一、杆件
1、管桁架结构的杆件可采用普通型钢或薄壁型钢。管材宜采用高频焊管或无缝钢管,当有条件时应采用薄壁管型截面。杆件采用的钢材牌号和质量等级应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的规定。杆件截面应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017根据强度和稳定性的要求计算确定。
2、确定杆件的长细比时,其计算长度如应按表7.4.1-2采用。
3、杆件的长细比
(1)跨度等于或大于60m的桁架,其受压弦杆、端压杆和直接承受动力荷载的受压腹杆的长细比不宜大于120;
(2)轴心受压构件的长细比不宜超过表7.4.6规定的容许值,但当杆件内力设计值不大于承载能力的50%时,容许长细比值可取 200。
(3)受拉构件的长细比不宜超过表7.4.7规定的容许值。柱间支撑按拉杆设计时,竖向荷载作用下柱子的轴力应按无支撑时考虑。
4、杆件截面的最小尺寸应根据结构的跨度与网格大小按计算确定。普通角钢不宜小于L50 x3,钢管不宜小于φ48 x3。对大、中跨度空间网格结构,钢管不宜小于 φ60 x3.5。
5、管桁架结构杆件分布应保证刚度的连续性,受力方向相邻的弦杆其杆件截面面积之比不宜超过 1.8倍。
6、对于低应力、小规格的受拉杆件其长细比宜按受压杆件控制。
7、在杆件与节点构造设计时,应考虑便于检查、清刷与油漆,避免易于积留湿气或灰尘的死角与凹槽,钢管端部应进行封闭。
二、焊接空心球节点
1、由两个半球焊接而成的空心球,可根据受力大小分别采用不加肋空心球和加肋空心球,如图2-1和图2-2所示。空心球的钢材宜采用现行国家标准《碳素结构钢》CB/T700-2006规定的Q235B钢或《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2018规定的Q355B、Q355C钢。产品质量应符合现行行业标准《钢网架焊接空心球节点》JG/T11-2009 的规定。
2、当空心球直径为120~900mm时,其受压和受拉承载力设计值NR(N)可按下式计算:
因目前大于500mm直径的焊接空心球制作质量离散性较大,试验数据离散性较大,同时试验数据也较少,因此对于直径大于500mm 的焊接空心球,其承载力设计值考虑0.9的折减系数,以保证足够的安全度。
3、对加肋空心球,当仅承受轴力或轴力与弯矩共同作用但以轴力为主(ηm≥0.8)且轴力方向和加肋方向一致时,其承载力可乘以加肋空心球承载力提高系数ηd,受压球取ηd=1.4,受拉球取ηd=1.1。
4、焊接空心球的设计及钢管杆件与空心球的连接应符合下列构造要求:
(1)不加肋空心球和加肋空心球的成型对接焊接,应分别满足图2-1和图2-2的要求加肋空心球的肋板可用平台或凸台,采用凸台时,其高度不得大于1mm。
(2)钢管杆件与空心球连接,钢管应开坡口,在钢管与空心球之间应留有一定缝隙并予以焊透,以实现焊缝与钢管等强,否则应按角焊缝计算。钢管端头可加套管与空心球焊接如图 2-3所示。套管壁厚不应小于3mm,长度可为30~50mm。
(3)角焊缝的焊脚尺寸h应符合下列规定:
①当钢管壁厚tc≤4mm 时,1.5tc≥hf>tc。
②当tc>4mm 时,1.2tc≥hf>tc。
为了使钢管杆件与空心球连接焊缝做到与钢管等强,规定钢管应开坡口(从工艺要求考虑钢管壁厚大于6mm的必须开坡口),焊缝要焊透。根据大量工程实践的经验,钢管端部加套管是保证焊缝质量、方便拼装的好办法。
5、在确定空心球外径时,球面上相邻杆件之间的净距离a不宜小于10mm(图2-4),空心球直径可按下式估算:
6、当空心球直径过大、且图2-5空心球节点相邻连接杆件又较多时,为了减少空钢管杆件空心球节点直径,允许部分腹杆与腹杆或腹杆与弦杆相汇交,但应符合下列构造要求;
1)所有汇交杆件的轴线必须通过球中心线;
2)汇交两杆中,截面积大的杆件必须全截面焊在球上(当两杆截面积相等时,取受拉杆),另一杆坡口焊在相汇交杆上,但应保证有3/4截面焊在球上,并应按图2-5设置加劲板:
3)受力大的杆件,可按图2-6增设支托板。
7、当空心球外径大于300mm,且杆件内力较大需要提高承载能力时,可在球内加肋;当空心球外径不小于500mm,应在球内加肋。肋板必须设在轴力最大杆件的轴线平面内,且其厚度不应小于球壁的厚度。
三、铸钢节点
1、空间网格结构中杆件汇交密集、受力复杂且可靠性要求高的关键部位节点可采用铸钢节点。铸钢节点的设计和制作应符合国家现行有关标准的规定。
2、焊接结构用铸钢节点的材料应符合现行国家标准《焊接结构用碳素钢铸件》CB7659的规定,必要时可参照国际标准或其他国家的相关标准执行;非焊接结构用铸钢节点的材料应符合现行国家标准《一般工程用铸造碳钢件》GB/T11352的规定。
3、铸钢节点的材料应具有屈服强度、抗拉强度、伸长率、截面收缩率、冲击韧性等力学性能和碳、硅、锰、硫、磷等化学成分含量的合格保证,对焊接结构用铸钢节点的材料还应具有碳当量的合格保证。
4、铸钢节点设计时应根据铸钢件的轮廓尺寸选择合理的壁厚,铸件壁间应设计铸造圆角。制造时应严格控制铸造工艺、铸模精度及热处理工艺。
5、铸钢节点设计时应采用有限元法进行实际荷载工况下的计算分析,其极限承载力可根据弹塑性有限元分析确定。当铸钢节点承受多种荷载工况且不能明显判断其控制工况时,应分别进行计算以确定其最小极限承载力。极限承载力数值不宜小于最大内力设计值的3.0倍。
6、铸钢节点可根据实际情况进行检验性试验或破坏性试验。检验性试验时试验荷载不应小于最大内力设计值的1.3倍;破坏性试验时试验荷载不应小于最大内力设计值的2.0倍。