支管连接节点设计计算方法及公式

1）采用无加劲直接焊接节点的钢管桁架，如节点偏心不超过式（2-95）限制时，在计算节点和受拉主管承载力时，可忽略因偏心引起的弯矩的影响，但受压主管应考虑此偏心弯矩M=ΔN·e（ΔN为节点两侧主管轴力之差值，e为偏心矩，符号如图2-35所示。

图2-35 K形和N形管节点的偏心和间隙

a）有间隙的K形节点 b）有间隙的N形节点 c）搭接的K形节点 d）搭接的N形节点

2）钢管直接焊接节点的构造应符合下列要求：

① 主管的外部尺寸不应小于支管的外部尺寸，主管的壁厚不应小于支管的壁厚，在支管与主管的连接处不得将支管插入主管内。

② 主管与支管或支管轴线间的夹角不宜小于30°。

③ 支管与主管的连接节点处，应尽可能避免偏心；偏心不可避免时，宜使偏心不超过式（2-95）的限制：

-0.55≤e/d（或e/h）≤0.25 （2-95）

式中 e——偏心距，符号如图2-36所示；

d——圆管主管外径；

h——连接平面内的方（矩）形管主管截面高度。

④ 支管端部应使用自动切管机切割，支管壁厚小于6mm时可不切坡口。

⑤ 支管与主管的连接焊缝，除支管搭接符合本节3）规定外，应沿全周连续焊接并平滑过渡；焊缝形式可沿全周角焊缝，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。

⑥ 在主管表面焊接的相邻支管的间隙a应不小于两支管壁厚之和（图2-35a、b）。

图2-36 相邻支管的偏心和间隙

3）支管搭接型的直接焊接节点的构造应符合下列要求：

① 支管搭接的平面K形或N形节点（图2-37a、b），其搭接率η_ov=q/p×100%应满足25%≤η_ov≤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。

图2-37 支管搭接的构造

a）搭接的K形节点 b）搭接的N形节点

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）非加劲直接焊接方式不能满足承载力要求时，可按下列规定在主管内设置横向加劲板：

① 支管以承受轴力为主时，可在主管内设1道或2道加劲板（图2-38a、b）；节点需满足抗弯连接要求时，应设2道加劲板；加劲板中面宜垂直主管轴线，设置1道加劲板时，加劲板位置宜在支管与主管相贯面的鞍点处，设置2道加劲板时，加劲板宜设置在距相贯面冠点0.1d₁附近（图2-38b），d₁为支管外径；主管为方管时，加劲肋宜设置2块（图2_-39）。

图2-38 支管为圆管时横向加劲板的位置

② 加劲板厚度不得小于支管壁厚，也不宜小于主管壁厚的2/3和主管内径的1/40；加劲板中央开孔时，环板宽度与板厚的比值不宜大于15ε_k，ε_k为钢号修正系数。

③ 加劲板宜采用部分熔透焊缝焊接，主管为方管的加劲板靠支管一边与两侧边宜采用部分熔透焊接，与支管连接反向一边可不焊接。

④ 当主管直径较小，加劲板的焊接必须断开主管钢管时，主管的拼接焊缝宜设置在距支管相贯焊缝最外侧冠点80mm以外处（图2-38c）。

图2-39 支管为方管或矩形管时内加劲板的位置

5）非加劲直接焊接的平面节点，当支管按仅承受轴心力的构件设计时，平面节点的承载力设计值应按下列规定计算，支管在节点处的承载力设计值不得小于其轴心力设计值。

图2-40 X形节点

① 平面X形节点（图2-40）

a.受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cX应按下式计算：

式中 ψ_n——参数，当节点两侧或者一侧主管受拉时，取ψ_n=1，其余情况按式（2-97）计算；

f——主管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；

f_y——主管钢材的屈服强度；

σ——节点两侧主管轴心压应力的较小绝对值。

b.受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tX应按下式计算：

② 平面T形（或Y形）节点（图2-41和图2-42）

图2-41 T形（或Y形）受拉节点

图2-42 T形（或Y形）受压节点

a.受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cT应按下式计算：

当β≤0.7时

ψ_d=0.069+0.93β （2-100）

当β>0.7时

ψ_d=2β-0.68 （2-101）

b.受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tT应按下式计算：

当β≤0.6时：

N^pj_tT=1.4N^pj_cT （2-102）

当β>0.6时：

N^pj_tT=（2-β）N^pj_cT （2-103）

③ 平面K形间隙节点（图2-43）

图2-43 平面K形间隙节点

a.受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cK按下式计算：

式中 θ_c——受压支管轴线与主管轴线的夹角；

ψ_a——参数，按式（2-105）计算；

ψ_d——参数，按式（2-100）或式（2-101）计算；

a——两支管之间的间隙。

b.受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tK应按下式计算：

式中 θ_t——受拉支管轴线与主管轴线的夹角。

④ 平面K形搭接节点（图2-44）

支管在管节点处的承载力设计值应按下列公式计算：

受压支管：

受拉支管：

式中 ψ_o——参数；

A_i——支管的截面面积；

f_i——支管钢材的强度设计值；

N^pj_cK——受压支管在管节点处的承载力设计值；

N^pj_tK——受压支管在管节点处的承载力设计值。

图2-44 平面K形搭接节点

⑤ 平面DY形节点（图2-45）

两受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cYY应按下式计算：

N^pj_cYY=N^pj_cx （2-110）

式中 N^pj_cX——X形节点中受压支管极限承载力设计值。

⑥ 平面DK形节点

a.荷载正对称节点（图2-46）

图2-45 平面DY形节点

四支管同时受压时，支管在管节点处的承载力应按下列公式验算：

N₁sinθ₁+N₂sinθ₂≤N^pj_cXisinθ_i （2-111）

N^pj_cXisinθi=MAX（N^pj_cX1sinθ₁，N^pj_cX2sinθ₂） （2-112）

四支管同时受拉时，支管在管节点处的承载力应按下列公式验算：

N₁sinθ₁+N₂sinθ₂≤N^pj_tXisinθ_i （2-113）

N^pj_tXisinθ_i=MAX（N^pj_tX1sinθ₁，N^pj_tX2sinθ₂） （2-114）

式中 N^pj_cX1、N^pj_cX2——X形节点中支管受压时节点承载力设计值；

N^pj_tX1、N^pj_tX2——X形节点中支管受拉时节点承载力设计值。

b.荷载反对称节点（图2-47）

图2-46 荷载正对称平面DK形节点

图2-47 荷载反对称平面DK形节点

N₁≤N^pj_cK （2-115）

式中 N^pj_cK——平面K形节点中受压支管承载力设计值。(www.xing528.com)

N₂≤N^pj_tK （2-116）

式中 N^pj_tK——平面K形节点中受拉支管承载力设计值。

对于间隙节点，还需补充验算截面1-1的塑性剪切承载力：

N_p1=π（d-t）tf （2-119）

N_0，gap=N₁cosθ₁-N₂cosθ₂+N_0p （2-120）

式中 V_p1——主管剪切承载力；

A——主管截面面积；

f_v——主管钢材抗剪强度设计值；

N_p1——主管轴向承载力；

N_0，gap——间隙处主管轴力；

N_0p——主管预加轴压力。当节点两侧或者一侧主管受拉时，取为0。

⑦ 平面KT形（图2-48）

对有间隙的KT形节点，当竖杆不受力，可按没有竖杆的K形节点计算，其间隙值a取为两斜杆的中趾间距；当竖杆受压力时，按下式计算：

N₁sinθ₁+N₃sinθ₃≤N^pj_1cKsinθ₁ （2-121）

N₂sinθ₂≤N^pj_1cKsinθ₁ （2-122）

当竖杆受拉力时，应按下式计算：

N₁≤N^pj_1cK （2-123）

式中 N^pj_1cK——K形节点支管承载力设计值，由式（2-104）计算，公式中用代替；

图2-48 平面KT形节点

a）N₁、N₃受压 b）N₂、N₃受拉

⑧ T、Y、X形和有间隙的K、N形、平面KT形节点的冲剪验算，支管在节点处的冲剪承载力设计值N^pj_si应按照下式进行补充验算：

6）非加劲直接焊接的空间节点，当支管按仅承受轴力的构件设计时，空间节点的承载力设计值应按下列规定计算，支管在节点处的承载力设计值不得小于其轴心力设计值。

① 空间TT形节点（图2-49）

图2-49 空间TT形节点

a.受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_cTT应按下式计算：

式中 g——两支管的横向间隙。

b.受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_tTT应按下式计算：

N^pj_tTT=N^pj_cTT （2-127）

② 空间KK形节点（图2-50）

图2-50 空间KK形节点

受压或受拉支管在空间管节点处的承载力设计值N^pj_cKK或N^pj_tKK应分别按平面K形节点相应支管承载力设计值N^pj_cK或N^pj_tK乘以空间调整系数μ_KK计算。

当支管为非全搭接型时：

μ_KK=0.9 （2-128）

当支管为全搭接型时：

式中 ζ_t——参数；

g——平面外两支管的搭接长度。

③ 空间KT形圆管节点（图2-51）

a.K形受压支管在管节点处的承载力设计值N^pj_KTcK应按下式计算：

N^pj_KTcK=Q_nμ_KTN^pj_cK （2-131）

b.K形受拉支管在管节点处的承载力设计值N^pj_KTtK应按下式计算：

N^pj_KTtK=Q_nμ_KTN^pj_tK （2-132）

c.T形支管在管节点处的承载力设计值N^pj_KTT应按下式计算：

图2-51 空间KT形节点

式中 Q_n——支管轴力比影响系数；

n_TK——支管轴心力比，按式（2-135）计算，-1≤n_TK≤1；

N_T、N_cK——分别为T形支管和K形受压支管的轴力设计值，以拉为正，以压为负；

μ_KT——空间调整系数，根据图2-52的支管搭接方式分别取值；

β_T——T形支管与主管的直径比；

ζ_t——参数；

g_t——K形支管与T形支管的间隙或搭接长度。

7）非加劲直接焊接的平面T、Y、X形节点，当支管承受弯矩作用时（图2-53和图2-54），节点承载力应按下列规定计算：

① 支管在管节点处的平面内抗弯承载力设计值M^pj_i应按下列公式计算（图2-54）：

当节点两侧或一侧主管受拉时：

Q_f=1 （2-140）

当节点两侧主管受压时：

图2-52 空间KT形节点分类

a）空间KT-Gap型 b）空间KT-IPOv型 c）空间KT-Ov型

图2-53 T形（或Y形）节点的平面内受弯与平面外受弯

图2-54 X形节点的平面内受弯与平面外受弯

当d_i≤d-2t时，平面内弯矩不应大于的抗冲剪承载力设计值：

式中 Q_i——参数；

Q_f——参数；

N_op——节点两侧主管轴心压力的较小绝对值；

M_op——节点与N_op对应一侧的主管平面内弯矩绝对值；

A——与N_op对应一侧的主管截面面积；

W——与N_op对应一侧的主管截面模量。

② 支管在节点处的平面外抗弯承载力设计值M^pj_o应按下式计算：

当d_i≤d-2t时，平面外弯矩不应大于的抗冲剪承载力设计值：

③ 支管在平面内、外弯矩和轴力组合作用下的承载力应按下式验算：

式中 N、M_i、M_o——支管在管节点处的轴心力、平面内弯矩、平面外弯矩设计值；

M^pj_i——支管在管节点处的承载力设计值。

8）直接焊接且主管为矩形管，支管为矩形管或圆管的钢管节点如图2-55所示，其适用范围应符合表2-39的要求。

图2-55 矩形管直接焊接平面节点

a）T、Y形节点 b）X形节点 c）有间隙的K、N形节点 d）搭接的K、N形节点

表2-39 主管为矩形管、支管为矩形管或圆管的节点几何参数适用范围

（续）

注：1.当，则按T形或Y形节点计算。

2.b_i、h_i、t_i分别为第i个矩形支管的截面宽度、高度和壁厚；

d、t_i分别为第i个圆支管的外径和壁厚；

b、h、t为矩形主管的截面宽度、高度和壁厚；

a为支管间的间隙；

η_ov为搭接率，η_ov=q/p，且满足25%≤η_ov≤100%；

ε_k，i为第i个支管钢材的钢号调整系数；

β为参数：对T、Y、X形节点，；对K、N形节点或。