網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造課件

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造一、桿件材料及截面型式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件一般采用Q235鋼和Q345鋼鋼桿件截面型式分為圓鋼管、角鋼、薄壁型鋼三種。桿件截面型式的選擇與網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)形式有關(guān)。網(wǎng)架桿件的截面應(yīng)根據(jù)承載力和穩(wěn)定性的計(jì)算確定。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造一、桿件材料及截面型式1二、網(wǎng)架桿件的計(jì)算長度桿件的計(jì)算長度與匯集于節(jié)點(diǎn)的桿件受力狀況及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有關(guān)。網(wǎng)架桿件計(jì)算長度l0二、網(wǎng)架桿件的計(jì)算長度桿件的計(jì)算長度與匯集于節(jié)點(diǎn)的桿件受力狀2三、網(wǎng)架桿件的容許長細(xì)比1）受壓桿件：[λ]=1802）受拉桿件：一般桿件[λ]=400，支座附近處桿件[λ]=300，直接承受動力荷載桿件[λ]=250。三、網(wǎng)架桿件的容許長細(xì)比1）受壓桿件：[λ]=1803四、網(wǎng)架桿件的截面選擇與最小截面尺寸網(wǎng)架桿件的最小截面尺寸應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架跨度及網(wǎng)格大小確定，角鋼不宜小于∟50×3，圓鋼管不宜小于Φ48×2。薄壁型鋼的壁厚不應(yīng)小于2mm。四、網(wǎng)架桿件的截面選擇與最小截面尺寸網(wǎng)架桿件的最小截面尺寸4五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)型式及選擇1）按節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)架中的位置可分為：中間節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)架桿件交匯的一般節(jié)點(diǎn)）、再分桿節(jié)點(diǎn)、屋脊節(jié)點(diǎn)和支座節(jié)點(diǎn)。2）按節(jié)點(diǎn)連接方式可以分為焊接連接節(jié)點(diǎn)、高強(qiáng)度連接節(jié)點(diǎn)、焊接和高強(qiáng)度螺栓混合連接節(jié)點(diǎn)。3）按節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造型式可分為板節(jié)點(diǎn)、半球節(jié)點(diǎn)、球節(jié)點(diǎn)、鋼管圓筒節(jié)點(diǎn)、鋼管鼓節(jié)點(diǎn)等。網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求是：受力合理，傳力明確，便于制造、安裝，節(jié)省鋼材。五、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造1.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)型式及選擇52.螺栓球節(jié)點(diǎn)1）螺栓球節(jié)點(diǎn)的組成、材料、特點(diǎn)螺栓球一般由鋼球、高強(qiáng)度螺栓、緊固螺釘（或銷子）、套筒和錐頭或封板等零件組成，適合與連接圓鋼管桿件。2.螺栓球節(jié)點(diǎn)1）螺栓球節(jié)點(diǎn)的組成、材料、特點(diǎn)6

螺栓球節(jié)點(diǎn)的套筒、錐頭和封板采用Q235系列、Q345系列鋼材；鋼球采用45號鋼；螺栓、銷子或緊固螺釘采用高強(qiáng)度鋼材如45號鋼、40B鋼、40Cr鋼、20MnTiB鋼等。螺栓球節(jié)點(diǎn)的套筒、錐頭和封板采用Q235系列、Q347網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造ppt課件82）螺栓球節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造原理及受力特點(diǎn)（1）構(gòu)造原理2）螺栓球節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造原理及受力特點(diǎn)（1）構(gòu)造原理9（2）受力特點(diǎn)擰緊螺栓的過程，相當(dāng)于對節(jié)點(diǎn)施加預(yù)應(yīng)力的過程。預(yù)應(yīng)力的大小與擰緊程度成正比。此時(shí)螺栓受預(yù)拉力，套筒受預(yù)壓力；在節(jié)點(diǎn)上形成自相平衡的內(nèi)力，而桿件不受力。當(dāng)網(wǎng)架承受荷載后，拉桿內(nèi)力通過螺栓受拉傳遞，隨著荷載的增加，套筒預(yù)壓力逐漸減??；到破壞時(shí)，桿件壓力全由套筒承受。（2）受力特點(diǎn)擰緊螺栓的過程，相當(dāng)于對節(jié)點(diǎn)施加預(yù)應(yīng)力的過程103）螺栓球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)（1）螺栓鋼球體的設(shè)計(jì)螺栓鋼球體直徑的大小主要取決于高強(qiáng)度螺栓的直徑，高強(qiáng)度螺栓擰入球體的長度及相鄰兩桿件軸線之間的夾角。當(dāng)網(wǎng)架中各桿件所需高強(qiáng)度螺栓直徑確定以后，螺栓鋼球直徑的大小應(yīng)同時(shí)滿足兩個(gè)條件：①保證相鄰兩螺栓在球體內(nèi)不相碰；②保證套筒與鋼球之間有足夠的接觸面。3）螺栓球節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)（1）螺栓鋼球體的設(shè)計(jì)11確定鋼球直徑D式中，D——鋼球直徑，mm（應(yīng)取兩式算得結(jié)果中的較大值）；d1，d2——高強(qiáng)度螺栓直徑，mm，d1≥d2；θ——兩高強(qiáng)度螺栓軸線之間的最小夾角，rad；ξ——高強(qiáng)度螺栓伸進(jìn)鋼球長度與高強(qiáng)度螺栓直徑的比值，一般取ξ=1.1；η——套筒外接圓直徑與高強(qiáng)度螺栓直徑的比值，一般取η=1.8。確定鋼球直徑D12（2）高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)一般情況下，根據(jù)網(wǎng)架中最大受拉弦桿內(nèi)力和最大受拉腹桿內(nèi)力各選定一個(gè)螺栓直徑，若這兩個(gè)螺栓直徑相差太大，可以在這兩者之間再選一種螺栓直徑；即使網(wǎng)架跨度、荷載較大時(shí)，選用高強(qiáng)度螺栓直徑不宜過多，以免造成設(shè)計(jì)、制造、安裝過于麻煩。（2）高強(qiáng)度螺栓的設(shè)計(jì)一般情況下，根據(jù)網(wǎng)架中最大受拉弦桿內(nèi)13每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的受拉承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的受拉承載力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：14式中，Nmax——網(wǎng)架桿件（弦桿或腹桿）中的最大拉力設(shè)計(jì)值，N；Nbt——高強(qiáng)度螺栓的抗拉承載力設(shè)計(jì)值，N；ψ——螺栓直徑對承載力影響系數(shù)，當(dāng)螺栓直徑<30mm時(shí)，ψ=1.0；當(dāng)螺栓直徑>30mm時(shí)，ψ=0.93。fbt——高強(qiáng)度螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：對40Cr鋼、40B鋼、20MnTiB鋼為430N/mm2；對45號鋼為365N/mm2；Aeff——高強(qiáng)度螺栓的有效截面積，mm；可按表4－9選??；當(dāng)螺栓上開有滑槽時(shí)，Aeff應(yīng)取螺紋處和滑槽處的有效截面面積的較小值。式中，Nmax——網(wǎng)架桿件（弦桿或腹桿）中的最大拉力設(shè)計(jì)值，15未擰緊的狀態(tài)未擰緊的狀態(tài)16擰緊后的狀態(tài)擰緊后的狀態(tài)17滑槽長度可按下式計(jì)算：式中，a——滑槽深度，mm；dξ——高強(qiáng)度螺栓伸入鋼球的長度，mm；c——高強(qiáng)度螺栓露出的套筒外的長度，一般=4～6mm，且不應(yīng)少于兩個(gè)螺距；csd——緊固螺釘?shù)闹睆剑话銥镸4、M5、M6、M8、M10?；坶L度可按下式計(jì)算：18（3）套筒（無紋螺母）的設(shè)計(jì)套筒的作用是擰緊高強(qiáng)度螺栓，承受圓鋼管桿件傳來的壓力。套筒的外形尺寸應(yīng)符合扳手開口尺寸系列，端部保持平整，內(nèi)孔徑可比高強(qiáng)度螺栓直徑大1mm。（3）套筒（無紋螺母）的設(shè)計(jì)套筒的作用是擰緊高強(qiáng)度螺栓，承19套筒的長度按下式計(jì)算：Ln=a+b1+b2式中，Ln——套筒長度，mm；a——高強(qiáng)度螺栓桿上的滑槽長度，由上式確定；b1——套筒左端部至高強(qiáng)度螺栓桿的滑槽左邊緣的距離，通常取b1=4mm；b2——套筒右端部至高強(qiáng)度螺栓桿的滑槽右邊緣的距離，通常取b2=6mm。套筒的長度按下式計(jì)算：Ln=a+b1+b220（4）緊固螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)緊固螺釘?shù)淖饔檬前馐謹(jǐn)Q轉(zhuǎn)套度螺栓時(shí)，緊固螺釘承受剪力。當(dāng)高強(qiáng)度螺栓擰至設(shè)計(jì)所要求深度時(shí)，緊固螺釘?shù)竭_(dá)螺栓的滑槽端部的深槽，將緊固螺釘旋入深槽，加以固定，防止套筒松動。（4）緊固螺釘?shù)脑O(shè)計(jì)緊固螺釘?shù)淖饔檬前馐謹(jǐn)Q轉(zhuǎn)套度螺栓時(shí)，緊21（5）錐頭和封板的設(shè)計(jì)當(dāng)圓鋼管桿件直徑≥76mm時(shí)，宜采用錐頭。錐頭的任何截面均應(yīng)與桿件截面等強(qiáng)度，錐頭底板的厚度不宜小于被連接桿件外徑的1/6。錐頭底板外側(cè)平直部分的外接圓直徑一般取高強(qiáng)度螺栓直徑的1.8倍加3～5mm；錐頭斜向筒壁的坡度應(yīng)≤1/4。（5）錐頭和封板的設(shè)計(jì)當(dāng)圓鋼管桿件直徑≥76mm時(shí)，宜采用22當(dāng)圓鋼管桿件直徑＜76mm時(shí)，可采用封板，其厚度不宜小于桿件外徑的1/5。錐頭和封板的表面要保持平整，以確保緊固高強(qiáng)度螺栓的裝配質(zhì)量。高強(qiáng)度螺栓孔中心線應(yīng)盡量與桿件軸線重合，螺栓孔徑比螺栓直徑大0.5～1.0mm。當(dāng)圓鋼管桿件直徑＜76mm時(shí)，可采用封板，其厚度不宜小于桿件23錐頭或封板與鋼管的連接錐頭或封板與鋼管的連接243.焊接空心球節(jié)點(diǎn)當(dāng)網(wǎng)架桿件內(nèi)力很大（一般≥750kN）時(shí)，若仍采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，會造成鋼球過大而使用鋼量增多。此時(shí)應(yīng)考慮采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)。1）焊接空心球節(jié)點(diǎn)的材料、特點(diǎn)和基本構(gòu)造3.焊接空心球節(jié)點(diǎn)當(dāng)網(wǎng)架桿件內(nèi)力很大（一般≥750kN）25焊接空心球節(jié)點(diǎn)是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q345鋼）經(jīng)熱壓或冷壓成兩個(gè)半球后對焊而成的。鋼球外徑一般為160mm～500mm。分加肋和不加肋兩種，肋板厚度與球壁等厚。焊接空心球節(jié)點(diǎn)是用兩塊圓鋼板（鋼號Q235鋼或Q345鋼）經(jīng)26空心球剖面圖無肋空心球空心球剖面圖無肋空心球27有肋空心球有肋空心球28焊接空心球節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是傳力明確，構(gòu)造簡單，造型美觀，連接方便，適應(yīng)性強(qiáng)。這種球節(jié)點(diǎn)適用于連接圓鋼管，由于球體沒有方向性，可與任意方向的桿件相連;因此，它的適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。焊接空心球節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)是傳力明確，構(gòu)造簡單，造型美觀，連接方便29網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造ppt課件30網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造ppt課件31網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與構(gòu)造ppt課件32焊接空心球節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn)是：用鋼量較大，節(jié)點(diǎn)用鋼量占網(wǎng)架總用鋼量20%～25%；沖壓焊接費(fèi)工，焊接質(zhì)量要求高，現(xiàn)場仰焊、立焊占很大比重；桿件下料要求準(zhǔn)確；當(dāng)焊接工藝不當(dāng)造成焊接變形過大后難于處理。焊接空心球節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn)是：用鋼量較大，節(jié)點(diǎn)用鋼量占網(wǎng)架總用鋼33空心球外徑D與球壁厚t的比值一般取D/t=25～45；空心球壁厚t與連接與空心球的圓鋼管最大壁厚tPmax的比值宜取：t/tPmax=1.2～2.0；空心球的壁厚宜t≥4mm?？招那蛲鈴紻與球壁厚t的比值一般取D/t=25～45；空心球34為了便于施焊，確保焊縫質(zhì)量，避免焊縫過分集中，空心球面上的各桿件之間的凈距宜a≥10mm。同一網(wǎng)架中，宜采用一種或兩種規(guī)格的球，最多不超過4種，以避免設(shè)計(jì)、制造、安裝時(shí)過于復(fù)雜化?？招那驊?yīng)鉆一φ6的小孔，供焊接時(shí)球內(nèi)的空氣膨脹逸出之用。但焊接完畢后應(yīng)將小孔封閉，以免球內(nèi)發(fā)生銹蝕。為了便于施焊，確保焊縫質(zhì)量，避免焊縫過分集中，空心球面上的各35有下列情況之一時(shí)，宜在空心球內(nèi)加設(shè)環(huán)形加勁肋板：①空心球的外徑D≥300mm，且連接于空心球的圓鋼管桿件的內(nèi)力較大時(shí)；②空心球的壁厚t小于與球相連的圓鋼管腹桿壁厚ts的2倍即：t<2ts時(shí)；③空心球的外徑D大于與球相連的圓鋼管腹桿外徑ds的3倍即：D>3ds時(shí)；④在同一網(wǎng)架中，往往需要調(diào)整和統(tǒng)一空心球的外徑，以減少球的規(guī)格，為此而需要在空心球內(nèi)加設(shè)環(huán)形加勁肋板以滿足球體的承載力設(shè)計(jì)值時(shí)。有下列情況之一時(shí)，宜在空心球內(nèi)加設(shè)環(huán)形加勁肋板：①空心球362）焊接空心球節(jié)點(diǎn)的直徑及承載力根據(jù)連接于空心球面上的兩相鄰圓鋼管桿件之間的凈距、兩桿件軸線之間的夾角及兩圓鋼管桿件的外徑，可按下式計(jì)算空心球的最小外徑：D=(d1+2a+d2)/θ式中D——空心球所需要的最小外徑，mm；a——空心球上兩圓鋼管桿件之間的凈距，應(yīng)有a≥10mm；θ——匯集于球節(jié)點(diǎn)任意兩圓鋼管桿件之間的夾角，rad；d1、d2——組成θ角的兩圓鋼管桿件的外徑，mm。2）焊接空心球節(jié)點(diǎn)的直徑及承載力根據(jù)連接于空心球面上的兩相37當(dāng)空心球直徑為120～150mm時(shí)，其受壓、受拉承載力設(shè)計(jì)值可分別按下列公式計(jì)算：受壓空心球：當(dāng)空心球直徑為120～150mm時(shí)，其受壓、受拉承載力設(shè)計(jì)值38受拉空心球：

Ntmaxt≤Nt=0.55ηtdπf

式中Ncmax——與空心球相連的圓鋼管桿件的最大軸心壓力設(shè)計(jì)值，N；Ntmax——與空心球相連的圓鋼管桿件的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值，N；Nc——受壓空心球的軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值，N；D——空心球外徑，mm；t——空心球的壁厚，mm；d——與空心球相連對應(yīng)于Ncmax或Ntmax的圓鋼管桿件的外徑，mm；ηc——受壓空心球加緊肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηc=1.0；加肋，ηc=1.4；Nt——受拉空心球的軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值，N；f——鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；ηt——受拉空心球加緊肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηt=1.0；加肋，ηt=1.1。受拉空心球：Ntmaxt≤Nt=0.55ηtdπf39受拉空心球：

Ntmaxt≤Nt=0.55ηtdπf

式中Ncmax——與空心球相連的圓鋼管桿件的最大軸心壓力設(shè)計(jì)值，N；Ntmax——與空心球相連的圓鋼管桿件的最大軸心拉力設(shè)計(jì)值，N；Nc——受壓空心球的軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值，N；D——空心球外徑，mm；t——空心球的壁厚，mm；d——與空心球相連對應(yīng)于Ncmax或Ntmax的圓鋼管桿件的外徑，mm；ηc——受壓空心球加緊肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηc=1.0；加肋，ηc=1.4；Nt——受拉空心球的軸向受拉承載力設(shè)計(jì)值，N；f——鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N/mm2；ηt——受拉空心球加緊肋承載力提高系數(shù)，不加肋，ηt=1.0；加肋，ηt=1.1。受拉空心球：Ntmaxt≤Nt=0.55ηtdπf403）焊接空心球與桿件的連接圓鋼管桿件與空心球的焊接連接，一般均應(yīng)滿足與被連接的圓鋼管桿件截面等強(qiáng)。對于小跨度的輕型網(wǎng)架，當(dāng)管壁厚度t＜6mm時(shí)，圓鋼管桿件與空心球之間可采用角焊縫連接，圓鋼管內(nèi)可不加設(shè)短襯管。此時(shí)，按與桿件截面等強(qiáng)的條件可計(jì)算所需角焊縫焊腳尺寸hf：3）焊接空心球與桿件的連接圓鋼管桿件與空心球的焊接連接，一41角焊縫的焊角尺寸hf還應(yīng)符合以下要求：①當(dāng)t≤4mm時(shí)，hf≤1.5t，且不宜小于4mm；②當(dāng)t＞4mm時(shí)，hf≤1.2t，且不宜小于6mm。t為與空心球相連的圓鋼管桿件的壁厚。角焊縫的焊角尺寸hf還應(yīng)符合以下要求：①當(dāng)t≤4mm時(shí)，42焊接空心球與桿件的連接焊接空心球與桿件的連接434.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)空間網(wǎng)架的支座一般都采用鉸支座，支承在柱、圈梁或磚墻上。設(shè)計(jì)空間網(wǎng)架的支座節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)架的類型、跨度的大小、作用荷載情況，網(wǎng)架桿件截面形狀以及加工制造方法和施工安裝方法等，選用適當(dāng)型式的支座。根據(jù)受力狀態(tài)，網(wǎng)架的支座節(jié)點(diǎn)一般分為壓力支座節(jié)點(diǎn)和拉力支座節(jié)點(diǎn)兩大類。4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支座節(jié)點(diǎn)空間網(wǎng)架的支座一般都采用鉸支座，支承44(1)壓力支座節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中這類支座節(jié)點(diǎn)較多，它主要傳遞支點(diǎn)反力。一般有下列幾種常見的型式。1）平板壓力支座節(jié)點(diǎn)這種節(jié)點(diǎn)由十字型節(jié)點(diǎn)板和一塊底板組成，構(gòu)造簡單、加工方便、用鋼量省。但其支承板下的摩擦力較大，支座不能轉(zhuǎn)動或移動，支承板下的應(yīng)力分布也不均勻，和計(jì)算假定相差較大，一般只適