第二章 网架结构 (2).ppt

第二章 网架结构,2.8 网架的杆件设计 杆件材料:一般采用Q235钢，当荷载较大或跨度较大时，宜采用Q345钢截面型式 ：有圆钢管、方钢管、角钢、薄壁型钢等圆钢管因其回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利，故一般情况下，圆钢管截面比其他型钢截面可节约20%的用钢量圆钢管有高频电焊钢管或无缝钢管高频电焊钢管，价格便宜、壁薄，应优先采用薄壁方钢管回转半径大、两方向相等、能直接搁置屋面板，国外广泛应用双角钢T形截面适合板节点，现应用不多第二章 网架结构 § 2.8 网架杆件设计,杆件的计算长度:容许长细比 ：受压杆件：[λ]=180受拉杆件：一般杆件[λ]=400，支座附近处杆件[λ]=300，直接承受动力荷载杆件[λ]=250第二章 网架结构 § 2.8 网架杆件设计,截面选择 ：网架杆件的截面应根据承载力和稳定性的计算确定对于轴心受拉杆件，应验算强度和刚度对于轴心受压杆件，则应验算强度、稳定和刚度 宜选择薄壁截面，较小跨度网架宜采用2~3种截面规格，较大跨度时宜采用6~7种截面规格角钢杆件不宜小于L50×3，圆钢管杆件不宜小于Φ48×2，跨度较大时不宜小于Φ60×2 。

薄壁型钢的壁厚不应小于2mm第二章 网架结构 § 2.8 网架杆件设计,在选择杆件截面时，应避免最大截面弦杆与最小截面腹杆同交于一个节点的情况，否则容易造成腹杆弯曲（特别是螺栓球节点网架）在构造设计时，宜避免难于检查、清刷、油漆以及积留湿气或灰尘的死角或凹槽管形截面杆件，应将两端封闭2.9 网架节点设计 2.9.1 节点型式及选择 节点在网架结构中起着连接汇交杆件，传递杆件内力的作用节点也是网架与屋面、吊顶、管道设备、悬挂吊车等的连接之处，起着传递荷载的作用 节点型式的选择是网架设计中的重要内容节点设计是否合理，将直接影响网架的工作性能、安装质量、用钢量及工程造价等节点设计应符合下列原则：受力合理，传力明确、可靠，实际节点构造与计算假定要吻合；保证各杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；构造简单，制作、安装方便；用钢量省第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,网架的节点型式 按节点在网架中的位置可分为：中间节点和支座节点 按节点的连接方式可分为：焊接连接节点、高强度螺栓连接节点、焊接和高强度螺栓混合连接节点 按节点的构造形式可分为：板节点、半球节点、球节点、钢管圆筒节点、鼓节点、直接相贯节点等。

我国最常用的是：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,网架节点型式的选择： 应考虑网架类型、受力性质、杆件截面形状、制造工艺、安装方法等条件 2.9.2 螺栓球节点 螺栓球节点是在设有螺纹孔的钢球体上，通过高强度螺栓将汇交于节点处的焊有锥头或封板的圆钢管杆件连接起来的节点第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,1. 螺栓球节点的组成、材料、特点 螺栓球节点由钢球、高强度螺栓、紧固螺钉（或销子）、套筒、锥头或封板等零件组成，适合于连接圆钢管杆件第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,螺栓球节点零件所采用的材料、加工方法、性能要求等见表第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,螺栓球节点的优点是节点小，重量轻，节点用钢量约占网架用钢量的10%可用于任何形式的网架，特别适用于四角锥或三角锥体系的网架 这种节点安装极为方便，可拆卸，安装质量易得到保证可以根据具体情况采用散装、分条拼装和整体拼装等安装方法 这种节点对空间汇交的圆钢管杆件适应性强，杆件连接不会产生偏心，没有现场焊接作业螺栓球节点缺点：球体加工复杂，零部件多，加工精度高；价格贵；所需钢号不一，工序复杂。

第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,2. 螺栓球节点的构造原理及受力特点 （1）构造原理,,第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,（2）受力特点 拧紧螺栓的过程，相当于对节点施加预应力的过程预应力大小与拧紧程度成正比此时螺栓受预拉力，套筒受预压力在节点上形成自相平衡的内力，而杆件不受力当网架承受荷载后，拉杆内力通过螺栓受拉传递，随着荷载的增加，套筒预压力逐渐减小；到破坏时杆件拉力全由螺栓承受 对于压杆，则通过套筒受压来传递内力，螺栓预拉力随荷载的增加而减小；到破坏时，杆件压力全由套筒承受第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,3. 螺栓球节点的设计 （1）钢球设计 钢球直径的大小主要取决于高强度螺栓的直径，高强度螺栓拧入球体的长度及相邻两杆件轴线之间的夹角 当网架中各杆件所需高强度螺栓直径确定以后，螺栓钢球直径的大小应同时满足两个条件： 1）保证相邻两螺栓在球体内不相碰； 2）保证套筒与钢球之间有足够的接触面第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,可按以下公式较大值确定钢球直径D: D—钢球直径，mm；d1，d2—高强度螺栓直径，mm，d1>d2；θ—两高强度螺栓轴线之间的最小夹角，rad；ξ—高强度螺栓伸进钢球长度与高强度螺栓直径的比值，一般取ξ=1.1；η—套筒外接圆直径与高强度螺栓直径的比值，一般取η=1.8。

第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,如果相邻两个高强度螺栓直径相同，即：d1=d2=d0，则式简化为: 钢球直径应符合产品系列尺寸要求网架跨度、荷载较小时，钢球直径D不大，整个网架的钢球可只用一个直径 当网架跨度、荷载较大时，会使用钢量增加，工程成本加大，可根据计算结果选择不同的钢球直径，但种类不宜过多第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,（2）高强度螺栓的设计 强度螺栓应符合国家标准《钢结构用高强度大六角头螺栓》（GB1228-91）规定的性能等级为8.8级或10.9级的要求，并符合国家标准《普通螺栓基本尺寸—粗牙普通螺纹》（GB196-81）规定一般情况下，根据网架中最大受拉弦杆内力和最大受拉腹杆内力各选定一个螺栓直径，若这两个螺栓直径相差太大，可以在这两者之间再选一种螺栓直径即使网架跨度、荷载较大时，选用高强度螺栓直径不宜过多，以免制造、安装过于麻烦第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算： Nmax—网架杆件（弦杆或腹杆）中的最大拉力设计值，N； Ntb —高强度螺栓的抗拉承载力设计值，N；Ψ—螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径＜30mm时，Ψ=1.0；当螺栓直径≥30mm时，Ψ=0.93；ftb—高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值：对40Cr钢，40B钢，20MnTiB 钢为430N/mm2；对45号钢为365N/mm2；Aeff—高强度螺栓的有效截面积，mm2；当螺栓上开有滑槽时，Aeff应取螺纹处和滑槽处的有效截面积中的较小值。

第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,滑槽处的有效截面面积： t、h分别为高强度螺栓无螺纹段处滑槽的深槽部位的槽宽度，槽深度第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,螺栓的栓杆长度Lb由构造确定： Ln—套筒（无纹螺母）的长度，mm；δ—锥头底板或封板的厚度，mm第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,高强度螺栓上的滑槽应设在无螺纹的光杆处，浅槽深度一般为3~4mm，深槽深度一般为6~7mm，滑槽长度可按下式计算： ds—紧固螺钉的直径，一般为M4、M5、M6、M8、M10； c—高强度螺栓露出的套筒外的长度，一般C=4~6mm，且不应少于2个螺距第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,受压杆件端部主要通过套筒传递压力，此处高强度螺栓只起连接作用，因此可按其内力设力值所求得的螺栓直径适当减少 （3）套筒（无纹螺母）的设计 套筒的作用是拧紧高强度螺栓，承受圆钢管杆件传来的压力套筒的外形尺寸应符合搬手开口尺寸系列，端部应平整，内孔径可比高强度螺栓直径大1mm套筒端部到紧固螺钉孔边缘的距离应使该处有效截面抗剪承载力不低于紧固螺钉抗剪承载力进行计算确定，且不应小于紧固螺钉孔径的1.5倍和6mm。

第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,套筒的长度按下式计算：a —高强度螺栓杆上的滑槽长度；b1—套筒左端部至高强度螺栓杆上的滑槽左边缘的距离，通常取b1=4mm； b2—套筒右端部至滑槽右边缘的距离，通常取b2=6mm第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,对于承受圆钢管杆件传来轴心压力的套筒，应验算紧固螺钉孔处的抗压强度：N—圆钢管杆件传来的轴心压力设计值； An—套筒在紧固螺钉孔处的净截面面积，可按下式计算： R—套筒的外接圆半径，可取R≈0.9d；d—高强度螺栓的直径；ds—紧固螺钉的直径； f—套筒所用钢材的抗压强度设计值第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,对于承受圆钢管杆件传来轴心压力的套筒，还应验算套筒端部的承压强度： Ace—套筒端部的实际承压面积；fce—套筒所用钢材的端面承压强度设计值第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,（4）紧固螺钉的设计 紧固螺钉直径一般可取高强度螺栓直径的0.16～0.18倍且不宜小于M3，也不宜大于M10，螺纹按3级精度加工。

紧固螺钉中的尺寸L和Z应根据套筒的厚度和高强度螺栓杆上的浅槽深度，深槽深度及其构造要求来确定第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,（5）锥头和封板的设计 当圆钢管杆件直径≥76mm时，宜采用锥头锥头的任何截面均应与杆件截面等强度，锥头底板的厚度不宜小于被连接杆件外径的1/6锥头底板外侧平直部分的外接圆直径一般取高强度螺栓直径的1.8倍加3～5mm；锥头斜向筒壁的坡度应≤1/4第二章 网架结构 §2.4 网架的节点与设计,当圆钢管杆件直径<76mm时，可采用封板，其厚度不宜小于杆件外径的1/5 锥头和封板的表面要保持平整，以确保紧固高强度螺栓的装配质量高强度螺栓孔的中心线应尽量与杆件轴线重合，螺栓孔径比螺栓直径大0.5～1.0mm 锥头或封板台阶外径与钢管内径相配，台阶长度5～8mm； 锥头或封板台阶外圆端部开30°剖口，钢管端部也开30°剖口，并在此处采用V型对接二级焊缝，以使焊缝与管材等强焊缝宽度b取2～5mm，当钢管壁厚t≤10mm时，取b=2mm第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,,第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,2.9.3 焊接空心球节点 当网架杆件内力很大（一般>750kＮ）时，若仍采用螺栓球节点，会造成钢球过大而使用钢量增多，此时应考虑采用焊接空心球节点。

1．焊接空心球节点特点焊接空心球节点的优点：传力明确，构造简单，造型美观，连接方便 适于连接圆钢管，只要钢管切割面垂直于杆件轴线，杆件就能在空心球上自然对中而不产生偏心由于球体没有方向性，可与任意方向的杆件相连；当汇交杆件较多时，其优点更为突出可用于各种形式的网架 焊接空心球节点的缺点：用钢量较大，节点用钢量占网架总用钢量的20～25%；冲压焊接费工，焊接质量要求高，现场仰焊、立焊占很大比重杆件下料长度要求准确；当焊接工艺不当造成焊接变形过大后难于处理第二章 网架结构 §2.9 网架的节点设计,。