第7章单层厂房钢屋盖结构bdcf.pptx

第7章 单层厂房钢屋盖结构7.1 单层厂房钢屋盖结构的组成与布置单层厂房钢屋盖结构的组成与布置7.1.17.1.1屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构件等构件等构件等构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩无檩无檩无檩屋盖体系屋盖体系屋盖体系屋盖体系和和和和有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。1.无檩屋盖无檩屋盖结构体系：结构体系：一一般般用用于于预预应应力力混混凝凝土土大大型型屋屋面面板板等等重重型屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。型屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。房屋横向刚度大，整体性、耐久性好；屋房屋横向刚度大，整体性、耐久性好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。不利。屋架间距灵屋架间距灵活，构件重量活，构件重量轻、施工、安轻、施工、安装方便；屋盖装方便；屋盖构件数量多，构件数量多，整体刚度差。整体刚度差。2.2.有檩屋盖有檩屋盖结构体系：结构体系：常用于轻常用于轻型屋面材料的型屋面材料的情况。情况。7.1.27.1.2屋盖结构布置屋盖结构布置屋盖结构布置屋盖结构布置7.1.2.1柱网布置柱网布置屋架的跨度和间距须结合柱网的布置确定，而柱网布置则屋架的跨度和间距须结合柱网的布置确定，而柱网布置则屋架的跨度和间距须结合柱网的布置确定，而柱网布置则屋架的跨度和间距须结合柱网的布置确定，而柱网布置则根据建筑物根据建筑物根据建筑物根据建筑物使用要求使用要求使用要求使用要求和和和和经济合理经济合理经济合理经济合理等各方面因素而定。等各方面因素而定。等各方面因素而定。等各方面因素而定。7.1.2.2天窗架设置天窗架设置为了为了为了为了采光采光采光采光和和和和通风通风通风通风等要求，屋架上常设置天窗。天窗的形式等要求，屋架上常设置天窗。天窗的形式等要求，屋架上常设置天窗。天窗的形式等要求，屋架上常设置天窗。天窗的形式有有有有纵向天窗纵向天窗纵向天窗纵向天窗、横向天窗横向天窗横向天窗横向天窗和和和和井式天窗井式天窗井式天窗井式天窗3 3种，一般采用纵向天窗。种，一般采用纵向天窗。种，一般采用纵向天窗。种，一般采用纵向天窗。纵向天窗的天窗架形式一般有纵向天窗的天窗架形式一般有纵向天窗的天窗架形式一般有纵向天窗的天窗架形式一般有多竖杆式多竖杆式多竖杆式多竖杆式、三铰拱式三铰拱式三铰拱式三铰拱式和和和和三支三支三支三支点式点式点式点式。7.2 屋盖结构的支撑体系屋盖结构的支撑体系平平面面屋屋架架在在屋屋架架平平面面外外的的刚刚度度和和稳稳定定性性很很差差，不不能能承承受受水水平平荷荷载载。因因此此，为为使使屋屋架架结结构构有有足足够够的的空空间间刚刚度度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。7.1.27.1.2屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 保证屋盖的整体性，提高空间刚度保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅仅由由平平面面桁桁架架、檩檩条条及及屋屋面面材材料料组组成成的的屋屋盖盖结结构构，是是一一个个不不稳稳定定的的体体系系，如如果果将将某某些些屋屋架架在在适适当当部部位位用用支支撑撑连连系系起起来来，成成为为稳稳定定的的空空间间体体系系，其其余余屋屋架架再再由由檩檩条条或或其其他他构构件件连连接接在在这这个个空空间间稳稳定定体体系系上上，就就保保证证了整个屋盖结构的稳定。了整个屋盖结构的稳定。避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。承承担担和和传传递递水水平平荷荷载载（如如纵纵向向和和横横向向风风荷荷载载、悬悬挂挂吊吊车车水水平平荷荷载载和和地地震作用等）。震作用等）。保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 屋屋盖盖的的安安装装首首先先用用支支撑撑将将两两相相邻邻屋屋架架连连系系起起来来组组成成一一个个基基本本空空间间稳稳定定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。7.2.27.2.2屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置屋屋盖盖支支撑撑系系统统可可分分为为横横向向水水平平支支撑撑、纵纵向向水水平平支支撑撑、竖向支撑竖向支撑及及系杆系杆。7.2.2.1横向水平支撑横向水平支撑横横向向水水平平支支撑撑，布布置置在在屋屋架架上上、下下弦弦及及天天窗窗架架上上弦弦平平面面，是是沿沿屋架方向布置的支撑。屋架方向布置的支撑。1、屋架上弦横向水平支撑屋架上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑一般应设置上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其第一柱间或第二柱间，其最大间距最大间距为为60m60m，否则在中间应增设一道或，否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要个柱间，但在第一个柱间要设置刚设置刚性系杆性系杆以支持端屋架和传递端墙风以支持端屋架和传递端墙风力。力。2、下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 当当屋屋架架间间距距12m12m时时，尚尚应应在在屋屋架架下下弦弦设设置置横横向向水水平平支支撑撑，一一般般和和上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑布布置置在在同同一一柱柱间间以以形形成成空间稳定体系的基本组成部分。空间稳定体系的基本组成部分。但但当当屋屋架架跨跨度度比比较较小小（18m18m）又又无无吊吊车车或或其其他他振振动动设设备备时时，可可不不设设下下弦横向水平支撑。弦横向水平支撑。3、纵向天窗架上弦横向支撑纵向天窗架上弦横向支撑 无无论论有有檩檩或或无无檩檩屋屋盖盖体体系系，在在每每个个天天窗窗架架区区段段的的两两端端及及中中部部与与屋屋架架上上弦弦横横向向支支撑撑相相对对应应区区间间内内均均应应设设置置上上弦弦横横向向支撑。支撑。7.2.2.2纵向水平支撑纵向水平支撑 当当房房屋屋较较高高、跨跨度度较较大大、空空间间刚刚度度要要求求较较高高时时，设设有有支支承承中中间间屋屋架架的的托托架架，或或设设有有重重级级或或大大吨吨位位的的中中级级工工作作制制桥桥式式吊吊车车等等较较大大振振动动设设备备时时，均均应应在在屋屋架架端端节节间间平平面面内内设设置纵向水平支撑。置纵向水平支撑。一般情况可以省掉。一般情况可以省掉。屋屋架架间间距距12m12m时时，通通常常布布置置在在屋屋架架下弦平面。下弦平面。屋屋架架间间距距12m12m时时，宜宜布布置置在在屋屋架架的上弦平面内。的上弦平面内。下弦纵向水平支下弦纵向水平支撑撑7.2.2.3竖向支撑竖向支撑1、屋架竖向支撑、屋架竖向支撑 竖向支撑联系屋架上、下弦水平支撑，并和屋架水平支撑一起形竖向支撑联系屋架上、下弦水平支撑，并和屋架水平支撑一起形成几何不变的屋盖空间结构，是上弦横向水平支撑的支承点，在屋盖成几何不变的屋盖空间结构，是上弦横向水平支撑的支承点，在屋盖安装过程中保证屋盖稳定。安装过程中保证屋盖稳定。屋架的竖向支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。屋架的竖向支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。2、天窗架竖向支撑、天窗架竖向支撑 应应设设在在有有上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑天天窗窗架架区区段段，并并沿沿天天窗窗两两侧侧立立柱柱水水平平面面内内设置竖向支撑。设置竖向支撑。当当天天窗窗跨跨度度大大于于或或等等于于12m12m时时，尚尚应应在在中中央央竖竖杆杆平平面面内内增增设设一一道道竖竖向向支撑。支撑。7.2.2.4系杆系杆 作作用用：系系杆杆能能保保证证无无横横向向水水平平支支撑撑的的所所有有屋屋架架在在上上弦弦杆杆平平面面外外的的稳稳定定和和安安装装时时屋屋架架的的稳稳定定，第第一一柱柱间间的的刚刚性性系系杆杆能能将将山山墙墙的的风风荷荷载载传传到到横向水平支撑。横向水平支撑。设设置置：在在横横向向支支撑撑或或竖竖向向支支撑撑节节点点处处应应沿沿房房屋屋通通长长设设置置系系杆杆。在在屋屋架架上上弦弦平平面面内内，对对无无檩檩体体系系屋屋盖盖应应在在屋屋脊脊处处和和屋屋架架端端部部处处设设置置系系杆杆；对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。系系杆杆分分刚刚性性系系杆杆（既既能能受受拉拉也也能能受受压压）和和柔柔性性系系杆杆（只只能能承承受受拉拉力力）两两种种。屋屋架架主主要要支支承承节节点点处处的的系系杆杆，屋屋架架上上弦弦脊脊节节点点处处的的系系杆杆均均宜宜用用刚性系杆。刚性系杆。1、屋架系杆、屋架系杆2、天窗架系杆、天窗架系杆 在在纵纵向向天天窗窗架架上上弦弦屋屋脊脊节节点点处处设设通通长长刚刚性性系系杆杆，在在天天窗窗架架上上弦弦两侧端节点处设置通长的水平柔性系杆。两侧端节点处设置通长的水平柔性系杆。7.2.37.2.3支撑的形式、计算和连接构造支撑的形式、计算和连接构造支撑的形式、计算和连接构造支撑的形式、计算和连接构造7.2.3.1支撑的形式支撑的形式 屋架支撑为屋架支撑为平行弦桁架平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的弦杆，斜腹杆一般采用，其弦杆可兼作支撑桁架的弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的交角在十字交叉式，与弦杆的交角在3030o o6060o o之间。通常横向水平支撑节点间的距离为之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节间距离的屋架上弦节间距离的2 24 4倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般为为6m6m左右。左右。7.2.3.2支撑设计计算原则支撑设计计算原则 屋盖支撑因受力较小一般不进行内力计算，其截面尺寸一般屋盖支撑因受力较小一般不进行内力计算，其截面尺寸一般由杆件由杆件容许长细比和构造要求决定容许长细比和构造要求决定。支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢做成；支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的的T T形截面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两形截面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两个方向具有等稳定性。个方向具有等稳定性。当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。可假定在水平桁架节点上的集中风力荷载作架体系计算出的内力确定。可假定在水平桁架节点上的集中风力荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力，这样，使原来的超用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力，这样，使原来的超静定体系简化为静定体系，图中静定体系简化为静定体系，图中W W为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷载引起。载引起。7.2.3.3支撑的连接构造支撑的连接构造 屋架支撑的构造应力求简单、安装方便。屋架支撑的构造应力求简单、安装方便。支撑与屋架的连接支撑与屋架的连接通常用通常用M20M20的的C C级螺栓，级螺栓，支撑与天窗架的连接支撑与天窗架的连接通常通常用用M16M16的的C C级螺栓级螺栓 。在有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房，除。在有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房，除螺栓外，还应加安装焊缝，焊缝长度螺栓外，还应加安装焊缝，焊缝长度80 mm80 mm，焊脚尺寸，焊脚尺寸6 mm6 mm。当采。当采用圆钢作支撑时，应用花篮螺栓预加拉力将圆钢拉紧。用圆钢作支撑时，应用花篮螺栓预加拉力将圆钢拉紧。7.3 屋盖的形式及尺寸屋盖的形式及尺寸7.3.17.3.1屋架的形式和选型原则屋架的形式和选型原则屋架的形式和选型原则屋架的形式和选型原则 在确定钢屋架外形时，应满足用途、建筑造型、屋面排水和制造在确定钢屋架外形时，应满足用途、建筑造型、屋面排水和制造安装方便的原则。安装方便的原则。满足使用要求：满足使用要求：屋架的外形应与屋架的外形应与屋面材料排水的要求屋面材料排水的要求相适应，还要考相适应，还要考虑虑 建筑上净空的需要，以及有无天窗、天棚和悬挂吊车等方面的要建筑上净空的需要，以及有无天窗、天棚和悬挂吊车等方面的要求；求；受力合理：受力合理：屋架的外形应尽量与屋架的外形应尽量与弯矩图相近弯矩图相近，以使屋架弦杆的内力沿，以使屋架弦杆的内力沿全长均匀分布，能充分发挥材料的作用；腹杆的布置应使全长均匀分布，能充分发挥材料的作用；腹杆的布置应使短杆受压短杆受压，长杆受拉长杆受拉，且数量少而总长度短，杆件夹角宜在，且数量少而总长度短，杆件夹角宜在30306060之间，最之间，最好是好是4545左右；还要使弦杆尽量不产生局部弯矩；左右；还要使弦杆尽量不产生局部弯矩；施工方便：施工方便：屋架的屋架的节点要简单节点要简单、数目宜少些数目宜少些；应便于制造、运输和安；应便于制造、运输和安装。装。同时满足上述的要求困难，要根据具体情况合理设计，对技术经同时满足上述的要求困难，要根据具体情况合理设计，对技术经济进行综合分析比较，以便得到较好的经济效果。济进行综合分析比较，以便得到较好的经济效果。7.3.27.3.2不同屋架的适用范围不同屋架的适用范围不同屋架的适用范围不同屋架的适用范围 屋架的外形主要有屋架的外形主要有屋架的外形主要有屋架的外形主要有三角形、梯形、矩形和三角形、梯形、矩形和三角形、梯形、矩形和三角形、梯形、矩形和曲拱形等。曲拱形等。曲拱形等。曲拱形等。三角形屋架主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度三角形屋架主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度三角形屋架主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度三角形屋架主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度的轻型屋面结构中。的轻型屋面结构中。的轻型屋面结构中。的轻型屋面结构中。7.3.2.1三角形屋架三角形屋架图图7-15三角形屋架三角形屋架 屋架多与柱子铰接，横向刚屋架多与柱子铰接，横向刚屋架多与柱子铰接，横向刚屋架多与柱子铰接，横向刚度较小。屋架的外形与均布荷载度较小。屋架的外形与均布荷载度较小。屋架的外形与均布荷载度较小。屋架的外形与均布荷载的弯矩图差别大，使弦杆的内力的弯矩图差别大，使弦杆的内力的弯矩图差别大，使弦杆的内力的弯矩图差别大，使弦杆的内力变化大，支座弦杆内力大，跨中变化大，支座弦杆内力大，跨中变化大，支座弦杆内力大，跨中变化大，支座弦杆内力大，跨中弦杆内力小。若荷载和跨度较大弦杆内力小。若荷载和跨度较大弦杆内力小。若荷载和跨度较大弦杆内力小。若荷载和跨度较大时，采用三角形屋架不经济。时，采用三角形屋架不经济。时，采用三角形屋架不经济。时，采用三角形屋架不经济。单斜杆式单斜杆式（图（图a a）中较长的斜杆）中较长的斜杆受拉，较短的竖杆受压，比较经受拉，较短的竖杆受压，比较经济。济。人字式人字式（图（图b b）的腹杆数较少，）的腹杆数较少，节点构造简便。节点构造简便。芬克式芬克式（图（图c c）的腹杆受力合理）的腹杆受力合理较小的桁架，便于运输。较小的桁架，便于运输。外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适受力情况较受力情况较三角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度平三角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形缓且跨度较大时的无檩屋盖结构，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形式。式。图图7-16梯形屋架梯形屋架7.3.2.2梯形屋架梯形屋架 人字式（图人字式（图a a）的布置不仅可）的布置不仅可使受压上弦的自由长度比受拉下使受压上弦的自由长度比受拉下弦为小，还能使大型屋面板的主弦为小，还能使大型屋面板的主肋搁支在上弦的节点上，避免上肋搁支在上弦的节点上，避免上弦产生局部弯矩，特点弦产生局部弯矩，特点腹杆总长腹杆总长度短，节点少度短，节点少。若节间长度过长，可采用再若节间长度过长，可采用再分式腹杆形式（图分式腹杆形式（图b b），），可避免节可避免节间直接受荷（非节点荷载）间直接受荷（非节点荷载）。屋架的外形和弯矩图分布不接近，屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。弦件内力分布不均匀。上、下弦杆水平，腹杆长度一致，杆件上、下弦杆水平，腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托架、支撑体系用于托架、支撑体系 。LhhLhh0L图图7-18平行弦桁架平行弦桁架腹杆体系腹杆体系腹杆体系腹杆体系 桁架中的腹杆主要用以联系上下弦桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆和构成节点并传递节点荷载。常用的杆和构成节点并传递节点荷载。常用的腹杆体系腹杆体系人字式、交叉式、再分式人字式、交叉式、再分式。7.3.2.3平行弦屋架和人字形屋架平行弦屋架和人字形屋架跨度：跨度：按使用和工艺要求确定，一般以按使用和工艺要求确定，一般以3m为模数。屋架的跨度为为模数。屋架的跨度为3的的倍数，有倍数，有12m，15m，18m，21m，24m，27m，30m，36m等几种，等几种，也有更大的跨度。三角形有檩屋盖结构比较灵活，不受也有更大的跨度。三角形有檩屋盖结构比较灵活，不受3m模数的限制。模数的限制。屋架计算跨度：屋架两端支座反力的距离，一般取支柱轴线之间的距屋架计算跨度：屋架两端支座反力的距离，一般取支柱轴线之间的距离减去离减去300mm。l0(桁架两端支座反力间的距离桁架两端支座反力间的距离)l-（300400mm）高度：高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定。根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定。三角形跨中三角形跨中h（1/41/6）l，以适应屋架材料要求屋架具有较大以适应屋架材料要求屋架具有较大的坡度。的坡度。梯形屋架坡度较平坦，屋架跨中高度应满足刚度要求，当上弦坡梯形屋架坡度较平坦，屋架跨中高度应满足刚度要求，当上弦坡度为度为18112时，跨中高度一般为时，跨中高度一般为（l6110）l，跨度大（或，跨度大（或屋面荷载小）时取小值，反之则取大值。屋面荷载小）时取小值，反之则取大值。7.3.37.3.3屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸端部高度：当屋架与柱铰接时为端部高度：当屋架与柱铰接时为1622m，刚接时为，刚接时为1824m；端弯矩大时取大值，反之取小值。；端弯矩大时取大值，反之取小值。跨中高度：根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输跨中高度：根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输界限，如铁路运输界限为界限，如铁路运输界限为385m。起拱高度：起拱高度：对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。为此，对跨度挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。为此，对跨度l15m15m的三角形屋架和跨度的三角形屋架和跨度l24m的梯形、平行弦屋架，当下弦无的梯形、平行弦屋架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以向上曲折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度。抵消屋架受荷后产生的部分挠度。起拱挠度一般为其跨度的起拱挠度一般为其跨度的1/500作用。作用。7.4 屋架的杆件设计屋架的杆件设计7.4.17.4.1屋架的荷载和内力计算屋架的荷载和内力计算屋架的荷载和内力计算屋架的荷载和内力计算7.4.1.1屋架荷载屋架荷载永久荷载：永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。结构自重。可变荷载：可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。屋架和支撑自重可按经验公式：屋架和支撑自重可按经验公式：q=(0.12+0.11l)kN/m27.4.1.2节点荷载节点荷载1.1.桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合（1）桁架荷载）桁架荷载永久荷载：永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。天窗架等结构自重。可变荷载：可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。计算。桁架和支撑自重可按经验公式：桁架和支撑自重可按经验公式：gWk=(0.12+0.11l)kN/m2（9.6.1）（2）节点荷载计算）节点荷载计算桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点永久荷载可变荷载永久荷载可变荷载永久荷载半跨可变荷载永久荷载半跨可变荷载屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载（3）荷载组合）荷载组合7.4 屋架的杆件设计屋架的杆件设计基本假定基本假定a.桁架的各节点均视为铰接。桁架的各节点均视为铰接。b.桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。c.荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。2.2.桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算局部弯矩局部弯矩上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应按上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应按弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正弯弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正弯矩矩M10.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M20.6M0，M0是是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。图图9.6.6局部弯矩作用的计算简图局部弯矩作用的计算简图内力计算内力计算 用数解法或图解法或借用数解法或图解法或借助电算，求出节点荷载作用助电算，求出节点荷载作用下屋架各杆件的内力下屋架各杆件的内力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M09.6.39.6.3桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比弦杆、支座斜杆、支座竖弦杆、支座斜杆、支座竖杆杆l0 x=l，中间腹杆中间腹杆l0 x=0.8l。1.1.桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度l l0 0 x x图图9.6.7a杆件平面内的计算长度杆件平面内的计算长度图图9.6.7b杆件平面外的计算长度杆件平面外的计算长度2.2.桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度l l0 0y y取决于弦杆侧向支承点间距离。取决于弦杆侧向支承点间距离。上弦杆上弦杆无檩方案无檩方案:有檩方案有檩方案:能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:l0y=2b（3m3m）b屋面板宽度。屋面板宽度。檩条与支撑点交叉不连接时檩条与支撑点交叉不连接时：l0y=l1檩条与支撑点交叉连接时檩条与支撑点交叉连接时：l0y=l1 下弦杆：下弦杆：取纵向水平支撑节点与系杆或系取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。杆与系杆之间的距离。腹杆：腹杆：由于节点在平面外刚度很小，对杆由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则l0y=l当受压弦杆侧向支承点间距为当受压弦杆侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，则弦杆平面外的计算长度：内力不同，则弦杆平面外的计算长度：图图9.6.8杆件内力变化时在桁架平杆件内力变化时在桁架平面外的计算长度面外的计算长度当当l00.5l1时时，取，取l0=0.5l1，N1为为较较大的大的压压力，取力，取“”，N2为较为较小的小的压压力或拉力，力或拉力，压压力取力取“”，拉力取，拉力取“”。芬克式屋架、再分式腹杆受芬克式屋架、再分式腹杆受压压杆件在平面外杆件在平面外计计算算长长度同上，平面内度同上，平面内计计算算长长度度为节为节点点长长度。度。l1屋架弦杆屋架弦杆侧侧向支承点之向支承点之间间的距的距离。离。（9.6.3）4.4.桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（表表表表9.6.29.6.2）受压构件受压构件 150受拉构件受拉构件 350无吊车或轻、中级工作制吊车。无吊车或轻、中级工作制吊车。300有重级工作制吊车有重级工作制吊车。250直接承受动荷载直接承受动荷载。、分别为杆件的长细比和允许长细比。分别为杆件的长细比和允许长细比。杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度不足而杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度不足而产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见挠度挠度，因此应控制杆件的允许长细比。，因此应控制杆件的允许长细比。3.3.斜平面的计算长度斜平面的计算长度斜平面的计算长度斜平面的计算长度l l0 0 单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平面计算长度略作折减面计算长度略作折减(支座斜杆和支座竖杆除外），支座斜杆和支座竖杆除外），l0=0.9l桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度l l0 0按表按表按表按表9.6.19.6.1。原则：原则：使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。9.6.49.6.4桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算1.1.截面形式（表截面形式（表截面形式（表截面形式（表9.6.39.6.3）普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的T T T T形截面或十字形截面或十字形截面或十字形截面或十字形截面。形截面。形截面。形截面。杆件截面组合方式杆件截面组合方式二不等边角钢短肢相并二不等边角钢短肢相并iy（2.62.9）ix计算长度计算长度l0y较大的较大的上、下弦杆上、下弦杆L0y2l0 x，iy2ix截面形式截面形式用途用途二不等边角钢长肢相并二不等边角钢长肢相并iy（0.71.0）ix端斜杆、端竖杆、端斜杆、端竖杆、受较大弯矩作用的受较大弯矩作用的弦杆弦杆l0yl0 x，iyix杆件截面组合方式杆件截面组合方式截面形式截面形式用途用途二等边角钢相并二等边角钢相并其余腹杆、下弦杆其余腹杆、下弦杆二等边角钢组合二等边角钢组合成的十字形截面成的十字形截面与竖向支撑相连与竖向支撑相连的屋架竖杆的屋架竖杆单角钢单角钢轻型钢屋架中内轻型钢屋架中内力较小的杆件力较小的杆件iy（1.31.5）ixl0 x0.8l0y，iy1.25ixl0 xl0y0.9l，iyixiy1.0ix2.2.填板的设置填板的设置填板的设置填板的设置为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。图图9.6.9桁架杆件的填板桁架杆件的填板在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于2个。个。40603.3.节点板的厚度节点板的厚度节点板的厚度节点板的厚度i=iyi=iy0对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表9.6.4轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：先假定先假定 ，弦杆，弦杆80左右，腹杆左右，腹杆100左右，查表左右，查表，算出，算出A，选定材料规格，再验算。选定材料规格，再验算。4.截面选择截面选择考虑下列基本要求考虑下列基本要求：同一榀屋架中规格不宜过多，同一榀屋架中规格不宜过多，56种。种。角钢尺寸不宜过小，一般不小于角钢尺寸不宜过小，一般不小于L454或或L56364。对压杆，选择回转半径大的材料。对压杆，选择回转半径大的材料。屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于30m的的梯形屋架和跨度小于梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不变。的三角形屋架一般不变。5.截面计算截面计算轴轴心心受受拉拉杆杆件件应应验验算算强强度度和和长长细细比比要要求求。轴轴心心受受压压杆杆件件和和压弯构件要压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。9.7 桁架的节点设计桁架的节点设计9.7.19.7.1节点设计步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则（1）节点设计步骤）节点设计步骤据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，弦杆肢尖与腹杆距离满足前述基本要求。弦杆肢尖与腹杆距离满足前述基本要求。计算腹杆焊缝，一般腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位计算腹杆焊缝，一般腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位点。点。计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图中作出定位点。中作出定位点。画出节点板，将各定位点都包括在内。画出节点板，将各定位点都包括在内。适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。但考虑制但考虑制但考虑制但考虑制造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为5mm5mm的倍数。的倍数。的倍数。的倍数。弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的5 5。图图9.7.1弦杆截面改变时的轴线位置弦杆截面改变时的轴线位置节点板形式简单，应优先采用节点板形式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免矩形、梯形、平行四边形，避免凹角。凹角。图图9.7.2节点板的外形节点板的外形（2）节点设计原则）节点设计原则角钢端部的切割一般垂直于它的角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。肢。图图9.7.3角钢端部的切割角钢端部的切割图图9.7.4节点板焊缝的位置节点板焊缝的位置斜杆与弦杆连接，斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心。尽可能避免较大的偏心。绘绘制大制大样样（1:101:5）腹杆与节点板的连接腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。受轴心力方法计算。节点板应伸出弦杆节点板应伸出弦杆101015mm15mm以便焊接。以便焊接。弦杆与节点板的弦杆与节点板的连接焊缝，应考连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻虑承受弦杆相邻节间内力之差，节间内力之差，按下式计算按下式计算:1.上弦节点上弦节点上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需考虑上弦杆节间的内力差考虑上弦杆节间的内力差N与集中荷载与集中荷载F的共同作用。的共同作用。假定集中荷载为假定集中荷载为F，对梯形屋，对梯形屋架上弦节点计算时，忽略坡度的影架上弦节点计算时，忽略坡度的影响，认为响，认为F垂直于上弦。因上弦节垂直于上弦。因上弦节点上搁置屋面板或檩条，节点板需点上搁置屋面板或檩条，节点板需缩进角钢肢背，缩进的距离缩进角钢肢背，缩进的距离（0.61.0）t，节点板缩进后用槽，节点板缩进后用槽焊缝连接，计算时槽焊缝可作为两焊缝连接，计算时槽焊缝可作为两条焊缝条焊缝(hft/2)，强度设计值，强度设计值乘以乘以0.8的折减系数。的折减系数。图图9.7.7屋架上弦节点屋架上弦节点F9.7.2节点计算和构造节点计算和构造节点计算和构造节点计算和构造节点设计时，根据腹杆截面和内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和节点设计时，根据腹杆截面和内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和长度，然后再根据焊缝长度和施工误差确定节点板的形状和尺寸。长度，然后再根据焊缝长度和施工误差确定节点板的形状和尺寸。上弦杆上弦杆可按下述的近似方法进行计算：集中荷载可按下述的近似方法进行计算：集中荷载F由肢背由肢背槽焊缝承受，上弦节点相邻节间的内力差槽焊缝承受，上弦节点相邻节间的内力差N1N2由角钢肢尖与由角钢肢尖与节点板的角焊缝承受，考虑偏心力矩节点板的角焊缝承受，考虑偏心力矩M Ne的作用。的作用。肢背肢背:（9.7.4）肢尖肢尖:（9.7.5）肢尖肢尖:上弦节点的腹杆与节点的上弦节点的腹杆与节点的的连接焊缝长度的连接焊缝长度（9.7.1）肢背肢背:（9.7.2）2.下弦节点下弦节点腹杆与节点板的连接按肢尖、肢腹杆与节点板的连接按肢尖、肢背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。弦杆与节点板的连接，无节点荷载时，弦杆与节点板的连接，无节点荷载时，按相邻节间内力差按相邻节间内力差NN1N2，在肢，在肢尖、肢背上分配力计算，往往尖、肢背上分配力计算，往往N较小，较小，所以按构造确定焊缝。所以按构造确定焊缝。图图9.7.8屋架下弦节点屋架下弦节点 有有节节点点荷荷载载作作用用时时弦弦杆杆与与节节点点板的连接焊缝应按下列公式计算：板的连接焊缝应按下列公式计算：肢背焊缝：肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：式中式中:N相相邻邻上弦上弦节间节间中中较较大的内力。大的内力。拼接角拼接角钢实际长钢实际长度度L2(lw+10)+b，b是两弦杆端的空隙，是两弦杆端的空隙，3.屋脊节点屋脊节点注