架,适用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构，根据屋面的排水要求，坡度一,般为,1/2,1/3,，跨度一般在,18,24m,之间。三角形桁架与柱只能,做成铰接,.,梯,形,桁,架,适用于屋面坡度较小的屋盖体系。其坡度一般为,1/8,1/16,。跨度可达,36m,。梯形桁架与柱的连接可做成刚接也,可做成铰接。,平行弦桁架：,可做成不同坡度，一般用于单坡屋架、托架、,吊车制动桁架、栈桥或支撑体系。,平行弦桁架,

3、立体桁架,立体桁架是由平面桁架演变而来，常用的做法是把单根的上弦或下弦分,成两根，使桁架的横截面成为倒三角形或正三角形。,立体桁架（成都,双流机场候机楼）,二、桁架的基本尺寸,桁架的主要尺寸包括桁架的跨度、跨中高度及梯形桁架的端部,高度。,跨度,:,桁架的标志跨度是指定位轴线间的距离，一般以,3m,为,模数。桁架的计算跨度是指桁架两端,支座反力间的距离。,高度：,三角形桁架高度较大，一般取跨中高度,h=(1/41/6)l,。,梯形桁架当上弦坡度为,1/8-1/12,时，,跨中高度,一般为,(1/6-,1/10)l,。跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载,大）时取大值。梯形桁架的,

4、端部高度,：当桁架与柱铰接时为,1.6-,2.2m,，刚接时为,1.8-2.4m,。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小,值。,跨度：据工艺需要定，一般为,3m,模数，,12,、,15,、,18,、,21,、,24,、,27,、,30,、,36m,等,(,注意：柱中心距离,),高度：三角形,h（,1/4,1/6,）,L,梯形,跨中,h（,1/6,1/10,）,L,端部,h1.6,2.2m,（铰接时）,h1.8,2.4m,（刚接时）,三、桁架的腹杆布置,第三节,桁架间的支撑和压杆的计算长度,一、支撑,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

5、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,（水工结构中也称为联结系）。,桁架间的支撑,桁架间的支撑,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。,(,一,),：桁架支撑的作用主要是：,（,3,）,为桁架弦杆提供侧向支撑点,。,水平和垂直

6、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,),：支撑的布置,桁架的支撑按照布置方向分为横向支撑和纵向支撑。,1.,上弦横向水平支撑,位于相邻两榀桁架上弦杆之间的横向水（斜）平面内。沿厂房的纵,向，上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端，或当有温度缝时设置,在温度缝区段的两端。一般设在第一个柱间或设在第二个柱间。横,向水平支撑的间距,L,0,不宜超过,60m,。,当温度区段长度,L,t,超过,60m,时，,还应在温度区段中部布置一道或几道横向水平支撑。,2.,下弦

7、横向水平支撑,布置原则：,一般情况均应设置下弦横向水平支撑。只有当桁架跨度比较,小（,L18m,），且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂吊车但起重吨位不大，,厂房内也无较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。,布置位置：,与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，以形成空间稳定体。,?,3.,纵向水平支撑,?,布置位置：,在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）,端,节间,沿厂房纵向水平面内布置。,?,布置原则：,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，空间刚度要求较高时，,均应布置纵向水平支撑。,纵向水平支撑,4.,垂直支

8、撑：,所有厂房中均应设置垂直支撑。布置位置：,梯形屋架在跨度,L30m,、,三角形屋架在跨度,L24m,时，仅在屋架跨度中央设置一道垂直支撑，当屋,架跨度大于上述数值时，宜在跨度,1/3,附近或天窗架侧柱处设置两道。,对,于梯形屋架，在屋架两端还应各设置一道垂直支撑。,沿厂房纵向，屋架的垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。,5.,系杆：,?,系杆的作用：对于不设横向支撑的其它屋架，屋架上、下弦的侧,向稳定性则由与横向支撑节点相连的系杆来保证。,?,系杆的类型：能承受压力和拉力的系杆称为刚性系杆；只能承受,拉力的系杆叫柔性系杆。其长细比分别按压杆和拉杆控制。,?,布置原则：,在垂直支撑

9、的平面内一般应设置上、下弦系杆；屋脊,节点及主要节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中附近,设置柔性系杆；当屋架横向支撑设在厂房端部第二柱间时，则第,一柱间的所有系杆均布置为刚性系杆。,桁架的系杆,第四节,桁架的杆件设计,一、桁架的荷载,作用于桁架上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类。,永久荷载,桁架自重,屋面材料自重,永久荷载,可变荷载,风荷载,雪荷载,可变荷载,厂房面积灰荷载,计算桁架的内力时，应根据使用过程中和施工过程中可能出现的,最不利荷载组合进行桁架的计算。,对房屋桁架设计应考虑以下三种荷载组合：,1,、全跨永久荷载,+,全跨可变荷载,2,、全跨永久荷载,+,半跨可变荷载,3,、全

10、跨屋架、支撑及天窗架自重,+,半跨条、屋面板和活荷载,注：,1,、在进行跨中斜腹杆的截面选择时，无论在全跨荷载作,用下是拉杆还是压杆，均按压杆考虑并控制长细比不大于,150,。,此时，可不考虑第,2,、,3,组合。,二、桁架杆件的内力计算,1.,各杆件都用光滑铰链相连接,理想桁架,2.,各杆件轴线都是直线，并通过铰链中心,3.,所有外力,(,荷载及支座反力,),都作用在节点上,二,力,杆,轴,向,力,理想桁架的内力特点：,A,B,F,A,F,B,各杆件都用光滑铰链相连接,各杆件轴线,都是直线，,并通过铰链,中心,所有外力，包括荷,载及支座约束力都,作用在节点上,取各节点为考察对象,取各节点为考

11、察对象,节点法,截面法,三、杆件的截面选择,基本原则：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,刚度等要求综合确定。,(1),对于轴心受力的腹杆，应考虑两方向（绕,X,轴、,Y,轴）的,等稳定性,要求。,(2),对于上弦杆，当为轴心压杆时，,应考虑等稳定性要求；当为压弯构件时，,应适当加大弯矩作用方向的截面高度。,(3),对于下弦杆，作为平面桁架的外框，,应适当加大杆件在桁架平面外的刚,度。,普通桁架的杆件截面常采用角钢组合成的,T,形、十字形或单角钢截面。重型,桁架常采用,H,型钢、箱形截面或两槽钢组合截面。此外，钢管（圆管或方管）,第五节,普通桁架节点设计和桁架施工图绘制,

12、桁架节点,节点处各杆件的轴线,一、结点构造的一般要求,1,、杆件的轴线,在绘制桁架结点图时，首先绘制出汇交于结点的各杆件的轴线，,然后画出各杆件的轮廓线，先画弦杆，再画竖杆，然后画斜杆。,截面改变引起偏心的结点受,力,当单斜杆与弦杆相交时，需注意节点板的外边缘与斜杆轴线应保持不,小于,1,：,3,或,1,：,4,的坡度，使杆中内力在节点板中有良好的扩散，以改,善节点板的受力情况。,单斜杆与,弦杆的连接,2,、结点板的形状及其厚度,结点板的作用主要是通过它将交汇于结点上的腹杆连接到弦杆上，,并传递和平衡结点上各杆内力。,3,、腹杆角钢的切割和腹杆长度的确定,4,、腹杆的焊接,二、结点板的计算,节

13、点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，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。,由静力平衡条件有：,上弦节点结构示意图,三、结点设计,钢结构大型复杂节点现场吊装,据屋架几何形式定出节点的轴线关系，并,按比例画出轴,线（,1/201/10,）和杆件（,1/10,1/5,）,，弦杆肢尖与腹杆、,腹杆之间距离满足前述基本要求。,计算腹杆肢背、肢尖焊缝长度,，图中作出定位点。,计算弦杆与节点板的焊缝，图中作出定位点。,画出节点板，将各定位点都包括在内。,适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。,绘制节点大样（比例尺为,1/10,1/5,），标注需要的尺寸。,节点设计步骤,四、

14、桁架施工图的绘制,1,、,施工图需明确：,屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所,用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，,焊缝长度、厚度，防腐处理等。,2,、比例：,轴线图与节点图可取不同比例,，如轴线可用,1:30,1:20,，,杆件截面和节点尺寸可用,1:15,1:10,，以使节点画清楚些。,3,、起拱：,跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，,因,此为确保安全使用和外部美观，一般跨度大于等于,24m,的梯形屋架,和跨度大于等于,15m,的三角形屋架，中间起拱约为跨度的,1/500,。,4,、,施工图设计分为施工设计和详图设计两个阶段，,设计文件（图纸）,的名称相应为施工图和施工详图，施工图是编制施工详图的依据，,施工详图则是施工图的深化和补充。,5,、随着国内钢结构生产企业技术能力的提高，向国际惯用做法靠拢，,施工图由设计院完成，,施工详图由生产企业的技术科完成。,