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1、建筑钢结构设计,建筑钢结构设计,唐山学院土木工程系 李素娟,网架结构应对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算,3.3 网架的计算要点,3.3.1直接作用（荷载）和间接作用,直接作用,永久荷载,网架自重 屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力 设备管道的重力,永久荷载 可变荷载,屋面 (或楼面)活荷载 雪荷载 风荷载 积灰荷载 吊车荷载,可变荷载,地震作用（竖向）,在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。,一
2、般结构参照建筑抗震设计规范,计算原则,计算方法,（1）周边支撑、多点支撑和周边支撑相结合的网架屋盖,节点竖向地震作用标准值,竖向地震作用系数（P112表3-2）,（2）长悬臂结构,8、9度时取重力荷载代表值的10%、20%、15%作为结构竖向地震作用标准值。,地震作用（水平）,在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构水平抗震验算； 在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算； 在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算。,水平地震作用下网架的内力、位移可采用空间桁架位移法计算。,温度作用,可不考虑由于温度作用产生内力的情况,支座节点的构造
3、允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：,3.在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计算值,2.周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱；,对非抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合应按国家标准建筑结构荷载规范GB 50009-2001的规定进行计算。 抗震设计的网架，荷载及荷载效应组合尚应符合国家标准建筑抗震设计规范 GB 50011-2001的规定。,考虑温度内力计算方法 可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。,3.3.2网架内力分析方法,计算原则,假定节点为铰节点，杆件只受轴向力，按弹性方法计算,计算方法,空间桁架位移法又称矩阵位移法。,它取网架结构的各杆
4、件作为基本单元，以节点三个线位移作为基本未知量，先对杆件单元进行分析，根据虎克定律建立单元杆件内力与位移之间的关系，形成单元刚度矩阵；然后进行结构整体分析，根据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上节点荷载与节点位移之间的关系，形成结构总刚度矩阵和结构总刚度方程。这样的结构总刚度方程是一组以节点位移为未知量的线性代数方程组。引进给定的边界条件，利用计算机求得各节点的位移值，进而可由单元杆件的内力与位移关系求得各杆件内力,基本原理,3.4空间杆系有限元法,网架杆件,节点位移,单元刚度矩阵,总刚度矩阵,总刚度方程,节点位移值,杆件内力,单元内力与节点位移间关系,引入边界条件,节点平衡及变形协
5、调条件,基本单元,基本未知量,3.5 网架杆件设计,1.杆件截面形式,钢管、热轧型钢、冷弯薄壁型钢,2.杆件的长细比,（1）一般杆件400 （2）支座附近处杆件300 （3）直接承受动力荷载的杆件250,受压杆件：180,受拉杆件：,3.杆件截面设计,（1）受力合理，传力明确； （2）保证杆件汇交于一点，不产生附加弯矩； （3）构造简单，制作安装方便，耗钢量小； （4）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。,3.6 节点设计,网架的节点构造要求,3.6.1焊接空心球节点,焊接空心球节点,焊接空心球节点,a 无肋,b 有肋,a 球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10 汇交于球节
6、点任意两钢管杆件间的夹角 d 1，d 2 组成角的钢管外径,空心球节点杆件间隙,1.空心球外径D,2. D300，且杆件内力较大，球内可加环肋,3. 120D500时，受压、受拉承载力设计值,受压,受拉,加衬管连接,4. 空心球壁厚,由球承载力计算公式确定，且,D4mm,5. 钢管杆件与空心球连接,等强连接,不加衬管连接,斜角角焊缝计算,3.6.2螺栓球结点,螺栓球连接节点示意图,1. 结点构造,马 道,螺栓球节点,2.钢球尺寸,球体内螺栓不相碰的最小钢球直径D为,满足套筒接触面要求的钢球直径D为,带封板管件的几何关系,相邻两杆夹角,3.螺栓计算,单个高强螺栓受拉承载力,螺栓杆长度,4.套筒承
7、压验算,5.锥头和封板,锥头与钢管等强,（1）锥头,（2）封板,锥头,封板,由封板强度条件，得封板厚度,3.6.3 焊接钢板节点,3.6.4 支座节点,平板支座,a 角钢杆件,b 钢管杆件,单面弧形压力支座,a 两个螺栓连接,b 四个螺栓连接,单面弧形拉力支座,双面弧形压力支座,球铰压力支座,板式橡胶支座,1.平板支座节点设计,（1）支座板的平面尺寸、厚度，肋板的尺寸和焊缝,（2）拉力支座的锚栓有效截面面积,R-支座反力 f-钢材（或铸钢）抗压强度设计值 a1，b1-弧形支座宽度、长度,弧形支座尺寸,2.单面弧形支座设计,（1）平面尺寸,（2）弧形支座板厚度,由强度条件得出,弧形板中央截面最大弯距为,f-钢材（或铸钢）抗弯强度设计值,r-弧面半径 f-钢材（或铸钢）抗压设计强度 E-钢材的弹性模量,（3）弧形板的半径,