夜雨聆风
钢结构设计必看!3D3S软件操作指南(九)
第四章 钢桁架结构
4.1 结构建模
切换至桁架模块中的【快速建模】截面，软件提供了直线桁架、圆弧桁架、平面曲线桁架等多种类型快速建模方式。
4.1.1 直线桁架
点击菜单栏的直线桁架命令，弹出直线桁架快捷生成对话框。填完参数，可以根据起点终点坐标生成桁架，在桁架定位轴线两端点坐标栏里输入起点和终点坐标。或者直接在屏幕上选择两端点生成桁架，或者直接选择直线生成桁架。所生成的桁架自动将所选线段放在truss_母线层，将桁架杆件自动分为上弦杆、下弦杆、腹杆。
【截面形式】：有三角形、矩形、等边梯形和直角梯形四种截面形式；
【腹杆形式】：软件提供了六种形式的腹杆；
【边长a、b、c】：三角形桁架：a值为0，b值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架；矩形桁架、等边梯形、直角梯形：a值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架；桁架两端截面大小可以不同，只需在起点和终点的边长输入不同的值；
【偏心】：指桁架截面相对于形心处的偏心，默认为0，此时生成的桁架是将所选直线作为形心线生成的；
【起始空开距离】：用来确定生成桁架的起始位置，若为0表示桁架的起始位置就在直线起点处，否则就表示从起点处沿直线空开一段距离再开始生成桁架；
【划分方法】：软件提供了三种方法来确定每格的间距。按间距划分指将直线从起始位置起严格按照所输s入的间距值分段，若最后一段距离不够，则最后一格不生成；按参考间距划分指将直线从起始位置起按照最接近所输入的参考间距值来等分线段；按分段数划分指将直线从起始位置起按照所输入的分段数来等分线段，如选择渐分，可以按照输入的比例因子渐分线段；
【确定1-2平面位置】：用来确定生成桁架的方位，软件提供两种方法来确定1-2平面位置（1轴为所选直线的方向）。通常情况可定义Z轴向量（0，0，1）来确定1-2平面，此外也可将整个桁架看成一根杆件，通过定义K节点坐标来确定桁架的方位；
【绕1轴转角】：整个桁架断面绕1轴转动角度；
【起始点位置】：桁架起始点位于截面中的位置，软件提供了五种位置可选。
4.1.2 圆弧桁架
点击菜单栏的圆弧桁架命令，弹出圆弧桁架快捷生成对话框。填完参数，根据起点终点坐标生成桁架或者选择两端点生成桁架。
【截面形式】：有三角形、矩形、等边梯形和直角梯形四种截面形式；
【腹杆形式】：软件提供了六种形式的腹杆；
【边长a、b、c】三角形桁架：a值为0，b值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架；矩形桁架、等边梯形、直角梯形：a值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架。
【偏心】：指桁架截面相对于形心处沿3轴的偏心；
【轴线拱高】：指圆弧拱高，上下弦为同心圆时需输入；
【上弦半径】：指上弦杆圆弧半径，上下弦为非同心圆时需输入；
【下弦半径】：指下弦杆圆弧半径，上下弦为非同心圆时需输入；
【划分方法】：软件提供了两种方法来确定每格的间距。按参考间距划分指将从起点开始按照最接近所输入的参考间距值来等分圆弧；按分段数划分指将从起点开始按照所输入的分段数来等分圆弧；具体方法同直线桁架；
【确定1-2平面位置】：同直线桁架；
【圆弧凹凸类型】：指圆弧桁架是外凸的还是内凹的；
【起始点位置】：用来确定桁架横截面在2-3平面内的位置。它是指弹出对话框之前选择的起点和终点是作为桁架两端截面上弦腹杆的中点还是下弦腹杆的中点，软件提供了四种位置可选。
4.1.3 平面曲线桁架
点击菜单栏的平面曲线桁架命令，弹出平面曲线桁架快捷生成对话框。填完参数，按选择曲线生成桁架按钮即可生成平面曲线桁架。可以选择一条或多条曲线，曲线可以是圆弧，圆，椭圆，多义线，光滑的复合线。
【截面形式】：有三角形、矩形、等边梯形和直角梯形四种截面形式；
【腹杆形式】：软件提供了六种形式的腹杆；
【边长a、b、c】三角形桁架：a值为0，b值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架；矩形桁架、等边梯形、直角梯形：a值为0表示是平面桁架，不为0则是空间桁架。
【划分方法】：软件提供了两种方法来确定每格的间距。按参考间距划分指将从起点开始按照最接近所输入的参考间距值来等分曲线；按分段数划分指将从起点开始按照所输入的分段数来等分曲线；具体方法同直线桁架；
【确定1-2平面位置】：同直线桁架；
【起始点位置】：用来确定桁架横截面在2-3平面内的位置。它是指曲线的两个端点是作为桁架两端截面上弦腹杆的中点还是下弦腹杆的中点，默认为起始点位置都在上弦中点。
4.1.4 多线段生成桁架
点击由多线段生成桁架命令，弹出多线段桁架快捷生成对话框。填完参数，按选择多线段生成桁架钮即可生成平面曲线桁架。
可以选择按两线段生成桁架、按三线段生成桁架以及按四线段生成桁架。其他参数详见由直线生成桁架命令。
✒️设计建议：
（1）立体桁架截面可选用三角形、四边形、梯形等，其中以倒放三角形居多（三角形具有良好的稳定性，倒放有利于提高上弦杆件的平面外稳定性）；
（2）结构进行初算时，立体桁架的高度可取跨度的1/12~1/16；拱架厚度可取为1/20~1/30，矢高可取跨度的1/3~1/6.；张弦立体拱架厚度一般取跨度1/30~1/50，矢高取为跨度1/7~1/10，其中拱架高度取跨度1/14~1/18，张弦的垂度取跨度的1/12~1/30。
（3）桁架杆件截面初选时，应结合荷载大小、桁架高度、构件长细比限值确定。对于一般的屋盖结构且桁架高度符合前列规定的条件下，主管截面高度可先按照1/（15~20）l0初选，竖腹杆次管可取（1/30~1/50）l0左右，水平腹杆一般仅按照长细比初选即可。（注：l0为杆件几何长度）
4.2 施加荷载
详见基本分析章节。
4.3 内力分析
详见基本分析章节。
✒️设计建议：
桁架进行计算分析时，可参考以下设计原则：
（1）桁架应进行重力荷载及风荷载作用下的位移、内力计算，并应根据具体情况对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载作用下的位移、内力进行计算；
（2）对于复杂体型的桁架结构，当跨度较大时，宜通过风洞试验或专门研究确定风载体型系数。
（3）分析立体桁架时，当杆件的节间长度与截面高度（直径）之比不小于12（主管）或24（支管）时，可假定节点为接。
（4）桁架结构的外荷载可按静力等效原则将节点所辖区域内的荷载集中作用在该节点上，当杆件局部受弯时应计入弯曲内力影响。
（5）桁架结构分析时，应考虑上部空间网格结构与下部支撑结构的相互影响。空间网格结构的协同作用分析方法有：①将下部支撑结构折算等效刚度和等效质量作为上部空间结构分析的条件；②可把上部空间网格结构折算等效刚度和等效质量作为下部支撑结构分析时的条件。③整体分析。
（6）分析管桁架时，应根据结构形式、支座节点的位置、数量和构造情况以及支撑结构的刚度，确定合理的边界约束条件。支座节点的边界约束条件，对于立体桁架应按实际构造采用两向或一向可侧移、无侧移的铰接支座或弹性支座。
（7）管桁架结构施工安装阶段与使用阶段支撑情况不一致时，应区别不同支撑条件分析计算施工安装阶段和使用阶段在相应荷载作用下的结构位移和内力。
4.4 设计验算
详见基本分析章节。钢桁架的挠度、长细比限值等要求可参考《钢标》或《网格规程》确定。
➡ 规范索引
①《空间网格结构技术规程》第3.5.1条、第3.5.2条、第5.1.2条、第5.1.3条
3.5.1 空间网格结构在恒荷载与活荷载标准值作用下的最大挠度值不宜超过表3.5.1中的容许挠度值。
表3.5.1 空间网格结构的容许挠度值
3.5.2 网架与立体桁架可预先起拱，其起拱值可取不大于短向跨度的1/300。当仅为改善外观要求时，最大挠度可取恒荷载与活荷载标准值作用下挠度减去起拱值。
5.1.2 确定杆件的长细比时，其计算长度l0应按表5.1.2采用。
表5.1.2 杆件的计算长度l0
5.1.3 杆件的长细比不宜超过表5.1.3中规定的数值。
表5.1.3 杆件的容许长细比[λ]
4.5 节点验算
4.5.1 节点形式
点击此命令后，弹出对话框如图。有相贯节点和其他节点两种形式，软件只对相贯节点进行处理，而对其他节点软件不作处理。
✒️设计建议：
相贯节点形式主要包括：
（1）平面节点：包括X型、K型、T型、KT型、DY型、DK型；
（2）空间节点：包括KK型、TT型、KT型；
实际项目中，相贯节点往往会有更多的形式，当超过《钢标》中规定的适用形式时，可将空间相贯节点所连接的支管按层面号拆分到不同的平面上去，然后再按照平面相贯节点分别进行验算。
4.5.2 相贯节点支管间隙
点击此命令后，弹出对话框如图
用于定义K形，KK形相贯节点的支管间隙，默认值为0表示由软件按支管轴线位置自动计算支管间隙，若输入一个大于0的值，则软件会根据输入的间隙值和按支管轴线位置自动计算支管间隙值进行比较，取两者的较大值作为间隙值，同时如前者大于后者，则支管不在轴线位置上，需要对支管进行一定的偏心移动，这一操作在下面的步骤中软件会自动处理。
注：定义间隙后需要进行“腹杆重新定位”后才能完成偏移，偏移在前处理模型中不体现，转换后处理模型后偏移体现。
✒️设计建议：
设计时，应尽量使支管之间存在一定间隙，有利于相贯焊缝的施工及受力性能，当无法避免支管搭接时，节点搭接率及搭接处构造等需满足相应的要求。
➡ 规范索引
《钢结构设计标准》第13.2.2条
13.2.2 支管搭接型的直接焊接节点的构造尚应符合下列规定：
1 支管搭接的平面K形或N形节点［图13.2.2（a）、图13.2.2（b）］，其搭接率nov=q/p×100%应满足25%≤ηov≤100%，且应确保在搭接的支管之间的连接焊缝能可靠地传递内力；
2 当互相搭接的支管外部尺寸不同时，外部尺寸较小者应搭接在尺寸较大者上；当支管壁厚不同时，较小壁厚者应搭接在较大壁厚者上；承受轴心压力的支管宜在下方。
4.5.3 相贯杆件焊缝高度
点击此命令后，弹出对话框如图
用于定义相贯节点中支管的最小焊缝高度，可直接输入焊缝高度，也可输入支管壁厚的倍数。在设计时最终支管的焊缝高度取在此定义的焊缝高度和根据受力计算所得的焊缝高度两者的较大值。
➡ 规范索引
《钢结构设计标准》第13.2.1条第5款
13.2.1-5 支管与主管的连接焊缝，除支管搭接应符合本标准第13.2.2条的规定外，应沿全周连续焊接并平滑过渡；焊缝形式可沿全周采用角焊缝，或部分采用对接焊缝，部分采用角焊缝，其中支管管壁与主管管壁之间的夹角大于或等于120°的区域宜采用对接焊缝或带坡口的角焊缝；角焊缝的焊脚尺寸不宜大于支管壁厚的2倍；搭接支管周边焊缝宜为2倍支管壁厚。
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