【钢构知识】钢结构网架设计—焊接空心球节点的构造及计算

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空心球节点用于网架结构，单双层网壳结构和大跨度空间桁架结构。

1、焊接空心球的形式和构造要求

空心球节点具有对中方便、传力明确、制造简单等优点,是国内应用最广的形式之一。但这种节点的焊接工作量多，要求焊等级高,对结构会产生焊应力和变形。焊接空心球节点形式有不加助和加两种。（图1）

焊接空心球的构造要求：

1）空心球外径D

空心球直径D应使球面上相邻钢管杆件间的净距不小于10mm(图2),为了保证净距,空心球的小直径可按下式计算：

2）空心球壁厚δ

空心球壁厚应根据杆件内力由计算确定。空心球外径(D)与其壁厚的比值一般为：

空心球壁厚与钢管最大壁厚之比,一般为1.5—2.0。空心球壁厚不宜小于4mm。

3)两杆件相贯连接

对于双层网架(壳)节点汇交存件较多时,容许部分分杆件相员连接,但在相贯连接的两杆中,截面积大的主打必须全截面焊在球(当两杆截面相等时取拉杆为主杆件)另一杆件则坡口焊在主杆上。但必须保证有3/4截面焊在球面上,也可在相贯杆件处设加劲肋。

2、焊接空心球节点承载力计算

空心球是个闭合的球壳结构，由于汇交杆件的多向性,因而球体要承受和传递多个环向荷载，受力比较复杂。以受压为主的空心球,其破坏机理属于壳体稳定问题，可采用非线性有限元法进行分析,求其极限承载力。而以受拉为主的空心球，其破坏机理属于强度破坏。壳体稳定问题通过构造要求来避免发生。将其转张为主要是强度问题。空心球的强度破坏具有冲剪破坏的特征,因此球体的受拉、受压承载力主要与钢材的抗剪强度与空心球相连的杆件外径、空心球壁厚有关。

据以往大量试验结果和有限元分析结果。通过归分析得到了轴心受力空心球承载力设计值为：