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1、桁架、支架、排架 桁架建模设计 支架建模设计 排架建模设计 桁架的建模和计算 常见的桁架样式： 三角形桁架 梯形桁架 空间桁架 桁架下部的短柱是否有意义？ 由于桁架中的杆件属于轴心受力构件，所以必然有一定的轴向变形，当桁架的跨度增大以后，这种变形的累积也就越大。如果这种变形的累积得不到释放的话，就会在杆件的端部形成一个反向的作用力。 当跨度较大时，端部的水平力就会很大，对桁架的支座来说，这么大的水平力集中力是非常危险的（比如混凝土柱就会造成柱头被推坏）。所以一般厂房都会做成能释放水平变形的滑动支座。 短柱的作用就是模拟水平变形释放的滑动支座，必须设置成两端铰接。 不同端部约束的弦杆轴力对比 不
2、做端部变形约束 对端部做水平约束 支座杆都设置成铰接了，是否是机构？ 程序在处理上，对铰接节点做了特殊处理，使结构依然有解。计算结果中的支座位移不用处理。 替代方案：滑动支座 新增加的支座形式，建议使用。但需要注意不能将两个支座端部都加上滑动支座，否则即为机构。 杆件截面的选择，输入截面时需要注意的事项 由于桁架的杆件都是以轴力为主，应按照柱输入。按梁输入是不正确的，因为梁是按纯弯构件进行验算的。 一般杆件选择使用角钢或角钢组合，不同的角钢组合形式的几何参数不同，因根据组合的特性，确定杆件的布置。 注意输入时，对型钢组合截面，肢间距必须留出节点板的厚度。 注意布置时的截面转角，当存在次弯矩时，
3、会对计算结果造成影响。 上下弦的截面的选择和计算长度确定 由于上弦杆的压力比较大，需要选择面积较大的截面，同时还要考虑稳定问题。由于还有较大的端部弯矩，截面也要有一定的抗弯刚度。 上弦杆由于相互间的支持作用，实际平面内计算长度小于 1.0，可以偏安全取 1.0。 下弦杆以受拉为主，程序会自动判断是否为纯拉杆，并自动按拉杆控制。 平面外的计算长度还是按照支撑点间距取。 模型 1（构件按柱输入） 模型 2（构件按梁输入） 荷载简图 弯矩图 剪力图 柱构件与梁构件的区别 是否有必要将桁架节点都设置为铰接？如何考虑节点的次弯矩？ 传统的计算模型将桁架设为铰接主要是为了手算方便。实际用节点板时更接近于半
4、刚接。但是由于输入的杆件截面模量比较小，变形导致的节点次弯矩也较小，所以按铰接计算时，差别不是太大。 为了考虑次弯矩，可以按固接输入。铰接只是输入习惯问题，使用计算机设计时，完全可以都按固接处理（支座杆除外） 规范中 8.4.5条中对于可不考虑次弯矩的情况作了规定，主要出发点就是转动刚度越小，次弯矩就越小。 上弦杆线刚度较大时次弯矩的影响 不考虑次弯矩影响，上部弦杆的弯矩为 0 考虑次弯矩影响，上部弦杆的弯矩较大 桁架上恒活荷载的输入 程序中对于柱的，只记录两个端点的内力，所以，对于柱间的等量竖向荷载，两个端点的剪力都是一样的，特别是铰接时，按照柱间均布荷载和节点荷载输入完全是等效的。为了简化
5、输入，可以直接按均布荷载输入 注意均布荷载的类型选择。 桁架上风荷载的输入 两种布置方式：自动布置和手动节点布置 对于规则的桁架模型，可以采用自动布置，程序会自动判断体型系数，并按垂直杆件的方向布置均布风荷载。（注意桁架的高度，应按实际桁架的高度输入，会影响风压高度变化系数） 如果存在部分斜度较大的杆件，可能会超出程序的识别范围 对于程序无法自动识别的体系，需要手动进行布置。注意通过节点风荷载布置时，程序可以按 x,y向分解。输入时注意方向，向 为正，向 为负。或者 08版中直接可以按柱间均布风荷载输入。 05版程序到 08版程序的变动 05版对斜柱的柱间风荷载自动处理 作用力不垂直于构件表面
6、，需要转化为节点风荷载输入 08版对斜柱的柱间风荷载自动处理 作用力垂直于构件表面，无需调整 桁架上下弦及腹杆的平面内外计算长度的选取 默认情况下，程序的计算长度系数都为 -1，即由程序自动确定，确定的原则由“参数输入” -“总信息参数” -“钢柱计算长度系数方法”控制，桁架可按无侧移控制。 由于节点板的转动约束，实际的腹杆平面内的计算长度系数都偏小，规范中认为可以按 0.8取值 由于节点板平面外基本没有刚度，腹杆平面外的计算长度可按原长（节点之间的距离）取，而对于上下弦杆来说，则是平面外的支撑点间距离。 设计参数的正确选择 设计规范应按钢结构规范 控制长细比按照钢结构规范的表 5.3.8和表
7、 5.3.9选取，一般可按 150/350控制。 确定计算长度方法可按“无侧移”考虑，建议可以按照前面的确定规则，手动修改计算长度或长度系数。 桁架结构的优化 结构类型选择桁架 桁架的杆件都以轴力为主，所以如果为了达到用钢量最小，在分组时可以参考内力情况来分组。上下弦可分别单设一组，腹杆按内力相近情况可分多组进行优化。 优化以当前截面的类型的最大尺寸为上限，如果仍无法满足应力比和长细比要求，可以修改截面类型 桁架计算结果的查看与控制 应力比和长细比 一般桁架构件都是按轴心受压构件进行强度验算，所以如果截面强度不满足时，增大截面一般都能满足；如果在稳定方面存在不满足的情况，可以根据不满足的方向，
8、减小该方向的长细比。 长细比可以通过增加截面的回转半径来减小。 角钢等单轴对称截面还要考虑绕 u轴的稳定 挠度的控制：按桁架下弦中心点的位移量 /桁架的跨度来确定桁架的整体挠度。 如果使用了铰接立柱作为支座，则桁架的水平位移没有参考意义 施工图和节点设计 注意程序对上下弦杆和腹杆的识别是否正确 使用快速建模时选择的支座腹杆可以在施工图中进行调整，但注意不要偏移过大。 节点设计按照钢结构规范条文说明中的表 10，由支撑的轴力，直接决定后面施工图的节点板厚度。焊缝的设计按照支撑轴力计算 节点板绘制偏大时，可以修改出图的比例。 构件不同钢号的节点设计 上图节点板钢号采用 Q235，焊缝按照Q235计
9、算； 构件缀板钢号采用总信息钢号 Q235 设计原则： 在节点上，节点板的钢号应是采用该节点上，所有构件钢号中最小的做为节点板钢号。 施工图中如果弦杆各段采用了不同的钢号，会自动设置拼接，并在材料表中统计材料上分别统计。 填板统一采用总信息钢号。 连接节点的设置，构件刚接对次弯矩的影响 由于弦杆的截面高度较大，在受力上接近于连续梁，应全部刚接连续处理。 当弦杆的转动刚度较大时，由于变形引起的次弯矩就不可忽略了。 屋架和主体结构的整体建模计算 从设计上说，整体计算要好于局部分析 对柱而言，可以真实反映屋架对柱的反力，如果柱本身就是屋架的一部分，就更应一体计算，否则会有荷载丢失。 对屋架而言，由于
10、考虑的柱的约束作用，求得的屋架挠度值相对更加真实。 注意屋架和主体结构的柱顶连接形式，当屋架跨度比较大时，需要注意屋架变形对柱的推力，此时可设滑动支座。 注意如果整体按无侧移确定计算长度时，对支座柱的计算长度确定会产生影响，部分情况下需要手动修改柱的计算长度系数。 结构模型对比 下柱柱身剪力对比 桁架端部节点位移对比（恒 +活） 不同支座高度屋架模型对比 钢管桁架输入时需要注意的 铰接设置的条件不同于普通桁架，应按规范10.1.4条处理，也可直接按固接处理。 程序只能处理平面钢管桁架体系，对于空间三角、四边形的桁架结构，建议采用 STS中的空间复杂结构模块分析。 节点设计 对于管桁架，一个节点
11、最多允许 5管相交汇，其中两根弦杆，三根腹杆。 支架建模和计算 适用范围： 单片活动支架，主要承担设备荷载 立柱、腹杆截面的选用与布置 一般活动支架以承受竖向力为主，同时也要考虑上部的设备水平荷载，立杆应有一定的抗弯刚度，一般可以选择工字钢或槽钢。 腹杆以轴心受力为主，可以选择角钢或者角钢组合 立柱、腹杆计算长度的确定 支架和桁架相类似，在设置铰接上也可以参考桁架的要求。 立柱的平面外计算长度应取支撑间距，如果如本题没有支撑，考虑到设备与排架柱顶为铰接，则可以偏安全的按两端铰接柱 1.0取。 立柱的平面内计算长度可以参考桁架的取值，建议偏安全的按 1.0取。 交叉腹杆的平面内计算长度可以按从交
12、叉点到端点的距离取，平面外还应按通长考虑。 如何输入恒、活、风荷载 由于活动支架本身只有自重荷载，迎风面也很小，可以不考虑自身风荷载。 主要的恒活荷载来自上部的设备荷载，可以作为节点荷载加到支架顶端。 如果上部设备有比较大的挡风面积，还需要将设备的风荷载作为节点风荷载加到支架的柱顶。 单拉杆的设置 单拉杆的工作原理就是在受拉状态下提供强度，但是在受压情况下退出工作。由于只考虑受拉，可以按拉杆的长细比要求控制 单拉杆布置可能会造成结构在某些情况下出现机构，特别是地震分析时。所以布置时必须谨慎。交叉杆输入时，建议取消中间的交叉节点。 截面布置角度对设计的影响 长细比验算的差别：新的钢结构规范中对单
13、轴对称截面绕对称轴的平面外长细比要考虑扭转以后的换算长细比 强度验算的差别：不同构件的 X、 Y轴的模量是不同的，角度布置的差别会导致平面内和平面外稳定和强度的差别。 节点设计的差别，不同转角下，连接的构造是不同的。 工字型立柱 0度布置时： 工字型立柱 90度布置时： 支座反力的合成与基础设计 在基础节点上由于出现了杆件的汇交，需要将汇交杆件的内力分解并合成。最后合成的内力可以在基础计算文件中查到。 在节点设计时，也采用了合成以后的内力进行设计。 排架的建模和计算 模型概况： 单跨单层吊车，上部使用轻钢屋面，梁柱固接 如何选择截面？何时需要使用格构柱？ 对于吊车吨位比较小的厂房，一般使用工字
14、型实腹截面即能满足 格构截面从构造上看，分肢间距大，因而具有较大的截面模量，而且中间使用缀条连接，保证了分肢的平面内的稳定。 格构柱一般分为吊车肢和屋盖肢，吊车肢以承受吊车荷载为主，相对截面较大；屋盖肢一般轴力较小，可以用槽钢或角钢组合等截面。 阶型上柱由于轴力较小，截面不大，可以使用实腹截面。 轴线的输入，柱距的确定 轴线的确定应该以吊车的跨度为准，应该以能正确布置下吊车为宜。 为了保证吊车的安装（一般吊车梁中心应该和柱的吊车肢型心一致），建议在布置柱时，应满足左侧吊车肢型心到右侧吊车肢型心的距离 =吊车梁跨度。 偏心的原则，如何实现柱对齐 对于边列的阶型柱，考虑到墙面的布置和连接，应尽量做到柱子的边皮对齐。程序中提供了偏心对齐的功能。 程序内对于偏心给出三种处理方式：中心对齐即形心对齐，而左右边对齐则是搜索截面最边侧外皮对齐。 对于某些截面程序不能很好对齐的，可以通过查看截面数据来手算处理。 屋面体系的选择以及和柱的连接 传统的排架工业厂房的屋面体系一般都选择刚性屋架并铺设大型屋面板，但是相对而言，重量较大，水平地震力也较大。 用轻钢屋面梁的形式在目前比较常见，成本和重量都相对较小。但是带来的问题是梁的刚度较小，挠度较大；同时梁柱连接情况和规范中表 D给出的条件有一定差异，也给计算长度系数的确定带来了困难。 普通屋架的连接形式一般为铰接；轻型屋面梁由于本身刚度较小，适合
