钢结构设计-单层重型厂房结构设计5

直接作用（荷载）和间接作用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网架的计算要点网架结构设计应满足行业标准《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91的要求3.3.1网架荷载计算直接作用永久荷载网架自重屋面（楼面）材料重量吊顶材料的重量设备管道的重量永久荷载可变荷载①屋面(或楼面)活荷载②雪荷载(雪荷载不应与屋面活荷载同时组合)③风荷载。由于网架刚度较大，自振周期较小计算风载时可不考虑风振系数的影响④积灰荷载⑤吊车荷载(工业建筑有吊车时考虑)。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。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。网架的支承结构应按有关规范的规定进行抗震验算。温度作用网架结构符合下列条件之一者，可不考虑由于温度变化而引起的内力支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值：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；在单位力作用下，柱顶位移大于或等于上式的计算值)1038.0(2ftEEALum如果需要考虑温度变化引起的网架内力，可采用空间桁架位移法，或近似计算方法。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》GB50009-2001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》GB50011-2001的规定。3.3.2网架内力分析方法网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上。分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法。(1)空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算。(2)交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。(3)拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算。(4)假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架的估算。空间杆系有限元法也称空间桁架位移法。空间杆系有限元法是计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度应力等工况均可计算。能考虑网架与下部支承结构的共同工作。计算程序见下图：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调条件基本单元基本未知量结构的节点荷载和节点位移间关系网架计算基本假定网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力；结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论。奥运会场馆鸟巢网架杆件可采用钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢。在截面积相同的条件下，钢管截面具有回转半径大，截面特性无方向性，抗压屈承载力高等优点，钢管端部封闭后，内部不易锈蚀，是目前网架杆件常用的截面形式。管材可采用高频焊管或无缝钢管，有条件时也可采用薄壁管形截面。材质主要有Q235钢及Q345钢。3.5网架杆件设计网架杆件的长细比不宜超过下列数值受压杆件：180受拉杆件：(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网架杆件主要受轴力作用，截面强度及稳定计算应满足钢结构设计规范的要求。普通角钢截面杆件的最小截面尺寸不宜小于50mm×3mm。钢管不宜小于ф48×2mm。无缝圆管和焊接圆管压杆在稳定计算中分别属于a类和b类截面。网架节点数量多，节点用钢量约占整个网架用钢量的20％～25％，节点构造的好坏，对结构性能、制造安装、耗钢量和工程造价都有相当大的影响。网架的节点形式很多，目前国内常用的节点形式主要有：(1)焊接空心球节点；(2)螺栓球节点；(3)焊接钢板节点；(4)焊接钢管节点(5)杆件直接汇交节点3.6节点设计焊接空心球节点焊接空心球螺栓球连接节点螺栓球焊接钢板节点焊接钢管节点管件直接汇交节点网架的节点构造应满足下列要求(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，管形截面应在两端封闭。3.6.1焊接空心球节点焊接空心球节点构造简单，适用于连接钢管杆件，球面与管件接时，只需将钢管沿正截面切断，施工方便。焊接空心球节点焊接空心球是由两块钢板经加热压成两个半球，然后相焊而成。分加肋、不加肋。焊接空心球节点（a）无肋（b）有肋空心球径等于或大于300㎜，且杆件内力较大，需要提高承载力时，球内可加环肋。空心球外径Da——球面上连接杆件之间的缝隙不宜小于10㎜；θ——汇交于球节点任意两钢管杆件间的夹角；d1，d2——组成θ角的钢管外径。空心球节点空隙钢管杆件与空心球连接处，管端应开坡口，并在钢管内加衬管，在管端与空心球之间焊缝可按对接焊缝计算，焊缝质量应达到二级要求,否则只能按斜角角焊缝计算。加衬管连接3.6.2螺栓球节点螺栓球节点的构造螺栓球结点由钢球、螺栓、套筒、销钉（或螺钉）和锥头（或封板）等零件组成，适用于连接钢管杆件。螺栓球连接节点示意图锥头封板高强螺栓杆件当杆件管径较大时采用锥头连接。管径较小时采用封板连接。高强度螺栓应符合8.8或10.9级的要求3.6.3焊接钢板节点焊接钢板节点可由十字节点板和盖板组成十字节点板，宜由两块带企口的钢板对插而成（图a）,也可由三块板正交焊成（图b）焊接钢板节点焊接钢板节点可用于两向网架和由四角锥体组成的网架。常用焊接形式如左图和下页图所示。网架弦杆应同时与盖板和十字节点板连接，使角钢两肢都能直接传力。两向网架节点构造四角锥体组成的网架节点构造焊接钢板节点各杆件形心线在节点板处宜交于一点，杆件与节点连接焊缝的分布应使焊缝截面的形心与杆件形心相重合。节点板厚度可根据网架最大杆件内力由下表确定杆件内力（kN）≤150160~250260~390400~590600~880890~1275节点板厚度（㎜）88~1010~1212~1414~1616~18节点板厚度选用表3.6.4支座节点支座节点的构造形式应受力明确、传力简捷、安全可靠，并应符合计算假定。常用支座节点有以下几种构造形式：平板压力或拉力支座，只适用于较小跨度网架,如右图所示。平板压力或拉力支座a角钢杆件b钢管杆件（角位移受到很大的约束）单面弧形压力支座，适用于中小跨度网架单面弧形压力支座a两个螺栓连接b四个螺栓连接（角位移未受约束）单面弧形拉力支座适用于较大跨度网架。单面弧形拉力支座双面弧形压力支座，在支座和底板间设有弧形块，上下面都有是柱面，支座既可转动又可平移。双面弧形压力支座球铰压力支座，只能转动而不能平移，适用于多支点支承的大跨度网架。球铰压力支座板式橡胶支座适用于大中跨度网架。通过橡胶垫的压缩和剪切变形，支座既可转动又可平移。如果在一个方向加限制，支座为单向可侧移式，否则为两向可侧移式。板式橡胶支座橡胶垫板上的螺孔直径应大于螺栓直径10mm。设计时宜考虑长期使用后因橡胶老化而需更换的条件。在橡胶垫板四周可涂以防止老化的酚醛树脂，并粘结泡沫塑料。橡胶垫板在安装、使用过程中应避免与油脂等油类物质以及其他对橡胶有害的物质接触。支座节点加工