钢结构基本原理.

1、 网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的钢量的20202525，节点构造的好坏，对结构性，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：的节点形式主要有： (1)(1)焊接空心球节点焊接空心球节点； (2)(2)螺栓球节点螺栓球节点； (3)(3)焊接钢板节点；焊接钢板节点； (4)(4)焊接钢管节点焊接钢管节点 (5)(5)杆件直接汇交节点杆件直接汇交节点3.63.6节点球设计节点球设计图图

2、3.28 3.28 焊接钢管节点焊接钢管节点图图3.29 3.29 管件直接汇交节点管件直接汇交节点u 网架的节点构造应满足下列要求网架的节点构造应满足下列要求 (1)(1)受力合理，传力明确；受力合理，传力明确； (2)(2)保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩；保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； (3)(3)构造简单，制作安装方便，耗钢量小；构造简单，制作安装方便，耗钢量小； (4)(4)避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气避免难于检查、清刷、涂漆和容易积留湿气或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。或灰尘的死角或凹槽，管形截面应在两端封闭。3.6.13.6.1焊接空心球节点焊接空心球

3、节点 焊接空心球节点构造焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢简单，适用于连接钢管杆件（图管杆件（图3.303.30）球）球面与管件接时，只需面与管件接时，只需将钢管沿正截切断，将钢管沿正截切断，施工方便。施工方便。 图图3.30 3.30 焊接空心球节点焊接空心球节点 焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋然后相焊而成。分加肋、不加肋（不加肋（图图3.313.31）。图图3.31 3.31 焊接空心球节点焊接空心球节点a 无肋b 有肋 空心球外径空心球外径D D a a 球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于球面上连接杆件之间的缝隙不

4、宜小于1010（图（图3.323.32）汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹d d1 1，d d 2 2 组成组成角的钢管外径角的钢管外径图图3.32 3.32 空心球节点空隙空心球节点空隙空心球径等于或大于空心球径等于或大于300300，且杆件内力较大，需，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋要提高承载力时，球内可加环肋当空心球直径为当空心球直径为120500120500时，其受压、受拉承载时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算力设计值可分别按下列公式计算 （a a）受压空心球）受压空心球 （b b）受拉空心球）受拉空心球 空心球的壁厚应根据杆

5、件内空心球的壁厚应根据杆件内力由力由公式公式计算确定。空心球计算确定。空心球外径与壁厚的比值可在外径与壁厚的比值可在 D Dt=2425 t=2425 范围内选用范围内选用空心球壁厚与钢管最大壁厚空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜在的比值宜在1.22.01.22.0之间。之间。钢管杆件与空心球连接处，钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内管端应开坡口，并在钢管内加衬管加衬管（图（图3.333.33），），在管端在管端与与 空心球之间焊缝可按对空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，否则只能按斜接焊缝计算，否则只能按斜角角焊缝计算角角焊缝计算 图图3.33 3.33 加衬管连接加衬管连接 3.6

6、.23.6.2螺栓球结点螺栓球结点 螺栓球结点的构造螺栓球结点的构造 螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成和锥头（或封板）等零件组成（图（图3.343.34），），适用适用于连接钢管杆件。于连接钢管杆件。图图3.34 3.34 螺栓球连接节点示意图螺栓球连接节点示意图螺栓球节点及马道螺栓球节点及马道焊接球节点焊接球节点 钢球尺寸钢球尺寸l 钢球大小取决于钢球大小取决于相邻杆件的夹角、相邻杆件的夹角、螺栓的直径螺栓的直径和和螺螺栓伸入球体的长度栓伸入球体的长度等因素。等因素。l 由由图图3535，导出球体内螺栓不相碰的

7、最小钢球直径，导出球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D D为为 l 由由图图36 36 ，导出满足套筒接触面要求的钢球直径，导出满足套筒接触面要求的钢球直径D D为为 D D-钢球直径钢球直径 （ ）-两个螺栓之间的最小夹角两个螺栓之间的最小夹角 （ ）d d1 1，d d 2 2-螺栓直径（螺栓直径（ ），）， d d1 1d d 2 2-螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例螺栓伸入钢球长度与螺栓直径的比例-套筒外接圆直径与螺栓直径的比例套筒外接圆直径与螺栓直径的比例 当相邻两杆夹角当相邻两杆夹角3030，还要保证相邻两根杆件，还要保证相邻两根杆件（管端为封板）不相碰，由图（管端为封板）不相碰，由图

8、3.373.37，导出钢球直，导出钢球直径径D D还须满足下式要求还须满足下式要求D D1 1，D D2 2- - -相邻两根杆件的外径相邻两根杆件的外径-相邻两根杆件的夹角相邻两根杆件的夹角d d1 1-相应于相应于D1D1杆件杆件 所配螺栓直径所配螺栓直径-套筒外接圆直径套筒外接圆直径 与螺栓直径之比与螺栓直径之比 S-S- -套筒长度套筒长度图3.37 带封板管件的几何关系螺栓，套筒螺栓，套筒 高强度螺栓应符合高强度螺栓应符合8.88.8或或10.910.9级的要求，每个高级的要求，每个高强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算：强度螺栓受拉承载力设计值按下式计算： 螺栓杆长度螺栓杆长度L L

9、b b由构造确定由构造确定( (图图3.38)3.38)，其值为：，其值为： 图图3.38 3.38 高强螺栓几何尺寸高强螺栓几何尺寸 套筒通常开有纵向滑槽套筒通常开有纵向滑槽( (图图3.39a)3.39a)，滑槽宽度一，滑槽宽度一般比销钉直径大般比销钉直径大1.5-2mm1.5-2mm。 套筒端部到开槽端部套筒端部到开槽端部( (或钉孔端或钉孔端) )距离应使该处有距离应使该处有效截面抗剪力不低于销钉效截面抗剪力不低于销钉( (或螺钉或螺钉) )抗剪力，且不抗剪力，且不小于小于1.51.5倍开槽的宽度或倍开槽的宽度或6mm6mm。套筒端部要保持平。套筒端部要保持平整，内孔整，内孔L L径可

10、比螺栓直径大径可比螺栓直径大1mm1mm。 图图3.393.39套筒几何尺寸套筒几何尺寸套筒长度可按下式计算套筒长度可按下式计算采用滑槽时采用滑槽时采用螺钉时采用螺钉时套筒应进行承压验算，公式为套筒应进行承压验算，公式为 当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与用封板连接。连接焊缝以及锥头的任何截面应与连接钢管等强。连接钢管等强。图3.40 杆件端部连接焊缝锥头和封板锥头和封板 封板厚度应按实际受力大小计算封板厚度应按实际受力大小计算 封板厚度可按近似方法计算，封板厚度可按近似方法计算，如图如图3.413.4

11、1 沿环向单位宽度上板承受的力为沿环向单位宽度上板承受的力为 图图3.41 3.41 封板封板 封板周边单位宽度径向弯距近似为封板周边单位宽度径向弯距近似为 当当 达到塑性铰弯距达到塑性铰弯距 ，封板达到，封板达到极限承载力，由极限承载力，由 可导出可导出 N-N-钢管杆件设计拉力钢管杆件设计拉力 R R-钢管的内半径钢管的内半径 S-S-螺帽和封板接触的圆环面的平均半径螺帽和封板接触的圆环面的平均半径 f f-钢材强度设计值钢材强度设计值 -封板厚度封板厚度 锥头是一个轴对称旋转厚壳体锥头是一个轴对称旋转厚壳体（图（图3.423.42） 锥头承载力主要与锥顶板厚度、锥头斜率、连锥头承载力主要

12、与锥顶板厚度、锥头斜率、连接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关接管杆直径、锥头构造的应力集中等因素有关图图3.42 3.42 锥头构造锥头构造 3.6.3 3.6.3 焊接钢板节点焊接钢板节点 焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节焊接钢板节点可由十字节点板盒盖板组成十字节点板宜由两块带企口的钢板对插而成点板宜由两块带企口的钢板对插而成（图（图3.43a3.43a）, ,也可由三块板正交焊成也可由三块板正交焊成（图（图3.43b3.43b）图图3.43 3.43 焊接钢板节点焊接钢板节点 焊接钢板节点可用焊接钢板节点可用于两向网架和由四于两向网架和由四角锥体组成的网架。角锥体组成的网架

13、。常用焊接形式如常用焊接形式如图图3.443.44、图图3.453.45所示。所示。 网架弦杆应同时与网架弦杆应同时与盖板和十字节点板盖板和十字节点板连接，使角钢两肢连接，使角钢两肢都能直接传力。都能直接传力。图图3.44 3.44 两向网架节点构造两向网架节点构造图图3.45 3.45 四角锥体组成的网架节点构造四角锥体组成的网架节点构造 焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。形心与杆件形心相重合。 节点板厚度可根据网架最大杆件内力由节点板厚

14、度可根据网架最大杆件内力由表表3-53-5确确定定 节点板厚度选用表节点板厚度选用表 表表3-53-5杆件内力杆件内力（kNkN） 1501602502603904005906008808901275节点板厚节点板厚度（度（）881010121214141616183.6.43.6.4支座节点支座节点支座节点的构造形支座节点的构造形式应受力明确、传式应受力明确、传力简捷、安全可靠，力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。并应符合计算假定。 常用支座节点有以常用支座节点有以下几种构造形式：下几种构造形式： 平板压力或拉力支平板压力或拉力支座，只适用于较小座，只适用于较小跨度网架跨度网架, ,如图如图

15、3.463.46。图图3.46 3.46 平板压力或拉力支座平板压力或拉力支座a a 角钢杆件角钢杆件b b 钢管杆件钢管杆件单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架如图3.473.47图图3.47 3.47 单面弧形压力支座单面弧形压力支座a a 两个螺栓连接两个螺栓连接b b 四个螺栓连接四个螺栓连接单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座( (图图3.48)3.48)适用于较适用于较大跨度网架。为更大跨度网架。为更好地将拉力传递到好地将拉力传递到支座上，在承受拉支座上，在承受拉力的锚栓附近应设力的锚栓附近应设加劲肋以增强节点加劲肋以增强节点刚度。刚度。图图3.

16、48 3.48 单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座双面弧形压力支双面弧形压力支座座( (图图3.49)3.49)，在，在支座和底板间设支座和底板间设有弧形块，上下有弧形块，上下面都有是柱面，面都有是柱面，支座既可转动又支座既可转动又可平移。可平移。 图图3.49 3.49 双面弧形压力支座双面弧形压力支座球铰压力支座球铰压力支座( (图图3.50)3.50)只能转只能转动而不能平移，动而不能平移，适用于多支点支适用于多支点支承的大跨度网架。承的大跨度网架。 图图3.50 3.50 球铰压力支座球铰压力支座板式橡胶支座板式橡胶支座( (图图3.51)3.51)适用于大中适用于大中跨度网架。通过橡跨

17、度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转变形，支座既可转动又可平移。如果动又可平移。如果在一个方向加限制，在一个方向加限制，支座为单向可侧移支座为单向可侧移式，否则为两向可式，否则为两向可侧移式。侧移式。图图3.51 3.51 板式橡胶支座板式橡胶支座平板支座节点设计平板支座节点设计 平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差平板支座的构造和平面桁架的支座没有多少差别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和别，支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法焊缝都可参照桁架支座节点和柱脚的计算方法确定。确定。 网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟

18、一网架平板支座不同于简支平面桁架支座的惟一特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要特点是有可能受拉，拉力支座的锚栓直径需要通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积通过计算确定，一个拉力螺栓的有效截面面积应按下式计算。应按下式计算。 单面弧形制作设计（图单面弧形制作设计（图3.523.52） 弧形支座置于底板之上弧形支座置于底板之上 其平面尺寸为其平面尺寸为 a1a1b1R/fb1R/f R R-支座反力支座反力 f-f-钢材（或铸钢）抗压强度钢材（或铸钢）抗压强度设计值设计值a a1 1，b b1 1-弧形支座宽度、长度弧形支座宽度、长度图图3.523.52弧形支座尺寸弧形支座尺寸 弧形支座板

19、厚度弧形支座板厚度 （图（图3.523.52） 弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座弧形板受力类似一倒置的双悬的挑板，上部支座在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力在弧面顶点提供支承，荷载为底部支座反力R R(a(a1 1.b.b1 1) ) 弧形板中央截面最大弯距为弧形板中央截面最大弯距为 由强度条件得出由强度条件得出 f-f-钢材（或铸钢）抗弯强度设计值钢材（或铸钢）抗弯强度设计值 弧形板的半径由下式确定弧形板的半径由下式确定 r r-弧面半径弧面半径 f f-钢材（或铸钢）抗压设计强度钢材（或铸钢）抗压设计强度 E E-钢材的弹性模量钢材的弹性模量橡胶制作设计橡胶制作设计 橡胶制作

20、设计橡胶制作设计 橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料橡胶垫板由氯丁橡胶或天然橡胶制成，胶料和制成板的性能应符合表和制成板的性能应符合表3-63-6表表3-83-8的要求的要求 胶料胶料类型类型硬度硬度（邵氏）（邵氏）拉断拉断应力应力（MpaMpa）伸长率伸长率（）（）300300定定伸长度伸长度（MpaMpa）拉断永拉断永久变形久变形适用温适用温度不低度不低于于氯丁氯丁橡胶橡胶60605 58.6318.6314504507.847.842525-25-25天然天然橡胶橡胶60605 518.6318.635005008.828.822020-40-40胶料的物理机械性能胶料的物理机械性能

21、 表表3-63-6 橡胶垫板的力学性能橡胶垫板的力学性能 表表3-73-7 E-E-关系关系 表表3-83-8 允许抗压强允许抗压强度度 (Mpa (Mpa) )极限破坏强极限破坏强度度 （MpaMpa）抗压弹性模抗压弹性模量量E E（MpaMpa）抗剪弹性模抗剪弹性模量量G G（MpaMpa）摩擦系数摩擦系数 7.849.807.849.8058.8258.82由形状系数由形状系数 按表按表3-8 3-8 查得查得0.981.470.981.47与（钢）与（钢）0.20.2（与混凝土）（与混凝土）0.30.3456789101112 E（Mpa）19626533341249057965774

22、58431314151617181920 E（Mpa）9321040115712851422155917061863橡胶垫板的计算橡胶垫板的计算橡胶垫板的底面积橡胶垫板的底面积A A可根据承压条件按下式计算可根据承压条件按下式计算 ARARmaxmax/ A-A-垫板承压面积垫板承压面积 a,ba,b-分别为橡胶垫板短边与长边分别为橡胶垫板短边与长边 R Rmaxmax-荷载标准值在支座引起的反力荷载标准值在支座引起的反力 -橡胶垫板的允许抗压强度橡胶垫板的允许抗压强度 橡胶垫板厚度应根据橡胶垫板厚度应根据 橡胶厚度与中间各层橡胶厚度与中间各层钢板厚度确定钢板厚度确定（图（图3.533.53）

23、。）。 橡胶层厚度可由橡胶层厚度可由 上下表层及各钢板间的上下表层及各钢板间的 橡胶片厚度之和确定。橡胶片厚度之和确定。 d0=2dt+ndi d0=2dt+ndi d0d0-橡胶层厚度橡胶层厚度dtdt，didi-分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度分别为上下表层及中间各层橡胶片厚度 n-n-中间橡胶片的层数中间橡胶片的层数图3.53 橡胶垫板构造 根据橡胶剪切变形条件中根据橡胶剪切变形条件中 d0tana u d0tana u 及构造及构造要求，并取要求，并取 tanatana=0.7=0.7，橡胶层厚度应满足下，橡胶层厚度应满足下式要求：式要求： 0.2ad01.430.2ad01.43

24、-由于温度变化等原因在网架支座处引由于温度变化等原因在网架支座处引起的水平位移起的水平位移 1.43-1.43-为为tanatana的倒数，的倒数，tanatana为橡胶层最为橡胶层最大容许剪切角的正切大容许剪切角的正切 橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动橡胶垫板的压缩变形不能过大，为防止支座转动引起橡胶垫板与支座底板部分脱开而形成局部承引起橡胶垫板与支座底板部分脱开而形成局部承压，也不能过小。压，也不能过小。 橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件橡胶垫板的平均压缩变形应满足下列条件 0.05d0ma 0.05d0ma -结构在支座处的最大转角结构在支座处的最大转角(rad(rad) ) 平均压缩变形