葉修喜 余安勝

中機(jī)第一設(shè)計(jì)研究院有限公司（230601）

0 前言

單層鋼結(jié)構(gòu)廠房中有大量的桁架類構(gòu)件。常見的桁架類構(gòu)件有:屋架、托架、吊車輔助桁架、吊車制動(dòng)桁架等。傳統(tǒng)做法一般采用雙角鋼制作桁架上下弦桿，采用單角鋼或雙角鋼制作桁架腹桿。文章介紹了采用T型鋼制作桁架上下弦桿、鋼管制作桁架腹桿。T型鋼及鋼管加工制作的桁架，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，焊縫數(shù)量少，經(jīng)濟(jì)性好，整體方案更合理。

1 技術(shù)特點(diǎn)

1.1 桿件截面

T型鋼按生產(chǎn)工藝有熱軋T型鋼、剖分T型鋼、冷拉T型鋼、焊接T型鋼4種。熱軋T型鋼是把鋼坯加熱，再用軋機(jī)軋制成型，由于是一次成型，產(chǎn)品整體性好，但規(guī)格范圍有限制，目前國內(nèi)僅限于100 mm×100 mm以下小規(guī)格。剖分T型鋼是用現(xiàn)有熱軋H型鋼沿縱向切開而成，受原材料的限制，有一定的規(guī)格范圍。冷拉T型鋼是通過冷拉設(shè)備將毛坯料經(jīng)模具拉拔而成，其表面光滑精度高，一般用于電梯配件及滑軌，受條件限制，100 mm×100 mm以內(nèi)規(guī)格較為常見。焊接T型鋼是用鋼板拼裝焊接而成，可根據(jù)桿件受力特點(diǎn)選擇合適的鋼板寬度和厚度組合，其不受規(guī)格限制，能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能。

通過上述分析可知，熱軋T型鋼和冷拉T型鋼截面規(guī)格均較小，一般不適合作為桁架構(gòu)件的弦桿。焊接T型鋼不受規(guī)格限制，可設(shè)計(jì)出最經(jīng)濟(jì)合理的截面，但焊接T型鋼焊接殘余應(yīng)力較大，一般推薦采用剖分T型鋼制作桁架上下弦桿。

用圓鋼管和方鋼管制作桁架類構(gòu)件腹桿，鋼管可采用不小于4 mm的厚度。鋼管與角鋼相比，同等截面面積，鋼管截面回轉(zhuǎn)半徑，形心與重心重合，截面抗扭性能好，抗彎剛度大，桿件的穩(wěn)定性好。

1.2 連接節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)的作用是連接桁架各桿件，桿件內(nèi)力主要通過節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行傳遞。節(jié)點(diǎn)的安全直接影響桁架結(jié)構(gòu)的壽命。

T型鋼弦桿的腹板兼作節(jié)點(diǎn)板，可以不用或少用節(jié)點(diǎn)板，構(gòu)造簡單、傳力直接。腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接的角焊縫長度由受力計(jì)算確定，角焊縫的焊腳尺寸同鋼管壁厚。焊縫長度除滿足計(jì)算要求外，最小焊縫長度不小于腹桿截面邊長，以保證連接的最小承載力。連接節(jié)點(diǎn)處，T型鋼腹板高度不足時(shí)，附加的節(jié)點(diǎn)板與T型鋼腹板采用單面或雙面剖口全溶透對(duì)接焊縫連接。為保證腹桿的順利安裝，對(duì)接焊縫焊接完畢后應(yīng)磨平[1]。為避免焊接應(yīng)力集中，附加的節(jié)點(diǎn)板高度不小于50 mm，附加節(jié)點(diǎn)板邊緣距腹桿最小距離不小于20 mm。

1.3 防腐性能

據(jù)資料顯示，我國每年被腐蝕的鋼材約占鋼材總產(chǎn)量的1/10，因?yàn)榻饘俑g而造成的損失占到國民生產(chǎn)總值的2%～4%。在腐蝕環(huán)境中應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)，桿件與節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)便于涂裝作業(yè)及檢查維護(hù)，應(yīng)避免或減少易于積塵、積潮的局部空間，構(gòu)件截面應(yīng)避免有難以檢查、維護(hù)的縫隙與死角，組合構(gòu)件中零件之間需維護(hù)涂裝的空隙不宜小于120 mm[2]。

雙角鋼相并之間的縫隙，灰塵和潮氣易于聚集，油漆脫落或失效后無法補(bǔ)涂，雙角鋼組合截面防腐蝕性能較弱。環(huán)境腐蝕等級(jí)為強(qiáng)、中時(shí)，不宜采用雙角鋼組成的T形截面[3]。T型鋼無雙角鋼相并之間的縫隙，鋼管桿件焊接后將端部封閉，鋼管內(nèi)部與空氣隔絕，其內(nèi)部幾乎不生銹，鋼管表面便于油漆的涂刷，故采用T型鋼和鋼管制作成的構(gòu)件耐腐蝕性能較好。

2 實(shí)例分析

為滿足廠房局部或整體擴(kuò)大柱距的需求，通常需要沿廠房縱向柱列設(shè)置托架或托梁，用以支承柱間的屋架或屋面梁。文章以15 m跨托架為例，在同種荷載情況下，對(duì)采用兩種不同方案設(shè)計(jì)的桁架進(jìn)行分析比較。方案一采用雙角鋼制作桁架所有桿件，方案二采用剖分T型鋼制作桁架上下弦桿、方鋼管制作桁架腹桿，托架采用PKPM V5.1版進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

圖1 15 m跨托架桿件編號(hào)及荷載簡圖

圖2 15 m跨托架幾何尺寸及內(nèi)力圖

表1 方案一桿件信息表

按方案一設(shè)計(jì)的桁架，理論用鋼量為1 343 kg。桁架桿件按實(shí)際長度計(jì)算，并考慮雙角鋼之間填板和節(jié)點(diǎn)板的用鋼量，一榀桁架的實(shí)際總用鋼量約為1 441 kg。實(shí)際用鋼量比理論用鋼量高7.3%。

表2 方案二桿件信息表

按方案二設(shè)計(jì)的桁架，理論用鋼量為1 301 kg。桁架桿件按實(shí)際長度計(jì)算，并考慮節(jié)點(diǎn)板的用鋼量，一榀桁架的實(shí)際總用鋼量約為1 347 kg。實(shí)際用鋼量比理論用鋼量高3.5%。

3 結(jié)語

通過實(shí)例分析可知，方案二的理論用鋼量比方案一低3.2%，考慮節(jié)點(diǎn)板和填板的用鋼量后，方案二的實(shí)際用鋼量比方案一低7.0%。節(jié)點(diǎn)板和填板用量減少的同時(shí)，焊接工作量減少，桁架制作用工時(shí)也相應(yīng)減少。方案二的經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于方案一。另外，T型鋼和鋼管組成的桁架防腐蝕性能優(yōu)于雙角鋼組成的桁架。

目前，國內(nèi)由T型鋼和鋼管組成的桁架應(yīng)用還較少，特別是針對(duì)焊接T型鋼與鋼管組成節(jié)點(diǎn)的研究很少。在承載力極限狀態(tài)下，桁架連接節(jié)點(diǎn)的破壞特點(diǎn)尚不明確，需要進(jìn)一步研究。希望科研機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)部門共同努力，推廣T型鋼及鋼管在桁架類構(gòu)件中的應(yīng)用。