支承处总集中荷载设计值(kN) 25 40 55 75 100 (2)角钢桁架的节点设计 ①一般节点
一般节点是指无集中荷载和无弦杆拼接的节点(图7)。
节点板应伸出弦杆10~15mm以便焊接。腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。弦杆与节点板的连接焊缝,应考虑承受弦杆相邻节间内力之差
图7 屋架下弦的中间节点 ?N?N2?N1,按下列公式计算其焊脚尺寸:
k1?N (3)
2?0.7lwffwk2?N (4)
2?0.7lwffw肢背焊缝: hf1≥肢尖焊缝: hf2≥式中 k1、k2——内力分配系数;
ffw——角焊缝强度设计值。
通常因?N很小,实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定,并沿节点板全长满焊。 ②角钢桁架有集中荷载的节点
为便于大型屋面板或檩条的放置,常将节点板缩进上弦角钢背(图8),缩进距离不宜小于(0.5t+2)mm,也不宜大于t,t为节点板厚度。角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受屋面集中荷载,按下式计算其强度:
?f?Q≤?fffw (5)
2?0.7hf1lw式中 Q——节点集中荷载垂直于屋面的分量;
hf1——焊脚尺寸,取hf1=0.5t;
?f——正面角焊缝强度增大系数。
实际上因Q不大,可按构造满焊。
弦杆相邻节间的内力差?N?N2?N1,则由弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊缝承受,计算时应计入偏心弯矩M=?N?e(e为角钢肢尖至弦杆轴线距离),按下列公式计算:
对?N:
9
对M:
验算式为:
?f??N (6)
2?0.7hf2lw?f?6M (7) 22?0.7hf2lw??f ????f?w???2f ≤ff (8) ??2式中 hf2——肢尖焊缝的焊脚尺寸。
图8 屋架上弦节点
当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置,或因相邻弦杆节间内力差?N较大,肢尖焊缝不满足式(7)时,可将节点板部分向上伸出或全部向上伸出。此时弦杆与节点板的连接焊缝应按下列公式计算:
肢背焊缝: 肢尖焊缝:
(?1?N)2?(0.5Q)22?0.7hf1lw1≤ff (9)
w(?2?N)2?(0.5Q)2w≤ff (10)
2?0.7hf2lw2式中 hf1、lw1——伸出肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度;
10
hf2、lw2——肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度。 ③角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点
弦杆的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。工厂拼接的位置通常在节点范围以外。工地拼接的位置一般在节点处,通常不利用节点板作为拼接材料,而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面,使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚度。
为了使拼接角钢与弦杆紧密相贴,应将拼接角钢的棱角铲去,为便于施焊,还应将拼接角钢的竖肢切去?=(t+hf+5)mm,式中t为角钢厚度,hf为拼接焊缝的焊脚尺寸。连接角钢截面的削弱,可以由节点板或角钢之间的填板补偿。
图9 拼接节点
(a)下弦工地拼接节点;(b)、(c) 上弦工地拼接节点
屋脊节点处的拼接角钢,一般采用热弯成形。当屋面坡度较大且拼接角钢肢较宽时,可将角钢竖肢切口再弯折后焊成。拼接角钢或拼接钢板的长度,接头一侧的连接焊缝总长度应为:
?lw≥
N (11)
0.7hfffw式中 N——杆件的轴心力,取节点两侧弦杆内力的较小值。
双角钢的拼接中,上式得出的焊缝计算长度
?lw按四条焊缝平均分配。
弦杆与节点板的连接焊缝,应按式(3)和式(4)计算,公式中的?N取为相邻节间弦杆内力之差或弦杆最大大内力的15%,两者取较大值。当节点处有集中荷载时,则应采用上述?N值和集中荷载Q值按式(9)和式(10)验算。
④支座节点
屋架与柱子的连接可以做成铰接或刚接。支承于混凝土柱或砌体柱的屋架一般都是按铰接设计,而屋架与柱子的连接则可为铰接或刚接。图10为人字形或梯形屋架的铰接支座节点示例。
11
图10 人字形或梯形屋架支座节点
(a)上承式(下弦角钢端部为圆孔,但节点板上为长圆孔);(b)下承式
支于混凝土柱的支座节点由节点板、底板、加劲肋和锚栓组成。支座节点的中心应在加劲肋上,加劲肋起分布支承处支座反力的作用,它还是保证支座节点板平面外刚度的必要零件。为便于施焊,屋架下弦角钢背与支座底板的距离e不宜小于下弦角钢伸出肢的宽度,也不宜小于130mm。屋架支座底板与柱顶用锚栓相连,锚栓预埋于柱顶,直径通常为20~24mm。底板上的锚栓孔径宜为锚栓直径的2~2.5倍,屋架就位后再加小垫板套住锚栓并用工地焊缝与底板焊牢,小垫板上的孔径只比锚栓直径大1~2mm。
支座节点的传力路线是:桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板,然后经节点板与加劲肋之间的垂直焊缝,把一部分力传给加劲肋,再通过节点板、加劲肋与底板的水平焊缝把全部支座压力传给底板,最后传给支座。因此,支座节点应进行以下计算:
支座底板的毛面积应为 A=ab≥式中 R——支座反力;
fc——支座混凝土局部承压强度设计值; A0——锚栓孔的面积。
按计算需要的底板面积一般较小,主要根据构造要求(锚栓孔直径、位置以及支承的稳定性等)确定底板的平面尺寸。
底板的厚度应按底板下柱顶反力(假定为均匀分布)作用产生的弯矩决定。 底板不宜太薄,一般其厚度不宜小于16~20mm。
加劲肋的高度由节点板的尺寸决定,其厚度取等于或略小于节点板的厚度。加劲肋可视为支承于节点板上的悬臂梁,一个加劲肋通常假定传递支座反力的1/4,它与节点板的连接焊缝承受剪力V=R/4和弯矩M=V·b/4,并应按下式验算:
R+A0 (12) fc12
???V6M?????2?0.7hl??2?0.7hl2?fw?fwf??2??≤ffw (13) ??2底板与节点板、加劲肋的连接焊缝按承受全部支座反力及计算。验算式为: 其中焊缝计算长度之和口宽度。
(3)T形钢作弦杆的屋架节点
采用T形钢作屋架弦杆,当腹杆也用T形钢或单角钢时,腹杆与弦杆的连接不需要节点板;当腹杆采用双角钢时,有时需设节点板(图11),节点板与弦杆采用对接焊缝,此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差?N?N2?N1以及内力差产生的偏心弯矩M=?N?e,可按下式进行计算:
???f=
R0.7hf?lw≤?fffw (14)
?lw=[2a+2(b-t-2c)-6]cm,t和c分别为节点板厚度和加劲肋切
1.5?N≤fvw (15) lwt
???Ne≤ftw或fcw (16) 12tlw6式中 lw——由斜腹杆焊缝确定的节点板长度,若无引弧板施焊时要除去弧坑;
t——节点板厚度,通常取与T形钢腹板等厚或相差不超过1mm;
fvw、ftw、fcw——对接焊缝抗剪、抗拉、抗压强度设计值。
图11 T形钢作弦杆的屋架节点
角钢腹杆与节点板的焊缝计算同角钢桁架,由于节点板与T形钢腹板等厚(或相差1mm),所以腹杆可伸入T形钢腹板(见图11),这样可减小节点板尺寸。
13