桁架设计中,我们一般的都是把所有的节点当作铰接来处理,所有的荷载都作用于节点上(见图1)。但是所有的桁架都是节点铰接处理吗?凡事都有例外把,总会有一些特例的存在表示不是一切的桁架都是节点铰接处理的,在《钢结构设计标准》GB 50017-2017中5.1.5条规定如下:5.1.5进行桁架杆件内力计算时应符合下列规定:
1 计算桁架杆件轴力时可采用节点铰接假定;(计算构件的轴力可铰接处理,计算构件的弯矩能不能按照铰接处理呢?规范没有说明,此处留一个疑问后续再解答吧)
2 采用节点板连接的桁架腹杆及荷载作用于节点的弦杆,其杆件截面为单角钢、双角钢或T形钢时,可不考虑节点刚性引起的弯矩效应;(节点铰接时不能承受弯矩,节点刚性时能够承受弯矩,这是设计师最基本的常识问题)
第二款说的可不考虑节点刚性引起的弯矩效应,就是说节点可以当做铰接(不受弯矩嘛)来处理,例如采用单角钢、双角钢、T型钢的这一类桁架)
3 除无斜腹杆的空腹桁架外,直接相贯连接的钢管结构节点,当符合本标准第13章各类节点的几何参数适用范围且主管节间长度与截面高度或直径之比不小于12、支管杆间长度与截面高度或直径之比不小于24时,可视为铰接节点;
(第三款中提到的桁架有2类:空腹桁架和有一定前提条件的桁架,首先规范的推理是空腹桁架不能当做铰接来处理的,因为空腹桁架节点铰接时变成了机动机构,几何可变体系)
除空腹桁架(见图2)之外有一定的前提条件的桁架可以当做铰接来处理,当不满足这个一定条件的桁架也不能当做铰接来处理!如圆管桁架的弦杆节间长度/直径=8<规定的12时)
4 H形或箱形截面杆件的内力计算宜符合本标准第8.5节(见图3)的规定。
(这一类H形和箱型杆件的桁架,要符合8.5节的规定,明确的提出不宜当做铰接来处理)
图3《钢标》GB 50017-2017中8.5节的规定6 《钢标》GB 50017-2017中8.5.2条的规定中,5.1.5-4款中的这一类桁架(H形和箱型杆件的桁架)也要计算节点刚性引起的弯矩,即节点不能够当做铰接来处理,节点应该也为刚接来计算。7 以2020年注册结构中的第19题为例来斧正上述观点的准确性:【题17-21】只承受节点荷载的某钢桁架,跨度30m,两端各悬挑6m,柱架高度4.5m,钢材采用Q345,其构件截面采用H形,结构重要性系数取1.0。钢桁架计算简图及采用一阶弹性分析时的内力设计值如图17-21(Z)所示,其中轴力正值为拉力,负值为压力。按《钢结构设计标准》GB50017-2017考虑塑形应力重分布。
图17-21(Z)
【题19】
假定,杆件EA采用轧制H型钢HW344x348x10x16,腹板位于桁架平面内,截面特性:毛截面面积A=144cm2,回转半径=15cm,iy=8.8cm,毛截面模量W,=1892cm3。试问,根据《钢结构设计标准》GB50017-2017进行截面强度计算时,杆件EA的作用效应设计值与承载力设计值之比,与下列何项数值最为接近?
提示:杆件EA塑性截面模量Wpx=2070 cm3
(A)0.68 (B) 0.7 (C)0.81 (D)0.84
解答过程如下:
根据《钢标》8.5.条:ε=MA/NW=90x102x144/(2990x1892)=0.229>0.2
(N/A+αM/Wp)βf=(2990x103/14400+0.85x90x103x103/2070x103)/(1.15x305)=0.697
选(B)
8 看图17-21(Z),可以看出来AE构件和GD构件均存在弯矩图,A、D、E、G四个节点处均有弯矩数值的,故此桁架的节点均不是按照铰接来计算的,而是按照刚接计算。a类:空腹桁架(按照铰接计算时为几何可变体系,为机构)对于桁架不能够采用铰接节点计算我们结构设计师如何在实际项目中操作?a):对应空腹桁架没有办法,只能完全刚接来计算,或者设计师最好不采用这种结构形式不好的体系。b):对于不满足5.1.5-3款的前提条件的桁架和5.1.5-4款的这一类桁架,建议设计者在计算分析中,按照节点刚接和铰接包络设计,即节点按照刚接计算一次,铰接也计算一次,这两种情况之下构件均没有超限时才算合理,再出施工图。