最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件1最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件2第一節概述一.桁架及其應用

桁架是指由直桿在桿端相互連接而組成的以抗彎為主的格構式結構。桁架中的桿件大多只承受軸向力，材料性能發揮較好，特別適用于跨度或高度較大的結構。

桁架主要有空間桁架（網架和塔架）、平面桁架（屋架、吊車桁架、水工結構中的鋼棧橋、鋼桁架引橋、鋼閘門中的桁架等）。

第一節概述一.桁架及其應用3空間塔架空間塔架4

為運輸材料、設備、人員而修建的臨時橋梁設施，按采用的材料分為木棧橋和鋼棧橋。鋼棧橋：為運輸材料、設備、人員而修建的5

目前世界上最長的施工棧橋——寧波杭州灣跨海大橋南岸施工棧橋，全長9444米，共633跨，是海上主橋施工物資供應及交通出入的唯一通道，也是整座跨海大橋施工的基礎性工程和控制性工程。

目前世界上最長的施工棧橋——寧波杭州灣跨海大橋南岸6本章主要介紹平面簡支桁架的設計。二.平面桁架的外形和腹桿體系影響桁架外形選擇的因素：1.滿足使用要求；2.受力合理；3.便于制做和安裝；4.綜合經濟技術效果好。本章主要介紹平面簡支桁架的設計。7常用平面桁架的外形及腹桿形式桁架應具有適當的中部高度H和端部高度H0（三角形桁架端部高度為零）。H取決于運輸界限（鐵路運輸為3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax、剛度要求的最小限值Hmin以及使弦桿和腹桿總用鋼量最少的經濟高度Hec。簡支梯形和平行弦桁架，通常H≈（1/5～1/10）L,簡支梯形鋼桁架對端部高度H0無特殊要求；

當梯形鋼桁架與柱剛接時，桁架端部有負彎矩，要求H0≈（1/9～1/18）L

，鋼屋架中常用H0≈（1.8～2.2）m。

常用平面桁架的外形及腹桿形式桁架應具有適當的中部高度H和端8最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件9第二節支撐設計一、桁架支撐的作用平面桁架在其自身平面內具有較大的剛度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其幾何不變，即使桁架上弦與檁條或屋面等鉸接相連桁架仍會側向傾倒（如圖7-4（(a)中虛線所示）。為了防止桁架側向傾倒破壞和改善桁架工作性能，對于平面桁架體系，必須設置支撐系統。第二節支撐設計一、桁架支撐的作用10桁架支撐的主要作用？（1）保證桁架結構的空間幾何穩定性，即形狀不變。（2）保證桁架結構的空間剛度和空間整體性。桁架上弦和下弦的水平支撐與桁架弦桿組成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撐則與桁架豎桿組成垂直桁架，無論豎向荷載還是縱、橫向水平荷載，都能通過一定的桁架體系把力傳向支座，桁架結構有足夠的剛度和整體性。（3）為桁架弦桿提供側向支承點。水平和垂直支撐作為桁架弦桿的側向支承點，減小弦桿在桁架平面外的計算長度，提高其整體穩定承載力。（4）承受并傳遞水平荷載。（5）支撐作用，保證結構安裝時的可靠性，且便于安裝。桁架支撐的主要作用？11最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件12二、桁架支撐的種類和布置1.上弦橫向水平支撐

布置原則：上弦橫向水平支撐應設置在房屋的兩端，一般設在第一個柱間或設在第二個柱間。橫向水平支撐的間距L0不宜超過60m。當溫度區段長度超過60m時，還應在溫度區段中部布置一道或幾道橫向水平支撐。布置位置：位于相鄰兩榀桁架上弦桿之間的橫向水（斜）平面內。二、桁架支撐的種類和布置1.上弦橫向水平支撐13二、桁架支撐的種類和布置2.下弦橫向水平支撐

布置原則：一般情況均應設置下弦橫向水平支撐。只有當桁架跨度比較小（L≤18m），且沒有懸掛式吊車，或雖有懸掛吊車但起重噸位不大，廠房內也無較大的振動設備時，可不設下弦橫向水平支撐。布置位置：與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間，以形成空間穩定體。二、桁架支撐的種類和布置2.下弦橫向水平支撐143.縱向水平支撐布置原則：當房屋內設有托架，或有較大噸位的重級、中級工作制的橋式吊車，或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備，以及房屋較高、跨度較大，空間剛度要求較高時，均應布置縱向水平支撐。布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端節間沿廠房縱向水平面內布置。

二、桁架支撐的種類和布置3.縱向水平支撐二、桁架支撐的種類和布置154.垂直支撐

布置原則：所有廠房中均應設置垂直支撐。沿廠房縱向，屋架的垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間。布置位置：相鄰兩榀屋架之間的梁端縱向垂直平面內。梯形屋架在跨度L≤30m、三角形屋架在跨度L≤24m時，僅在屋架跨度中央設置一道垂直支撐，當屋架跨度大于上述數值時，宜在跨度1/3處、天窗架側柱處設置兩道。對于梯形屋架，在屋架兩端還應各設置一道垂直支撐。

二、桁架支撐的種類和布置4.垂直支撐二、桁架支撐的種類和布置16系桿系桿的作用：對于不設橫向支撐的其它屋架，屋架上、下弦的側向穩定性則由與橫向支撐節點相連的系桿來保證。系桿的類型：能承受壓力和拉力的系桿稱為剛性系桿；只能承受拉力的系桿叫柔性系桿。其長細比分別按壓桿和拉桿控制。布置原則：在垂直支撐的平面內一般應設置上、下弦系桿；屋脊節點及主要節點處需設置剛性系桿，天窗側柱處及下弦跨中附近設置柔性系桿；當屋架橫向支撐設在廠房端部第二柱間時，則第一柱間的所有系桿均布置為剛性系桿，以傳遞山墻所承受的部分風壓力等。

二、桁架支撐的種類和布置系桿二、桁架支撐的種類和布置17三、桁架支撐的計算1.計算原則除系桿外各種桁架支撐均是垂直于屋架平面的平面桁架，由設置的支撐桿件和屋架的弦桿或豎桿組成。當支撐桁架受力較小時，可不做內力計算，桿件截面按容許長細比選擇；交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設計，可用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿及剛性系桿按壓桿設計，可用雙角鋼組成T形或十字形截面。當支撐桁架受力較大時，需按平面桁架體系計算支撐桁架的桿件內力，進行桿件截面設計。三、桁架支撐的計算18三、桁架支撐的計算2.內力計算有交叉斜腹桿的支撐桁架是超靜定體系，但因受力較小，一般可按下述簡化方法計算：即只考慮受拉腹桿按柔性方案參與工作。如圖中用虛線表示的一組斜腹桿因受壓而退出工作，此時，桁架按單斜桿靜定體系計算；當荷載反向作用時，則認為另一組斜腹桿退出工作。三、桁架支撐的計算2.內力計算19

第三節桁架設計一、桁架的內力計算作用荷載桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩類，計算桁架內力時，應考慮荷載分項系數、荷載組合系數，并按最不利荷載組合情況計算桁架桿件內力。2.桁架計算簡圖按鉸接平面桁架計算簡圖進行內力計算。

20一、桁架的內力計算3.內力計算簡化計算方法如圖所示。M1=0.8M0M2=±0.6M0M0為相應節間按簡支梁計算的最大彎矩。首先把桁架上的作用荷載等效地轉換到桁架節點上得節點荷載，然后可按《結構力學》中的數解法、圖解法或平面桁架有限元程序計算鉸接平面桁架桿件的軸力。待求得節點荷載作用下各桿件的軸力后，對有節間荷載的弦桿，再按剛接桁架計算該類桿件的正負彎矩值。簡化計算方法如圖所示。

一、桁架的內力計算簡化計算方法如圖所示。首先把桁架上21二、桁架桿件的計算長度（一）桁架平面內的計算長度Lx桁架平面內的計算長度根據桿件的節間長度和兩端約束情況確定：1.上下弦桿：LX=L（節間長度）2.腹桿：支座處豎腹桿和斜腹桿LX=L（節間長度）中部其它腹桿LX=0.8L（L為節間長度）3、交叉腹桿：LX=節點中心至交叉點間的距離

二、桁架桿件的計算長度22二、桁架桿件的計算長度（二）桁架平面外的計算長度LY桁架平面外的計算長度LY應取側向支撐點間的距離：1.上下弦桿：LY=L1（L1為側向支點間的距離）2.腹桿：LY=L（節間長度）3、交叉腹桿：交叉腹桿在桁架平面外計算長度的確定與桿件受拉和受壓有關，也與桿件在交叉點處的斷開情況有關，具體計算參見教材的相關規定。

受壓弦桿的側向支撐點間距時常為節間長度的2倍（圖7-13（a）），而弦桿兩節間的軸心壓力可能不相等，當用較大的軸力驗算弦桿平面外穩定時，如果計算長度仍用L1顯然過于保守。二、桁架桿件的計算長度23二、桁架桿件的計算長度（二）桁架平面外的計算長度LY此時應按下式確定平面外的計算長度：計算時壓力取正號，拉力取負號。再分式腹桿的受壓主斜桿在桁架平面外的計算長度（圖7-13b），也按上式計算。在桁架平面內的計算長度則取節點間的距離。對于再分式受拉主斜桿在桁架平面外的計算長度仍取L1

。二、桁架桿件的計算長度24二、桁架桿件的計算長度（三）斜平面的計算長度La

對于單角鋼或雙角鋼組成的十字形截面腹桿，受壓桿件將繞截面最小回轉半徑的軸整體失穩。該方向相對于桁架平面為一斜平面。繞該軸的計算長度取為La=0.9

LL為節間長度。二、桁架桿件的計算長度25三、桁架桿件截面形式的選擇基本原則：桁架桿件的截面形式應根據用料經濟、連接構造簡單和具有足夠剛度等要求綜合確定。（1）對于軸心受力的腹桿，應考慮兩方向（繞X軸、Y軸）的等穩定性要求。（2）對于上弦桿，當為軸心壓桿時，應考慮等穩定性要求；當為壓彎構件時，應適當加大彎矩作用方向的截面高度。三、桁架桿件截面形式的選擇26三、桁架桿件截面形式的選擇（3）對于下弦桿，作為平面桁架的外框，應適當加大桿件在桁架平面外的剛度。普通桁架的桿件截面常采用角鋼組合成的T形、十字形或單角鋼截面。重型桁架常采用H型鋼、箱形截面或兩槽鋼組合截面。角鋼組合截面形式三、桁架桿件截面形式的選擇角鋼組合27四、桁架桿件截面設計

桁架的桿件一般為軸心受力構件，當桁架弦桿作用有節間荷載時，則弦桿為壓彎（上弦）或拉彎（下弦）構件。

普通鋼桁架桿件截面設計時尚需注意下列問題：（1）宜優先選用肢寬壁薄的截面，使桿件在相同用鋼量的情況下截面具有較大的回轉半徑和慣性矩。（2）為減少拼接的設置，桁架弦桿的截面宜根據弦桿的最大內力來選擇，對于跨度不大的桁架宜采用等截面弦桿。四、桁架桿件截面設計28四、桁架桿件截面設計（3）對于桁架的桿件，應根據桿件在桁架平面內、外的計算長度不同，選擇不同形式的雙角鋼組合截面，盡量做到λx≈λy。（4）當桁架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連時，則該豎桿宜采用由雙角鋼組成的十字形截面，以使垂直支撐對該豎桿的連接偏心為最小。（5）為了便于備料，整榀桁架所用的角鋼規格不宜超過7～10種。（6）需用C級螺栓與支撐桿件相連接的桁架桿件角鋼的邊長，應注意其所能采用的螺栓最大直徑。四、桁架桿件截面設計29五、桁架的節點設計

鋼桁架一般在節點處設置節點板，交匯于節點的各桿件都與節點板相連接，形成桁架的節點，各桿件把力傳給節點板并相互平衡。一般桿件（腹桿和端部弦桿）把桿件全部內力N傳給節點板，而在節點處連續的桿件（如中部區域弦桿）則把節點兩側的內力差△N傳給節點板。當節點上作用有荷載P時，則傳給節點板的力為N或△N與P。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。

桿件與節點板的連接通常采用焊接。對于輸電線路塔架和一些需拆卸的桁架以及安裝連接時也常采用C級螺栓。高強度螺栓連接在重型桁架中應用較多，可在工地現場進行拼裝。五、桁架的節點設計桿件與節點板的連接通常采用焊30本節主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節點設計。(一)節點板的厚度

鋼桁架各桿件在節點處都與節點板相連接，傳遞內力并相互平衡。節點板中的應力分布非常復雜，確定節點板厚度的主要依據是各節點處每根桿件傳給節點板的內力。因為整榀桁架的節點板厚度相同，故應以桁架的最大腹桿內力Nmax（對三角形桁架取弦桿端節間內力）來確定全桁架的節點板厚度。桿件的填板：雙角鋼T形或十字形是組合截面，為保證兩個角鋼能整體共同受力，應每隔一定間距在兩角鋼間放置填板（綴板），如圖所示，填板中距Ld分別為：壓桿：Ld≤40i1拉桿：Ld≤80i1。本節主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節點設計。桿件的填板：31（二）節點設計的基本要求1.各桿件的形心線理論上應與桁架的桿件軸線重合，以免出現偏心受力而引起附加彎矩。但為了方便制造，通常將角鋼肢背至桿件軸線的距離取為5mm的整數倍，所取數值應使軸線與桿件的形心線間距最小，作為角鋼的定位尺寸。當弦桿截面有改變，為方便拼接和安放屋面構件，應使角鋼的肢背齊平；此時應取兩形心線的中線作為弦桿的共同軸線（下圖所示），以減小兩個角鋼的形心線錯開而產生的偏心影響。（二）節點設計的基本要求32（二）節點設計的基本要求2.節點處各桿件邊緣間應留一定間隙C（下圖所示），以便于拼接和施焊，并避免焊縫過于密集而使鋼材焊接過熱變脆。一般取c≥20mm；對直接承受動力荷載的焊接桁架，腹桿與弦桿之間的間隙取c≥40mm。但在桁架圖中一般不直接表明各處c值，而是注明各切斷桿件的端距以控制有足夠的間隙c。（二）節點設計的基本要求333.角鋼的切斷面一般應與其軸線垂直，為使節點緊湊需要斜切時，只能切肢尖（左圖(a)）。節點板的形狀和尺寸在繪制桁架施工圖時決定。節點板的形狀應簡單，如采用矩形、梯形（左圖C）等凸多邊形。4.一般腹桿和端節間弦桿需將其全部內力傳給節點板，節點板外邊緣與桿件邊線間的擴大角宜≥1：4～1：3（15。～

20。，右圖(b)），強度用足的桿件宜≥1：2。3.角鋼的切斷面一般應與其軸線垂直，為使節點緊湊需要斜切時，345.在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時，角鋼的水平伸出肢寬一般應≥70～90mm。角鋼應有一定厚度以免在集中荷載作用下發生過大彎曲。當厚度確有困難不能滿足要求時，應采取加強措施，如下圖所示。5.在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時，35六、桁架的節點構造和計算桁架節點的設計步驟為：①按正確角度畫出交匯于該節點的各桿軸線（軸線至角鋼肢背的距離取5mm的整數倍）。②按比例畫出與各桿件軸線相應的角鋼輪廓線，并依據桿件邊緣的間隙要求c，確定各桿端位置。③根據各桿件內力N，計算各桿件端部與節點板的連接角焊縫尺寸lw，布置焊縫，并按比例繪于節點圖上。④確定節點板的合理形狀（凸多邊形）和尺寸，要求節點板能框進所有焊縫，并注意沿焊縫長度方向多留約2hf的長度以考慮施焊時的焊口影響，垂直于焊縫長度方向應留出10～15mm的焊縫位置。⑤進行節點板的強度和穩定性驗算。六、桁架的節點構造和計算36鋼桁架的節點主要有一般節點（無節點荷載、無拼接）、有集中荷載的節點、弦桿的拼接節點和支座節點幾種類型：1、一般節點一般節點是指無集中荷載和無弦桿拼接的節點，構造形式如圖所示。設計步驟如下：①根據各腹桿內力Ni計算各腹桿與節點板的連接角焊縫尺寸，肢背焊縫：取hf1，計算LW1=k1×Ni/(2×0.7hf1×ffw)+2hf1

肢尖焊縫：取hf2，計算Lw2=k2×Ni/(2×0.7hf2×ffw)+2hf2鋼桁架的節點主要有一般節點（無節點荷載、無拼接）、有集中荷載37②按比例把各腹桿與節點板的連接焊縫尺寸標注在各桿端，并確定節點板的形狀和尺寸，節點板的尺寸應能框進所有的焊縫，同時還應伸出弦桿角鋼肢背10～15mm，以便弦桿與節點板的焊接。③計算弦桿角鋼與節點板的連接焊縫，由于弦桿不斷開，故弦桿與節點板的連接焊縫應按相鄰節間弦桿的內力差△N=N1-N2計算。通常所需焊縫長度遠小于節點板的實際長度，因此可按構造要求的hfmin滿焊即可。②按比例把各腹桿與節點板的連接焊縫尺寸標注在各桿端，并確定382、有集中荷載作用的節點①②確定各腹桿與節點板的連接焊縫及節點板形狀和尺寸的步驟、方法同一般節點。③弦桿與節點板的連接焊縫計算：為了放置上部構件（檁條或大型屋面板），節點板須縮入上弦角鋼肢背不小于（0.5δ+2mm),且不大于δ(δ為節點板厚度)的深度,并用塞焊縫連接.常采用近似方法計算,即假定塞焊縫相當于兩條焊腳尺寸各為hf1=δ/2、長度為LW1（即節點板長度）的角焊縫，且僅承受P力的作用。計算時忽略屋架坡度的影響，設P力垂直于焊縫，故焊縫強度應滿足：通常P力不大，按上式算出的σf很小，一般可不做計算。σf=P/(βf×2×0.7hf1Lw1)≤ffw2、有集中荷載作用的節點通常P力不大，按上式算出的σf很小，392、有集中荷載作用的節點

角鋼肢尖焊縫承受相鄰節間弦桿的內力差△N=N1-N2和由其產生的偏心彎矩。M=（N1-N2）e(e為角鋼肢尖至弦桿軸線的距離）。焊縫強度驗算見式（6-2）2、有集中荷載作用的節點角鋼肢尖焊縫承受相鄰節間弦桿的403、弦桿的拼接節點

弦桿的拼接分工廠拼接和工地拼接兩種。工廠拼接是因型鋼供應長度不足時所做的拼接，通常設在內力較小的節間內。工地拼接是在桁架分段制造和運輸時的安裝接頭，弦桿的拼接位置一般在節點處，多設在跨度中央。為保證拼接處具有足夠的強度和在桁架平面外的剛度，弦桿的拼接通常不利用節點板作為拼接材料，應采用拼接角鋼。拼接角鋼取與弦桿相同的截面規格，以使弦桿在拼接處基本保持強度和剛度不變。屋架屋脊拼接節點和下弦拼接節點構造分別如圖a、b所示。

3、弦桿的拼接節點413、弦桿的拼接節點

拼接角鋼的長度應根據拼接角鋼與弦桿連接焊縫的長度確定，一般可按被拼接處弦桿的最大內力或偏安全地按與弦桿等強（宜用于拉桿）計算，并假定4條拼接焊縫均勻受力。接頭一側需要的焊縫計算長度為：Lw=N/(4×0.7hfffw)N—拼接處弦桿的最大內力，N=AfA—弦桿的截面面積。則拼接角鋼的總長度為：L=2（Lw+10）+a弦桿與節點板的連接焊縫，可按較大一側弦桿內力的15%與節點兩側弦桿的內力差△N兩者中的較大值計算。計算方法同前述節點。3、弦桿的拼接節點424、支座節點

桁架與柱的連接分鉸接和剛接兩種形式。圖所示為梯形桁架的鉸接支座節點，采用由節點板、底板、加勁肋和錨栓組成的構造形式。加勁肋的作用是分布支座反力，減小底板彎矩和提高節點板的側向剛度。加勁肋應設在節點的中心，其軸線與支座反力的作用線重合。為便于施焊，下弦桿和底板間應保持一定距離（圖中S），一般不應小于下弦角鋼水平肢的寬度。支座節點的傳力路線是：桁架端部各桿件的內力通過桿端焊縫傳給節點板，再經節點板和加勁肋間的豎直焊縫將一部分力傳給加勁肋，然后通過節點板、加勁肋與底板間的水平焊縫將全部支座反力傳給底板，最終傳至柱。4、支座節點434、支座節點支座節點可采用第五章鉸接柱腳類似方法計算：⑴底板面積；按式（5-50）計算。⑵底板厚度：按式（5-53）計算，但應注意底板不宜太薄，以使柱頂壓力分布均勻。⑶加勁肋：加勁肋的高度應結合節點板的尺寸確定。加勁肋的厚度可略小于中間節點板的厚度。加勁肋可視為支承于節點板的懸臂梁，可近似地取每塊加勁肋承受1/4支座反力。加勁肋和節點板與底板間的水平焊縫按承受全部支座反力計算。4、支座節點支座節點可采用第五章鉸接柱腳類似方法計算：445、T形鋼作弦桿的桁架節點

如圖7-27所示，桁架的弦桿和腹桿全部由T形鋼制成，對于次種桁架，在腹桿端部需要進行較為復雜的切割，使得加工制造難度有所增加。圖7-28所示的桁架弦桿采用T型鋼，腹桿采用雙角鋼。雙角鋼可直接與T型鋼腹板相連。5、T形鋼作弦桿的桁架節點456、節點處板件的計算⑴根據試驗研究，連接節點處的板件受拉、剪作用時，應按下列公式進行強度驗算（圖7-29）

N/（∑ηiAi）≤f(7-6)式（7-6）中各符號的物理意義見教材解釋。6、節點處板件的計算46⑵考慮到桁架節點板的外形往往不規則，采用式（7-6）計算比較麻煩，也可用有效寬度法進行驗算。根據試驗研究，節點板的強度也可按下式計算：

σ=N/(bet)≤f(7-7)

式中，be—板件的有效寬度（圖7-30（a）），當用螺栓連接時，應取凈寬度（圖7-30(b)），圖中θ為應力擴散角，可取為30。。⑵考慮到桁架節點板的外形往往不規則，采用式（7-6）計算比47⑶根據試驗研究，桁架節點板在斜腹桿壓力N作用下的穩定性可用下列方法進行計算：●對有豎腹桿的節點板：當a/t≤15√235/fy時，可不計算穩定，否則按附錄二—B中的要求進行穩定計算。●對無豎腹桿的節點板：當a/t≤10√235/fy時，節點板的穩定承載力可取為0.8be×t×f。當a/t＞10√235/fy時，應按附錄二—B中的要求計算。關于節點板的其他要求參見教材相關內容。⑶根據試驗研究，桁架節點板在斜腹桿壓力N作用下的穩定性可用48最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件49最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件50第一節概述一.桁架及其應用

桁架是指由直桿在桿端相互連接而組成的以抗彎為主的格構式結構。桁架中的桿件大多只承受軸向力，材料性能發揮較好，特別適用于跨度或高度較大的結構。

桁架主要有空間桁架（網架和塔架）、平面桁架（屋架、吊車桁架、水工結構中的鋼棧橋、鋼桁架引橋、鋼閘門中的桁架等）。

第一節概述一.桁架及其應用51空間塔架空間塔架52

為運輸材料、設備、人員而修建的臨時橋梁設施，按采用的材料分為木棧橋和鋼棧橋。鋼棧橋：為運輸材料、設備、人員而修建的53

目前世界上最長的施工棧橋——寧波杭州灣跨海大橋南岸施工棧橋，全長9444米，共633跨，是海上主橋施工物資供應及交通出入的唯一通道，也是整座跨海大橋施工的基礎性工程和控制性工程。

目前世界上最長的施工棧橋——寧波杭州灣跨海大橋南岸54本章主要介紹平面簡支桁架的設計。二.平面桁架的外形和腹桿體系影響桁架外形選擇的因素：1.滿足使用要求；2.受力合理；3.便于制做和安裝；4.綜合經濟技術效果好。本章主要介紹平面簡支桁架的設計。55常用平面桁架的外形及腹桿形式桁架應具有適當的中部高度H和端部高度H0（三角形桁架端部高度為零）。H取決于運輸界限（鐵路運輸為3.85m）和建筑高度要求的最大限值Hmax、剛度要求的最小限值Hmin以及使弦桿和腹桿總用鋼量最少的經濟高度Hec。簡支梯形和平行弦桁架，通常H≈（1/5～1/10）L,簡支梯形鋼桁架對端部高度H0無特殊要求；

當梯形鋼桁架與柱剛接時，桁架端部有負彎矩，要求H0≈（1/9～1/18）L

，鋼屋架中常用H0≈（1.8～2.2）m。

常用平面桁架的外形及腹桿形式桁架應具有適當的中部高度H和端56最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件57第二節支撐設計一、桁架支撐的作用平面桁架在其自身平面內具有較大的剛度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其幾何不變，即使桁架上弦與檁條或屋面等鉸接相連桁架仍會側向傾倒（如圖7-4（(a)中虛線所示）。為了防止桁架側向傾倒破壞和改善桁架工作性能，對于平面桁架體系，必須設置支撐系統。第二節支撐設計一、桁架支撐的作用58桁架支撐的主要作用？（1）保證桁架結構的空間幾何穩定性，即形狀不變。（2）保證桁架結構的空間剛度和空間整體性。桁架上弦和下弦的水平支撐與桁架弦桿組成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撐則與桁架豎桿組成垂直桁架，無論豎向荷載還是縱、橫向水平荷載，都能通過一定的桁架體系把力傳向支座，桁架結構有足夠的剛度和整體性。（3）為桁架弦桿提供側向支承點。水平和垂直支撐作為桁架弦桿的側向支承點，減小弦桿在桁架平面外的計算長度，提高其整體穩定承載力。（4）承受并傳遞水平荷載。（5）支撐作用，保證結構安裝時的可靠性，且便于安裝。桁架支撐的主要作用？59最新鋼結構中鋼桁架專業知識講座課件60二、桁架支撐的種類和布置1.上弦橫向水平支撐

布置原則：上弦橫向水平支撐應設置在房屋的兩端，一般設在第一個柱間或設在第二個柱間。橫向水平支撐的間距L0不宜超過60m。當溫度區段長度超過60m時，還應在溫度區段中部布置一道或幾道橫向水平支撐。布置位置：位于相鄰兩榀桁架上弦桿之間的橫向水（斜）平面內。二、桁架支撐的種類和布置1.上弦橫向水平支撐61二、桁架支撐的種類和布置2.下弦橫向水平支撐

布置原則：一般情況均應設置下弦橫向水平支撐。只有當桁架跨度比較小（L≤18m），且沒有懸掛式吊車，或雖有懸掛吊車但起重噸位不大，廠房內也無較大的振動設備時，可不設下弦橫向水平支撐。布置位置：與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間，以形成空間穩定體。二、桁架支撐的種類和布置2.下弦橫向水平支撐623.縱向水平支撐布置原則：當房屋內設有托架，或有較大噸位的重級、中級工作制的橋式吊車，或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備，以及房屋較高、跨度較大，空間剛度要求較高時，均應布置縱向水平支撐。布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端節間沿廠房縱向水平面內布置。

二、桁架支撐的種類和布置3.縱向水平支撐二、桁架支撐的種類和布置634.垂直支撐

布置原則：所有廠房中均應設置垂直支撐。沿廠房縱向，屋架的垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間。布置位置：相鄰兩榀屋架之間的梁端縱向垂直平面內。梯形屋架在跨度L≤30m、三角形屋架在跨度L≤24m時，僅在屋架跨度中央設置一道垂直支撐，當屋架跨度大于上述數值時，宜在跨度1/3處、天窗架側柱處設置兩道。對于梯形屋架，在屋架兩端還應各設置一道垂直支撐。

二、桁架支撐的種類和布置4.垂直支撐二、桁架支撐的種類和布置64系桿系桿的作用：對于不設橫向支撐的其它屋架，屋架上、下弦的側向穩定性則由與橫向支撐節點相連的系桿來保證。系桿的類型：能承受壓力和拉力的系桿稱為剛性系桿；只能承受拉力的系桿叫柔性系桿。其長細比分別按壓桿和拉桿控制。布置原則：在垂直支撐的平面內一般應設置上、下弦系桿；屋脊節點及主要節點處需設置剛性系桿，天窗側柱處及下弦跨中附近設置柔性系桿；當屋架橫向支撐設在廠房端部第二柱間時，則第一柱間的所有系桿均布置為剛性系桿，以傳遞山墻所承受的部分風壓力等。

二、桁架支撐的種類和布置系桿二、桁架支撐的種類和布置65三、桁架支撐的計算1.計算原則除系桿外各種桁架支撐均是垂直于屋架平面的平面桁架，由設置的支撐桿件和屋架的弦桿或豎桿組成。當支撐桁架受力較小時，可不做內力計算，桿件截面按容許長細比選擇；交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設計，可用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿及剛性系桿按壓桿設計，可用雙角鋼組成T形或十字形截面。當支撐桁架受力較大時，需按平面桁架體系計算支撐桁架的桿件內力，進行桿件截面設計。三、桁架支撐的計算66三、桁架支撐的計算2.內力計算有交叉斜腹桿的支撐桁架是超靜定體系，但因受力較小，一般可按下述簡化方法計算：即只考慮受拉腹桿按柔性方案參與工作。如圖中用虛線表示的一組斜腹桿因受壓而退出工作，此時，桁架按單斜桿靜定體系計算；當荷載反向作用時，則認為另一組斜腹桿退出工作。三、桁架支撐的計算2.內力計算67

第三節桁架設計一、桁架的內力計算作用荷載桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩類，計算桁架內力時，應考慮荷載分項系數、荷載組合系數，并按最不利荷載組合情況計算桁架桿件內力。2.桁架計算簡圖按鉸接平面桁架計算簡圖進行內力計算。

68一、桁架的內力計算3.內力計算簡化計算方法如圖所示。M1=0.8M0M2=±0.6M0M0為相應節間按簡支梁計算的最大彎矩。首先把桁架上的作用荷載等效地轉換到桁架節點上得節點荷載，然后可按《結構力學》中的數解法、圖解法或平面桁架有限元程序計算鉸接平面桁架桿件的軸力。待求得節點荷載作用下各桿件的軸力后，對有節間荷載的弦桿，再按剛接桁架計算該類桿件的正負彎矩值。簡化計算方法如圖所示。

一、桁架的內力計算簡化計算方法如圖所示。首先把桁架上69二、桁架桿件的計算長度（一）桁架平面內的計算長度Lx桁架平面內的計算長度根據桿件的節間長度和兩端約束情況確定：1.上下弦桿：LX=L（節間長度）2.腹桿：支座處豎腹桿和斜腹桿LX=L（節間長度）中部其它腹桿LX=0.8L（L為節間長度）3、交叉腹桿：LX=節點中心至交叉點間的距離

二、桁架桿件的計算長度70二、桁架桿件的計算長度（二）桁架平面外的計算長度LY桁架平面外的計算長度LY應取側向支撐點間的距離：1.上下弦桿：LY=L1（L1為側向支點間的距離）2.腹桿：LY=L（節間長度）3、交叉腹桿：交叉腹桿在桁架平面外計算長度的確定與桿件受拉和受壓有關，也與桿件在交叉點處的斷開情況有關，具體計算參見教材的相關規定。

受壓弦桿的側向支撐點間距時常為節間長度的2倍（圖7-13（a）），而弦桿兩節間的軸心壓力可能不相等，當用較大的軸力驗算弦桿平面外穩定時，如果計算長度仍用L1顯然過于保守。二、桁架桿件的計算長度71二、桁架桿件的計算長度（二）桁架平面外的計算長度LY此時應按下式確定平面外的計算長度：計算時壓力取正號，拉力取負號。再分式腹桿的受壓主斜桿在桁架平面外的計算長度（圖7-13b），也按上式計算。在桁架平面內的計算長度則取節點間的距離。對于再分式受拉主斜桿在桁架平面外的計算長度仍取L1

。二、桁架桿件的計算長度72二、桁架桿件的計算長度（三）斜平面的計算長度La

對于單角鋼或雙角鋼組成的十字形截面腹桿，受壓桿件將繞截面最小回轉半徑的軸整體失穩。該方向相對于桁架平面為一斜平面。繞該軸的計算長度取為La=0.9

LL為節間長度。二、桁架桿件的計算長度73三、桁架桿件截面形式的選擇基本原則：桁架桿件的截面形式應根據用料經濟、連接構造簡單和具有足夠剛度等要求綜合確定。（1）對于軸心受力的腹桿，應考慮兩方向（繞X軸、Y軸）的等穩定性要求。（2）對于上弦桿，當為軸心壓桿時，應考慮等穩定性要求；當為壓彎構件時，應適當加大彎矩作用方向的截面高度。三、桁架桿件截面形式的選擇74三、桁架桿件截面形式的選擇（3）對于下弦桿，作為平面桁架的外框，應適當加大桿件在桁架平面外的剛度。普通桁架的桿件截面常采用角鋼組合成的T形、十字形或單角鋼截面。重型桁架常采用H型鋼、箱形截面或兩槽鋼組合截面。角鋼組合截面形式三、桁架桿件截面形式的選擇角鋼組合75四、桁架桿件截面設計

桁架的桿件一般為軸心受力構件，當桁架弦桿作用有節間荷載時，則弦桿為壓彎（上弦）或拉彎（下弦）構件。

普通鋼桁架桿件截面設計時尚需注意下列問題：（1）宜優先選用肢寬壁薄的截面，使桿件在相同用鋼量的情況下截面具有較大的回轉半徑和慣性矩。（2）為減少拼接的設置，桁架弦桿的截面宜根據弦桿的最大內力來選擇，對于跨度不大的桁架宜采用等截面弦桿。四、桁架桿件截面設計76四、桁架桿件截面設計（3）對于桁架的桿件，應根據桿件在桁架平面內、外的計算長度不同，選擇不同形式的雙角鋼組合截面，盡量做到λx≈λy。（4）當桁架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連時，則該豎桿宜采用由雙角鋼組成的十字形截面，以使垂直支撐對該豎桿的連接偏心為最小。（5）為了便于備料，整榀桁架所用的角鋼規格不宜超過7～10種。（6）需用C級螺栓與支撐桿件相連接的桁架桿件角鋼的邊長，應注意其所能采用的螺栓最大直徑。四、桁架桿件截面設計77五、桁架的節點設計

鋼桁架一般在節點處設置節點板，交匯于節點的各桿件都與節點板相連接，形成桁架的節點，各桿件把力傳給節點板并相互平衡。一般桿件（腹桿和端部弦桿）把桿件全部內力N傳給節點板，而在節點處連續的桿件（如中部區域弦桿）則把節點兩側的內力差△N傳給節點板。當節點上作用有荷載P時，則傳給節點板的力為N或△N與P。有局部彎矩的桿件則還要傳遞彎矩和剪力。

桿件與節點板的連接通常采用焊接。對于輸電線路塔架和一些需拆卸的桁架以及安裝連接時也常采用C級螺栓。高強度螺栓連接在重型桁架中應用較多，可在工地現場進行拼裝。五、桁架的節點設計桿件與節點板的連接通常采用焊78本節主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節點設計。(一)節點板的厚度

鋼桁架各桿件在節點處都與節點板相連接，傳遞內力并相互平衡。節點板中的應力分布非常復雜，確定節點板厚度的主要依據是各節點處每根桿件傳給節點板的內力。因為整榀桁架的節點板厚度相同，故應以桁架的最大腹桿內力Nmax（對三角形桁架取弦桿端節間內力）來確定全桁架的節點板厚度。桿件的填板：雙角鋼T形或十字形是組合截面，為保證兩個角鋼能整體共同受力，應每隔一定間距在兩角鋼間放置填板（綴板），如圖所示，填板中距Ld分別為：壓桿：Ld≤40i1拉桿：Ld≤80i1。本節主要介紹雙角鋼桿件組成的普通桁架的節點設計。桿件的填板：79（二）節點設計的基本要求1.各桿件的形心線理論上應與桁架的桿件軸線重合，以免出現偏心受力而引起附加彎矩。但為了方便制造，通常將角鋼肢背至桿件軸線的距離取為5mm的整數倍，所取數值應使軸線與桿件的形心線間距最小，作為角鋼的定位尺寸。當弦桿截面有改變，為方便拼接和安放屋面構件，應使角鋼的肢背齊平；此時應取兩形心線的中線作為弦桿的共同軸線（下圖所示），以減小兩個角鋼的形心線錯開而產生的偏心影響。（二）節點設計的基本要求80（二）節點設計的基本要求2.節點處各桿件邊緣間應留一定間隙C（下圖所示），以便于拼接和施焊，并避免焊縫過于密集而使鋼材焊接過熱變脆。一般取c≥20mm；對直接承受動力荷載的焊接桁架，腹桿與弦桿之間的間隙取c≥40mm。但在桁架圖中一般不直接表明各處c值，而是注明各切斷桿件的端距以控制有足夠的間隙c。（二）節點設計的基本要求813.角鋼的切斷面一般應與其軸線垂直，為使節點緊湊需要斜切時，只能切肢尖（左圖(a)）。節點板的形狀和尺寸在繪制桁架施工圖時決定。節點板的形狀應簡單，如采用矩形、梯形（左圖C）等凸多邊形。4.一般腹桿和端節間弦桿需將其全部內力傳給節點板，節點板外邊緣與桿件邊線間的擴大角宜≥1：4～1：3（15。～

20。，右圖(b)），強度用足的桿件宜≥1：2。3.角鋼的切斷面一般應與其軸線垂直，為使節點緊湊需要斜切時，825.在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時，角鋼的水平伸出肢寬一般應≥70～90mm。角鋼應有一定厚度以免在集中荷載作用下發生過大彎曲。當厚度確有困難不能滿足要求時，應采取加強措施，如下圖所示。5.在屋架雙角鋼截面上弦桿上放置檁條或大型屋面板時，83六、桁架的節點構造和計算桁架節點的設計步驟為：①按正確角度畫出交匯于該節點的各桿軸線（軸線至角鋼肢背的距離取5mm的整數倍）。②按比例畫出與各桿件軸線相應的角鋼輪廓線，并依據桿件邊緣的間隙要求c，確定各桿端位置。③根據各桿件內力N，計算各桿件端部與節點板的連接角焊縫尺寸lw，布置焊縫，并按比例繪于節點圖上。④確定節點板的合理形狀（凸多邊形）和尺寸，要求節點板能框進所有焊縫，并注意沿焊縫長度方向多留約2hf的長度以考慮施焊時的焊口影響，垂直于焊縫長度方向應留出10～15mm的焊縫位置。⑤進行節點板的強度和穩定性驗算。六、桁架的節點構造和計算84鋼桁架的節點主要有一般節點（無節點荷載、無拼接）、有集中荷載的節點、弦桿的拼接節點和支座節點幾種類型：1、一般節點一般節點是指無集中荷載和無弦桿拼接的節點，構造形式如圖所示。設計步驟如下：①根據各腹桿內力Ni計算各腹桿與節點板的連接角焊縫尺寸，肢背焊縫：取hf1，計算LW1=k1×Ni/(2×0.7hf1×ffw)+2hf1

肢尖焊縫：取hf2，計算Lw2=k2×Ni/(2×0.7hf2×ffw)+2hf2鋼桁架的節點主要有一般節點（無節點荷載、無拼接）、有集中荷載85②按比例把各腹桿與節點板的連接焊縫尺寸標注在各桿端，并確定節點板的形狀和尺寸，節點板的尺寸應能框進所有的焊縫，同時還應伸出弦桿角鋼肢背10～15mm，以便弦桿與節點板的焊接。③計算弦桿角鋼與節點板的連接焊縫，由于弦桿不斷開，故弦桿與節點板的連接焊縫應按相鄰節間弦桿的內力差△N=N1-N2計算。通常所需焊縫長度遠小于節點板的實際長度，因此可按構造要求的hfmin滿焊即可。②按比例把各腹桿與節點板的連接焊縫尺寸標注在各桿端，并確定862、有集中荷載作用的節點①②確定各腹桿與節點板的連接焊縫及節點板形狀和尺寸的步驟、方法同一般節點。③弦桿與節點板的連接焊縫計算：為了放置上部構件（檁條或大型屋面板），節點板須縮入上弦角鋼肢背不小于（0.5δ+2mm),且不大于δ(δ為節點板厚度)的深度,并用塞焊縫連接.常采用近似方法計算,即假定塞焊縫相當于兩條焊腳尺寸各為hf1=δ/2、長度為LW1（即節點板長度）的角焊縫，且僅承受P力的作用。計算時忽略屋架坡度的影響，設P力垂直于焊縫，故焊縫強度應滿足：通常P力不大，按上式算出的σf很小，一般可不做計算。σf=P/(βf×2×0.7hf1Lw1)≤ffw2、有集中荷載作用的節點通常P力不大，按上式算出的σf很小，872、有集中荷載作用的節點

角鋼肢尖焊縫承受相鄰節間弦桿的內力差△N=N1-N2和由其產生的偏心彎矩。M=（N1-N2）e(e為角鋼肢尖至弦桿軸線的距離）。焊縫強度驗算見式（6-2）2、有集中荷載作用的節點角鋼肢尖焊縫承受相鄰節間弦桿的883、弦桿的拼接節點