钢结构构造与识图 课件 单元五　空间管桁架结构

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单元二多高层钢结构房屋单元三门式刚架轻型房屋

单元四单层钢结构厂房

单元一

钢结构基础知识单元五空间管桁架结构单元六网架结构

单元七装配式钢结构建筑钢结构构造与识图单元五空间管桁架结构主要由钢管构件组成的结构称为钢管结构,钢管包括圆钢管和矩形钢管和用钢板焊接成的钢管。管桁架结构是一种钢管结构,分为平面管桁架结构和空间管桁架结构。平面管桁架由处于同一平面内的上弦杆、腹杆和下弦杆构成,钢管轻钢屋架即为平面管桁架;空间管桁架是由上弦杆、腹杆与下弦杆构成的横截面为三角形或四边形的格构式管桁架,近20年来,空间管桁架结构在大跨空间结构中得到了广泛应用。单元设置背景通过本单元的学习,认知空间管桁架结构,了解结构形式与结构布置,理解结构构造。读者可结合虚实模型进行本单元的学习,有条件可到施工现场或已建成的房屋进行学习与实践,以便更好地理解管桁架结构的构造,识读施工图。单元教学要求单元五空间管桁架结构单元六网架结构钢结构构造与识图目录Content1项目5.1认识空间管桁架结构2项目5.2熟悉空间管桁架结构构造单元五空间管桁架结构单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图认识空间管桁架结构项目5.1任务5.1.1认知空间管桁架任务5.1.2熟悉空间管桁架结构体系单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图任务5.1.1认知空间管桁架项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图施工中的空间管桁架结构

空间管桁架结构火车站项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目6.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目6.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架一、空间管桁架结构的断面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架二、空间管桁架的外形单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（a）直线型（b）曲线型图5.1.2空间管桁架结构的外形任务5.1.1认知空间管桁架三、钢管的截面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构主管或弦杆支管或腹杆主管和支管均为圆管相贯的空间管桁架是目前国内应用最为广泛的截面形式任务5.1.1认知空间管桁架三、钢管的截面形式单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图Rectangle：矩形、长方形；Circle：圆形项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构引导问题1：空间管桁架结构通常为三角形断面，分正三角形和倒三角形两种，实际工程中大量采用的是倒三角截面形式的桁架。引导问题2：按桁架的外形可分为直线形与曲线形管桁架结构。任务5.1.1认知空间管桁架单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图1.间隙型节点:非贯通杆件在节点部位有一定间隙2.搭接型节点:非贯通杆件在节点部位部分重叠项目5.1认识空间管桁架结构四、空间管桁架的节点任务5.1.1认知空间管桁架四、空间管桁架的节点单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.1认知空间管桁架四、空间管桁架的节点单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构1.钢管直接焊接节点的构造应符合下列规定：(1)主管的外部尺寸不应小于支管的外部尺寸,主管的壁厚不应小于支管的壁厚,在支管与主管的连接处不得将支管插人主管内。(2)主管与支管或支管轴线间的夹角不宜小于30°。(3)支管与主管的连接节点处宜避免偏心;偏心不可避免时,应控制偏心率。(4)支管端部应使用自动切管机切割,支管壁厚小于6mm时可不切坡口。(5)支管与主管的连接焊缝,除支管搭接应符合第（4）条的规定外,应沿全周连续焊接并平滑过渡;焊缝形式可沿全周采用角角焊缝,或部分采用对接焊缝,部分采用角焊缝,其中支管管壁与主管管壁之间的夹角大于或等于120°的区域宜采用对接焊缝或带坡口的角焊缝;角焊缝的焊脚尺寸不宜大于支管壁厚的2倍,搭接支管周边焊缝宜为2倍支管壁厚。(6)在主管表面焊接的相邻支管的间隙a不应小于两支管壁厚之和。任务5.1.1认知空间管桁架四、空间管桁架的节点单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构2.支管搭接型的直接焊接节点的构造尚应符合下列规定:(1)支管搭接的平面K形或N形节点,应控制其搭接率,且应确保在搭接的支管之间的连接焊缝能可靠地传递内力。(2)当互相搭接的支管外部尺寸不同时,外部尺寸较小者应搭接在尺寸较大者上;当支管壁厚不同时,较小壁厚者应搭接在较大壁厚者上;承受轴心压力的支管宜在下方。任务5.1.1认知空间管桁架五、空间管桁架的特点单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构（一）优点（一）空间管桁架结构的优点（1）由于在节点连接的处理方式上，空间管桁架结构采用直接焊接各根杆件，摒弃传统的连接方式，因而具有施工简便，节省钢材的优点。（2）节点连接方式比较简单。（3）结构外观简洁、线形流畅、空间造型多样化。（4）所采用的钢管管壁比较薄，截面有比较大的回转半径，因而拥有较好的抗压和抗扭性能，从而结构整体刚度比较大，其几何特性比较好。（5）钢管与大气接触的表面积比较小，节点处各根杆件又是直接焊接，无积留湿气和大量灰尘的死角或凹处，便于清刷、油漆，维护和防锈；并且管形构件对端部及全长范围内作封闭处理后，在其内部是不易生锈的。（6）从流体动力学角度来讲，圆形管截面的管桁架结构其性能是有优势的，在风力或水流等荷载作用下，圆管结构比其它截面形式的结构其荷载作用效应要低得多。任务5.1.1认知空间管桁架五、空间管桁架的特点单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图项目5.1认识空间管桁架结构（二）局限性（二）空间管桁架结构的局限性然而，空间管桁架结构对其生产和施工工艺以及加工的设备是有一定要求的，这主要是由于其采用相贯焊接的节点，因而空间管桁架结构在应用上也存在一定的局限性。（1）加工和放样相贯节点的工艺比较复杂，手工切割很难做到其相贯线上的坡口变化，因此一般采用机械加工，且要求施工单位配备数控的五维切割机床设备，对机械加工的工艺要求也很高。（2）空间管桁架结构的节点一般采用焊接方式，需要在焊接时控制其收缩量，对焊缝的质量要求也比较高，因是现场焊接，所以相对来讲其工作量也比较大。（3）在用钢量上空间管桁架结构往往比网架结构大。对于不同内力的杆件，应采用不同壁厚但相同外径的钢管，壁厚不宜有太多的厚度变化，在弦杆方向上相贯节点应尽可能使用同一外径的钢管作为杆件，不然各钢管间的拼接会比较复杂，其拼接数量也太多。从而造成钢材用量的增加，也不能充分发挥材料的强度。

结束语结束任务!单元一钢结构基础知识钢结构构造与识图任务5.1.2熟悉空间管桁架结构体系项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.2熟悉空间管桁架结构体系一、空间管桁架结构体系单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图主结构防侧倾体系稳定支撑体系空间管桁架垂直支撑＋上弦纵向水平支撑刚性系杆＋上弦纵向水平支撑项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.2熟悉空间管桁架结构体系二、空间管桁架的尺寸单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图空间管桁架的高度弦杆（主管）与腹杆（支管）及两腹杆之间的夹角跨度的1/12～1/16

不小于30*

项目5.1认识空间管桁架结构任务5.1.2熟悉空间管桁架结构体系三、空间管桁架的起拱要求与挠度容许要求单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（一）起拱要求当空间管桁架跨度较大（一般不小于30m）时，可考虑起拱，起拱值可取不大于空间管桁架跨度的1/300。此时杆件内力变化“较小”，设计时可按不起拱计算。（二）挠度容许要求管桁架结构在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值不宜超过短向跨度的1/250，悬挑不宜超过跨度的1/125。对于设有悬挂起重设备的屋盖结构最大挠度值不宜大于结构跨度的1/400。一般情况下，按强度控制而选用的杆件不会因这样的刚度要求而加大截面。

结束语结束任务!单元一钢结构基础知识钢结构构造与识图熟悉空间管桁架结构构造项目5.2任务5.2.1熟悉杆件构造任务5.2.2熟悉节点构造单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图任务5.2.1熟悉杆件构造项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.1熟悉杆件构造一、杆件的材质单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图钢管宜采用Q355、Q390、Q420等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢以及Q235等级B、C、D的碳素结构钢。钢管可采用冷成型的直缝焊接管或热轧管，也可采用冷弯型钢或热轧钢板、型钢焊接成型的钢管。焊缝宜采用高频焊和自动焊。焊接钢管应采用熔透焊缝，焊缝强度不应低于管材选用母材强度，焊缝质量应符合一级焊缝质量标准。钢管应由专业工厂生产，并应提供符合标准要求的出厂质量合格证。抗震设计时，钢管桁架结构的钢材应符合下列要求：（1）钢材的屈强比不应大于0.85；（2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%；（3）钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.1熟悉杆件构造二、杆件的截面单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图空间管桁架结构杆件一般为管材,管材宜采用高频焊管或无缝钢管,高频焊管价格比无缝钢管便宜,且高频焊管性能完全满足使用要求,故高频焊管的采用更为普遍。管材截面尺寸的选取按计算要求,并满足最小管径和壁厚要求,杆件截面的最小尺寸应根据结构的跨度与网格大小按计算确定,钢管不宜小于ϕ48×3。对大、中跨度空间网格结构,钢管不宜小于ϕ60×3.5。为避免给施工和维护造成困难，钢管端部应进行封闭。项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.1熟悉杆件构造三、杆件的计算长度与容许长细比单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（一）计算长度计算长度弦杆及支座腹杆其他腹杆相贯节点项目6.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.1熟悉杆件构造三、杆件的计算长度与容许长细比单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（二）容许长细比

结束语结束任务!单元一钢结构基础知识钢结构构造与识图任务5.2.2熟悉节点构造项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图节点构造钢管的对接拼接构造直接焊接节点构造加劲钢管节点构造支座构造管桁架上弦与屋面构件的连接构造项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造一、钢管的对接拼接单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（一）钢管的工厂焊接项目6.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造一、钢管的对接拼接单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（一）钢管的工厂焊接项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造一、钢管的对接拼接单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（二）钢管的现场焊接项目6.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造一、钢管的对接拼接单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（二）钢管的现场焊接项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造二、钢管的搭接单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图(一)支管与主管的搭接

项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图(二）多个支管搭接二、钢管的搭接多根钢管搭接时，一般将直径较大支管作为被搭接管；管壁较厚支管作为被搭接管；承受轴心压力的支管作为被搭接管。管壁较薄支管作为被搭接管时，应进行计算，判断是否满足强度要求，不能满足强度要求时，搭接部位应考虑加劲措施。对不需进行疲劳验算的节点以及抗震设防烈度不大于7度地区的节点，允许被搭接管的隐藏部位不作焊接。被搭接管隐藏部位必须焊接时，允许在搭接管上设焊接手孔，在隐藏部位施焊结束后封闭，或将搭接管在节点近旁处断开，隐藏部位施焊后再接上其余管段。在有间隙的节点中，支管间隙应不小于两支管壁厚之和。在搭接节点中，其搭接率应满足设计要求，且应确保在搭接部分的支管之间的连接焊缝能可靠地传递内力。项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造三、加劲钢管节点构造单元五空间管桁架结构钢结构构造与识图（一）主管管内设置加劲板（a）主管内设一道加劲板（b）主管内设两道加劲板图5.2.3支管为圆管时内加劲板的位置图5.2.4

有内加劲板节点的主管拼缝位置支管以承受轴力为主时，可在主管内设一道或两道加劲板；节点按刚接要求设计时，应设两道内加劲板。设置一道内加劲板时，加劲板位置宜在支管与主管相贯面的鞍点处；设置两道内加劲板时，内加劲板宜设置在距相贯面冠点0.1d附近，d为支管外径。当主管直径较小，内加劲板的焊接必须断开主管钢管时，主管的拼接焊缝宜设置在距支管相贯焊缝最外侧冠点200mm以外处，如图5.1.4所示。项目5.2熟悉空间管桁架结构构造任务5.2.2

熟悉节点构造三、