第2.2節(jié)網(wǎng)架的計算和設(shè)計09祥解

1、1 第二節(jié) 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的作用 結(jié)構(gòu)上的作用主要有永久荷載、可變荷載、溫 度變化和地震作用。 一 永久荷載 結(jié)構(gòu)使用期間，其值不隨時間變化，或其變化值 與平均值相比可忽略的荷載。 永久荷載有： 2 1 網(wǎng)架自重和節(jié)點自重 鋼材容重 雙層網(wǎng)架自重按下式估算： 3 5 .78 m kn /lqg wk 3 g0k 網(wǎng)架的自重 knm2； qw 屋面荷載或樓面荷載的標(biāo)準(zhǔn)值 knm2 ； l2 網(wǎng)架的短向跨度m； 系數(shù)， 鋼管 取1.0; 型鋼 取1.2 網(wǎng)架的節(jié)點自重約占網(wǎng)架桿件總重的1525. 4 2 樓面或屋面覆蓋材料自重 根據(jù)實際使用按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（ gb 50009-2001）計算。 混凝土

2、屋面1.01.5kn/m2；輕質(zhì)板0.30.7kn/m2。 3 吊頂材料自重 4 設(shè)備管道自重 荷載分項系數(shù)取1.2或1.35 5 二 可變荷載 結(jié)構(gòu)使用期間，其值隨時間變化，且變化值 與平均值相比不可忽略的荷載。 可變荷載有： 1 屋面或樓面活荷載 網(wǎng)架的屋面，一般不上人，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn) 值為 0.5 knm2。 樓面活荷載根據(jù)工程性質(zhì)查荷載規(guī)范4.1.1條 6 2 雪荷載 gb50009-2001 (6) 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值按屋面水平投影面計算，其計 算表達式為： skrs0 式中 s k雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，knm2； r 屋面積雪分布系數(shù)，網(wǎng)架的屋面多 為平屋面，故取r =1.0； s 0基本雪壓，

3、kn/m2， 雪荷載與屋面活荷載不必同時考慮，取兩者 的大值。 7 3 風(fēng)荷載 gb50009-2001 (7) 風(fēng)荷載具有靜力和動力作用的雙重特點，它與建筑物 的重量無關(guān)，但與體型和開洞情況有關(guān)。 脈動風(fēng)會引起柔性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較強烈的振動（即風(fēng)振）， 即自振周期長的結(jié)構(gòu)對抗風(fēng)很不利，尤其強風(fēng)區(qū)。 8 周邊支承的網(wǎng)架，支座節(jié)點在上弦時，可 不考慮風(fēng)荷載。 其他根據(jù)實際情況考慮水平風(fēng)荷載作用。 網(wǎng)架剛度好，自振周期小，可不考慮風(fēng)振 系數(shù)z的影響。 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算： wk=zsw0 式中 w0 基本風(fēng)壓，knm2； s風(fēng)荷載體型系數(shù)； z風(fēng)壓高度變化系數(shù)。 9 4 積灰荷載gb50009-20

4、01 (4.4) 廠房根據(jù)廠房性質(zhì)考慮積灰荷載，可參 考荷載規(guī)范,也可由工藝提出。 屋面坡度45時，可不考慮積灰荷載。 積灰荷載應(yīng)與雪荷載或屋面活荷載兩者中 的較大值同時考慮。 10 5 吊車荷載 gb50009-2001 (5) 吊車形式有：懸掛吊車和橋式吊車。 懸掛吊車直接掛在網(wǎng)架下弦節(jié)點上，對網(wǎng)架 產(chǎn)生吊車豎向荷載。 橋式吊車是在吊車梁上行走，通過柱子對網(wǎng) 架產(chǎn)生吊車水平荷載。 11 計算吊車梁及其連接的強度時，吊車豎 向荷載應(yīng)乘動力系數(shù)。 f=1 fmax fmax 吊車每個車輪的最大輪壓 1豎向輪壓動力系數(shù)， 懸掛吊車及工作級別a1a5的軟鉤吊 車 1=1.05； 工作級別a6a8的

5、軟鉤、硬鉤吊車和 其它特種吊車，1=1.1； 12 吊車的工作制等級與工作級別的關(guān)系 輕級 a1a3；中級 a4,a5； 重級 a6,a7； 超重級 a8 起重機設(shè)計規(guī)范gb38811-83，按吊車在使用期內(nèi)要求的總工作 循環(huán)次數(shù)分10個利用等級， 按吊車荷載達到其額定值的頻繁程度，達到額定值的頻繁程度分4個 荷載狀態(tài)（輕級 、中級、重級和超重級 ）。 利用要求的利用等級和荷載狀態(tài)，確定吊車的8個工作級別作為吊車 的設(shè)計依據(jù)。 13 t1吊車每個車輪的橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值 軟鉤吊車 q 吊車額定起重量； g 小車自重； n吊車橋架的總輪數(shù)。 14 硬鉤吊車(夾鉗、料耙等） n gqt 15 吊車

6、縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算： t10%p maxi pmax 作用在一邊軌道上剎車輪的最大輪壓 16 三 溫度作用 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是高次超靜定桿系結(jié)構(gòu)，溫度變化 時，桿件不能自由變形，在桿件中會產(chǎn)生溫度應(yīng) 力。 溫差的大小與網(wǎng)架支座安裝完成時的溫度和 當(dāng)?shù)啬曜罡呋蜃畹蜌鉁赜嘘P(guān)，也與工業(yè)廠房生產(chǎn) 過程中的最高或最低溫度有關(guān)。 17 四 地震作用 地震作用是建筑物因地面運動而產(chǎn)生的一種 慣性作用，屬動力作用。它的大小與結(jié)構(gòu)的固有 振動特性和地面運動的特性（加速度）有關(guān)。 根據(jù)我國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程（jgj7 91）規(guī)定，周邊支承的網(wǎng)架，當(dāng)建造在設(shè)計烈 度為8度或8度以上地區(qū)時，應(yīng)考慮豎向地震作用；

7、 當(dāng)建造在設(shè)計烈度為9度地區(qū)時，還應(yīng)考慮水平 地震作用。 18 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的動力特性 網(wǎng)架跨度大，結(jié)構(gòu)較柔，動力特性為： (1)振動頻率密集，低頻時更顯著； (2)基本周期（或基頻）與網(wǎng)架的短向跨度l 2有 關(guān)，跨度越大，基本周期越大； t1=0.1396+(12.216/1440)l2 (3)不同類型、跨度相同的網(wǎng)架基本周期比較接 近。 (4)邊界約束的強弱影響著網(wǎng)架的基本周期，但 對其他自震周期影響不大。 19 （5）荷載大，基本周期長。 （6）常用周邊支承網(wǎng)架的基本周期約0.30.7s。 （7）振型類型與網(wǎng)架邊界的約束有關(guān)，水平約束 強，網(wǎng)架的前幾個皆為豎向振型。 （8）強震區(qū)，宜選自振周

8、期較長的結(jié)構(gòu)，以較少 地震作用； （9）豎向振型以承受豎向振動為主，節(jié)點位移豎 向分量較大，水平分量較小。 20 五 荷載組合 gb50009-2001 (3.2) 1 基本組合 1） 由可變荷載效應(yīng)控制 n i qikciqiqlkqlgkg ssss 2 2） 由永久荷載效應(yīng)控制 n i qikciqigkg sss 1 21 第三節(jié) 網(wǎng)架的計算 1基本假定： 1）節(jié)點為鉸接，桿件只承受軸力； 2）按彈性方法分析、按小撓度理論計算； 3）按靜力等效原則，將外荷載化為節(jié)點集中 荷載。 4) 支承條件根據(jù)支承結(jié)構(gòu)的剛度、支座節(jié)點 的構(gòu)造，假定為鉸接或彈性支座。 3/2 1 1 y y y 22

9、 二 網(wǎng)架的計算模型 （1）空間鉸接桿件計算模型 把網(wǎng)架看作鉸接桿件的集合，以二力桿為基 本計算單元進行分析計算，計算精度高。 （2）桁架系計算模型 把網(wǎng)架看作桁架系的集合，以每段桁架作為 網(wǎng)架計算的基本單元。桁架系有平面桁架和空間桁 架。 23 （3）交叉梁系計算模型 用折算的方法把網(wǎng)架化為交叉梁，以 梁段作為基本分析單位，求出梁的內(nèi)力和節(jié) 點位移，再回代求桿件內(nèi)力，根據(jù)是否考慮 剪切變形的影響，計算方法不同。 24 （4）平板計算模型 把網(wǎng)架擬化為正交異性或各向同性的平板， 求出板的內(nèi)力，再回代求桿內(nèi)力。 不考慮剪切變形影響時稱擬板法； 考慮剪切變形影響時稱擬夾層板法。 25 三 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

10、的分析計算方法 常用網(wǎng)架計算方法和適用范圍 26 1 空間桿系有限元法 即空間桁架位移法、矩陣位移法，可用于計算 分析各種類型網(wǎng)架。 計算過程：以桿件為基本單元，節(jié)點位移為 基本未知量，建立單元桿件內(nèi)力與位移的關(guān)系， 形成單元剛度矩陣；根據(jù)各節(jié)點的變形協(xié)調(diào)條件 和靜力平衡條件建立節(jié)點荷載和節(jié)點位移的關(guān)系， 形成結(jié)構(gòu)總剛度矩陣和總剛度方程。 引進邊界條件，解出各節(jié)點的位移值。再由單 元桿件的內(nèi)力和位移間的關(guān)系求桿件的內(nèi)力。 27 2 下弦內(nèi)力法 用于蜂窩形三角錐網(wǎng)架，所有腹桿與相應(yīng)的 下弦均位于同一豎向平面內(nèi)，每個上弦節(jié)點與一 根下弦桿相對應(yīng)。 求得的桿件內(nèi)力和支座反力是精確解。 28 3 交叉

11、梁系差分法 （有圖表可查） 把網(wǎng)架簡化為交叉梁系，以交叉梁系節(jié)點 的撓度為未知數(shù)，設(shè)梁的抗彎剛度均相等，建 立差分方程求梁系交點處的撓度，再計算彎矩 和剪力。 適用于由平面桁架系組成的網(wǎng)架或正放四 角錐網(wǎng)架。 結(jié)果：不考慮剪切變形時，靠近網(wǎng)架邊界 處的桿件內(nèi)力誤差較大。 29 4 交叉梁系梁元法 把網(wǎng)架簡化為交叉梁系，以交叉梁系節(jié)點的 撓度和轉(zhuǎn)角為未知數(shù)，用有限元法進行計算， 可考慮網(wǎng)架剪切變形和剛度變化的影響。 由電子計算機完成，適用由平面桁架系組成 的網(wǎng)架。 30 5 交叉梁系力法 把網(wǎng)架簡化為交叉梁，假定在交叉點處設(shè)有 豎向連桿，切開連桿以贅余力代替，使交叉梁系 成為兩個方向靜定的梁系，

12、用力法建立贅余力的 柔度方程。 不考慮剪切變形影響，適用由兩向平面桁架 系組成的網(wǎng)架。 31 6 假想彎矩法 （有表可查） 假定各下弦節(jié)點處存在著假想彎矩，由該彎矩 在四角錐單元上引起的內(nèi)力(n，q)與作用在錐體單 元上的外荷載的平衡，求得下弦節(jié)點的假想彎矩， 桿件內(nèi)力就可求得。 精確性較差，僅適用于斜放四角錐網(wǎng)架及棋盤形 四角錐網(wǎng)架。 32 7 擬板法和擬夾層板法 把網(wǎng)架簡化為一塊正交異性或各向同性的平 板。 不考慮剪切變形影響時，稱擬板法； 考慮剪切變形影響時，稱擬夾層板法。 擬夾層板法可考慮各向剛度不同，但不能考 慮同一方向剛度的變化。 適用于由平面桁架組成的網(wǎng)架或角錐組成的 網(wǎng)架。 3

13、3 （1） 擬夾層板法 把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)連續(xù)化為由三層不同性質(zhì)材料組 成的夾層板。 夾層板的上下表層為主要承載層，中間夾層 聯(lián)系上下層，還承受剪力。 34 (1) 把網(wǎng)架的上、下弦當(dāng)作夾層中不計厚度的上、 下表層，只承受層內(nèi)的平面力，不承受橫向剪力。 (2) 將腹桿折算成厚度等于網(wǎng)架高度的夾心層， 只承受橫向剪力，不承受平面力。 (3) 垂直板面的直線段在變形后仍為直線段，但 不一定垂直板面（即直法線假定）。 即 xz= yz =0 ; z=0 擬夾層板法的基本假定 35 （2）擬板法 把網(wǎng)架簡化為各向同性或各向異性的平板， 按彈性平板彎曲理論建立偏微分方程。不考慮剪 切變形影響，不考慮同一方向上板

14、剛度的變化。 36 1把網(wǎng)架的上、下弦桿看成為板的不計厚度的 上表層和下表層。上、下表層間距等于網(wǎng)架高 度，它們只能承受層內(nèi)的平面力。 2忽略腹桿引起的剪切變形。 3在同一方向上板的剛度不變。 4符合直法線假定。 5彎矩由上下弦桿承擔(dān)，剪力由腹桿承擔(dān)。 擬板法基本假定 37 四 網(wǎng)架溫度應(yīng)力的計算 1 網(wǎng)架不考慮溫度應(yīng)力的條件 (1) 支座節(jié)點的構(gòu)造允許網(wǎng)架有側(cè)移，側(cè)移值 等于或大于p51式(2-39)的計算值。 (2) 周邊支承的網(wǎng)架，網(wǎng)架驗算方向的跨度小于 40m，支承結(jié)構(gòu)為獨立柱或磚壁柱。 (3) 單位力作用下，柱頂位移等于或大于式(2- 39)的計算值。 38 f. te ea l u

15、 m l：驗算方向的跨度 am：支承平面弦桿截面面積的算術(shù)平均值 ：系數(shù)，支承平面弦桿為正交正放=1， 正交斜放=21/2， 三向= 2； ：鋼材的線膨脹系數(shù) t ：計算溫差，升溫為正。 式(2-39) 39 2 網(wǎng)架溫度應(yīng)力計算 計算方法：精確的空間桁架位移法和各種近似 方法。 空間桁架位移法的基本原理是；先將網(wǎng)架各節(jié) 點約束住，求溫度變化引起的桿端內(nèi)力和各節(jié)點的 節(jié)點不平衡力；再取消約束，將節(jié)點不平衡力反向 作用在節(jié)點上，用空間桿系有限元法求由節(jié)點不平 衡力引起的桿件內(nèi)力。最后將桿端內(nèi)力與由節(jié)點不 平衡力引起的桿件內(nèi)力疊加，即求得網(wǎng)架的桿件溫 度應(yīng)力。 40 3 地震作用下的內(nèi)力計算原則

16、（1）豎向抗震驗算 烈度為6度或7度的地區(qū)，可不驗算豎向抗震；設(shè)防烈 度為8度或9度的地區(qū)，應(yīng)進行豎向抗震驗算。 周邊支承和多點支承與周邊支承相結(jié)合的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，豎 向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值按下式確定： fevi=vgi gi: 網(wǎng)架第i節(jié)點的重力代表值 v：豎向地震作用系數(shù) 見 p55 表2-4 41 烈度為7度的地區(qū)，不驗算水平抗震。烈度 為8度的地區(qū)，周邊支承的中小跨度網(wǎng)架，可不 驗算水平抗震。 烈度為9度的地震區(qū)，對各種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均應(yīng) 驗算水平抗震。 （2）水平抗震驗算 42 把網(wǎng)架結(jié)構(gòu)當(dāng)作一塊剛性平板，簡化為單質(zhì) 點體系。 結(jié)構(gòu)的總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值p56： fek=1ge 作用于網(wǎng)架節(jié)點i上的

17、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值: f i=(gi/gi) fek 水平地震作用 43 求桿件的地震作用內(nèi)力 地震作用標(biāo)準(zhǔn)值求出后，按空間桁架位移法 計算各桿件的地震作用內(nèi)力。 44 1) 設(shè)防烈度不低于7度時，在支承平面周邊 設(shè)置水平支撐，提高水平抗震性能。 （3）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求 正交正放類網(wǎng)架 正交斜放類網(wǎng)架 45 2) 網(wǎng)架周邊23格的區(qū)域內(nèi)，桿件的長細(xì) 比不宜大于180，防止桿件內(nèi)力變號時失穩(wěn)。 3) 檁條或屋面板與網(wǎng)架必須可靠連接，避 免地震時屋面材料塌落傷人。 4) 網(wǎng)架屋面排水坡度的形式應(yīng)采用變高度 或整個網(wǎng)架起拱的辦法。 46 第四節(jié) 網(wǎng)架桿件的設(shè)計與構(gòu)造 一 桿件材料和截面形式 網(wǎng)

18、架桿件的品種主要是q235鋼和q345 （ 16mn）鋼。 網(wǎng)架桿件的截面型式有： 最常用經(jīng)濟截面受力大 的弦桿 板節(jié)點連接， 焊接量大. 受力的 腹桿 47 二 桿件的計算長度和容許長細(xì)比 1 網(wǎng)架桿件的計算長度 l 0 = l l 桿件幾何長度（節(jié)點中心間距離）； 計算長度系數(shù)，見下表。 48 計算長度系數(shù) 1）螺栓球節(jié)點桿兩端為鉸接； 2）空心球節(jié)點，取桿件實際長度（空心球的外徑約為桿 件幾何軸線長度的10%）； 3）板節(jié)點節(jié)點構(gòu)造與平面桁架相似，按平面行架取。 49 =l0/min min 桿件的最小回轉(zhuǎn)半徑 要求 2 桿件的長細(xì)比 50 網(wǎng)架桿件的容許長細(xì)比： 1受壓桿件 180 防

19、止過長桿件產(chǎn)生彎曲，降低承載 力。 51 2受拉桿件 a）一般桿件 400 保證桿件在制作、運輸、安裝和使用過 程中有一定剛度。 b）支座附近桿件 300 邊界條件復(fù)雜有時會變號 c）直接承受動力荷載 250 52 3 桿件的容許最小截面尺寸 根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)定（jgj791） 規(guī)定，網(wǎng)架桿件的最小截面尺寸為 1普通角鋼不宜小于50 3； 2鋼管不宜小于48 2， 桿件截面過小易產(chǎn)生初彎曲，對受力不利，因 此，規(guī)定桿件容許最小截面。 53 4 桿件截面的選擇 （1） 桿件截面選擇的原則 1）每個網(wǎng)架所選截面規(guī)格較小跨度以35 種為宜，較大跨度不宜超過10種。 2）選用厚度較薄截面。 3

20、）選用市場能供應(yīng)的規(guī)格。 4）選擇截面時應(yīng)適當(dāng)留有余量，因鋼管出廠 一般均有負(fù)公差。 54 （2）桿件的截面計算 1）軸心受拉 f a n r l min 0 55 2) 軸心壓桿 f a n r l min 0 截面選擇是根據(jù)提供的截面規(guī)格，按滿應(yīng)力 原則選擇最經(jīng)濟截面。 56 第五節(jié) 網(wǎng)架節(jié)點的設(shè)計與構(gòu)造 節(jié)點的作用：連接、匯交桿件，傳遞荷載。 用鋼量焊接球占整個網(wǎng)架桿件的1/51/4； 螺栓1/10 。 57 節(jié)點構(gòu)造要滿足的要求： 1受力合理，傳力明確，盡可能與計算假定 相符。 2保證桿件匯交于一點，不產(chǎn)生附加彎矩。 3構(gòu)造簡單，制作、安裝方便。 4耗鋼量少，造價低廉。 58 網(wǎng)架的節(jié)

21、點形式 1十字交叉鋼板節(jié)點 從平面桁架節(jié)點發(fā)展而來，桿件與節(jié)點板連 接焊接或螺栓連接。 59 圓柱形板節(jié)點 60 2焊接空心球節(jié)點 空心球是由兩個熱壓的半球?qū)付?，桿件 焊在球面上，桿件由鋼管組成。 61 3螺栓球節(jié)點 通過螺栓、套筒等零件將桿件與實心球連 接起來。 62 63 4直接匯交節(jié)點 不用連接件， 用鋼量少 ， 裝 配精度要求高。 64 5焊接鋼管節(jié)點 由空心圓柱體組成，桿件直接焊在圓柱 表面上，桿件加工復(fù)雜。 65 一一 螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點 p62 由鋼球、銷子、套筒和錐頭或封板、螺栓等零 件組成。 66 1 節(jié)點的構(gòu)造原理和零件的材料選用節(jié)點的構(gòu)造原理和零件的材料選用 （1）

22、 螺栓球節(jié)點的構(gòu)造原理 鋼管的兩端焊有帶螺栓的錐頭或封板，用 銷子或緊固螺釘將螺栓與長形六角套筒連在一 起，擰動長形六角套筒，螺栓旋入球體。 螺栓擰緊程度靠銷釘或螺釘來控制。 67 68 高強度螺栓 與螺栓球擰緊后 的狀態(tài) 高強度螺栓未與螺 栓球擰緊的狀態(tài) 69 （2）螺栓球節(jié)點的受力特點節(jié)點的受力特點 螺栓球節(jié)點桿件受拉和受壓時的傳力路線和零 件的作用不同。 1）受拉 傳力路線：拉力鋼管錐頭或封板螺栓 鋼球 套筒不受力 套筒擰緊時，在接觸面會產(chǎn)生預(yù)緊力，螺栓受 預(yù)拉力，套筒受預(yù)壓力。 70 2）受壓 傳力路線：壓力鋼管錐頭或封板套筒 鋼球 螺栓不受力， 壓力通過零件間的接觸面?zhèn)鬟f，銷釘或緊固

23、螺 釘僅在安裝過程中起作用。 71 （3）節(jié)點的零件所用的材料節(jié)點的零件所用的材料 72 2 螺栓球節(jié)點的設(shè)計螺栓球節(jié)點的設(shè)計 （1）鋼球的設(shè)計 鋼球?qū)嵭模嘞蚴芰?，一般不會破損。鋼 球的大小取決于螺栓的直徑、相鄰桿件的夾角 和螺栓伸入球體的長度等。 要求： 1）兩相鄰螺栓不相碰的最小鋼球直徑d為： dd sin d ctgdd 73 2）相鄰兩根桿件套筒不相碰的最小鋼球直徑d為： 2 1 2 2 2 1 d sin d ctgdd 取兩者較大值。 d1、d2相鄰兩個螺栓直徑，d1d2 相鄰兩個螺栓之間的最小夾角（rad)； 螺栓擰入鋼球的長度與螺栓直徑之比， 一般取 = 1.1； 套筒外接圓

24、直徑與螺栓直徑之比，一般取 =l.8。 74 3）當(dāng)相鄰兩桿夾角 30時，還應(yīng)滿足 ： 由式（2）求出的鋼球外徑雖然能保證相鄰兩個套筒不 相碰，但不能保證相鄰兩根桿件的封板不相碰。 d1，d2相鄰兩根桿件的圓鋼管外徑d1d2； d1相應(yīng)于d1 圓鋼管所配螺栓直徑； s套筒的長度。 22 22 211 11 sin2 ddd ddctgds 75 （2）高強螺栓的設(shè)計 高強螺栓是節(jié)點中最關(guān)鍵的傳力部件，強度 應(yīng)為8.8級或10.9級。 76 根據(jù)網(wǎng)架中最大受拉弦桿的內(nèi)力和最大 受拉腹桿內(nèi)力各選定一個； 若兩個螺栓直徑相差較大，在這兩者間 再選一種螺栓直徑； 選用高強度螺栓直徑不宜太多，以免造 成

25、設(shè)計、制造、安裝的麻煩。 螺栓直徑: 77 桿件的最大受拉力應(yīng)滿足： b tn b t fann max 螺栓直徑對強度的影響系數(shù)， 當(dāng)d30mm時，=1.0 ；當(dāng)d30mm時，0.93。 ftb高強螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強度設(shè)計值， d螺栓直徑； an螺栓的有效截面面積 （p113表3-6） 78 當(dāng)螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時，an應(yīng)取螺紋處或銷孔 鍵槽處兩者中的較小值。 an=d2/4-th t、h分別為高強度螺栓無螺紋段處滑槽的深槽部 位的槽寬度、槽深度。 受壓桿件的連接螺栓，可按其內(nèi)力所求得的螺栓直 徑適當(dāng)減少。（3個檔次） 79 螺栓長度lb為: sdl b d螺栓直徑； s套筒長度； 錐

26、頭板或封板厚度 螺栓伸入鋼球的長度與螺栓直徑之比， =1.1 。 80 （3）套筒的設(shè)計 1.作用： 用以擰緊螺栓和傳遞桿件的軸向壓力。 2.構(gòu)造要求： 81 套筒的外形尺寸應(yīng)符合搬手開口尺寸系列，端部應(yīng)保持 平整。 套筒內(nèi)孔徑比螺栓直徑大1mm；滑槽寬度比銷釘直徑大 1.52mm。 套筒端部到緊固螺釘孔邊緣的距離應(yīng)不小于緊固螺釘孔 徑的1.5倍和6mm，以保證套筒的整體剛性和抵抗旋緊高強 度螺栓時所產(chǎn)生的扭矩。 82 3.形式： 六角形的無紋螺母 1）沿套筒長度方向設(shè)滑槽， 2）在套筒側(cè)面設(shè)螺釘孔。 83 1）套筒長度的計算： ）滑槽時 sab1+b2 a 套筒上的滑槽長度 a= dc+d

27、p+4mm d螺栓直徑； c螺栓露出套筒的長度，取c45mm，但不應(yīng)小 于2個絲扣（螺距）； d p銷釘直徑（m4m10）； b 1 套 筒 左 端 部 到 滑 槽 左 邊 緣 的 距 離 ， 一般取b1=4mm； b 2套筒右端部到滑槽右邊緣的距離，一般取 b2=6mm。 84 ）螺釘時 s=a+b1+b2 a dc+ds+4mm a螺栓桿上的滑槽長度； b1套筒右端至螺栓桿上最近端距離， 通常取b16mm； b2套筒左端至螺釘孔距離，通常取 b2=4mm； d s緊固螺釘直徑。 85 2）套筒承載力驗算 套筒的作用是將桿件的軸向力傳給鋼球， 應(yīng)驗算： a) 緊固螺釘孔處凈截面面積的強度 c

28、 =n/an f n圓鋼管桿件傳來的軸心壓力設(shè)計值； an套筒在緊固螺釘孔處的凈截面面積， 86 sn d d r d ra 2 ) 1( 2 3 4 1 2 33 2 2 c =n/an f r套筒的外接圓半徑，取r0.9d； d高強度螺栓的直徑； ds緊固螺釘?shù)闹睆剑?f 套筒所用鋼材的抗壓強度設(shè)計值 87 b)套筒端部的承壓強度 ce =n/ace f ce f ce套筒所用鋼材的端面承壓設(shè)計值 22 1 4 dda wce 88 （4）銷釘或螺釘 套筒旋轉(zhuǎn)過程中，銷子和螺釘承受剪力，剪 力大小與螺栓伸入鋼球的摩阻力有關(guān)。 銷子直徑一般為螺栓直徑的1/71/8 倍，不小 于3mm，也大于

29、8mm； 螺釘?shù)闹睆綖槁菟ㄖ睆?/51/3 倍，不小于 4mm，也大于10mm； 用高強鋼制作。 螺釘 89 （5）封板與錐頭 要求：與連接鋼管等強； 作用：連接鋼管和螺栓，承受桿件傳來的拉力和壓力。 桿件管徑76mm 時，采用錐頭連接； 90 當(dāng)桿件管徑76mm 時，采用封板連接。 91 封板或錐頭與桿件連接焊縫，應(yīng)滿足構(gòu)造要求。 焊縫寬度b根據(jù)連接鋼管壁厚取25mm。 鋼管壁 t10mm，b=2mm。 92 1）封板的計算和構(gòu)造 假定封板為一開口圓板，周邊固定，按塑性理 論進行設(shè)計。 假定螺栓所受力的力n通過螺頭，均勻地傳給 封板開口邊。 93 n鋼管的拉力； q0單位寬度上板承受的集中力

30、； s螺頭中心至板孔邊緣的距離。 封板周邊徑向彎矩 m r=q0(rs) 封板單位寬度的塑性彎矩 s2 n q0 y 2 t f 4 m 94 rf )sr(n2 對小管徑桿件上式計算結(jié)果偏小，規(guī)程 規(guī)定封板厚度不宜小于鋼管外徑15。 令m r=mt 考慮材料抗力分項系數(shù)后，得封 板的厚度與拉力n關(guān)系。 95 （6）錐頭的計算和構(gòu)造 錐頭主要承受來自螺栓的拉力或套筒的壓力， 是一個軸對稱旋轉(zhuǎn)殼體，承載力主要與錐頂厚度、 連接桿件外徑、錐頭斜率等有關(guān)。 經(jīng)回歸分析得管徑為75219mm的鋼管，材 料為q235的錐頭受拉承載力設(shè)計值為： fddh d k 33. 0n 67. 0 1 35. 1

31、1 56. 0 1 22. 0 t 96 d 鋼管外徑（mm）；d1錐頂外徑（mm）； h1錐頂厚度（mm）；h2錐頭高度（mm）； d1錐頭頂板孔徑（mm）； d1d1mm d螺栓直徑（mm）； k錐頭斜率， 2 1 2h dd k 上式應(yīng)滿足按dd1， 5 r 2 r=1/k 5 1 1 2 d h 97 二、焊接空心球節(jié)點 由兩個半球?qū)付?，有不加肋和加肋兩種。 d300mm 98 熱壓：圓鋼板，加熱后用沖壓機在模具上壓成 半圓球。不需很大壓力，用得最多。 冷壓：要求材質(zhì)好，需較大壓力，模具磨損較大， 少用。 半球成型方法： 鋼板切割成圓形，鋼材利 用率低，節(jié)點用鋼量約占 總用鋼量20

32、25。 99 能自然對中，對圓鋼管，只要切割面垂直 桿件軸線，就能在空心球上自然對中；當(dāng)匯交 桿件多時，這種優(yōu)點就更突出。 缺點： 現(xiàn)場焊接工作量大，施工難度大。 優(yōu)點： 100 1 空心球的構(gòu)造要求空心球的構(gòu)造要求 （1）空心球的外徑 d 為便于施焊，要求連接于同一球節(jié)點的 各桿件的空隙不小于(大于）10mm。 101 a2dd d 21 要求 d1，d2相鄰兩根桿件的外徑（mm）； 相鄰兩根桿件的夾角（以弧度為單位） 一個節(jié)點有多根桿件相交在一起，相鄰兩 根桿件的夾角取其中最小的。 a 相鄰兩根桿件間的空隙。取a10mm。 102 當(dāng)空心球外徑等于或大于300mm，桿件的內(nèi)力 較大時，在球

33、內(nèi)設(shè)肋板來提高其承載力； 肋板的厚度不小于球壁厚； 肋板與內(nèi)力較大的桿件同在一個平面內(nèi)。 103 空心球直徑過大，連接桿件較多時，允許部分 腹桿與腹桿或腹桿與弦桿相匯交。 匯交桿件的軸線要通過空心球的形心。 匯交兩桿中，截面積大的桿件要全截面焊在球 上；當(dāng)兩桿截面面積相等時，拉桿為主桿，另一 桿坡口焊在主桿上，保證3/4截面焊在球上。 匯交桿件受力較大時，要設(shè)置加勁肋。 104 （2）空心球的壁厚 由桿件內(nèi)力決定的，d與的比值，一般取 3045。與鋼管最大壁厚的比值一般取1.22.0， 且一般不宜小于4mm。 105 （3）空心球的優(yōu)化設(shè)計 通常空心球的造價為鋼管造價的23倍，空 心球外徑d與

34、鋼管外徑d呈線性關(guān)系。 設(shè)計時為提高壓桿的承載力，常選管徑大、 管壁薄的桿件。 管徑大，空心球的外徑增大，網(wǎng)架總造價提 高。反之，管徑減少，球徑減少，鋼管的用鋼量卻 增大。 106 研究表明，鋼管直徑（d）與球徑（d）有合 理匹配問題，反映在壓桿長度l與空心球外徑d 的合理比值k。即 d= l/k l 壓桿計算長度； k合理系數(shù)， 確定合理的空心球外徑后，再根據(jù)構(gòu)造要求 或按下式確定鋼管外徑 ： d=d/2.7 107 合理的ld比值k 108 （4） 空心球設(shè)計承載力計算空心球設(shè)計承載力計算 1) 受壓空心球 空心球是閉合的球殼，破壞屬殼體失穩(wěn)。 由于匯交桿件的多向性，球體承受和傳遞多 個環(huán)

35、形荷載，受力復(fù)雜。 試驗表明：球節(jié)點在單向和雙向受力時，極 限荷載很接近。 球體設(shè)計承載力是以單壓試驗為依據(jù)。 109 ）受壓空心球的破壞荷載（nc）與空心球壁厚t、 空心球外徑d和連接鋼管外徑d有關(guān)。 當(dāng)d，d不變時，t增大，nc增大； 當(dāng)d，t不變時，d增大，nc增大； 當(dāng)t，d不變時，d增大，nc無顯著影響。 ）不同的鋼種對nc值無顯著影響。 ）加肋空心球比不加肋空心球提高承載力1.4倍。 試驗結(jié)果： 110 當(dāng)空心球外徑d120500mm 時，受壓 承載力設(shè)計值的計算公式為：p65 d dt .tdn cc nc受壓空心球的軸向壓力設(shè)計值（n）； d 空心球外徑（mm）； t 空心球壁

36、厚（mm）； d 鋼管外徑（mm）； c 受壓空心球加肋提高系數(shù)： 不加肋 c =10； 加肋 c =14 111 2）受拉空心球 破壞屬強度破壞，具有沖剪破 壞特征。 根據(jù)試驗得出下列結(jié)論： ）破壞是由于鋼管外壁圓周沿球面上的復(fù)雜組合 應(yīng)力過大而破壞。 ）加肋對受拉空心球承載力提高不多。 112 當(dāng)空心球外徑d120500mm 時，受 拉承載力設(shè)計值的計算公式為：p66 ftd55. 0n tt n t受拉空心球的軸向拉力設(shè)計值（n）； t 空心球壁厚（mm）； d 鋼管外徑（mm）； f 鋼材強度設(shè)計值（n/mm2）； t 受拉空心球加肋提高系數(shù)： 不加肋 t 1.0； 加肋 t =1.1

37、 113 (5) 鋼管與空心球的連接鋼管與空心球的連接 鋼管與空心球電焊連接，對接焊縫要求等 強，焊縫質(zhì)量要達到級。鋼管壁厚大于 4mm時端面要作剖口，在鋼管內(nèi)加設(shè)襯管(保 證焊透）。 114 n鋼管軸向力； d鋼管外徑； f 端縫強度設(shè)計值增大系數(shù) 靜力荷載 f =1.22；動力荷載 f 1.0 h e角焊縫有效厚度，h eh fcos（ /2） h f焊腳尺寸， 管壁與球壁夾角， ffw角焊縫的強度設(shè)計值。 鋼管與球面用角焊連接時，焊縫按斜角 角焊縫計算，計算公式為： w t fe f dh n 115 三 焊接鋼板節(jié)點焊接鋼板節(jié)點 焊接鋼板節(jié)點是在平面桁架節(jié)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的。它沿受

38、力方向設(shè)節(jié)點板，節(jié)點板間以焊縫相連， 各桿件連接在相應(yīng)節(jié)點板上。 它通常由在空間呈正交的十 字節(jié)點板和設(shè)于底部或頂部的 水平蓋板所組成。 116 117 焊接鋼板節(jié)點具有剛度大、用鋼量較少、造價較低 等優(yōu)點，但不便工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，工地焊接工作量 大，適合于由角鋼桿件組成的網(wǎng)架。 118 四 支座節(jié)點支座節(jié)點 網(wǎng)架支座節(jié)點指支承在結(jié)構(gòu)上的網(wǎng)架節(jié)點，要求做到 受力明確，傳力簡捷，連接構(gòu)造簡單，安裝方便、可靠， 經(jīng)濟合理，盡可能與計算假定吻合。 通常為鉸支座，允許它轉(zhuǎn)動。 支座節(jié)點除傳遞豎向力外，還應(yīng)考慮地震、風(fēng)荷載， 溫度等產(chǎn)生水平位移和水平反力的影響。 119 1 支座節(jié)點的形式 根據(jù)網(wǎng)架類

39、型、跨度大小、作用荷載情況、 桿件截面形狀和節(jié)點形式等，合理選擇支座節(jié)點 形式。 網(wǎng)架在豎向荷載作用下，支座一般都受壓， 但有些也受拉。 120 （1）壓力支座節(jié)點 常用的形式： l）平板壓力支座節(jié)點 用于焊接鋼板節(jié)點 用于球節(jié)點 它不能轉(zhuǎn)動或移動，預(yù)埋錨栓僅起定位作用，和 計算假定相差較大，一般只用于小跨度l240m 。 121 2）單面弧形壓力支座 支座底板下設(shè)一弧形墊塊，沿弧形方向 可轉(zhuǎn)動，弧形墊塊，用鑄鋼或厚鋼板制成。 底板反力比較均勻，比較符合不動圓柱鉸支 承情況。用于中小跨度。 兩個錨栓，一般設(shè)在墊塊的中心線上；當(dāng) 支座反力較大、支座節(jié)點體量較大時，在支座 底板的四角，設(shè)四個錨栓，

40、錨栓上部應(yīng)設(shè)彈簧。 122 3）雙面弧形壓力支座節(jié)點 又稱搖擺支座，支座底板與柱頂板間設(shè)一塊上下均為 弧形的鑄鋼塊，兩側(cè)從支座底板和支承面頂板分別焊兩 塊帶橢圓孔的梯形鋼板，由螺栓連成整體。 可沿弧形轉(zhuǎn)動，也可產(chǎn)生水平移動；對下部結(jié)構(gòu)抗震 不利。 用于下部支承結(jié)構(gòu)剛度較大的大跨度或溫度變化較大， 要求支座節(jié)點既能轉(zhuǎn)動又能移動的網(wǎng)架。 123 4）球鉸壓力支座節(jié)點 由一個置于支承面上半圓球與一個連于節(jié)點底板上 凹形半球嵌合而成，用四個螺栓相連，并在螺帽下設(shè)彈 簧。可沿兩個方向轉(zhuǎn)動，不產(chǎn)生線位移，比較符合球鉸 支承的約束條件，有利于抗震。 構(gòu)造上凸面球的曲率半徑應(yīng)較凹面球的曲率半徑小 些，以便接觸

41、面呈點接觸，有利于支座的自由轉(zhuǎn)動。 適用于多點支承的大跨度網(wǎng)架。 124 5）板式橡膠支座節(jié)點 支座底板與支承面間設(shè)一塊橡膠墊板，橡膠墊板由多層橡 膠片與薄鋼板粘合、壓制而成。在底板與支承面間用錨栓相 連。 橡膠墊板具有良好的彈性，可產(chǎn)生較大的剪切變形。 可適用網(wǎng)架支座節(jié)點的轉(zhuǎn)動，也可在水平作用下產(chǎn)生一定 變位。一般用于大、中跨度。 但存在橡膠老化及下部支撐結(jié)構(gòu)的抗震計算等問題。 125 板式橡膠支座節(jié)點的構(gòu)造要求： (1) 溫度： 氣溫不低于-25c的地區(qū)，采用氯丁橡膠墊板； 氣溫不低于-30c的地區(qū)，采用耐寒氯丁橡膠 墊板； 氣溫不低于-40c的地區(qū)，采用天然橡膠支座。 126 (2) 橡

42、膠墊板中間的加勁薄鋼板，采用q235 鋼或q345鋼，15mnv鈉。薄鋼板的厚度為 23mm，平面尺寸比橡膠片每邊小5mm。 (3) 橡膠墊板的平面尺寸按強度條件計算確 定，短邊與長邊尺寸比 ab1:11:1.5。 短邊平行于網(wǎng)架跨度方向，長邊順網(wǎng)架支 座切線方向，便于支座的轉(zhuǎn)動。 127 (4) 橡膠墊板與基座的鋼板或混凝土間可 用502膠等膠結(jié)劑粘結(jié)固定必要時可增設(shè)銷 釘?shù)认尬谎b置。 為防止老化，可在橡膠墊板四周涂以酚醛 樹脂，并粘結(jié)泡沫塑料等。 設(shè)計時要考慮橡膠老化而需要更換的條 件。 128 (5) 當(dāng)網(wǎng)架支座錨栓通過橡膠墊板時，橡膠墊 板上的錨栓孔徑應(yīng)比錨栓直徑大1020mm，以 便

43、于橡膠墊板的剪切變形和壓縮變形。 (6) 橡膠墊板的總厚度d應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架跨度方向 的伸縮量和網(wǎng)架支座轉(zhuǎn)角的要求來確定。 一般 d（1/103/10）a 且 d 40mm a 短邊長度 129 (7) 橡膠墊板中橡膠片的厚度，上下表層dt取 2.5mm，中間各層di可取為墊板短邊尺寸的1 251/30，常用厚度宜采用5mm、8mm或11mm。 (8) 橡膠墊板在安裝、使用過程中，要避免與油 脂等油類物質(zhì)以及其它對橡膠有害的物質(zhì)接觸。 130 （2）拉力支座節(jié)點 1）平板拉力支座節(jié)點 錨栓承受拉力，適用于支座拉力不大，跨度較小的網(wǎng) 架。 131 2）單面弧形拉力支座節(jié)點 與單面弧形壓力支座相似，支座

44、下部設(shè)置了弧形板， 有利于支座作微量轉(zhuǎn)動。為更好地傳遞支座的拉力，應(yīng)在 節(jié)點板處設(shè)置錨栓支座托座，以增強支座節(jié)點的剛度。 兩個螺栓時，螺栓應(yīng)布置在節(jié)點中心線上。4個螺栓 時應(yīng)盡量靠近中心位置布置，螺母不要擰得太緊，支座 板可以較自由地沿弧面移動或轉(zhuǎn)動。 適用于中小跨度的網(wǎng)架。 132 2 支座節(jié)點的設(shè)計 （1）平板支座節(jié)點的設(shè)計 1）確定底板尺寸和厚度 設(shè)支座反力為r，支座底板面積： n c r a f 0 abaan a、b底板的長度和寬度； a0錨栓孔面積 底板最小尺寸一般不小于200mm 。 133 底板的厚度： f m6 m帶加勁肋底板彎矩 2 11qa m n a r q 底板不宜太

45、薄，一般不小于1620mm。 134 2)支座節(jié)點板的設(shè)計 為提高支座節(jié)點的側(cè)向剛度，減少底板彎矩，改善底 板的受力，設(shè)置節(jié)點板。 節(jié)點板一般不受強度控制，但自由邊可能在底板向上壓 力的作用下受壓而屈曲。要求： 當(dāng) b1/hc1.0時， b1/tc42.28 當(dāng) 1.0b1/hc2.0時， b1/tc42.28(b1/hc) 135 (2)弧形支座板的計算 1）弧形支座板的平面尺寸應(yīng)滿足局部承壓 的強度條件。 2）弧形支座板的厚度ta按懸臂梁計算確定。 136 8 ) 2 )( 2 1 2 ra b a ab r a 應(yīng)滿足的強度條件：f w m a max 3 4 a ra t bf f鑄鋼或鋼材的抗彎強度設(shè)計值， w弧形支座板中央截面的截面抵抗矩，w=bt2a/6 r支座反力設(shè)計值， a 弧形支座板的寬度， b弧形支座板的長度。 即:弧形板中央截面高度 （支座底板厚度） ，且不小于50mm。 137 按弧形支座板與支座底板的接觸應(yīng)力驗算， 接觸應(yīng)力按赫茲公式計算，其強度條件為 3) 弧面半徑的確定: 弧面半徑 r25r/2bf (或r0.18re/b(fp)2f )，且不小于2a。 弧形支座板的厚度 t0 15 mm。 0.418 p er f rb fp鑄鋼或鋼材自由接觸時的局部擠壓強度設(shè)計值， fp=2.62fy 。 138