国家级精品课程—钢结构设计课件.ppt

1、国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l弦杆和单系腹杆的计算长度：弦杆和单系腹杆的计算长度：理想铰接桁架：理想铰接桁架：实际桁架：实际桁架：杆端约束来自刚性连接的其它杆件。杆端约束来自刚性连接的其它杆件。3.3.屋架杆件设计屋架杆件设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l 影响钢屋架杆端约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素： 杆件轴力性质杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用较大，拉力使杆拉直，约束作用较大， 压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。 杆件线刚度大小杆件线刚度大小 线刚度线刚度(EI/L)越大，约束作用越大，越大，约束作

2、用越大， 反之，约束作用越小。反之，约束作用越小。 与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大， 较远的杆件作用小。较远的杆件作用小。 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l 屋架平面内计算长度屋架平面内计算长度l0 x 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 (节间长度）节间长度） 支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹杆 llx0llx8 . 00国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l 屋架平面外计算长度屋架平面外计算长度loy 弦杆弦杆: loy=l1 （侧向支撑点间距离侧向支撑点间距离）；）； 有檩屋盖：取水平支撑节点间长度；有檩屋盖：取水平支撑节点间

3、长度； 取檩条间距（檩条与横向水平支撑节点用板连牢时）取檩条间距（檩条与横向水平支撑节点用板连牢时） 无檩屋盖：两块大型屋面板的间距；无檩屋盖：两块大型屋面板的间距； 腹杆腹杆: loy=l （节间长度）（节间长度） 节点板对于发生屋架平面外的变形来说节点板对于发生屋架平面外的变形来说 抗弯刚度很小；抗弯刚度很小；檩条在支撑檩条在支撑斜杆处连接斜杆处连接国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆：单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆：loy=0.9l 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端 部所受约束介于屋架平面内外两种情况之间

4、。部所受约束介于屋架平面内外两种情况之间。y0y0y0y0国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计平面内计算长度：平面内计算长度：l变内力压杆的计算长度：变内力压杆的计算长度：平面外计算长度：平面外计算长度：010.5xll0121(0.750.25)yllNN考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助援助”作用。作用。N1N2N1N2国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计l交叉腹杆中压杆的计算长度：交叉腹杆中压杆的计算长度： 交叉腹杆中交叉点处构造：交叉腹杆中交叉点处构造： 两杆不断开。两杆不断开。 一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。一杆不

5、断开，另一杆断开用节点板拼接。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计桁架平面内计算长度：桁架平面内计算长度： 无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。llx5 . 00桁架平面外计算长度：桁架平面外计算长度： 拉杆拉杆可作为压杆的平面外支承点；可作为压杆的平面外支承点； 压杆压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支承点的作用。除非受力较小且不断开，否则不起侧向支承点的作用。 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计相交另一杆受压，两杆截面相同并在交相交另一杆受压，两杆截面相同并在交 叉点不

6、中断：叉点不中断：2)1 (0NNlloyNNlloy12102N0NNN0N0NNN0GB50017GB50017规范中交叉腹杆中规范中交叉腹杆中压杆压杆的平面外计算长度计算公式：的平面外计算长度计算公式： 相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中 断但以节点板搭接。断但以节点板搭接。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断。相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断。lNNlloy5 . 0)431 (210lNNlloy5 . 04310N0NNN0N0NNN0相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭

7、接。相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。若若N0N 或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度:) 1(430220NNlNEIylly5 . 00NNN0N0式中，式中，l 为节点之间的距离，为节点之间的距离，N 为所计算杆内力，为所计算杆内力， N0 为相为相交另一杆内力，取绝对值。交另一杆内力，取绝对值。l交叉腹杆中交叉腹杆中拉杆拉杆的平的平 面外计算长度：面外计算长度：l0y=l 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢

8、结构设计（2）容许长细比）容许长细比 钢屋架的杆件截面较小，长细比较大，在自重作用下钢屋架的杆件截面较小，长细比较大，在自重作用下会会产生挠度产生挠度，在运输和安装过程中容易因刚度不足而，在运输和安装过程中容易因刚度不足而产生产生弯曲弯曲，在动力荷载作用下，在动力荷载作用下振幅较大振幅较大，这些问题都，这些问题都不利于杆件的工作，故钢结构设计规范对压杆和拉杆不利于杆件的工作，故钢结构设计规范对压杆和拉杆都规定了容许长细比。都规定了容许长细比。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计（2）容许长细比）容许长细比对于双角钢组成的对于双角钢组成的T T形截面杆件：形截面杆件：0 xxxli0

9、 yyyli式中，式中，ix、iyT形截面绕形截面绕x、y轴的回转半径。轴的回转半径。 对于单角钢杆件和双角钢组成的十字形截面杆件：对于单角钢杆件和双角钢组成的十字形截面杆件： 0min liimin-截面最小回转半径截面最小回转半径(y0轴）。轴）。y0y0yyxxyyxx国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 受压构件的容许长细比 表3-5 项次构件名称容许长细比1柱、桁架和天窗架中的杆件150柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑2支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）200用以减小受压构件长细比的杆件注：注：国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计受拉构件的容许

10、长细比 表3-6 项次构件名称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受动力荷载的结构一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑300200-3其它拉杆、支撑、系杆等（张紧的圆钢除外）400350-注：注：国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计（3 3）杆件设计）杆件设计 1 1）截面形式）截面形式 杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则： 承载能力高，承载能力高， 截面扩展截面扩展 抗弯强度大，抗弯强度大， 壁厚较薄壁厚较薄 便于连接，用料经济便于连接，用料经济 外表平整外表平整 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设

11、计等强设计：等强设计：压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性。压杆对截面两主轴具有相等或接近的稳定性。)(yzyxyz-单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑 扭转效应的换算长细比。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u受压弦杆：受压弦杆：yyyxxxyxxyililll00002xyii2有节间荷载时有节间荷载时国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u受拉弦杆：受拉弦杆：xyll00国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：xyll00yxyxii 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u其他腹杆：其他腹杆：llx8 . 0

12、0yxxyii25. 1lly0国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u连接垂直支撑的竖杆：连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖杆不致产生垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，方便吊装。偏心，方便吊装。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u屋架杆件中的填板。屋架杆件中的填板。 作用：作用：保证两角钢共同工作。保证两角钢共同工作。 间距：压杆间距：压杆 拉杆拉杆 数量：不小于数量：不小于2 2个。个。ilz40ilz80i-单个角钢对单个角钢对a-a轴的回转半径轴的回转半径(T形截面），形截面），在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径（在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径（b-

13、b）。）。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计2）截面选择）截面选择u 同一榀屋架中，角钢的规格不超过同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种；种； 最小角钢最小角钢 L454 ，L56364； 跨度跨度L18m 的小角钢屋架不受此限。的小角钢屋架不受此限。u屋架杆件截面改变：一般采用等截面，但对跨度大于屋架杆件截面改变：一般采用等截面，但对跨度大于30m的梯形屋架和跨度大于的梯形屋架和跨度大于24m的三角形屋架，可根据材的三角形屋架，可根据材料长度和运输条件在节点处或节点附近设置接头，并按内料长度和运输条件在节点处或节点附近设置接头，并

14、按内力变化改变弦杆截面，但在半跨内只能改变一次。力变化改变弦杆截面，但在半跨内只能改变一次。更改截更改截面的方法是变更角钢的肢宽而不改变壁厚面的方法是变更角钢的肢宽而不改变壁厚，以便于弦杆拼，以便于弦杆拼接的构造处理。接的构造处理。 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u桁架杆件截面选择：桁架杆件截面选择：拉杆：拉杆：强度，刚度。强度，刚度。压杆：压杆：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。压弯构件：压弯构件：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。确定截确定截面型式面型式初选初选截面截面截面截面验算验算截面截面调整调整国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计2220022222

15、)1 (4)(21)(21zyzyzyyzie双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆，长细比计算双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆，长细比计算:对x轴：x = lox/ix； 对y轴：应考虑扭转效应，取换算长细比， 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计00.58yb tlb42200.475(1)yzyyblt00.58yb tlb22043.9(1)18.6yyzltbtb对等边双角钢截面：当时， 当时， 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计2020.48ybtlb422201.09(1)yzyyblt2020.48ybtlb2202425.1(1)17.4yyzltbt

16、b 对长肢相并的不等边双角钢截面：当时， 当时， 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计1010.56yb tlbyzy1010.56yb tlb2201413.7(1)52.7yyzltbtb对短肢相并的不等边双角钢截面：当时 当时 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计4.4.屋架节点设计：屋架节点设计： 任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算；任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算； 注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传 递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼递弦杆内力，弦杆若在节点板

17、处断开，应设置拼 接角钢在两弦杆间直接传力。接角钢在两弦杆间直接传力。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计（1）节点设计的一般原则）节点设计的一般原则:u各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并汇交于节各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并汇交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。 对焊接桁架：将角钢肢背与形心间距离调整为对焊接桁架：将角钢肢背与形心间距离调整为5mm的倍数。的倍数。 45(45.8）35(35.3)2L140X90X102L110X70X6国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u截面改变时桁架弦杆轴线：截面改变时桁架弦杆轴线： 角钢肢背平齐；角钢肢背平齐； 取两段角钢形心中线作为桁架弦杆轴线；取两段角钢形心中线作为桁架弦杆轴线；国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切 以便使节点紧凑时只能切肢尖。以便使节点紧凑时只能切肢尖。错误做法错误做法正确做法正确做法国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u节点板上各杆件之间的间距节点板上各杆件之间的间距: : 为施焊方便，且避免焊缝过分集中致使材质变脆，为施焊方便，且避免焊缝过分集中致使材质变脆，受静载时受静载时: a 20受动载时受动载时: a 50