第七章 钢桁架与门式刚架三

第七章钢桁架与门式刚架第一节概述一、桁架的特点和应用

桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。

桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、钢闸门中的桁架等）。

本章主要介绍平面简支桁架的设计。

二、平面桁架的外形和腹杆体系影响桁架外形选择的因素：1.满足使用要求；2.受力合理；3.便于制做和安装；4.综合技术经济效果好。

常用的平面桁架的外形如图

桁架应具有适当的中部高度H和端部高度H0（三角形桁架端部高度为零）。H取决于运输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax、刚度要求的最小限值Hmin、以及使弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高度Hec。简支梯形和平行弦桁架，通常H=（1/6~1/10）L,简支梯形钢桁架对端部高度H0无特殊要求。当梯形钢桁架与柱刚接时，桁架端部有负弯矩，要求H0具有一定高度。钢屋架中常用H0=（1.8~2.2）m。

三．门式刚架的特点和应用1.定义门式刚架是由梁、柱单元构件组成的单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于300kN（30吨）的中、轻级工作制桥式吊车或30kN（3吨）悬挂式起重机的单层房屋钢结构。2．门式刚架的特点

(1)结构自重轻,基础造价低。(2)外形简洁、美观。(3)对抗震非常有利。(4)建造速度快，装拆方便。3．适用范围

门式刚架通常用于跨度为9～36m（我国单跨门式刚架的跨度已达到72m）；柱距为4.5～12m；柱高为4.5～9m；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑。四．门式刚架的结构形式

门式刚架的结构形式可按不同的考虑划分：1.按刚架的构件体系：可分为实腹式和格构式刚架。2.按结构选材分：有普通型钢截面、薄壁型钢截面和钢管截面刚架等；3．按跨度分为单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。4．按截面形式分有等截面和变截面刚架。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。5．节点横梁与柱为刚接，柱脚多采用铰支。当用于厂房且有吊车时，或水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高时，宜将柱脚设计为刚接。6．围护结构

屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和Z形冷弯薄壁型钢檩条。外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和双层压型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃纤维棉等卷材隔热(或保温)层的结构体系。墙梁宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部1m高也可采用砌体结构，对保护墙体非常有利，在实际工程中采用较多。板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑动式连接件，可解决温度应力问题。三．结构平面布置

1.定位轴线及尺寸刚架边柱的定位轴线取柱外皮；斜梁轴线取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。檐口高度取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；宽度取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度取两端山墙墙梁外皮之间的距离。2.柱网布置在满足使用要求和经济要求的前提下确定最佳跨度和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于300m，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。3.山墙结构布置山墙结构方案（1）由屋面斜梁、两侧角柱、抗风柱、墙梁和墙板组成的结构体系。优点是角柱有利于纵、横两个方向的墙梁连接，缺点是山墙架结构的横向刚度较差，并且不利于房屋的纵向扩建。（2）用横向框架代替斜梁和角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架结构的横向刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿纵向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横向水平支撑的节点位置相配合。4.墙梁布置墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋所在地区的基本风压及房屋的高度等有关，同时在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应设置墙梁。第二节支撑设计一、桁架支撑设计（一）桁架支撑的作用

平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰接相连桁架仍会侧向倾倒（如图7-4（(a)中虚线所示）。为了防止桁架侧向倾倒破坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系统（水工结构中也称为联结系）。

桁架支撑的作用主要是：（1）保证桁架结构的空间几何稳定性即形状不变。（2）保证桁架架结构的的空间刚刚度和空空间整体体性。桁架上上弦和下下弦的水水平支撑撑与桁架架弦杆组组成水平平桁架，，桁架端端部和中中部的垂垂直支撑撑则与桁桁架竖杆杆组成垂垂直桁架架，无论论竖向或或纵、横横向水平平荷载，，都能通通过一定定的桁架架体系把把力传向向支座，，有足够够的刚度度和整体体性。（3）为桁架弦弦杆提供供侧向支支撑点。水平和和垂直支支撑作为为桁架弦弦杆的侧侧向支承承点，减减小弦杆杆在桁架架平面外外的计算算长度，，提高其其整体稳稳定承载载力。（4）承受并传传递水平平荷载。。（5）保保证结构构安装时时的稳定定且便于于安装。（二）、、桁架支支撑的种种类和布布置如图7-4（b）所示示，桁架架支撑一一般包括括下列几几种：1.上弦横向向水平支支撑位于相邻邻两榀桁桁架上弦弦杆之间间的横向向水（斜斜）平面面内。沿厂房的的纵向，，上弦横横向水平平支撑应应设置在在房屋的的两端，，或当有有温度缝缝时设置置在温度度缝区段段的两端端。一般般设在第第一个柱柱间（图图7-4b）或或设在第第二个柱柱间。横横向水平平支撑的的间距L0不宜超过过60m。当当温度区区段长度度Lt超过60m时，，还应在在温度区区段中部部布置一一道或几几道横向向水平支支撑。2.下弦横向向水平支支撑布置原则则：一般情况况均应设设置下弦弦横向水水平支撑撑。只有有当桁架架跨度比比较小（（L≤18m）），且没没有悬挂挂式吊车车，或虽虽有悬挂挂吊车但但起重吨吨位不大大，厂房房内也无无较大的的振动设设备时，，可不设设下弦横横向水平平支撑。。布置位置置：与上弦弦横向水水平支撑撑布置在在同一柱柱间，以以形成空空间稳定定体。3.纵向水平平支撑布置位置置：在屋架架下弦（（三角形形屋架可可在下弦弦或上弦弦）端节间沿厂房纵纵向水平平面内布布置。布置原则则：当房屋屋内设有有托架，，或有较较大吨位位的重级级、中级级工作制制的桥式式吊车，，或有壁壁行吊车车，或有有锻锤等等大型振振动设备备，以及及房屋较较高、跨跨度较大大，空间间刚度要要求较高高时，均均应布置置纵向水水平支撑撑。垂直支撑：：所有厂房中中均应设置置垂直支撑撑。布置位置：梯形屋架在在跨度L≤30m、三角形屋屋架在跨度度L≤24m时，仅在屋屋架跨度中中央设置一一道垂直支支撑，当屋屋架跨度大大于上述数数值时，宜宜在跨度1/3附近近或天窗架架侧柱处设设置两道。。对于梯梯形屋架，，在屋架两两端还应各各设置一道道垂直支撑撑。沿厂房纵向向，屋架的的垂直支撑撑与上、下下弦横向水水平支撑布布置在同一一柱间。系杆：系杆的作用用：对于不设设横向支撑撑的其它屋屋架，屋架架上、下弦弦的侧向稳稳定性则由由与横向支支撑节点相相连的系杆杆来保证。。系杆的类型型：能承受压力力和拉力的的系杆称为为刚性系杆；只能承受受拉力的系系杆叫柔性系杆。其长细比比分别按压压杆和拉杆杆控制。布置原则：在垂直支撑撑的平面内内一般应设设置上、下下弦系杆；；屋脊节点点及主要节节点处需设设置刚性系系杆，天窗窗侧柱处及及下弦跨中中附近设置置柔性系杆杆；当屋架架横向支撑撑设在厂房房端部第二二柱间时，，则第一柱柱间的所有有系杆均布布置为刚性性系杆。（三）、桁桁架支撑的的计算1.计算原原则：除系杆外各各种桁架支支撑均是垂垂直于屋架架平面的平平面桁架，，由设置的的支撑杆件件和屋架的的弦杆或竖竖杆组成。。当支撑桁架架受力较小小时，可不不做内力计计算，杆件件截面按容容许长细比比选择；交交叉斜杆和和柔性系杆杆按拉杆设设计，可用用单角钢；；非交叉斜斜杆、弦杆杆、竖杆及及刚性系杆杆按压杆设设计，可用用双角钢组组成T形或十字形形截面。当支撑桁架架受力较大大时，需按按平面桁架架体系计算算支撑桁架架的杆件内内力，进行行杆件截面面设计。2.内力计计算：有交叉斜腹腹杆的支撑撑桁架是超超静定体系系，但因受受力较小，，一般可按按下述简化化方法计算算：即只考虑受受拉腹杆按按柔性方案案参与工作作。如图7-5中用虚线线表示的一一组斜腹杆杆因收压而而退出工作作，此时桁桁架按单斜斜杆静定体体系计算；；当荷载反反向作用时时，则认为为另一组斜斜腹杆退出出工作。二、门式刚架支支撑设计（一）门式刚刚架支撑的的作用1.门式刚刚架支撑的的作用和类类型：支撑的作用用：通过在门式式刚架之间间设置支撑撑，使其与与各个平行行的刚架连连成一体，，形成一个个具有足够够强度、刚刚度和稳定定性的空间间整体结构构，从而保保证门式刚刚架结构在在厂房纵向向的几何不不变性及梁梁柱构件在在刚架平面面外的稳定定性。支撑的类型型：如图7-6所示；门门式刚架的的支撑主要要有：屋面面横向水平平支撑及系系杆、柱间间支撑、水水平系杆、、隅撑等。。屋面横向水水平支撑：系设置在框框架梁的上上翼缘平面面，由框架架梁的上翼翼缘作为弦弦杆，檩条条和交叉斜斜杆作为腹腹杆而组成成的水平桁桁架。对于于未设置横横向水平支支撑的框架架梁则通过过系杆（或或檩条）与与之相连，，从而使屋屋盖形成一一个整体。。柱间支撑：设置在纵向向柱列轴线线位置，并并且应与屋屋面横向水水平支撑布布置在同一一开间。隅撑：为了提高框框架梁、柱柱的整体稳稳定性，应应在下列梁梁、柱的受受压翼缘区区域布置隅隅撑：（1）框架梁下翼翼缘受压区区段内的每每根檩条处处；（2）框架柱中靠靠近柱上端端内翼缘压压应力较大大的区段。隅撑也加加强了檩条条的竖向刚刚度，有利利于提高檩檩条的承载载力；隅撑对加强强门式刚架架房屋钢结结构的空空间刚度非非常有利。。（二）支支撑结构的的布置和计计算1.屋面面横向水平平支撑和系系杆布置原则：：横向水平支支撑一般布布置在厂房房（或温度度区段）两两端第一或或第二开间间，并且每每隔30~40m再布置一道道，最大间间距不应大大于60m（图7-8）。在在横向向水平支撑撑的节点处处应设置通通长系杆，，其中屋脊脊和檐口处处系杆及当当横向支撑撑布置在房房屋两端第第二开间时时的第一开开间系杆均均为刚性系系杆，其它它为柔性系系杆。内力计算：：屋面横向水水平支撑的的计算，应应考虑由厂厂房两端抗抗风柱所传传递的纵向向风荷载及及因阻止框框架梁侧向向失稳而起起支撑作用用所应承受受的内力。。横向向水平支撑撑中的交叉叉斜杆可按按拉杆设计计，其竖腹腹杆应按压压杆设计。。2.柱间支支撑和水平平系杆布置原则：：柱间支撑通通常沿纵向向柱列每隔隔30~40m布置置一道，最最大间距不不应大于60m，当当房屋高度度较大时，，柱间支撑撑应分层设设置（如图图7-9所所示）。在在柱间支撑撑的节点处处，沿纵向向柱列应设设置通长的的刚性水平平系杆。内力计算：：柱间支撑内内力计算时时，应考虑虑屋面横向向水平支撑撑传来的纵纵向风荷载载及为了减减小柱的侧侧向计算长长度而起支支撑作用所所应承受的的力。当当厂房设有有吊车时，，还应计入入吊车的纵纵向制动力力。柱间支撑的的计算简图图可按支撑撑于柱脚基基础上的悬悬臂桁架计计算（如图7-9所示示）。3.隅撑在框架梁中中，隅撑设置置在框架梁梁下翼缘受受压的区段段内；而在框架柱柱中，隅撑则设设置在框架架柱中靠近近柱上端内内翼缘压应应力较大的的区段。隅隅撑与梁、、柱的连接接方式如图图7-7所所示。第三节桁桁架设计计一、桁架的的内力计算算1.作用用荷载：桁架上的作作用荷载包包括永久荷荷载和可变变荷载两类类，计算桁桁架内力时时，应考虑虑荷载分项项系数、荷荷载组合系系数，并按按最不利荷荷载组合情情况计算桁桁架杆件内内力。2.桁架计计算简图：：按铰接平平面桁架计计算简图进进行内力计计算。3.内力计计算：首先先把桁架上上的作用荷荷载等效地地转换到桁桁架节点上上得节点荷荷载，然后后可按《结结构力学》》中的数解解法、图解解法或平面面桁架有限限元程序计计算铰接平平面桁架杆杆件的轴力力。待求得节点点荷载作用用下各杆件件的轴力后后，对有节节间荷载的的弦杆，再再按刚接桁桁架计算该该类杆件的的正负弯矩矩值。简简化计算方方法如图7-11所所示。二、桁架杆杆件的计算算长度（一）桁架平平面内的计计算长度L0x桁架平面内内的计算长长度根据杆杆件的节间间长度和两两端约束情情况确定：：1.上下弦弦杆：L0X=L（节间长度度）2.腹杆杆：支座处处竖腹杆和和斜腹杆L0X=L（节间长度度）中部其它腹腹杆L0X=0.8L（L为节间间长度）3.交叉腹杆：L0X=节点中心至至交叉点间间的距离（（如图7-12）。。（二）桁桁架平面外外的计算长长度L0Y桁架平面外外的计算长长度L0Y应取侧向支支撑点间的的距离：1.上下弦杆：L0Y=L1（侧向支点点间的距离离）2.腹杆杆：L0Y=L（节间长度度）3.交叉腹杆：交叉腹杆杆在桁架平平面外计算算长度的确确定与杆件件受受拉和受受压有关，，也与杆件件在交叉点点处的断开开情况有关关，具体计计算参见教教材的相关关规定。●受受压弦弦杆的侧向向支撑点间间距L1时常为节间间长度的2倍（图7-13（（a）），，而弦杆两两节间的轴轴心压力可可能不相等等（设N1＞N2），当用较较大的轴力力N1验算算弦杆平面面外稳定时时，如果计计算长度仍仍用L1显然过于保保守。此时时应按下式式确定平面面外的计算算长度：L0Y=L1（0.75+0.25N2/N1）且L0Y≥0.5L1计算时压力力取正号，，拉力取符符号。●再分分式腹杆的的受压主斜斜杆在桁架架平面外的的计算长度度（图7-13b）），也按上上式计算。。在桁架平平面内的计计算长度则则取节点间间的距离。。对于再分分式受拉主主斜杆在桁桁架平面外外的计算长长度仍取L1。（三）斜平面的的计算长度对于单角钢或或双角钢组成成的十字形截截面腹杆，受受压杆件将绕绕截面最小回回转半径imin的轴整体失稳稳。该方向相相对于桁架平平面为一斜平平面。绕该该轴的计算长长度取为：L0=0.9L（（L为节间长长度）三、桁架杆件件的截面形式式选择基本原则：桁架杆件的截截面形式应根根据用料经济济、连接构造造简单和具有有足够刚度等等要求综合确确定。（1）对于轴轴心受力的腹腹杆，应考虑虑两方向（绕绕X轴、Y轴轴）的等稳定定性要求。（2）对于上上弦杆，当为为轴心压杆时时，应考虑等等稳定性要求求；当为压弯弯构件时，应应适当加大弯弯矩作用方向向的截面高度度。（3）对于于下弦杆，作作为平面桁架架的外框，应应适当加大杆杆件在桁架平平面外的刚度度。普通桁架的杆杆件截面常采采用角钢组合合成的T形、、十字形或单单角钢截面。。重型桁架常常采用H型钢钢、箱形截面面或两槽钢组组合截面。此此外，钢管（（圆管或方管管）也是桁桁架结构中的的杆件常用截截面。四、桁架杆件件截面设计桁架的杆件一一般为轴心受受力构件，当当桁架弦杆作作用有节间荷荷载时，则弦弦杆为压弯（（上弦）或拉拉弯（下弦））构件。对于于轴心受力构构件和拉弯、、压弯构件的的截面设计方方法可分别参参考第四章和和第六章内容容。普通纲桁桁架杆件截面面设计时尚需需注意下列问问题：（1）宜优先先选用肢宽壁壁薄的截面，，使杆件在相相同用钢量的的情况下截面面具有较大的的回转半径和和惯性矩。（2）需用用C级螺栓与与支撑杆件相相连接的桁架架杆件角钢的的边长，应注注意其所能采采用的螺栓最最大直径。（3）为减减少拼接的设设置，桁架弦弦杆的截面宜宜根据弦杆的的最大内力来来选择，对于于跨度不大的的桁架宜采用用等截面弦杆杆。（4）对于于桁架的杆件件，应根据杆杆件在桁架平平面内、外的的计算长度不不同，选择不不同形式的双双角钢组合截截面，尽量做做到λx≈λy。（5）当桁桁架竖杆的外外伸边需与垂垂直支撑相连连时，则该竖竖杆宜采用由由双角钢组成成的十字形截截面，以使垂垂直支撑对该该竖杆的连接接偏心为最小小。（6）为了了便于备料，，整榀桁架所所用的角钢规规格不宜超过过5~6种。。五、桁架的杆杆件设计钢桁架一般在在节点处设置置节点板，交交汇于节点的的各杆件都与与节点板相连连接，形成桁桁架的节点（（图7-17），各杆件件把力传给节节点板并相互互平衡。一般般杆件（腹杆杆和端部弦杆杆）把杆件全全部内力N传传给节点板，，而在节点处处连续的杆件件（如中部区区域弦杆）则则把节点两侧侧的内力差△△N传给节点点板。当节点点上作用有荷荷载P时，则则传给节点板板的力为N或或△N与P（（如图7-24）。有局局部弯矩的杆杆件则还要传传递弯矩和剪剪力。杆件与节点板板的连接通常常采用焊接。。对于输电线线路塔架和一一些需拆卸的的桁架以及安安装连接时也也常采用C级级螺栓。高强强度螺栓连接接在重型桁架架中应用较多多，可在工地地现场进行拼拼装。本节主要介绍绍双角钢杆件件组成的普通通桁架的节点点设计。（一）节点点板的厚度钢桁架各杆件件在节点处都都与节点板相相连接，传递递内力并相互互平衡。节点点板中的应力力分布非常复复杂，确定节节点板厚度的的主要依据是是各节点处每每根杆件传给给节点板的内内力。因为整整榀桁架的节节点板厚度相相同，故应以以桁架的最大大腹杆内力Nmax（对三角形桁桁架取弦杆端端节间内力））来确定全桁桁架的节点板板厚度。如表表7-2所示示。杆件的填板：：双角钢T形或或十字形是组组合截面，为为保证两个角角钢能整体共共同受力，应应每隔一定间间距在两角钢钢间放置填板板（缀板），，如图7-18所示。填填板中距Ld分别为：压压杆Ld≤40i1拉杆Ld≤80i1。（二）节点点设计的基本本要求（1）各杆杆件的形心线线理论上应与与杆件轴线重重合，以免出出现偏心受力力而引起附加加弯矩。但为为了方便制造造，通常将角角钢肢背至杆杆件轴线的距距离取为5mm的整数倍倍，所取数值值应使轴线与与杆件的形心心线间距最小小，作为角钢钢的定位尺寸寸（如图7-19）。当当弦杆截面有有改变时，为为方便拼接和和安放屋面构构件，应使角角钢的肢背齐齐平；此时应应取两形心线线的中线作为为弦杆的共同同轴线（图7-19），，以减小两个个角钢的形心心线错开而产产生的偏心影影响。（2）节点点处各杆件边边缘间应留一一定间隙C（（图7-19），以便于于拼接和施焊焊，并避免焊焊缝过于密集而使钢钢材焊接过热热变脆。一般般取c≥20mm；对直直接承受动力力荷载的焊接接桁架，腹杆杆与弦杆之间间的间隙取c≥50mm。但在桁架架图中一般不不直接表明各各处c值，而而是注明各切切断杆件的端端距以控制有有足够的间隙隙c。（3）角钢钢的切断面一一般应与其轴轴线垂直，为为使节点紧凑凑需要斜切时时，只能切肢肢尖（图7-20(a)）。节点板板的形状和尺尺寸在绘制桁桁架施工图时时决定。节点点板的形状应应简单，如采采用矩形、梯梯形（图7-20©）等等凸多边形。。（4）一般般腹杆和端节节间弦杆需将将其全部内力力传给节点板板，节点板外外边缘与杆件件边线间的扩扩大角宜≥1：4~1：：3（15。~20。，图7-21(b)），，强度用足的的杆件宜≥1：2。（5）在屋屋架双角钢截截面上弦杆上上放置檩条或或大型屋面板板时，角钢的的水平伸出肢肢宽一般应≥≥70~90mm。角钢钢应有一定厚厚度以免在集集中荷载作用用下发生过大大弯曲，可参参考表7-3选用。当厚厚度确有困难难不能满足要要求时，应采采取加强措施施，如图7-22所示。。六、桁架架的节点构造造和计算一般原则桁架的节点设设计宜结合绘绘制屋架施工工图进行。节点的设计步步骤为：①按正确角度度画出交汇于于该节点的各各杆轴线（轴轴线至角钢肢肢背的距离取取5mm的整整数倍）。②按比例例画出与各杆杆件轴线相应应的角钢轮廓廓线，并依据据杆件边缘的的间隙要求c，确定各杆杆端位置。③根据据各杆件内力力N，计算各各杆件端部与与节点板的连连接角焊缝尺尺寸lw，布置焊缝，，并按比例绘绘于节点图上上。④确定定节点板的合合理形状（凸凸多边形）和和尺寸，要求求节点板能框框进所有焊缝缝，并注意沿沿焊缝长度方方向多留约2hf的长度以考虑虑施焊时的焊焊口影响，垂垂直于焊缝长长度方向应留留出10~15mm的焊焊缝位置。⑤进行行节点板的强强度和稳定性性验算。钢桁架的节点点主要有一般般节点（无节节点荷载、无无拼接）、有有集中荷载的的节点、弦杆杆的拼接节点点和支座节点点几种类型：：1、一般节点一般节点是指无集集中菏载和无弦杆杆拼接的节点，构构造形式如图7-23所示。设计计步骤如下：①根据各腹杆杆内力Ni计算各腹杆与节点点板的连接角焊缝缝尺寸，肢背焊缝：取hf1，计算LW1=k1×Ni/(2×0.7hf1×ffw)+2hf1肢尖焊缝：取hf2，计算Lw2=k2×Ni/(2×0.7hf2×ffw)+2hf2②按比例把各腹腹杆与节点板的连连接焊缝尺寸标注注在各杆端，并确确定节点板的形状状和尺寸，节点板板的尺寸应能框进进所有的焊缝，同同时还应伸出弦杆杆角钢肢背10-15mm，以便弦杆与节点点板的焊接。③计算弦杆角钢钢与节点板的连接接焊缝，由于弦杆杆不断开，故弦杆杆与节点板的连接接焊缝应按相邻节节间弦杆的内力差差△N=N1-N2计算。通常所需焊焊缝长度远小于节节点板的实际长度度，因此可按构造造要求的hfmin满焊即可。2、有集中荷载作作用的接点①②确定各腹杆杆与节点板的连接接焊缝及节点板形形状和尺寸的步骤骤、方法同一般节节点。③弦杆与节点板板的连接焊缝计算算：为了放置上部部构件（檩条或大大型屋面板），节节点板须缩入上弦弦角钢肢背不小于于（0.5δ+2mm),且不大于δ(δ为节点板厚度度)的深度,并用用塞焊缝连接.常常采用近似方法计计算,即假定塞焊焊缝相当于两条焊焊脚尺寸各为hf1=δ/2、长度为为LW1（即节点板长度））的角焊缝，且仅仅承受P力的作用用。计算时忽略屋屋架坡度的影响，，设P力垂直于焊焊缝，故焊缝强度度应满足：σf=P/(βf×2×0.7hf1Lw1)≤ffw（7-2）通常P力不大，按按上式算出的σf很小，一般可不做做计算。角钢肢尖焊缝承受受相邻节间弦杆的的内力差△N=N1-N2和由其产生的偏心心弯矩M=（N1-N2）e(e为角钢肢尖至至弦杆轴线的距离离）。焊缝的强度度应满足式（7-3）的要求。当△N较大，按式式（7-3）计算算的肢尖焊缝强度度难以满足要求时时，可按图7-24（B）的形式式处理和计算。3、弦杆的拼接节节点弦杆的拼接分工厂厂拼接和工地拼接接两种。工厂拼接是因型钢供应长度度不足时所做的拼拼接，通常设在内内力较小的节间内内。工地拼接是在桁架分段制造造和运输时的安装装接头，弦杆的拼拼接位置一般在节节点处，多设在跨跨度中央。为保证拼接处具有有足够的强度和在在桁架平面外的刚刚度，弦杆的拼接接通常不利用节点点板作为拼接材料料，应采用拼接角角钢。拼接角钢取取与弦杆相同的截截面规格，以使弦弦杆在拼接处基本本保持强度和刚度度不变。屋架屋脊拼接节点点和下弦拼接节点点构造分别如图7-25a、b所所示。拼接角钢的长度应应根据拼接角钢与与弦杆连接焊缝的的长度确定，一般般可按被拼接处弦弦杆的最大内力或或偏安全地按与弦弦杆等强（宜用于于拉杆）计算，并并假定4条拼接焊焊缝均匀受力。接接头一侧需要的焊焊缝计算长度为：：Lw=N/(4×0.7hfffw)(7-4)N—拼接处弦杆的的最大内力，或N=AfA为弦杆的截截面面积。则则拼接角钢的总总长度为：L=2（Lw+10）+a(mm)(7-5)弦杆与节点板的连连接焊缝，可按较较大一侧弦杆内力力的15%与节点点两侧弦杆的内力力差△N两者中的的较大值计算。计算方法同前述节节点。4、支座节点桁架与柱的连接分分铰接和刚接两种种形式。图7-26所示为梯形桁桁架的铰接支座节节点，采用由节点点板、底板、加劲劲肋和锚栓组成的的构造形式。加劲劲肋的作用是分布布支座反力，减小小底板弯矩和提高高节点板的侧向刚刚度。加劲肋应设设在节点的中心，，其轴线与支座反反力的作用线重合合。为便于施焊，，下弦杆和底板间间应保持一定距离离（图7-26中中S），一般不应应小于下弦角钢水水平肢的宽度。支座节点的传力路路线是：桁架端部部各杆件的内力通通过杆端焊缝传给给节点板，再经节节点板和加劲肋间间的竖直焊缝将一一部分力传给加劲劲肋，然后通过节节点板、加劲肋与与底板间的水平焊焊缝将全部支座反反力传给底板，最最终传至柱。支座节点可采用第第六章铰接柱脚类类似方法计算：⑴底板面积；按按式（6-53）计算。⑵底板厚度：按按式（6-59）计算，但应应注意底板不宜太太薄，以使柱顶压压力分布均匀。⑶加劲肋：加加劲肋的高度应结结合节点板的尺寸寸确定。加劲肋的的厚度可略小于中中间节点板的厚度度。加劲肋可视为为支承于节点板的的悬臂梁，可近似似地取每块加劲肋肋承受1/4支座座反力。加劲肋和节点板与与底板间的水平焊焊缝按承受全部支支座反力计算。5、T形钢作弦杆杆的桁架节点如图7-27所所示，桁架的弦杆杆和腹杆全部由T形钢制成，对于于次种桁架，在腹腹杆端部需要进行行较为复杂的切割割，使得加工制造造难度有所增加。。图7-28所示的的桁架弦杆采用T型钢，腹杆采用用双角钢。双角钢钢可直接与T型钢钢腹板相连。6、节点处板件的的计算⑴根据试验研究究，连接节点处的的板件受拉、剪作作用时，应按下列列公式进行强度验验算（图7-29）N/（∑ηiAi）≤f(7-6)式（7-6）中各各符号的物理意义义见教材解释。⑵考虑到桁架架节点板的外形形往往不规则，，采用式（7-6）计算比较较麻烦，也可用用有效宽度法进进行验算。根据据试验研究，节节点板的强度也也可按下式计算算：σ=N/(bet)≤f(7-7)式中，be---板件的有有效宽度（图7-30（a））），当用螺栓栓连接时，应取取净宽度（图7-30(b)），图中θ为为应力扩散角，，可取为30。。⑶根据试验研研究，桁架节点点板在斜腹杆压压力N作用下的的稳定性可用下下列方法进行计计算：●●对有竖腹杆杆的节点板：当a/t≤15√235/fy时，可不计算稳稳定，否则按附附录二—B中中的要求进行稳稳定计算。●对无竖腹杆的的节点板：当a/t≤10√√235/fy时，节点板的稳稳定承载力可取取为0.8be×t×f。当当a/t＞10√√235/fy时，应按附附录二—B中的的要求计算。关于节点板的其其他要求参见教教材相关内容。。第四节门门式刚架一、内力和侧移移计算（一）变截面门门式刚架内力计计算对构件为变截面面的门式刚架，，有可能在几个个截面同时或接接近同时出现塑塑性铰，不宜利利用塑性铰出现现后的应力重分分布；刚架构件件的腹板通常很很薄，截面发展展塑性的潜力也也不大，故应采用弹性分析方方法按平面结构构进行内力分析析。当有必要且有条条件时，可考虑虑屋面板的蒙皮皮效应，具体方方法见《门式刚刚架轻型房屋钢钢结构技术规程程CECS102：98》的的条文说明。变截面门式刚架架的内力分析可可按一般结构力力学方法或利用用静力计算公式式、图表进行；；也可采用有限限单元法计算。。（二）变截面门门式刚架侧移计计算1、单跨刚架当单跨变截面门门式刚架横梁上上翼缘坡度不大大于1：5时，，在柱顶水平力作用下的的侧移u可按下下列公式估算：：柱脚铰接刚架u=Hh3(2+ξt)/(12EIc)(7-8)柱脚刚接刚架u=Hh3(3+2ξt)/[12EIc(6+2ξt)(7-9)式中ξt------刚架柱与刚架梁梁的线刚度比值值，ξt=IcL/(hIb);h，L---刚架柱高度和刚刚架跨度；当横横梁坡度大于1：10时，L应取横梁沿坡坡折线的总长度度2s（图7-32）；Ic，Ib----柱和横梁的平均均惯性矩，对于于楔形构件：Ic=（Ic0+Ic1）/2，Ic0和Ic1分别为柱小头和和大头的惯性矩矩；对于双楔形形横梁：Ib=[Ib0+αIb1+（1-α）Ib2]/2，Ib0、Ib1和Ib2分别为楔形横梁梁最小截面、檐檐口和跨中截面面的惯性矩；H---刚架柱柱顶等效水平力力。当估算刚架架在沿柱高度均均布的水平风荷荷载作用下的侧侧移时（图7-33），柱脚铰接：H=0.67W，W=（（w1+w2）h；柱脚刚接：H=0.45W。当估算刚刚架在吊车水平平荷载PC作用下的侧移时时（图7-34），柱脚铰接：H=1.15ηηPC柱脚刚接:H=ηηPc2、两跨刚架中间柱为摇摆柱柱的两跨刚架，柱顶侧移可采采用公式（7-8）和公式（（7-9）计算算，但计算ξt时，应以2s代代替L，s为单单坡面长度（图图7-35）。。当中间柱与横梁梁刚性连接时，可将多跨刚架架看作多个单跨跨刚架的组合体体（每个中柱分分为两半，惯性性矩各为I/2），按下式计算算刚架在柱顶水水平荷载作用下下的侧移：u=H/∑∑Ki(7-10)式中，∑Ki------柱脚铰接时各单单跨刚架的侧向向刚度之和；Ki=12EIei/[hi3(2+ξti）]，ξξti=Ieili/(hiIbi);hi-----所计算跨两柱的的平均高度（图图7-36）；；hi=(hl+hr)/2li-----与所计算柱相连连接的单跨刚架架梁的跨度；Iei----两柱惯性矩不相相同时的等效惯惯性矩，Iei=（Il+Ir）/4+IlIr/（Il+Ir）Il,Ir-----分别为所计算跨跨左、右两柱的的惯性矩（图7-36）二、构件截面设设计（一）变截面面刚架的构件计计算1、板件最大大宽厚比和屈曲曲后强度利用工字形截面构件件受压翼缘自由由外伸宽度b1与其厚度之比：：b1/t≤15√235/fy工字形截面梁、、柱腹板的计算算高度h0与其厚度tw之比：h0/tw≤250√235/fy对于工字形截面面的腹板，从经经济考虑宜采用用高薄形截面，，此时，充分利利用腹板的屈曲曲后强度是比较较合理的。对于于工字形截面构构件腹板的受剪剪板幅，当腹板板高度的变化不不超过60mm/m时，可考考虑屈曲后强度度，其抗剪承载载力设计值Vd按下式计算：Vd=hwtwfv’(7-11)式中hw---腹板高度度，对楔形腹板板取板幅平均高高度。fv’---腹板屈屈曲后抗剪强度度设计值，计算算详见规程CECS102:98当利用腹板屈曲曲后抗剪强度时时，横向加劲肋肋间距a宜在(1~2)hw之间。工字形截截面构件件腹板受受弯及受受压板幅幅利用屈屈曲后强强度时，，应按有有效宽度度计算截截面特性性：当截面全全部受压压时，有效宽宽度he=ρhw，ρ是有有效宽度度系数，，其计算算详见CECS102：98；当截面部部分受拉拉时，受拉区区全部有有效，受受压区有有效宽度度he=ρhc，hc为腹板受受压区高高度。2、刚架架构件的的强度计计算和加加劲肋设设置工字形截截面受弯弯构件在在剪力V和弯矩矩M共同同作用下下的强度度应满足足下列要要求：当V≤≤0.5Vd时M≤Me(7-12)当0.5Vd≤V≤Vd时M≤Mf+(Me-Mf)[1-(2V/Vd-1)2](7-13)式中Mf---两两翼缘所所承担的的弯矩,对双轴轴对称截截面:MMe---构件有效截面所承担的弯矩,Me=Wef;We---构件有效截面最大受压纤维的截面模量;Af---构件翼缘截面面积。工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴心压力N共同作用下的强度应满足下列要求：

当V≤0.5Vd时M≤MeN=Me-NWe/Ae（7-14）当0.5Vd≤V≤Vd时M≤MfN+（MeN-MfN）[1-（2V/Vd-1）2]（7-15）式中MfN---兼承受压力N时两翼缘所能承受的弯矩，对双轴对称截面：MfN=Af(hw+t)(f-N/A)A---有效截面面积。

梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷载处和翼缘转折处设置横向加劲肋。梁腹板利用屈曲后强度时，其中间加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力。该拉力场产生的压力NS=V-0.9hwtwτcr，τcr是利用拉力场时腹板的屈曲剪应力，其计算详见规程CECS102：98。当验算加劲肋的稳定性时，其截面应包括每侧15√235/fy范围内的腹板面积，计算长度取hw.3、变截截面柱在在刚架平平面内的的稳定计计算N0/(φxγAe0)+ββmxM1/[(1-φφxγN0/NE)We1]≤f(7-16)式中NE---欧欧拉临界界力，计计算λ时时，回转转半径I以小头头为准；；N0---小小头的轴轴向压力力设计值值；Ae0—小头的的有效截截面面积积；We1—大头有有效截面面最大受受压纤维维的截面面模量；；M1---大大头的弯弯矩设计计值；当当柱最大大弯矩不不出现在在大头时时，Mβmx—等效弯矩系数，有侧移刚架柱的等效弯矩系数=1.0；φxγ—杆件轴心受压稳定系数。计算长细比λ时，取小头的回转半径；而对截面高度呈线形变化的楔形柱，在刚架平面内的计算长度h0=μγh，计算长度系数μγ可按下列三种方法之一确定：

⑴查表法：用于柱脚铰接的刚架。①柱脚铰接单跨刚架楔形柱的μγ可由表7-4查得。②多多跨刚刚架的中中间柱为为摇摆柱柱时（图图7-37），，摇摆柱柱的计算算长度系系数μγ取为1.0。边边柱的计计算长度度按下式式计算：：h0=ημγh(7-17)式中各符符号的物物理意义义见讲义义解释。。式（7-17））的计算算长度系系数μγ适用于屋屋面坡度度不大于于1：5的情况况，超过过此值时时应考虑虑横梁轴轴向力对对柱刚度度的不利利影响（（横梁轴轴向力将将产生竖竖向分力力）。⑵一阶分析析法：可可用于柱脚脚铰接和刚接接的刚架。对于单跨对称称屋架（图7-38（a）），，按一阶分析析法得出柱顶顶水平荷载H作用下的侧侧移刚度K=H/U后，柱的计计算长度系数数可由下列公公式计算：当柱脚为铰接接时μμγ=4.16√√(EIc0/(Kh3))(7-18)当柱脚为刚接接时μμγ=5.88√√(EIc0/(Kh3))(7-19)对中间为非摇摇摆柱的多跨跨刚架(图7-38(b)),μγ可按下列公式式计算:当柱脚为铰接接时μμγ=0.85√√[1.2NE0i∑(Ni/hi)/(K*N)](7-20)当柱脚为刚接接时μμγ=1.20√√[1.2NE0i∑(Ni/hi)/(K*N)](7-21)式中hi、Ni、NE0i分别为第I根根柱的高度、、轴心压力和和以小头为准准的欧拉临界界力公式（7-20）和公式式（7-21）也可用于于单跨非对称称刚架。⑶二阶分分析法；可用于柱脚铰铰接和刚接的的刚架。当采用计入竖竖向荷载-侧侧移效应（P-U效应））的二阶分析析法计算内力力时，构件的的计算长度系系数μγ由下列公式计计算：μγ=1-0.375γ+0.08γ2(1-0.0775γ)式中,γ--构件的楔率率,γ=(d1/d0)-1不大于于0.268L/d0及6.0d0,d1——分别为柱的的小头和大头头的截面高度度(图7-39).4、变截面柱柱在刚架平面面外的稳定计计算N0/(φyAe0)+βtM1/(φbγWe1)≤f(7-23)式中，φY—轴心受压构构件在刚架平平面外的稳定定系数，计算算长度取侧向向支撑点间的的距离，截面面回转以小头头为准；βt—等效弯矩系系数，对一端端弯矩为零的的区段：βt=1-N/NEx0+0.75(N/NEx0)2,NEx0为以小头为准准的欧拉临界界力；对两端端弯曲应力基基本相等的区区域：βt=1.0;φbγ---均匀弯弯曲楔形受弯弯构件的整体体稳定系数,可按讲义中中的公式(7-24)及及相关规定计计算.5、变截面柱柱柱端抗剪承承载力验算变截面柱下端端铰接时，应应验算柱端的的抗剪强度。。当不满足时时，应对该处处腹板加强。。6、横梁设计计⑴实腹式横横梁在刚架平平面内和平面面外均应按压压弯构件计算算强度和稳定定。当屋面坡坡度很小时（（α≤10。），在刚架平平面内可仅按按压弯构件计计算其强度。。⑵变截面实实腹式刚架横横梁的平面内内计算长度可可取竖向支承承点间的距离离；实腹式刚刚架横梁的平平面外计算长长度，应取侧侧向支撑点间的距离；当横梁的上、、下翼缘侧向向支撑点间的的距离不等时时，应取最大大受压翼缘侧侧向支撑点间间的距离。⑶当实腹式刚架横横梁的下翼缘受压时时，必须在受受压翼缘的两两侧布置隅撑撑（厂房端部部刚架横梁仅仅布置在一侧侧）作为横梁梁的侧向支撑撑；隅撑的另另一端连接在在檩条上或焊焊接于太空轻轻质大型屋面面板的边框上上。⑷当横梁上上翼缘承受集集中荷载处不不设横向加紧紧肋时，除应应按《钢结构构设计规范》》（GB50017-）的规定验验算腹板上边边缘的正应力力、剪应力和和局部压应力力共同作用时时的折算应力力外，还应满满足下式要求求：F≤15（tf235/twfy)1/2×tw2×αmf(7-25)式中，F—上上翼缘所承受受的集中荷载载；tf、tw--横梁翼缘缘和腹板的厚厚度；αm--参数，ααm=1.5-M(Wef),且αm≤1.0，横横梁负弯矩矩区取零；M—集中荷载载作用处的弯弯矩。⑸横梁不需需计算整体稳稳定的侧向支撑点间间最大长度，，可取横梁下翼缘宽度度的16(235/fy)1/2。7、隅撑设设计隅撑应按轴轴心受压构构件设计，，轴心压力力可按下式式计算N=Af(fy/235)1/2/（85cosθ)(7-26)式中，A——实腹式横横梁被隅撑撑所支撑翼翼缘的截面面面积；θ—隅撑与与檩条轴线线的夹角；；f、fy—实腹式斜梁钢材的的强度设计计值和屈服服强度。隅撑宜采用用单角钢制制作，通常常采用单个个螺栓连接接，计算时时应考虑强强度设计值值折减系数数。隅撑与与刚架构件件腹板的夹夹角不宜小小于45。。（二）等等截面刚架架构件计算算等截面构件件可采用三三块钢板焊焊成的工字字形截面、、高频焊接接轻型H型型钢及热扎扎H型钢。。等截面刚刚架按弹性性设计时，，可按上述述变截面刚刚架的规定定进行设计计。等等截面刚架架按塑性设设计时，可