桁架、支架、排架（课堂PPT）

1、1桁架、支架、排架桁架、支架、排架桁架建模设计支架建模设计排架建模设计2桁架的建模和计算常见的桁架样式：三角形桁架梯形桁架空间桁架3桁架下部的短柱是否有意义？ 由于桁架中的杆件属于轴心受力构件，所以必然有一定的轴向变形，当桁架的跨度增大以后，这种变形的累积也就越大。如果这种变形的累积得不到释放的话，就会在杆件的端部形成一个反向的作用力。当跨度较大时，端部的水平力就会很大，对桁架的支座来说，这么大的水平力集中力是非常危险的（比如混凝土柱就会造成柱头被推坏）。所以一般厂房都会做成能释放水平变形的滑动支座。 短柱的作用就是模拟水平变形释放的滑动支座，必须设置成两端铰接。4不同端部约束的弦杆轴力对比不

2、做端部变形约束对端部做水平约束 5 支座杆都设置成铰接了，是否是机构？ 程序在处理上，对铰接节点做了特殊处理，使结构依然有解。计算结果中的支座位移不用处理。 替代方案：滑动支座新增加的支座形式，建议使用。但需要注意不能将两个支座端部都加上滑动支座，否则即为机构。6如果有较大水平力，剪力无法均匀分配，反而对边柱不利。不应设置滑动支座的情况一侧柱顶释放剪力，不约束变形水平荷载都由边柱承担 柱顶铰接，传递剪力相连柱共同承担水平力 7杆件截面的选择，输入截面时需要注意的事项 由于桁架的杆件都是以轴力为主，应按照柱输入。按梁输入是不正确的，因为梁是按纯弯构件进行验算的。 一般杆件选择使用角钢或角钢组合，

3、不同的角钢组合形式的几何参数不同，因根据组合的特性，确定杆件的布置。 注意输入时，对型钢组合截面，肢间距必须留出节点板的厚度。 注意布置时的截面转角，当存在次弯矩时，会对计算结果造成影响。8上下弦的截面的选择和计算长度确定 由于上弦杆的压力比较大，需要选择面积较大的截面，同时还要考虑稳定问题。由于还有较大的端部弯矩，截面也要有一定的抗弯刚度。 上弦杆由于相互间的支持作用，实际平面内计算长度小于1.0，可以偏安全取1.0。 下弦杆以受拉为主，程序会自动判断是否为纯拉杆，并自动按拉杆控制。 平面外的计算长度还是按照支撑点间距取。9 模型模型1（构件按柱输入）（构件按柱输入）模型模型2（构件按梁输入

4、）（构件按梁输入）荷载荷载简图简图弯矩弯矩图图剪力剪力图图柱构件与梁构件的区别(内力)10是否有必要将桁架节点都设置为铰接？如何考虑节点的次弯矩？ 传统的计算模型将桁架设为铰接主要是为了手算方便。实际用节点板时更接近于半刚接。但是由于输入的杆件截面模量比较小，变形导致的节点次弯矩也较小，所以按铰接计算时，差别不是太大。 为了考虑次弯矩，可以按固接输入。铰接只是输入习惯问题，使用计算机设计时，完全可以都按固接处理（支座杆除外） 规范中8.4.5条中对于可不考虑次弯矩的情况作了规定，主要出发点就是转动刚度越小，次弯矩就越小。11上弦杆线刚度较大时次弯矩的影响不考虑次弯矩影响，上部弦杆的弯矩为0考虑

5、次弯矩影响，上部弦杆的弯矩较大12桁架上恒活荷载的输入 程序中对于柱的，只记录两个端点的内力，所以，对于柱间的等量竖向荷载，两个端点的剪力都是一样的，特别是铰接时，按照柱间均布荷载和节点荷载输入完全是等效的。为了简化输入，可以直接按均布荷载输入 注意均布荷载的类型选择。13桁架上风荷载的输入 两种布置方式：自动布置和手动节点布置 对于规则的桁架模型，可以采用自动布置，程序会自动判断体型系数，并按垂直杆件的方向布置均布风荷载。（注意桁架的高度，应按实际桁架的高度输入，会影响风压高度变化系数） 如果存在部分斜度较大的杆件，可能会超出程序的识别范围 对于程序无法自动识别的体系，需要手动进行布置。注意

6、通过节点风荷载布置时，程序可以按x,y向分解。输入时注意方向，向为正，向为负。或者08版中直接可以按柱间均布风荷载输入。1405版程序到08版程序的变动05版对斜柱的柱间风荷载自动处理作用力不垂直于构件表面，需要转化为节点风荷载输入08版对斜柱的柱间风荷载自动处理作用力垂直于构件表面，无需调整15桁架上下弦及腹杆的平面内外计算长度的选取 默认情况下，程序的计算长度系数都为-1，即由程序自动确定，确定的原则由“参数输入”-“总信息参数”-“钢柱计算长度系数方法”控制，桁架可按无侧移控制。 由于节点板的转动约束，实际的腹杆平面内的计算长度系数都偏小，规范中认为可以按0.8取值 由于节点板平面外基本

7、没有刚度，腹杆平面外的计算长度可按原长（节点之间的距离）取，而对于上下弦杆来说，则是平面外的支撑点间距离。16设计参数的正确选择 设计规范应按钢结构规范 控制长细比按照钢结构规范的表5.3.8和表5.3.9选取，一般可按150/350控制。 确定计算长度方法可按“无侧移”考虑，建议可以按照前面的确定规则，手动修改计算长度或长度系数。17桁架结构的优化 结构类型选择桁架 桁架的杆件都以轴力为主，所以如果为了达到用钢量最小，在分组时可以参考内力情况来分组。上下弦可分别单设一组，腹杆按内力相近情况可分多组进行优化。 优化以当前截面的类型的最大尺寸为上限，如果仍无法满足应力比和长细比要求，可以修改截面

8、类型18桁架计算结果的查看与控制 应力比和长细比 一般桁架构件都是按轴心受压构件进行强度验算，所以如果截面强度不满足时，增大截面一般都能满足；如果在稳定方面存在不满足的情况，可以根据不满足的方向，减小该方向的长细比。 长细比可以通过增加截面的回转半径来减小。 角钢等单轴对称截面还要考虑绕u轴的稳定 挠度的控制：按桁架下弦中心点的位移量/桁架的跨度来确定桁架的整体挠度。 如果使用了铰接立柱作为支座，则桁架的水平位移没有参考意义19施工图和节点设计 注意程序对上下弦杆和腹杆的识别是否正确 使用快速建模时选择的支座腹杆可以在施工图中进行调整，但注意不要偏移过大。 节点设计按照钢结构规范条文说明中的表

9、10，由支撑的轴力，直接决定后面施工图的节点板厚度。焊缝的设计按照支撑轴力计算 节点板绘制偏大时，可以修改出图的比例。20构件不同钢号的节点设计上图节点板钢号采用上图节点板钢号采用Q235，焊缝按照，焊缝按照Q235计算；计算；构件缀板钢号采用总信息钢号构件缀板钢号采用总信息钢号Q235设计原则：在节点上，节点板的钢号应是采用该节点上，所有构件钢号中最小的做为节点板钢号。施工图中如果弦杆各段采用了不同的钢号，会自动设置拼接，并在材料表中统计材料上分别统计。填板统一采用总信息钢号。21连接节点的设置，构件刚接对次弯矩的影响 由于弦杆的截面高度较大，在受力上接近于连续梁，应全部刚接连续处理。 当弦

10、杆的转动刚度较大时，由于变形引起的次弯矩就不可忽略了。22屋架和主体结构的整体建模计算 从设计上说，整体计算要好于局部分析 对柱而言，可以真实反映屋架对柱的反力，如果柱本身就是屋架的一部分，就更应一体计算，否则会有荷载丢失。 对屋架而言，由于考虑的柱的约束作用，求得的屋架挠度值相对更加真实。 注意屋架和主体结构的柱顶连接形式，当屋架跨度比较大时，需要注意屋架变形对柱的推力，此时可设滑动支座。 注意如果整体按无侧移确定计算长度时，对支座柱的计算长度确定会产生影响，部分情况下需要手动修改柱的计算长度系数。23结构模型对比结构模型对比下柱柱身剪力对比下柱柱身剪力对比桁架端部节点位移对桁架端部节点位移

11、对比（恒比（恒+活）活）不同支座高度屋架模型对比24钢管桁架输入时需要注意的 铰接设置的条件不同于普通桁架，应按规范10.1.4条处理，也可直接按固接处理。 程序只能处理平面钢管桁架体系，对于空间三角、四边形的桁架结构，建议采用STS中的空间复杂结构模块分析。25节点设计 对于管桁架，一个节点最多允许5管相交汇，其中两根弦杆，三根腹杆。26支架建模和计算适用范围：单片活动支架，主要承担设备荷载27立柱、腹杆截面的选用与布置 一般活动支架以承受竖向力为主，同时也要考虑上部的设备水平荷载，立杆应有一定的抗弯刚度，一般可以选择工字钢或槽钢。 腹杆以轴心受力为主，可以选择角钢或者角钢组合28立柱、腹杆

12、计算长度的确定 支架和桁架相类似，在设置铰接上也可以参考桁架的要求。 立柱的平面外计算长度应取支撑间距，如果如本题没有支撑，考虑到设备与排架柱顶为铰接，则可以偏安全的按两端铰接柱1.0取。 立柱的平面内计算长度可以参考桁架的取值，建议偏安全的按1.0取。 交叉腹杆的平面内计算长度可以按从交叉点到端点的距离取，平面外还应按通长考虑。29如何输入恒、活、风荷载 由于活动支架本身只有自重荷载，迎风面也很小，可以不考虑自身风荷载。 主要的恒活荷载来自上部的设备荷载，可以作为节点荷载加到支架顶端。 如果上部设备有比较大的挡风面积，还需要将设备的风荷载作为节点风荷载加到支架的柱顶。30单拉杆的设置 单拉杆

13、的工作原理就是在受拉状态下提供强度，但是在受压情况下退出工作。由于只考虑受拉，可以按拉杆的长细比要求控制 单拉杆布置可能会造成结构在某些情况下出现机构，特别是地震分析时。所以布置时必须谨慎。交叉杆输入时，建议取消中间的交叉节点。31截面布置角度对设计的影响 长细比验算的差别：新的钢结构规范中对单轴对称截面绕对称轴的平面外长细比要考虑扭转以后的换算长细比 强度验算的差别：不同构件的X、Y轴的模量是不同的，角度布置的差别会导致平面内和平面外稳定和强度的差别。 节点设计的差别，不同转角下，连接的构造是不同的。32工字型立工字型立柱柱0度布置度布置时：时：工字型立工字型立柱柱90度布度布置时：置时：3

14、3支座反力的合成与基础设计 在基础节点上由于出现了杆件的汇交，需要将汇交杆件的内力分解并合成。最后合成的内力可以在基础计算文件中查到。 在节点设计时，也采用了合成以后的内力进行设计。34排架的建模和计算 模型概况：单跨单层吊车，上部使用轻钢屋面，梁柱固接35如何选择截面？何时需要使用格构柱？ 对于吊车吨位比较小的厂房，一般使用工字型实腹截面即能满足 格构截面从构造上看，分肢间距大，因而具有较大的截面模量，而且中间使用缀条连接，保证了分肢的平面内的稳定。 格构柱一般分为吊车肢和屋盖肢，吊车肢以承受吊车荷载为主，相对截面较大；屋盖肢一般轴力较小，可以用槽钢或角钢组合等截面。 阶型上柱由于轴力较小，

15、截面不大，可以使用实腹截面。36轴线的输入，柱距的确定 轴线的确定应该以吊车的跨度为准，应该以能正确布置下吊车为宜。 为了保证吊车的安装（一般吊车梁中心应该和柱的吊车肢型心一致），建议在布置柱时，应满足左侧吊车肢型心到右侧吊车肢型心的距离=吊车梁跨度。37偏心的原则，如何实现柱对齐对于边列的阶型柱，考虑到墙面的布置和连接，应尽量做到柱子的边皮对齐。程序中提供了偏心对齐的功能。程序内对于偏心给出三种处理方式：中心对齐即形心对齐，而左右边对齐则是搜索截面最边侧外皮对齐。对于某些截面程序不能很好对齐的，可以通过查看截面数据来手算处理。38屋面体系的选择以及和柱的连接 传统的排架工业厂房的屋面体系一般

16、都选择刚性屋架并铺设大型屋面板，但是相对而言，重量较大，水平地震力也较大。 用轻钢屋面梁的形式在目前比较常见，成本和重量都相对较小。但是带来的问题是梁的刚度较小，挠度较大；同时梁柱连接情况和规范中表D给出的条件有一定差异，也给计算长度系数的确定带来了困难。 普通屋架的连接形式一般为铰接；轻型屋面梁由于本身刚度较小，适合采用梁柱固接形式（常见的有门式刚架的端版连接和框架梁柱连接）。39如何确定排架厂房柱的计算长度系数？ 带吊车的排架厂房柱应属于阶型柱，程序按照规范的表D3到D6确定其计算长度 程序用有无吊车荷载来判断该柱是否阶型柱，只要存在节点吊车荷载，即使上下柱截面一致，也认为是阶型柱。 程序

17、对两种柱顶连接形式做了判断，但是对于采用轻型门式刚架梁的情况，由于柱顶刚接，程序会按照柱顶有转动约束的情况处理长度系数，这是不安全的，建议偏安全的按铰接排架处理。40 一般处理流程：41 新的替代方案：直接勾选该项就可以按照铰接排架确定计算长度，但不修改模型42 平面外的计算长度应按实际支撑间的距离取 墙面体系一般不应作为排架柱的平面外支撑点，特别是当柱轴力较大，或截面刚度较大时，更不应作为平面外的支撑点。43吊车荷载的输入中需要注意的事项 多台吊车时，只用考虑最大的两台吊车组合，注意吊车序号的排列。 对相邻跨，最多考虑四台吊车组合 吊车位置信息中的偏心距为竖向荷载作用点到柱型心的距离，对一般

18、格构柱而言，就是分肢型心到截面型心的距离。水平荷载到节点距离一般取吊车梁高度+吊车轨道高度44 自定义输入吊车荷载：对于程序默认吊车库中没有的吊车数据，可以通过手动修改来实现输入。程序自动按影响线计算出最大和最小荷载。 程序自动按照荷载规范5.2.1条计算横向水平荷载。45参数设置中的注意事项 吊车荷载折减系数：参考荷载规范中的5.2.2条，对于不同工作制吊车和组合数的折减量都不一样 排架柱的计算长度折减系数参考钢结构规范的表5.3.4，在计算上柱段的计算长度时，由于屋面和侧边的约束，导致计算长度变小，一般厂房取0.8即可。 构件的验算规范采用钢结构规范，对于使用变截面屋面梁的情况，建议修改梁

19、构件的验算规范为门式刚架规程，因为目前钢结构规范中没有对变截面的验算规定，程序默认并不验算整体稳定。总的结构的变形等的控制条件还应按钢结构规范控制。46 如果屋面坡度较大时，必须考虑轴力对梁验算的影响，此时也应选择门式钢架规程，此时钢梁平面外按压弯构件验算，平面内可选择是否按压弯构件验算。47排架计算结果的查看 应力比和长细比的查看： 阶型上柱如果出现长细比超限，可以参考阶型柱计算长度公式，其中上下柱的截面惯性矩比和轴力比以及长度比都会影响其计算长度系数的选取。 格构柱的验算 整体截面验算不用考虑平面外稳定（规范5.2.3），程序通过验算单肢的平面外稳定来确保整体的平面外稳定，单肢的平面外计算

20、长度即取柱的平面外计算长度。 单肢验算平面内计算长度按缀条间距取。设置缀板时，还需要考虑缀板的局部弯矩。 缀条按轴心受压构件验算 构件的宽厚比、高厚比的要求参考钢结构规范，如果考虑了地震力，还应按照抗震规范，取两者的最小值。 注意需要查看在风荷载标准值下的柱顶位移，变形控制按钢结构规范 A.2.1控制48按阶型柱确定计算长度时的问题 当上柱截面过大时容易出现长细比超限 不存在吊车时按线刚度比确定计算长度系数 05版和08版在阶型柱有框架梁连接时的处理49 如果满足A.2.2条的情况，还需要查看吊车水平荷载位移图，保证吊车的正常运行。 挠度应按照绝对挠度控制，这点和门式钢架规程和冷弯薄壁型钢规程

21、中是不一样的。50 肩梁程序简化为简支梁进行设计，吊车荷载的竖向力单独验算吊车肢腹板的端部承压。 根据吊车梁支座类型的不同，可以设置肩梁的类型 简化计算模型都默认吊车荷载直接作用在吊车肢型心上 默认的简支梁模型只考虑上柱的内力，如果勾选了“中间腹板计算时考虑吊车荷载影响”时，在考虑上柱内力的同时，也要考虑吊车竖向力的传递。 由于吊车竖向力是一个端部集中荷载，考虑到荷载扩散的因素，可以按贴板处理，相对更省材料。格构截面连接节点的设计 51柱脚 格构式柱脚一般分为分离式和插入式，其中分离式柱脚按分肢验算，单肢作为轴心受拉/压柱脚设计；插入式柱脚则需要验算单肢的杯口强度 分离式柱脚不同柱脚类型之间的差别就在于加劲肋的个数和锚栓的个数底板的区隔划分越密，底板的厚度就能控制的越小插入式柱脚主要验算杯口混凝土的抗拉和抗冲切强度整体式柱脚针对实腹组合截面，验算方式同工字钢柱脚52 牛腿 需要验算竖向荷载最不利截面，这点很多设计手册都没有考虑，实际计算结果往往都是这个截面控制的 格构柱上的牛腿只是构造上不同，验算上依然按照悬臂梁模式 人孔 按两端固定支座的柱设计，M,N,V取自上节点 一般需要考虑扭转的平面外长细比53框架连接节点的调整 程序中框架节点的设计是通过调用框架部分的节点设计功能来实现的。框架节点类型的修