H型钢桁架的结构设计.pdf

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1、H型钢桁架的结构设计杨英雄(信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司，四川成都610021)摘要：H型钢桁架是近年来在工业建筑中运用得较为普遍的一种结构形式，相对于传统的角钢桁架而言，更适合于荷载大、跨度大的工业建筑。笔者结合自己工作实践，具体介绍了H型钢桁架的设计过程。通过节点铰接和刚接两种模型的对比，分析了次弯矩对此类桁架内力的影响，并针对H型钢桁架的设计提出了针对性的意见。关键词：H型钢；桁架；结构设计中图分类号：Tu318文献标识码：B文章编号：1672—4011(2012)05一0038一021H型钢桁架介绍H型钢桁架是采用焊接H型钢

2、作为桁架主要杆件的一种结构形式。相对于传统的采用双角钢作为主要杆件的桁架，具有以下优点：①选用H型钢作为桁架杆件，桁架的承载力更大，允许建筑物的跨度也更大；②杆件节点连接采用无节点板的形式，H型钢杆件直接等强焊接，加工制作更为方便；③桁架杆件截面较大，可以较为方便的采用螺栓现场拼接，远距离运输及安装都很方便；④桁架上下弦杆之间的巨大空间可以用来安装各种设备管道，施工检修更加方便。2工程设计实例2．1工程概况某厂房为单层排架结构，厂房长为108m，宽为25m，基本柱网为7．2×(8，0+9．0+8．O)，因业主担心漏雨不予采用轻钢屋面，必须采用钢筋混凝土

3、屋面，经方案论证，屋盖最终采用H型钢桁架，混凝土屋面板采用H型钢檩条支撑在H型钢无节点板桁架上。H型钢檩条间距为2．5m，H型钢檩条所承担的屋面荷载设计值以节点荷载的形式作用于桁架节点上，屋架下弦管道等吊挂荷载直接作用于下弦节点上，或者通过吊架作用于下弦节点上。屋架平面布置如下图l所示。、营景营7Z00x15，，LL108黜’图1三层柱子平面布置图作者简介：杨英雄(1980一)，男，结构工程硕士，工程师，从事结构设计工作。2．2桁架形式选择桁架根据其外在形状，可以分为抛物线形桁架，三角形桁架，平行弦桁架，梯形桁架，梭形桁架。抛物线形桁架结构形式优美，弦

4、杆受力均匀，腹杆受力较小，截面选择基本为构造，但设计和施工有一定难度；三角形桁架是早期应用较为广泛的桁架结构形式，但弦杆受力过分集中于端部，受力极不理想，重心较高，承担的荷载相对较小；平行弦桁架在托架结构中应用较多；梯形和梭形屋架桁架高度小，稳定性好，上弦能顺应屋面坡度的要求，是较为理想的桁架形式。本项目中，因结构跨度较大，设计荷载也较大，采用传统的梭形桁架。支撑方式为上承式，因此种支撑方式传递给排架柱的荷载直接、明确，而且桁架的重心较低，且不会在纵向形成很高的悬墙，对于结构的抗震较为有利。腹杆布置方式采用平行弦杆下降式，相对于平行弦杆上升式而言，此种

5、方式将使大部分斜腹秆受拉，能充分发挥钢材受拉的性能，最大程度的利用钢材。桁架端部高度为2400mm，中部高度为3020mm，上弦坡度为5％，刚好为建筑的排水坡度。桁架跨中高度为总跨度的l／8．3，斜腹杆与上弦杆的夹角最小为47。，最大为52。，且腹杆的布置能使所有的屋面荷载都作用在桁架节点上。桁架立面图如图2所示。：．⋯'d012493^1I弋。卜j’～’＼一。＼淤L2490L2490L24901．2490L2490Lj图2桁架立面图2．3桁架结构设计桁架所受的恒荷载有：①预制板自重；②保温材料自重；③防水材料自重；④120厚钢筋混凝土屋面板自重；⑤檩

6、条自重；⑥桁架自重合计约6．OkN／m2。桁架所受的活荷载有：不上人屋面：0．50kN／m2下弦吊挂活荷载：2．5kN／m2基本风压：O．3kN／m2地震基本烈度为7度，0．1g，设计地震分组为第一组。所有上述荷载都以节点荷载作用于桁架节点上，采用PKPM软件的sTS模块进行分析，所有杆件均以柱杆件输入，针对节点为铰接和刚接两种情况进行了比较，比较结果如表1所示。表l最大轴力最大弯矩最大节点内容位移(kN)(kN·m)L恒+活)(活)节点形式上弦腹杆下弦上弦腹杆下弦(mm)刚接一1211747125314．9013．932．O13．5铰接一121675

7、31265O03L713．3注：轴力拉为正，压为负；弯矩顺时针为正，逆时针为负。由以上表格分析比较可以看出，两种不同的节点形式对于杆件的受力影响较小，轴力的偏差只有4～9％左右，位移的偏差也仅仅9％，因此，对予本项目，完全可以按照传统的节点铰接的桁架模型进行分析计算。两种不同节点形式下杆件应力比如图3所示。由图3我们可以看出次弯矩的一些变化趋势：由于次弯矩的影响，使得刚接模型的杆件主应力都较铰接模型有所提高，对于上弦杆件，本项目中增加的的幅度为12～20％，对于下弦杆件增加的幅度为15—25％，而且增幅大的杆件都是受力较小的杆件。由这些变化可以看出次弯

8、矩对于杆件应力的影响还是很大的。本项目中跨度较小，影响相对小一些，可以想像，随着跨度的增大，杆