叶修喜 余安胜

中机第一设计研究院有限公司（230601）

0 前言

单层钢结构厂房中有大量的桁架类构件。常见的桁架类构件有:屋架、托架、吊车辅助桁架、吊车制动桁架等。传统做法一般采用双角钢制作桁架上下弦杆，采用单角钢或双角钢制作桁架腹杆。文章介绍了采用T型钢制作桁架上下弦杆、钢管制作桁架腹杆。T型钢及钢管加工制作的桁架，节点构造简单，焊缝数量少，经济性好，整体方案更合理。

1 技术特点

1.1 杆件截面

T型钢按生产工艺有热轧T型钢、剖分T型钢、冷拉T型钢、焊接T型钢4种。热轧T型钢是把钢坯加热，再用轧机轧制成型，由于是一次成型，产品整体性好，但规格范围有限制，目前国内仅限于100 mm×100 mm以下小规格。剖分T型钢是用现有热轧H型钢沿纵向切开而成，受原材料的限制，有一定的规格范围。冷拉T型钢是通过冷拉设备将毛坯料经模具拉拔而成，其表面光滑精度高，一般用于电梯配件及滑轨，受条件限制，100 mm×100 mm以内规格较为常见。焊接T型钢是用钢板拼装焊接而成，可根据杆件受力特点选择合适的钢板宽度和厚度组合，其不受规格限制，能充分发挥钢材的力学性能。

通过上述分析可知，热轧T型钢和冷拉T型钢截面规格均较小，一般不适合作为桁架构件的弦杆。焊接T型钢不受规格限制，可设计出最经济合理的截面，但焊接T型钢焊接残余应力较大，一般推荐采用剖分T型钢制作桁架上下弦杆。

用圆钢管和方钢管制作桁架类构件腹杆，钢管可采用不小于4 mm的厚度。钢管与角钢相比，同等截面面积，钢管截面回转半径，形心与重心重合，截面抗扭性能好，抗弯刚度大，杆件的稳定性好。

1.2 连接节点

节点的作用是连接桁架各杆件，杆件内力主要通过节点板进行传递。节点的安全直接影响桁架结构的寿命。

T型钢弦杆的腹板兼作节点板，可以不用或少用节点板，构造简单、传力直接。腹杆与节点板连接的角焊缝长度由受力计算确定，角焊缝的焊脚尺寸同钢管壁厚。焊缝长度除满足计算要求外，最小焊缝长度不小于腹杆截面边长，以保证连接的最小承载力。连接节点处，T型钢腹板高度不足时，附加的节点板与T型钢腹板采用单面或双面剖口全溶透对接焊缝连接。为保证腹杆的顺利安装，对接焊缝焊接完毕后应磨平[1]。为避免焊接应力集中，附加的节点板高度不小于50 mm，附加节点板边缘距腹杆最小距离不小于20 mm。

1.3 防腐性能

据资料显示，我国每年被腐蚀的钢材约占钢材总产量的1/10，因为金属腐蚀而造成的损失占到国民生产总值的2%～4%。在腐蚀环境中应用的钢结构，杆件与节点的构造应便于涂装作业及检查维护，应避免或减少易于积尘、积潮的局部空间，构件截面应避免有难以检查、维护的缝隙与死角，组合构件中零件之间需维护涂装的空隙不宜小于120 mm[2]。

双角钢相并之间的缝隙，灰尘和潮气易于聚集，油漆脱落或失效后无法补涂，双角钢组合截面防腐蚀性能较弱。环境腐蚀等级为强、中时，不宜采用双角钢组成的T形截面[3]。T型钢无双角钢相并之间的缝隙，钢管杆件焊接后将端部封闭，钢管内部与空气隔绝，其内部几乎不生锈，钢管表面便于油漆的涂刷，故采用T型钢和钢管制作成的构件耐腐蚀性能较好。

2 实例分析

为满足厂房局部或整体扩大柱距的需求，通常需要沿厂房纵向柱列设置托架或托梁，用以支承柱间的屋架或屋面梁。文章以15 m跨托架为例，在同种荷载情况下，对采用两种不同方案设计的桁架进行分析比较。方案一采用双角钢制作桁架所有杆件，方案二采用剖分T型钢制作桁架上下弦杆、方钢管制作桁架腹杆，托架采用PKPM V5.1版进行结构计算。

图1 15 m跨托架杆件编号及荷载简图

图2 15 m跨托架几何尺寸及内力图

表1 方案一杆件信息表

按方案一设计的桁架，理论用钢量为1 343 kg。桁架杆件按实际长度计算，并考虑双角钢之间填板和节点板的用钢量，一榀桁架的实际总用钢量约为1 441 kg。实际用钢量比理论用钢量高7.3%。

表2 方案二杆件信息表

按方案二设计的桁架，理论用钢量为1 301 kg。桁架杆件按实际长度计算，并考虑节点板的用钢量，一榀桁架的实际总用钢量约为1 347 kg。实际用钢量比理论用钢量高3.5%。

3 结语

通过实例分析可知，方案二的理论用钢量比方案一低3.2%，考虑节点板和填板的用钢量后，方案二的实际用钢量比方案一低7.0%。节点板和填板用量减少的同时，焊接工作量减少，桁架制作用工时也相应减少。方案二的经济性明显优于方案一。另外，T型钢和钢管组成的桁架防腐蚀性能优于双角钢组成的桁架。

目前，国内由T型钢和钢管组成的桁架应用还较少，特别是针对焊接T型钢与钢管组成节点的研究很少。在承载力极限状态下，桁架连接节点的破坏特点尚不明确，需要进一步研究。希望科研机构和设计部门共同努力，推广T型钢及钢管在桁架类构件中的应用。