第九章单层厂房钢结构课件.pptx

9-1单厂钢结构单厂钢结构9-2屋盖结构体系屋盖结构体系 9-3钢屋架设计钢屋架设计9-4节点设计节点设计第第第第9 9章屋盖结构章屋盖结构章屋盖结构章屋盖结构 第9章屋盖结构 单层厂房钢结构是由屋盖结构、柱、吊车梁、制单层厂房钢结构是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成动梁（或制动桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。的空间体系。9-1单厂钢结构单厂钢结构9.1.1单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构的组成(1)横向框架横向框架(2)屋盖结构屋盖结构(3)支撑体系支撑体系(4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）吊车梁和制动梁（或制动桁架）(5)墙架墙架承受墙体的自重和风荷载。承受墙体的自重和风荷载。9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 单层厂房钢结构的组成示例单层厂房钢结构的组成示例(a)无檩屋盖无檩屋盖(b)有檩屋盖有檩屋盖9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 9.1.2柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置一一一一.柱网布置柱网布置柱网布置柱网布置柱网布置是确定单厂钢结构承重柱在平面上的排列柱网布置是确定单厂钢结构承重柱在平面上的排列进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：(1)应满足生产工艺要求应满足生产工艺要求(2)应满足结构的要求应满足结构的要求(3)应符合经济合理的原则应符合经济合理的原则二二二二.温度伸缩缝温度伸缩缝温度伸缩缝温度伸缩缝温度变化引起结构变形，使厂房钢结构产生温度应力。温度变化引起结构变形，使厂房钢结构产生温度应力。温度伸缩缝的布置。温度伸缩缝的布置。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元T19-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构体系。体系。横向框架按其静力计算模式分，有横梁与柱横向框架按其静力计算模式分，有横梁与柱铰接和横梁与柱刚接两种情况。铰接和横梁与柱刚接两种情况。按跨度分按跨度分:单跨、双跨和多跨。单跨、双跨和多跨。9.1.3横向框架的类型横向框架的类型9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 LK桥式吊车的跨度桥式吊车的跨度S由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离B吊车桥架悬伸长度吊车桥架悬伸长度D吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙b1上段柱宽度。上段柱宽度。H2H1主要尺寸：主要尺寸：9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，作用为：柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，作用为：(1)组成纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度；组成纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度；(2)承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，将力传至基础。载及温度应力等，将力传至基础。(3)可作为框架柱在框架平面外的支点，减少计算长度。可作为框架柱在框架平面外的支点，减少计算长度。柱间支撑由两部分组成：上层支撑，下层支撑。柱间支撑由两部分组成：上层支撑，下层支撑。柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等。柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等。布置：温度区段小于布置：温度区段小于90m，在中央设置一道下层支撑，在中央设置一道下层支撑温度区段大于温度区段大于90m，在，在1/3点处各设置一道支撑点处各设置一道支撑9.1.4纵向框架柱间支撑纵向框架柱间支撑9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 上层支撑分两层上层支撑分两层第一层，屋盖垂直支撑第一层，屋盖垂直支撑第二层，屋盖下弦至吊车梁上翼缘第二层，屋盖下弦至吊车梁上翼缘有下层支撑处应有上层支撑有下层支撑处应有上层支撑上层支撑宜在柱的两侧布置上层支撑宜在柱的两侧布置柱间支撑柱间支撑下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 柱间支撑计算柱间支撑计算柱间支撑计算柱间支撑计算一一.支撑设计荷载计算支撑设计荷载计算1纵向风荷载纵向风荷载2吊车纵向水平荷载吊车纵向水平荷载3纵向地震作用纵向地震作用4保证柱子平面外稳定的支撑力保证柱子平面外稳定的支撑力二二.支撑构件内力计算支撑构件内力计算假设各连接节点均为铰接假设各连接节点均为铰接按轴心受拉或受压计算按轴心受拉或受压计算三三.支撑构件截面验算支撑构件截面验算1支撑构件的长细比验算支撑构件的长细比验算2支撑构件的强度和稳定性验算支撑构件的强度和稳定性验算9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构单厂钢结构 钢屋架大型屋面板结构体系钢屋架大型屋面板结构体系9-2屋盖结构体系屋盖结构体系无檩体系无檩体系无檩体系无檩体系优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久缺点：屋面自重较大，抗震不利缺点：屋面自重较大，抗震不利缺点：屋面自重较大，抗震不利缺点：屋面自重较大，抗震不利9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 钢屋架檩条轻型屋面板结构体系钢屋架檩条轻型屋面板结构体系钢屋架檩条轻型屋面板结构体系钢屋架檩条轻型屋面板结构体系檩条檩条檩条檩条垂直支撑垂直支撑垂直支撑垂直支撑有檩体系有檩体系有檩体系有檩体系优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖钢屋盖钢屋盖钢屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 屋盖结构布置；屋盖结构布置；屋架形式的选择；屋架形式的选择；支撑布置；支撑布置；屋盖荷载计算；屋盖荷载计算；屋架各杆内力计算；屋架各杆内力计算；屋架杆件截面选择；屋架杆件截面选择；檩条、拉条和撑杆的计算；檩条、拉条和撑杆的计算；节点设计以及绘制施工图。节点设计以及绘制施工图。屋盖结构设计的内容：屋盖结构设计的内容：屋盖结构设计的内容：屋盖结构设计的内容：9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 有檩屋盖体系有檩屋盖体系有檩屋盖体系有檩屋盖体系9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 有檩屋盖体系有檩屋盖体系有檩屋盖体系有檩屋盖体系9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 一一一一.屋架的形式屋架的形式屋架的形式屋架的形式适用于屋面坡度较大的有适用于屋面坡度较大的有檩体系，屋面坡度檩体系，屋面坡度i=1/31/2,跨跨度度1824m。外形接近弯矩图，适用于屋面坡度较小的屋盖外形接近弯矩图，适用于屋面坡度较小的屋盖体系，屋面坡度体系，屋面坡度i=1/161/8,跨度可达跨度可达36m。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 人字式，再分式人字式，再分式用于托架或支撑体系用于托架或支撑体系9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 二二二二.屋盖支撑屋盖支撑屋盖支撑屋盖支撑1）保证钢屋盖的空间稳定性）保证钢屋盖的空间稳定性2）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定3）承受并传递屋架的纵向水平力）承受并传递屋架的纵向水平力4）增加房屋的整体刚度）增加房屋的整体刚度5）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1.屋盖支撑作用屋盖支撑作用9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑垂直支撑系杆系杆2.屋盖支撑屋盖支撑9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三角平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向平面方向(通称屋架平面外通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。能保持其几何不变。3.屋架支撑布置屋架支撑布置9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 上图为屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂上图为屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。性。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架时，图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波半波”。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上弦将屈曲成多个弦将屈曲成多个“半波半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面“扶持扶持”，将不能发挥它的承重作用。，将不能发挥它的承重作用。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 屋盖支撑系统做法是：屋盖支撑系统做法是：首先在屋盖两端的两榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、首先在屋盖两端的两榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、下弦杆间、端部竖杆下弦杆间、端部竖杆(或斜杆或斜杆)间、以及跨中某些竖杆间、以及跨中某些竖杆(或斜或斜杆）间，用水平、垂直和倾斜方向的支撑杆件互相联系；杆）间，用水平、垂直和倾斜方向的支撑杆件互相联系；这样就在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多水平和垂直这样就在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多水平和垂直支撑桁架支撑桁架(即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑直支撑)，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系。体系。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 11112222上弦平面上弦平面下弦平面下弦平面9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够空间几何不变性、架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够空间几何不变性、稳定性和刚度的屋盖结构体系。稳定性和刚度的屋盖结构体系。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 支撑根据：支撑根据：房屋跨度房屋跨度高度高度柱网布置柱网布置屋盖结构形式屋盖结构形式荷载作用情况进行布置荷载作用情况进行布置9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 屋盖支撑由以下部分组成屋盖支撑由以下部分组成屋盖支撑由以下部分组成屋盖支撑由以下部分组成 a上弦横向水平支撑。在相上弦横向水平支撑。在相邻两榀桁架的上弦平面内沿跨邻两榀桁架的上弦平面内沿跨度全长设置。度全长设置。11112222上弦平面上弦平面9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 无论有檩和无檩体系均应在屋架上弦平面内设置横无论有檩和无檩体系均应在屋架上弦平面内设置横向水平支撑。向水平支撑。一般设置房屋两端或温度缝区段两端的一般设置房屋两端或温度缝区段两端的第一柱间，第一柱间，当山墙采用封闭结合或与天窗配合，宜设在第二柱间。当山墙采用封闭结合或与天窗配合，宜设在第二柱间。支撑与屋架用普通螺栓连接支撑与屋架用普通螺栓连接支撑间距不宜大于支撑间距不宜大于60m，大于，大于60m时应在区段中间时应在区段中间增加上弦横向水平支撑。增加上弦横向水平支撑。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰。11112222上弦平面上弦平面交叉斜腹杆和双角钢十形或交叉斜腹杆和双角钢十形或T形截面形截面受压横腹杆受压横腹杆(横腹杆型式横腹杆型式与下面所述刚性系杆完全相同与下面所述刚性系杆完全相同)体体系。系。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 a屋架上弦横向水平支撑屋架上弦横向水平支撑9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 b下弦横向水平支撑。在相邻两下弦横向水平支撑。在相邻两榀桁架的下弦平面内沿跨度全榀桁架的下弦平面内沿跨度全长设置。其杆件形式同上弦横长设置。其杆件形式同上弦横向水平支撑。向水平支撑。下弦平面下弦平面9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 当屋架跨度大于当屋架跨度大于18m或屋架跨度虽小于或屋架跨度虽小于18m，但屋架下弦设有悬挂吊车，但屋架下弦设有悬挂吊车;或厂房内设有桥式吊车或厂房内设有桥式吊车或采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架或采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架下弦时。下弦时。必须设下弦横向水平支撑。必须设下弦横向水平支撑。与上弦横向水平支撑布置同一柱间。与上弦横向水平支撑布置同一柱间。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 一般房屋的屋盖不设纵向水平支撑：当房屋设有托架时，一般房屋的屋盖不设纵向水平支撑：当房屋设有托架时，必须在托架范围及其此端各廷伸一个柱间的下弦端节间平面内必须在托架范围及其此端各廷伸一个柱间的下弦端节间平面内设置下弦纵向水平支撑。设置下弦纵向水平支撑。c下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑虚线为柔性杆；实线为刚性杆虚线为柔性杆；实线为刚性杆9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 对三角形屋架或某些特殊情况，纵向水平支撑也可设对三角形屋架或某些特殊情况，纵向水平支撑也可设于上弦平面。纵向水平支撑与横向水平支撑构造上相同。于上弦平面。纵向水平支撑与横向水平支撑构造上相同。共同组成封闭的支撑框大大加强了屋盖的纵、横向水平共同组成封闭的支撑框大大加强了屋盖的纵、横向水平刚度和整体性。刚度和整体性。设置情况设置情况:1.有硬钩吊车，抓斗、夹钳式和刚性料耙等特种吊车。有硬钩吊车，抓斗、夹钳式和刚性料耙等特种吊车。2.设有壁行吊车或双层吊车。设有壁行吊车或双层吊车。3.设有设有5t以上锻锤的厂房。以上锻锤的厂房。4.屋盖设有托架和中间屋架。屋盖设有托架和中间屋架。5.屋架跨度屋架跨度=30m,轨顶标高轨顶标高=15m起重吨位较大的桥式吊起重吨位较大的桥式吊车（轻、中级工作制车（轻、中级工作制Q=30t，重级工作制，重级工作制Q=10t)。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆或斜杆)间平间平面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋架跨度架跨度l30m时在两端和跨度中央共设三道。时在两端和跨度中央共设三道。d.垂直支撑垂直支撑9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 当当l30m时在两端时在两端以及跨度以及跨度l3处或天窗处或天窗架侧柱处共设四道。架侧柱处共设四道。l/3l/3l/39-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 三角形屋架跨度三角形屋架跨度l18m时在跨度中央设一道，时在跨度中央设一道，l18m时在跨度时在跨度13处或天窗架侧柱处设两道。垂直支撑的上、处或天窗架侧柱处设两道。垂直支撑的上、下弦通常用双角钢下弦通常用双角钢T形截面。形截面。屋架垂直支撑屋架垂直支撑l/3l/3l/39-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 垂直支撑的腹杆体系取决于高跨尺寸和比例：中央垂直垂直支撑的腹杆体系取决于高跨尺寸和比例：中央垂直支撑的高跨比例约支撑的高跨比例约0.5，常用双节间交叉受拉斜腹杆体系；两，常用双节间交叉受拉斜腹杆体系；两端垂直支撑的高跨比例约端垂直支撑的高跨比例约0.3，常用，常用W形腹杆体系、腹杆截面形腹杆体系、腹杆截面根据杆件长度和受力情况根据杆件长度和受力情况(拉或压拉或压)而采用单角钢或双角钢而采用单角钢或双角钢T形形截面。截面。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆来保证。系杆通常设于屋架两端以及有垂直支撑位置的上、来保证。系杆通常设于屋架两端以及有垂直支撑位置的上、下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。f系杆系杆f柔性系杆柔性系杆K刚性系杆刚性系杆此外，对受压的此外，对受压的上弦，必要时也对下弦，上弦，必要时也对下弦，还应根据控制弦杆长细还应根据控制弦杆长细比的要求按一定间距增比的要求按一定间距增设中间系杆。设中间系杆。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 系杆的端部应可靠地连接到上、下弦横向水平支撑或垂系杆的端部应可靠地连接到上、下弦横向水平支撑或垂直支撑的节点，以便屋盖水平力能通过系杆的拉力或压力最直支撑的节点，以便屋盖水平力能通过系杆的拉力或压力最终传递到这些节点。系杆按受力和构造要求可设计成柔性系终传递到这些节点。系杆按受力和构造要求可设计成柔性系杆或刚性系杆。一般跨度房屋的系杆受力很小，杆或刚性系杆。一般跨度房屋的系杆受力很小，柔性系杆的柔性系杆的设计可按设计可按350，400控制，控制，常用单角钢截面；常用单角钢截面；刚性系杆刚性系杆的设计可按的设计可按=200控制，控制，常用双角钢十形截面。两端与屋常用双角钢十形截面。两端与屋架可靠连固的檩条，当其长细比满足要求时，可同时作为上架可靠连固的檩条，当其长细比满足要求时，可同时作为上弦系杆。弦系杆。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 在布置屋盖支撑时尚应考虑以下情况：在布置屋盖支撑时尚应考虑以下情况：通常把屋架和天窗架的所有上、下弦横向水平支撑和各通常把屋架和天窗架的所有上、下弦横向水平支撑和各垂直支撑尽量都布置在屋盖同一处的两榀桁架间。支撑通常垂直支撑尽量都布置在屋盖同一处的两榀桁架间。支撑通常在房屋或每个温度区段的两端各设一道。在房屋或每个温度区段的两端各设一道。当其间距超过当其间距超过60m时再在中间增设一道或几道。时再在中间增设一道或几道。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆在正反水平荷裁下可能受拉或受压，应按刚性系杆设计。其在正反水平荷裁下可能受拉或受压，应按刚性系杆设计。其它系杆，即位于两个横向支撑间的系杆，原则上可设计成柔它系杆，即位于两个横向支撑间的系杆，原则上可设计成柔性系杆，水平荷载只向系杆受拉一方传递；性系杆，水平荷载只向系杆受拉一方传递；但通常把其中的但通常把其中的屋脊上弦系杆、支座下弦系扦和其它较重要系杆设计成刚性屋脊上弦系杆、支座下弦系扦和其它较重要系杆设计成刚性系杆。系杆。9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。屋盖支撑的构造屋盖支撑的构造屋盖支撑的构造屋盖支撑的构造a.上弦支撑上弦支撑b.下弦支撑下弦支撑9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 柔性系杆柔性系杆刚性系杆刚性系杆9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 柔性系杆柔性系杆刚性系杆刚性系杆支撑连接板支撑连接板9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 9-3钢屋架设计钢屋架设计 一一一一.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：屋架跨度屋架跨度跨中高度跨中高度端部高度端部高度 1.跨度跨度铰接铰接封闭结合封闭结合Lo=L-(300400mm)铰接铰接非封闭结合非封闭结合L2.高度高度根据经济、刚度、建筑要求根据经济、刚度、建筑要求屋面坡度、运输条件屋面坡度、运输条件9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 三角形桁架高度较大，一般取跨中高度三角形桁架高度较大，一般取跨中高度h=(1/41/6)l。梯形桁架的屋面坡度较平坦，当上弦坡度为梯形桁架的屋面坡度较平坦，当上弦坡度为时，跨中高度一般为时，跨中高度一般为。跨跨度度大大（或或屋屋面面荷荷载载小小）时时取取小小值值，跨跨度度小小（或或屋屋面面荷荷载载大）时取大值。大）时取大值。梯梯形形桁桁架架的的端端部部高高度度：当当桁桁架架与与柱柱铰铰接接时时为为1.62.2m，刚刚接时为接时为1.82.4m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生较大的挠对跨度较大的桁架，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桁架的正常使用。度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。对跨度对跨度15m的三角形桁架和跨度超过的三角形桁架和跨度超过24m的梯形、平行弦的梯形、平行弦桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，抵消桁架受荷后桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，抵消桁架受荷后产生的部分挠度。产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的起拱高度一般为其跨度的1/500左右左右。当采用图解法求桁架杆件内力时，图解时可不考虑起拱当采用图解法求桁架杆件内力时，图解时可不考虑起拱高度。高度。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 1.作用于屋架上的荷载有：作用于屋架上的荷载有：二二二二.桁架的荷载和内力桁架的荷载和内力桁架的荷载和内力桁架的荷载和内力屋架屋架(包括支撑包括支撑)自重；自重；屋面恒荷载屋面恒荷载(檩条、屋面板、瓦以及屋面上的保温层、檩条、屋面板、瓦以及屋面上的保温层、防水层等屋面做法的重量防水层等屋面做法的重量)；活荷载；活荷载；雪荷载；雪荷载；风荷载和积灰荷载等。风荷载和积灰荷载等。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 房屋还有吊顶房屋还有吊顶(棚）重、吊挂管道重、积灰荷载由于位棚）重、吊挂管道重、积灰荷载由于位于水泥厂、高炉、转炉、冲天炉等车间附近的房屋等。于水泥厂、高炉、转炉、冲天炉等车间附近的房屋等。以上荷载通常可看作是均布于屋面倾斜面积或水平投以上荷载通常可看作是均布于屋面倾斜面积或水平投影面积上的荷载，以影面积上的荷载，以kNm2计，其值可由计，其值可由建筑结构荷载建筑结构荷载规范规范GB50009-2001(2006版版)或手册查得，或按材料的厚或手册查得，或按材料的厚度或规格算得。度或规格算得。计算杆件内力时应按设计荷载，即荷载标准值乘以相计算杆件内力时应按设计荷载，即荷载标准值乘以相应分项系数。应分项系数。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 a屋面恒荷载：应按屋面实际做法和屋面板、檩条规格等屋面恒荷载：应按屋面实际做法和屋面板、檩条规格等与与建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范或由材料规格、厚度算得。通或由材料规格、厚度算得。通常表达为按屋面倾斜面积计算的均布荷载常表达为按屋面倾斜面积计算的均布荷载kNm2 b.屋架自重：屋架自重屋架自重：屋架自重(包括支撑包括支撑)可按下列近似经验公式可按下列近似经验公式(L以以m计）：计）：屋架自重的一半作用在上弦平面，另一半作用在下弦屋架自重的一半作用在上弦平面，另一半作用在下弦平面。平面。当屋架下弦无其它荷载时，为简化可假定全部作用当屋架下弦无其它荷载时，为简化可假定全部作用在上弦平面。在上弦平面。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 c.雪荷载或屋面活荷载：屋面水平投影面上的雪荷载设计雪荷载或屋面活荷载：屋面水平投影面上的雪荷载设计值值S按下式：按下式：式中式中s0为房屋所在地区的基本雪压，可由建筑结构荷载为房屋所在地区的基本雪压，可由建筑结构荷载规范查得；规范查得；为屋面积雪分布系数，一般在屋面坡度为屋面积雪分布系数，一般在屋面坡度25时时取取1，50时取时取0。中间按直线插值；。中间按直线插值；1.4为雪荷载分项系数。为雪荷载分项系数。设计屋架时还要考虑屋面活荷载，与雪荷载不同时考设计屋架时还要考虑屋面活荷载，与雪荷载不同时考虑，虑，而取其中的较大者；也考虑全跨或仅左或右半跨情况。而取其中的较大者；也考虑全跨或仅左或右半跨情况。建筑结构荷载规范规定不上人屋面的活荷载。建筑结构荷载规范规定不上人屋面的活荷载。设计屋面时，活荷载应按上述均布活荷载取。设计屋面时，活荷载应按上述均布活荷载取。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 d风荷载：作用在一般房屋和屋盖表面上的风荷载设计风荷载：作用在一般房屋和屋盖表面上的风荷载设计值值w按下式：按下式：风荷载一般可不予考虑风荷载一般可不予考虑对轻型屋面、开敞式房屋或风荷载标准值大时，应根对轻型屋面、开敞式房屋或风荷载标准值大时，应根据房屋体形、坡度情况及封闭状况等，按荷载规范的规定据房屋体形、坡度情况及封闭状况等，按荷载规范的规定计算风荷载的作用。计算风荷载的作用。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 2.各种均布荷各种均布荷载汇集成载汇集成节点荷载节点荷载的的计算式为：计算式为：i第第i种荷载分项系数。种荷载分项系数。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 qi沿屋面坡向作用的第沿屋面坡向作用的第i种荷载标准值。对于沿水平投种荷载标准值。对于沿水平投影面分布的荷载影面分布的荷载qigicos；S屋架的间距；屋架的间距；a屋架弦杆节间水平长度；屋架弦杆节间水平长度；3.荷载的组合荷载的组合屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载等可变荷载，屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载等可变荷载，应按全跨和半跨均匀分布两种情况考虑。因为荷载作用于半应按全跨和半跨均匀分布两种情况考虑。因为荷载作用于半跨时对桁架的中间斜腹杆的内力可能产生不利影响。跨时对桁架的中间斜腹杆的内力可能产生不利影响。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 桁架内力应根据桁架内力应根据使用和施工使用和施工过程中可能遇到的同时作用过程中可能遇到的同时作用的最不利荷载组合情况进行计算。不利荷载组合一般考虑下的最不利荷载组合情况进行计算。不利荷载组合一般考虑下列三种情况：列三种情况：(1)全跨永久荷载全跨永久荷载+全跨可变荷载；全跨可变荷载；(2)全跨永久荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载；半跨可变荷载；(3)全跨屋架、支撑和天窗自重全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重半跨屋面板重+半跨屋面半跨屋面活荷载；活荷载；9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 1杆件内力计算的原则和方法杆件内力计算的原则和方法 桁架杆件内力一般按节点荷载作用下的桁架杆件内力一般按节点荷载作用下的铰接桁架铰接桁架计计算。这时所有杆件为算。这时所有杆件为轴心受力轴心受力，不承受弯矩，具体计算可，不承受弯矩，具体计算可用用图解法、数解法、计算机法图解法、数解法、计算机法等。等。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9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 实际桁架节点为焊缝、铆钉或螺栓连接，具有很大刚性，实际桁架节点为焊缝、铆钉或螺栓连接，具有很大刚性，接近于刚接，各杆件将接近于刚接，各杆件将既受轴心力又受弯矩既受轴心力又受弯矩。但是，普通钢。但是，普通钢桁架中各杆件截面高度一般都小于其长度的桁架中各杆件截面高度一般都小于其长度的115(对腹杆对腹杆)和和110(对弦杆对弦杆)，抗弯刚度较小，因而在节点荷载作用下按刚，抗弯刚度较小，因而在节点荷载作用下按刚接桁架杆算得的杆件弯矩接桁架杆算得的杆件弯矩M常比较小，而轴心力常比较小，而轴心力N与铰接情与铰接情况计算结果相差很小，故一般都按铰接桁架计算。况计算结果相差很小，故一般都按铰接桁架计算。由于存在弯曲应力，按刚接桁架计算的杆件应力将比铰由于存在弯曲应力，按刚接桁架计算的杆件应力将比铰接桁架有所增加，加大部分称为次应力。接桁架有所增加，加大部分称为次应力。对于少数荷载较重对于少数荷载较重的桁架，当杆件截面高度超过其长度的的桁架，当杆件截面高度超过其长度的110时，次应力常可时，次应力常可达主应力的达主应力的1030%。必要时可作计算。必要时可作计算。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计(1)各杆件的轴线均居于同一平面内且相交于节点中心各杆件的轴线均居于同一平面内且相交于节点中心；(2)各节点均视为铰接各节点均视为铰接，忽略实际节点产生的次应力；，忽略实际节点产生的次应力；(3)荷载均作用于桁架平面内的节点上，因此各杆只受轴向荷载均作用于桁架平面内的节点上，因此各杆只受轴向力作用力作用。对作用于节间处的荷载需按比例分配到相近的。对作用于节间处的荷载需按比例分配到相近的左、右节点上，但计算上弦杆时，应考虑局部弯曲影响；左、右节点上，但计算上弦杆时，应考虑局部弯曲影响；屋架杆件内力计算采用下列假定：屋架杆件内力计算采用下列假定：屋架杆件内力计算采用下列假定：屋架杆件内力计算采用下列假定：9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 计算内力系数计算内力系数1/21111/2计算出图示半跨单位荷载作用下的内力，称为各杆件计算出图示半跨单位荷载作用下的内力，称为各杆件的的内力系数内力系数。利用内力系数可以求出实际荷载作用下的内。利用内力系数可以求出实际荷载作用下的内力。力。ABCD9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 11111/21111/21111/21/21/21111/29-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 11111/21111/21111/21/21/21111/2ABCDA1B1C1D1A2B2C2D2NAB=NA1B1+NA2B2NC1D1=NA2B2NAB=NA1B1+NC1D19-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 1.桁架平面内的计算长度桁架平面内的计算长度lox 桁架按理想铰接节点考虑时，各杆件两端接近不动饺接，桁架按理想铰接节点考虑时，各杆件两端接近不动饺接，杆件在衍架平面内的计算长度大致为杆件在衍架平面内的计算长度大致为loxl，l为杆件几何长为杆件几何长度，即节点中心间距离。度，即节点中心间距离。三三三三.桁架杆件计算长度桁架杆件计算长度桁架杆件计算长度桁架杆件计算长度9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 实际桁架的节点按近于刚接，杆件受压失稳将受到相邻杆实际桁架的节点按近于刚接，杆件受压失稳将受到相邻杆件的影响和制约。如相邻杆件中有较多拉杆，尤其是截面粗、件的影响和制约。如相邻杆件中有较多拉杆，尤其是截面粗、拉力大的拉杆时，将约束该杆失稳时的端部转动拉力大的拉杆时，将约束该杆失稳时的端部转动(称为嵌固作称为嵌固作用用)，从而提高其整体稳定性而可将，从而提高其整体稳定性而可将l乘以乘以1的计算长度系数的计算长度系数作折减。作折减。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 梯形桁架的梯形桁架的弦杆、支座竖杆和支座斜杆弦杆、支座竖杆和支座斜杆，两端相对，两端相对约束较小，可偏安全地视为铰接，在桁架平面内的计算约束较小，可偏安全地视为铰接，在桁架平面内的计算长度可取节点间的轴线长度，长度可取节点间的轴线长度，即：即：其它腹杆其它腹杆，虽然在上弦节点处因拉杆少，嵌固作用，虽然在上弦节点处因拉杆少，嵌固作用不大，但下弦节点处相连拉杆较多不大，但下弦节点处相连拉杆较多;且拉力大，拉杆的刚且拉力大，拉杆的刚度亦大，嵌固作用较大，因此其桁架平面内的计算长度度亦大，嵌固作用较大，因此其桁架平面内的计算长度可取：可取：9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 a弦杆：弦杆在桁架平面外的计算长度，应取弦杆侧向支弦杆：弦杆在桁架平面外的计算长度，应取弦杆侧向支承点间的距离承点间的距离l1，即，即loyl1。弦杆侧向支承点一般是指桁。弦杆侧向支承点一般是指桁架水平支撑或垂直支撑的连接节点，或由这些节点靠系架水平支撑或垂直支撑的连接节点，或由这些节点靠系杆或檩条延伸的连接节点。杆或檩条延伸的连接节点。2.桁架平面外的计算长度桁架平面外的计算长度loy9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 无无檩檩体体系系屋屋盖盖中中的的上上弦弦杆杆上上直直接接放放置置钢钢筋筋混混凝凝土土大大型型屋屋面面板板时时，保保证证大大型型屋屋面面板板与与上上弦弦三三点点可可靠靠焊焊接接，使使大大型型屋屋 面面 板板 能能 起起 支支 撑撑 作作 用用，可可 取取 两两 块块 大大 型型 屋屋 面面 板板 的的 宽宽 度度，即即 ；若若不不能能保保证证三三点点可可靠靠焊焊接接，则则认认为为大大型型屋屋面面板板只只能能起起到刚性系杆作用，计算长度到刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离仍取支撑点间的距离;9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 平面外的计算长度平面外的计算长度loy桁架弦杆侧向支承点间的桁架弦杆侧向支承点间的距离距离l1通常可达桁架平面内节通常可达桁架平面内节间长度间长度l的的2倍，各节间的轴心倍，各节间的轴心力常不相等。对各节间轴心压力常不相等。对各节间轴心压力不相等的受压弦杆，桁架平力不相等的受压弦杆，桁架平面外的计算长度可对面外的计算长度可对l1略作折略作折减，按下式：减，按下式：取取0.5l19-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 较大的压力，计算时取正值；较大的压力，计算时取正值；较小的压力或拉力较小的压力或拉力,计算时压力取正值计算时压力取正值,拉力拉力取负值取负值;9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 b一般腹杆：一般腹杆：一般腹杆在两端与其它杆件相连，由于节点板一般腹杆在两端与其它杆件相连，由于节点板(有时不用有时不用节点板节点板)在桁架平面外几乎没有刚性，近乎铰接，故取在桁架平面外几乎没有刚性，近乎铰接，故取loyl。9-39-3钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计钢屋架设计 3.斜平面计算长度斜平面计算长度lo 对于双角钢组成的十字形截面和单角钢截面腹杆对于双角钢组成的十字形截面和单角钢截面腹杆,截面截面主轴不在桁架平面内，杆件可能绕截面较小主轴发生斜平面主轴