钢桁架设计（钢桁架设计中的次内力影响）

摘要：钢桁架结构因其高强度和良好的承载能力在现代建筑工程中被广泛应用。设计过程中次内力的存在对结构性能有着重要影响。本文首先回顾了钢桁架设计的基本理论，然后详细探讨了次内力的概念、分类及其对结构性能的影响。通过分析不同类型次内力的效应，本文提出了一种优化设计方法，旨在减少次内力带来的负面影响，并提高结构的承载能力和稳定性。本文总结了研究成果，并对未来的研究进行了展望。

一、钢桁架设计的基础知识

（一）受力特点

钢桁架一般由上弦、下弦和腹杆组成。在实际结构中，由于节点的非理想铰结等原因，会同时存在较小的弯矩和剪力，对轴力有很小的影响（因节点刚性和桁架杆横截面积与惯性矩比值的大小而不同，一般减小5% - 0.1%），称为次内力。其计算假定各杆的轴线在同一平面内，节点均为铰结，所有外荷载作用在桁架平面内，并集中作用于节点上。在设计时可通过使节点间距等分一致或再分，尽量将外荷载作用于桁架节点上的方式解决相关问题。

（二）常见类型及深化设计要点

1. 钢管桁架

杆件连接要求：桁架杆件多为轴心受力，杆件相连应尽可能避免偏心，杆件轴心线在一个平面内，节点内多杆件相连时要求杆件轴心线汇交于一个点。主管的外部尺寸不小于支管的外部尺寸，主管的壁厚不小于支管的壁厚，杆件相贯时要求大管贯小管，支管不得插入主管内。
杆件夹角与焊接要求：杆件相贯时，杆件之间的夹角不小于30度。支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。
桁架分段要求：桁架分段制作时，上下弦的分段点需要错开。分段点一般要设置对接衬管以保证对接焊缝质量，并且要采取相应措施避免设置对接衬管后妨碍桁架安装的现象。

2. H型钢桁架

除钢管桁架要点外需注意：H型钢上下弦杆焊接H型钢的翼缘板拼接长度不小于2倍板宽；腹板拼接宽度不小于300mm，长度不小于600mm（设计有特别要求的按设计执行）。
对接焊缝位置要求：H型钢桁架现场对接，上下弦杆对接焊缝不能在同一位置，上下错开大于200。
变截面位置要求：H型钢桁架上下弦杆如果材料截面需要变截，变截位置不能设置在节点处（一般结构设计图中变截位置设置在节点处），同时可将变截位置与现场对接位置合并，减少上下弦杆对接焊缝。

3. 箱形截面桁架

腹杆与弦杆连接要点（腹杆为圆钢管等时）：腹杆为圆钢管、方钢管或矩形管时，腹杆与弦杆、腹杆之间连接多为相贯连接，深化时的注意点与钢管桁架相同。
杆件对接与焊接要求（腹杆弦杆均为箱形时）：杆件的对接需保证焊缝质量，采用利于现场焊接的连接节点形式。一般多采用顶端预留盖板或侧面开盖板的形式。
箱体壁板连接要求（腹杆弦杆均为箱形时）：箱体壁板的连接顺序及连接焊缝位置需考虑箱体内加劲板的装配，以保证无法采用电渣焊的加劲板能通过装配工艺达到4面围焊。
腹杆与弦杆现场连接要点（腹杆弦杆均为箱形时）：箱形截面桁架腹杆与弦杆现场连接时，多采用在弦杆节点位置设置牛腿以简化现场焊缝保证焊接质量。

4. 角钢桁架

轴线与节点要求：桁架应以杆件形心为轴线，连接螺栓中心线应尽可能的靠近杆件形心线，节点处各轴线应交于一点，尽量避免偏心。
截面改变位置要求：当同一弦杆采用两种不同截面材料时，截面的改变位置应在节点处，杆件的重心线要与桁架的形心线重合，若要求上皮在同一标高时，可采用钢板垫平。
节点板要求：除支座节点外，其余采用钢板连接的节点宜采用同一厚度的钢板，支座节点比其他节点厚2mm以上。节点板的形状一般多采用矩形或梯形，通常情况下需要有两条边相互平行，节点板一般伸出角钢边缘10 - 15mm。

二、钢桁架设计的软件相关操作

（一）盈建科软件中的桁架建模

1. 常见桁架样式

包括三角形桁架、梯形桁架、空间桁架等。

2. 建模方法

较规则桁架可按楼层方式建模。
其他桁架形式可通过空间结构菜单辅助建模，空间结构菜单下还设置了对平面桁架和空间桁架的参数输入快速建模方式。

（二）桁架杆件在软件中的属性设置

1. 特殊支撑属性定义

软件默认对钢结构斜杆按照框架中心支撑设计，但对于桁架结构其杆件不属于框架中心支撑，因此应将它们在特殊柱、特殊支撑下设置为桁架弦杆或者桁架腹杆。软件在前处理 - 特殊构件定义菜单中的特殊支撑中增加了空间属性定义菜单，用来指定支撑为除了钢框架中心支撑以外的其他属性，选项有钢框架 - 中心支撑、钢框架 - 偏心支撑、一般桁架结构、网架、双层网壳、单层网壳、立体桁架、门刚支撑等。对于一般桁架结构、网架、双层网壳、单层网壳、立体桁架，还需进行弦杆及支座腹杆和腹杆两个选项。

2. 计算长度系数设置

对于桁架杆件的计算长度系数，软件默认为1.0，当需考虑《钢结构规范》5.3.1条或《空间网格结构技术规程》5.1.2中桁架杆件计算长度的相关要求时，需在计算长度菜单中手工指定。

三、钢桁架设计的学习资源

（一）培训课程

有专门的课程如“五节课掌握钢桁架设计”，授课特点是由姚老师为学员授课并答疑，围绕相关难点、疑点，规定相关时间集中答疑，并且学员可加青蓝课堂答疑群随时提问互动。该课程共五节课，学员可以每一节课单独缴费，针对自己感兴趣的课程学习；对于自己熟悉的部分可以不用浪费时间和金钱，比较灵活方便。此外，报名学员给予好评且介绍其他任意两名学员过来学习的，可以减免费用，详情可咨询老师。