钢结构(第三版)多媒体课件第七章.ppt

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1、第七章第七章第七章单层房屋钢结构单层房屋钢结构第一节第一节概述概述一、钢结构设计一般步骤一、钢结构设计一般步骤1、判断结构是否适合用钢结构；、判断结构是否适合用钢结构；2、结构选型与结构布置、结构选型与结构布置考虑不同结构形式的特点。考虑不同结构形式的特点。当有较大悬挂荷载或大范围移当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载工业厂房，可采用网架。雪载大时屋面曲线应有利于动荷载工业厂房，可采用网架。雪载大时屋面曲线应有利于积雪滑落积雪滑落(切线切线50o不考虑雪载不考虑雪载)，如采用网壳。在框架中布，如采用网壳。在框架中布置支撑比节点刚接框架经济性更好。大跨度建筑可选择构件置支撑比节点刚接框架经济性更好。

2、大跨度建筑可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层建筑采用钢混凝土组受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层建筑采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，宜选择周边巨合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，宜选择周边巨型型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。柱，核心为支撑框架的结构体系。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章结构布置结构布置根据体系特征、荷载分布和性质等综合根据体系特征、荷载分布和性质等综合考虑。要刚度均匀，符合力学模型，尽量限制大或移考虑。要刚度均匀，符合力学模型，尽量限制大或移动荷载的影响范围，以最直接的线路传递到基础。柱动荷载的影响范围，以最直接的

3、线路传递到基础。柱间支撑的分布均匀，形心尽量靠近侧向力间支撑的分布均匀，形心尽量靠近侧向力(风、震风、震)的的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构抗侧应有多道作用线，否则应考虑结构的扭转。结构抗侧应有多道防线，有支撑框架的柱子应单独承受防线，有支撑框架的柱子应单独承受1/4的总水平力的总水平力以上。以上。框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。次梁沿短向布整其荷载传递方向以满足不同的要求。次梁沿短向布置时截面小，会使主梁截面加大，减少了楼层净高；置时截面小，会使主梁截面加大，减少了楼层净高；把次梁支撑在较短的主梁上，次梁截

4、面加大，但主梁把次梁支撑在较短的主梁上，次梁截面加大，但主梁截面减小，应综合分析。截面减小，应综合分析。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章3、预估截面预估截面根据受力情况合理选根据受力情况合理选择安全经济美观的截面。择安全经济美观的截面。钢梁梁高钢梁梁高H=l/20l/50。翼缘宽度。翼缘宽度b按按l/b限值确定时，不作限值确定时，不作整体稳定计算。整体稳定计算。板件厚板件厚度可按局部稳定的构造度可按局部稳定的构造规定预估。规定预估。柱截面按长细比预估，柱截面按长细比预估，通常通常50150。4、结构分析结构分析目前钢结构设计结目前钢结构设计结构分析通常为线弹性分构分析通常为

5、线弹性分析析,条件允许时考虑条件允许时考虑P-，p-效应。典型结效应。典型结构可查力学手册之类的构可查力学手册之类的工具书直接获得内力和工具书直接获得内力和变形，结构通过手算进变形，结构通过手算进行分析，行分析，复杂结构需复杂结构需要建模运行程序并做详要建模运行程序并做详细的结构分析。细的结构分析。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章完全依赖结构软件有可能带来结构灾难，注重概念完全依赖结构软件有可能带来结构灾难，注重概念设计、工程判定（评估各向周期、总剪力、变形特征设计、工程判定（评估各向周期、总剪力、变形特征等，修改模型重新分析等，修改模型重新分析,或修正计算结果。）和构造措

6、或修正计算结果。）和构造措施有助于避免这种灾难。施有助于避免这种灾难。5、构件设计构件设计材料的选择：强度起控制作用时，可选择材料的选择：强度起控制作用时，可选择Q345；稳定控制时，宜使用稳定控制时，宜使用Q235。使用结构软件应注意：。使用结构软件应注意：河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（1）构件的截面验算时，计算长度系数的取值有构件的截面验算时，计算长度系数的取值有时会不符合规范的规定。尤其对于节点连接情况复时会不符合规范的规定。尤其对于节点连接情况复杂或变截面的构件，应该逐个检查。杂或变截面的构件，应该逐个检查。（2）预估的截面不满足时，加大截面方法：）预估的截面不

7、满足时，加大截面方法：抗弯和抗剪强度不满足，分别加大翼缘和抗弯和抗剪强度不满足，分别加大翼缘和腹板厚度腹板厚度。变形超限加大截面的高度变形超限加大截面的高度。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章6、节点设计、节点设计（1）焊接）焊接焊接焊缝尺及形式规范有强制规定。焊接焊缝尺及形式规范有强制规定。焊缝重心尽量与被连接构件重心接近。焊缝重心尽量与被连接构件重心接近。（2）栓接）栓接（3）梁腹板）梁腹板高强螺栓常用高强螺栓常用M16M30。要验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承要验算栓孔处腹板的净截面抗剪。承压型连接还需验算孔壁局部承压。压型连接还需验算孔壁局部承压。考虑安装螺栓、现场焊接

8、等的施工空考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等，方便现场定位与临间及构件吊装顺序等，方便现场定位与临时固定。时固定。钢管连接节点的相贯线的切口可能需钢管连接节点的相贯线的切口可能需要数控机床等设备才能完成。要数控机床等设备才能完成。（4）便于施工）便于施工（5）制作条件）制作条件河海大学钢结构课件SteelStructure第七章7、图纸编制图纸编制钢结构工程应按方案设计、初步设计和施工图设计钢结构工程应按方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段进行设计。小型和技术要求简单的钢结构工程三个阶段进行设计。小型和技术要求简单的钢结构工程经有关主管部门同意，方案设计可代替初步设计，经审经

9、有关主管部门同意，方案设计可代替初步设计，经审批后可直接转入施工图设计。批后可直接转入施工图设计。1）方案设计）方案设计根据设计任务书及建根据设计任务书及建(构构)筑物的建筑设计方案进行筑物的建筑设计方案进行编制，由设计说明书、设计图纸及投资估算等三部分组编制，由设计说明书、设计图纸及投资估算等三部分组成。深度应满足建筑工程设计招投标及业主向规划部门成。深度应满足建筑工程设计招投标及业主向规划部门送审的要求。送审的要求。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（1）方案设计文件的编排顺序）方案设计文件的编排顺序封面：封面：写明方案名称、编制单位、编制年月；写明方案名称、编制单位、编

10、制年月；扉页：扉页：写明方案编制单位行政及技术负责人、具写明方案编制单位行政及技术负责人、具体编制设计负责人；体编制设计负责人；方案设计文件目录；方案设计文件目录；设计说明书；设计说明书；设计图纸；设计图纸；工程投资估算。工程投资估算。（2）设计说明书）设计说明书设计依据及设计要求：设计与施工应依据的规设计依据及设计要求：设计与施工应依据的规范、规程及规定；范、规程及规定；所在场地地震基本烈度、建筑场所在场地地震基本烈度、建筑场地类别；地类别；荷载选用。荷载选用。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章设计主要阐述内容：结构选型概述；设计主要阐述内容：结构选型概述；结构抗震结构抗震

11、设防情况；设防情况；新结构、新材料采用情况；条件许可时阐新结构、新材料采用情况；条件许可时阐述基础选型及钢结构连接方式；述基础选型及钢结构连接方式；其它需要阐述的问题。其它需要阐述的问题。（3）设计图纸）设计图纸有建筑方案设计图的工程，结构方案可通过建筑有建筑方案设计图的工程，结构方案可通过建筑设计图进行表达，不另行提供图纸。设计图进行表达，不另行提供图纸。对无建筑方案设计图的钢结构工程应画出反映上对无建筑方案设计图的钢结构工程应画出反映上部结构的构件平立面布置图并标注出柱网平面、立面高部结构的构件平立面布置图并标注出柱网平面、立面高度等主要尺寸，以及构件的主要断面形式。度等主要尺寸，以及构件

12、的主要断面形式。（4）投资估算）投资估算投资估算文件包括投资估算的编制说明、投资估算投资估算文件包括投资估算的编制说明、投资估算表及用钢量估算表。表及用钢量估算表。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章2）初步设计）初步设计由设计说明书、设计图纸、工程概算书（包括钢材由设计说明书、设计图纸、工程概算书（包括钢材估算书）三部分组成。估算书）三部分组成。（1）初步设计文件的编排顺序）初步设计文件的编排顺序封面：封面：写明方案名称、编制单位、编制年月；写明方案名称、编制单位、编制年月；扉页：扉页：写明方案编制单位行政及技术负责人、具写明方案编制单位行政及技术负责人、具体编制设计负责人；

13、体编制设计负责人；初步设计文件目录；初步设计文件目录；设计说明书；设计说明书；设计图纸；设计图纸；工程概算书。工程概算书。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（2）深度）深度应满足建筑工程审批的要求。应满足建筑工程审批的要求。原则上应符合已审原则上应符合已审定的方案设计；定的方案设计；应提供工程设计的概算，作为审批、应提供工程设计的概算，作为审批、确定项目投资的依据；确定项目投资的依据；能据以进行施工图设计；能据以进行施工图设计；业主业主能据以进行施工招标准备。能据以进行施工招标准备。（3）设计说明书设计说明书设计说明书包括：设计说明书包括：设计依据与设计要求设计依据与设计要求

14、设计与施工依据的规范、规程及规定；设计与施工依据的规范、规程及规定；所在场地所在场地地震基本烈度、建筑场地类别；地质初勘报告；地震基本烈度、建筑场地类别；地质初勘报告；荷载荷载选用；选用；设计的其它要求（防腐、防火要求等）。设计的其它要求（防腐、防火要求等）。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章设计说明应包括以下内容设计说明应包括以下内容工程地质和水文地质概况，特殊地质应加以说工程地质和水文地质概况，特殊地质应加以说明；明；基础方案选择、地基处理方案及基础形式确定基础方案选择、地基处理方案及基础形式确定（桩基应说明桩类型，选定桩基持力层及进入深度）（桩基应说明桩类型，选定桩基持

15、力层及进入深度）；上部结构选型；上部结构选型；抗震设防烈度；抗震设防烈度；伸缩缝、沉降伸缩缝、沉降缝抗震缝的设置；特殊结构处理；缝抗震缝的设置；特殊结构处理；钢材及连接材料钢材及连接材料的选用与说明；的选用与说明；高层钢结构的主要结构特征参数；高层钢结构的主要结构特征参数；防腐和防火处理办法；新技术、新结构、新材料的防腐和防火处理办法；新技术、新结构、新材料的采用；采用；其它需说明的内容。其它需说明的内容。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（4）设计图纸）设计图纸反映结构特征的图纸，包括：反映结构特征的图纸，包括：桩位（对桩基础）及基础平面布置图；桩位（对桩基础）及基础平面布

16、置图；上部结构主要钢构件平立面布置图，应标注出柱上部结构主要钢构件平立面布置图，应标注出柱网平面、立面高度等尺寸及构件断面形式、规格等。网平面、立面高度等尺寸及构件断面形式、规格等。内部作业文件（结构简图、计算书、文字说明）均内部作业文件（结构简图、计算书、文字说明）均应经过校审并妥善保存以供查对和进行施工设计时使应经过校审并妥善保存以供查对和进行施工设计时使用。用。（5）概算）概算单项钢结构工程的设计概算文件包括概算编制说单项钢结构工程的设计概算文件包括概算编制说明、工程概算书、其它工程和费用概算书及钢材、水明、工程概算书、其它工程和费用概算书及钢材、水泥等主要材料表。泥等主要材料表。河海大

17、学钢结构课件SteelStructure第七章3）施工图设计）施工图设计（1）内容）内容根据已批准的初步设计进行编制，包括封面、根据已批准的初步设计进行编制，包括封面、图纸目录、设计施工说明、图纸以及结构计算书、图纸目录、设计施工说明、图纸以及结构计算书、工程预算书等。工程预算书等。（2）分类）分类一般可为施工图设计和详图设计二个阶段，设一般可为施工图设计和详图设计二个阶段，设计图纸的名称相应为施工图和施工详图。施工图是计图纸的名称相应为施工图和施工详图。施工图是编制施工详图的依据、施工详图则编制施工详图的依据、施工详图则是施工图的深化是施工图的深化和补充。和补充。（3）施工图深度）施工图深度

18、能据以编制施工图预算和施工招标；能据以编制施工图预算和施工招标；能据能据以进行备料；以进行备料；能满足加工制作单位据以完成施工能满足加工制作单位据以完成施工详图的要求；详图的要求；能据以进行工程验收。能据以进行工程验收。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（4）施工详图深度施工详图深度（5）结构计算书）结构计算书应满足据以完成构件制作、安装的要求。节点详应满足据以完成构件制作、安装的要求。节点详图的连接形式和方式是否符合施工图要求、结构关键图的连接形式和方式是否符合施工图要求、结构关键部位是否符合施工图要求应得到施工图设计者的确认。部位是否符合施工图要求应得到施工图设计者的确认

19、。应采用经鉴定的软件，注明软件名称、代号及版应采用经鉴定的软件，注明软件名称、代号及版本。荷载简图、原始数据和电算结果应注明来龙去脉。本。荷载简图、原始数据和电算结果应注明来龙去脉。计算书手算时，应绘出平面布置和计算简图，标出构计算书手算时，应绘出平面布置和计算简图，标出构件编号、计算公式及计算过程。计算步骤要条理分明，件编号、计算公式及计算过程。计算步骤要条理分明，引用数据要有可靠依据。引用数据要有可靠依据。内容与图纸一致，若图纸内容与图纸一致，若图纸作修改，应在计算书中反映，以供查核。作修改，应在计算书中反映，以供查核。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章采用标准图集时，应

20、结合工程作必要的选用和核采用标准图集时，应结合工程作必要的选用和核算工作；采用重复利用图时，应作因地制宜的修改及算工作；采用重复利用图时，应作因地制宜的修改及进行必要的核算，以切合工程实际。进行必要的核算，以切合工程实际。计算书（电算书）应经认真校审，留有痕迹，并计算书（电算书）应经认真校审，留有痕迹，并装订成册，设计人、校审人应在计算书封面分别签字，装订成册，设计人、校审人应在计算书封面分别签字，封面上应注明项目名称编号和计算日期。封面上应注明项目名称编号和计算日期。计算书成品稿应作为设计技术文件归档。计算书成品稿应作为设计技术文件归档。（6）钢结构施工图内容）钢结构施工图内容图纸目录图纸目

21、录工程编号及名称、图纸版本号、图纸（包括套用工程编号及名称、图纸版本号、图纸（包括套用标准图）编号及名称、规格大小、张数、出图日期等。标准图）编号及名称、规格大小、张数、出图日期等。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章设计施工总说明设计施工总说明设计依据及设计要求：设计依据及设计要求：设计与施工应依据的规设计与施工应依据的规范、规程及规定；工程地质详细勘察报告；设计抗震范、规程及规定；工程地质详细勘察报告；设计抗震设防烈度、近震及远震、建筑场地类别；设计上设防烈度、近震及远震、建筑场地类别；设计上0000相当的绝对标高值；长度计量单位；荷载选用；相当的绝对标高值；长度计量单位；

22、荷载选用；其它设计依据与设计要求。其它设计依据与设计要求。材料选用：包括钢材牌号（必要时提出的具体材料选用：包括钢材牌号（必要时提出的具体要求）、型钢成材方式（热轧、冷弯、焊接等）；连要求）、型钢成材方式（热轧、冷弯、焊接等）；连接材料或焊接材料的名称规格要求。接材料或焊接材料的名称规格要求。除锈、涂装及防火要求；构造、制作和安装技除锈、涂装及防火要求；构造、制作和安装技术要求；术要求；连接焊缝质量等级及无损检测的要求；连接焊缝质量等级及无损检测的要求；其其它必要的设计施工说明。它必要的设计施工说明。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章基础平面图及基础详图基础平面图及基础详图除

23、常规的钢筋混凝土基础表示内容外，应有钢柱除常规的钢筋混凝土基础表示内容外，应有钢柱与基础连接的平面位置、连接方式及构造要求等内容与基础连接的平面位置、连接方式及构造要求等内容（预埋螺栓的方式、位置、规格、数量或预留杯口大（预埋螺栓的方式、位置、规格、数量或预留杯口大小、深度、位置及预留钢筋等）。小、深度、位置及预留钢筋等）。结构的构件平面布置图结构的构件平面布置图构件平、立面布置图上的构件可用单线（粗实构件平、立面布置图上的构件可用单线（粗实线）表示。内容包括：线）表示。内容包括：构件几何轴线在平、立面构件几何轴线在平、立面（或空间）的位置、标高及与建筑相互关系；构件（或空间）的位置、标高及与

24、建筑相互关系；构件轴线尺寸及构件相互间的几何关系；轴线尺寸及构件相互间的几何关系；构件的编号或构件的编号或规格；规格；需进一步表达的节点、构件断面等部位的详需进一步表达的节点、构件断面等部位的详图索引编号。图索引编号。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章构件设计图构件设计图构件设计图应有构件名称及编号，必要的平、立、构件设计图应有构件名称及编号，必要的平、立、剖视图及外形尺寸，组成构件的零件规格、尺寸、位剖视图及外形尺寸，组成构件的零件规格、尺寸、位置及加工要求，各零件间焊缝的形式和尺寸或螺栓的置及加工要求，各零件间焊缝的形式和尺寸或螺栓的规格、数量、位置等。构件设计图难以表达

25、清楚的节规格、数量、位置等。构件设计图难以表达清楚的节点详图和说明。点详图和说明。平面或空间杆系结构的设计图应有构平面或空间杆系结构的设计图应有构件名称及编号，杆件内力、杆件几何轴线尺寸、杆件件名称及编号，杆件内力、杆件几何轴线尺寸、杆件编号或规格的杆件布置图。编号或规格的杆件布置图。节点设计详图节点设计详图详图名称或索引详图编号；详图名称或索引详图编号；标有构件编号及构件间标有构件编号及构件间相互关系的节点构造详图；相互关系的节点构造详图；节点间的连接形式和方式节点间的连接形式和方式（焊接、螺栓连接等），节点内力；（焊接、螺栓连接等），节点内力；节点连接件的设节点连接件的设置要求；置要求；节

26、点设计计算要求。节点设计计算要求。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（7）钢结构施工详图内容）钢结构施工详图内容图纸目录图纸目录施工详图说明施工详图说明在直接操作过程中所依据的规范、规程、标准及在直接操作过程中所依据的规范、规程、标准及规定；规定；选用钢材、焊接材料、连接件、焊接坡口形式、选用钢材、焊接材料、连接件、焊接坡口形式、焊接工艺评定、无损检测、构件几何尺寸允许偏差、焊接工艺评定、无损检测、构件几何尺寸允许偏差、除锈、涂装、防火、包装、运输、保管、组件预拼装、除锈、涂装、防火、包装、运输、保管、组件预拼装、现场安装等要求。现场安装等要求。构件平（立）面布置图（注明构件

27、位置、编号、构构件平（立）面布置图（注明构件位置、编号、构件清单、图例等）。件清单、图例等）。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章构（组）件施工详图构（组）件施工详图施工详图应清晰显示构件几何形状和断面尺寸。包施工详图应清晰显示构件几何形状和断面尺寸。包括构件在平、立面图中所处安装位置、编号、轴线、标括构件在平、立面图中所处安装位置、编号、轴线、标高；构件材料表，其内容包括构件名称、数量、材质、高；构件材料表，其内容包括构件名称、数量、材质、品种、规格、单重、总重；构件连接件品种、规格、数品种、规格、单重、总重；构件连接件品种、规格、数量；构件开孔及焊接要求（开孔位置，大小、数

28、量、焊量；构件开孔及焊接要求（开孔位置，大小、数量、焊缝、坡口形式、焊缝尺寸、衬垫）；相关件连接尺寸、缝、坡口形式、焊缝尺寸、衬垫）；相关件连接尺寸、方向、标志等。方向、标志等。节点施工详图节点施工详图在施工图节点设计详图的基础上确定连接件（节点在施工图节点设计详图的基础上确定连接件（节点板、预埋件等）连接材料（焊缝、螺栓、栓钉等）的型板、预埋件等）连接材料（焊缝、螺栓、栓钉等）的型式、材质、规格、位置、数量、重量等要求。式、材质、规格、位置、数量、重量等要求。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章施工安装图和预拼装图（如需要）施工安装图和预拼装图（如需要）内容应包括：构件平、立

29、面布置图（可用单线绘制）内容应包括：构件平、立面布置图（可用单线绘制），标明构（部）件位置、编号、标高、方向等要求以及，标明构（部）件位置、编号、标高、方向等要求以及螺栓、栓钉、预埋件等布置要求。螺栓、栓钉、预埋件等布置要求。4）工程施工预算书工程施工预算书由原设计单位或具有相应资质的工程造价咨询单位由原设计单位或具有相应资质的工程造价咨询单位编制工程施工预算书，并与已批准的初步设计概算进编制工程施工预算书，并与已批准的初步设计概算进行核对，其造价应控制在批准的初步设计概算造价之行核对，其造价应控制在批准的初步设计概算造价之内。加工程预算书超过初步设计概算时，应分析原因，内。加工程预算书超过初

30、步设计概算时，应分析原因，提出建议。提出建议。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章二、桁架的特点和应用二、桁架的特点和应用桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结材料性能发挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。构。桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁桁架主要用于空间桁架（网架和塔架）、平面桁架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架架（屋架、吊车桁架、水工结构中的钢栈桥、钢桁架引桥、

31、钢闸门中的桁架等）引桥、钢闸门中的桁架等）三、平面桁架的外形和腹杆体系三、平面桁架的外形和腹杆体系影响桁架外形选择的因素：影响桁架外形选择的因素：1.满足使用要求；满足使用要求；2.受力合理受力合理；3.便于制做和安装便于制做和安装；4.综合技术经济效果综合技术经济效果好。好。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章常用的平面桁架的外形如图常用的平面桁架的外形如图三角形屋架：三角形屋架：受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，用受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，用于中、小跨度轻屋面结构于中、小跨度轻屋面结构。梯形钢屋架：梯形钢屋架：外形与弯矩图较接近，受力好，省材料外形与弯矩图较接近

32、，受力好，省材料。矩形钢屋架：矩形钢屋架：腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托架、支撑体系化程度高，主要用于托架、支撑体系。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章桁架应具有适当的中部高度桁架应具有适当的中部高度H和端部高度和端部高度H0。H取决于运输界限（铁路运输为取决于运输界限（铁路运输为3.85m）和建筑高）和建筑高度要求的最大限值、刚度要求的最小限值、以及使度要求的最大限值、刚度要求的最小限值、以及使弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高度。简支梯形和弦杆和腹杆总用钢量最少的经济高度。简支梯形和平行弦桁架，通常平行弦桁架，

33、通常H=（1/61/10）L,钢屋架中钢屋架中常用常用H0=1.82.2m。屋架上弦节间：屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上载直接作用在屋架节点上河海大学钢结构课件SteelStructure第七章四门式刚架四门式刚架一）特点和应用一）特点和应用1.定义定义门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或门式刚架是由梁、柱单元构件成的单跨或多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起多跨刚架，具有轻型屋盖和轻型外墙，可以设置起重量不大于重量不大于300kN的中、轻级工作制桥式吊车或的中、轻级工作制桥式吊车或30kN悬挂式起重机的单层房屋钢结构。悬挂式起重机

34、的单层房屋钢结构。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章2门式刚架的特点门式刚架的特点(1)结构自重轻结构自重轻,基础造价低。基础造价低。(2)外形简洁、美观。外形简洁、美观。(3)对抗震非常有利。对抗震非常有利。(4)建造速度快，装拆方便。建造速度快，装拆方便。3适用范围适用范围门式刚架通常用于跨度为门式刚架通常用于跨度为936m（我国单跨门（我国单跨门式刚架的跨度已达到式刚架的跨度已达到72m）；柱距为）；柱距为4.512m；柱；柱高为高为4.59m；设有吊车起重量较小的单层工业房屋；设有吊车起重量较小的单层工业房屋或公共建筑。或公共建筑。河海大学钢结构课件SteelStru

35、cture第七章二）门式刚架的结构形式二）门式刚架的结构形式1按选材分按选材分普通和薄壁型钢、钢管刚架等普通和薄壁型钢、钢管刚架等；2按跨度分按跨度分单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。单跨、双跨或多跨的单、双坡门式刚架。3按截面形式分按截面形式分等截面和变截面等截面和变截面刚架刚架刚架刚架。设有桥式吊车时，柱宜采。设有桥式吊车时，柱宜采用等截面构件。用等截面构件。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章4节点节点节点节点横梁与柱刚接，柱脚多采用铰支。当用于厂房且有吊横梁与柱刚接，柱脚多采用铰支。当用于厂房且有吊车时，或水平荷载较大，檐口标高较高或刚度要求较高时，车时，或水平荷载较

36、大，檐口标高较高或刚度要求较高时，宜将柱脚设计为刚接。宜将柱脚设计为刚接。5围护结构围护结构屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和屋盖常采用压型钢（铝）板屋面板和Z形冷弯薄壁形冷弯薄壁型钢檩条。型钢檩条。外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和双层压外墙宜采用槽形或帽形冷弯薄壁型钢墙梁和双层压型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃纤维棉等卷材型钢板，并在双层压型钢板中间设置玻璃纤维棉等卷材隔热隔热(或保温或保温)层的结构体系。墙梁宜布置在刚架柱的外层的结构体系。墙梁宜布置在刚架柱的外侧。墙体底部侧。墙体底部1m高也可采用砌体结构，对保护墙体非高也可采用砌体结构，对保护墙体非常有利，在实际工程中采用较多。

37、常有利，在实际工程中采用较多。板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑动板缝宜采用咬合或扣合式方式。支座若采用可滑动式连接件，可解决温度应力问题。式连接件，可解决温度应力问题。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章三）结构平面布置三）结构平面布置1.定位轴线及尺寸定位轴线及尺寸刚架边柱的定位轴线取柱外皮；斜梁轴线取通过变刚架边柱的定位轴线取柱外皮；斜梁轴线取通过变截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。檐口截面梁段最小端中心与斜梁上表面平行的轴线。檐口高度取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度取高度取地坪至房屋外侧檩条上缘的高度；最大高度取地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；宽度

38、取房屋侧墙墙地坪至屋盖顶部檩条上缘的高度；宽度取房屋侧墙墙梁外皮之间的距离；长度取两端山墙墙梁外皮之间的梁外皮之间的距离；长度取两端山墙墙梁外皮之间的距离。距离。2.柱网布置柱网布置在满足使用要求和经济要求的前提下确定最佳跨度在满足使用要求和经济要求的前提下确定最佳跨度和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵向温度区段长度不大和柱距。门式刚架房屋钢结构的纵向温度区段长度不大于于300m，横向温度区段长度不大于，横向温度区段长度不大于150m。当需要设置。当需要设置伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使伸缩缝时，可在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔并使该处屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。该处

39、屋面板在构造上允许胀缩；或者设置双柱。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章3.山墙结构布置山墙结构布置山墙结构方案（山墙结构方案（1）由屋面斜梁、两侧角柱、抗风）由屋面斜梁、两侧角柱、抗风柱、墙梁和墙板组成的结构体系。优点是角柱有利于纵、柱、墙梁和墙板组成的结构体系。优点是角柱有利于纵、横两个方向的墙梁连接，缺点是山墙架结构的横向刚度横两个方向的墙梁连接，缺点是山墙架结构的横向刚度较差，并且不利于房屋的纵向扩建。（较差，并且不利于房屋的纵向扩建。（2）用横向框架）用横向框架代替斜梁和角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架代替斜梁和角柱。这种结构方案的优点是加强了山墙架结构的横向

40、刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿纵结构的横向刚度，特别适用于有桥式吊车的厂房和沿纵向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横向水平支向需要扩建的房屋。抗风柱的布置应与屋面横向水平支撑的节点位置相配合。撑的节点位置相配合。4.墙梁布置墙梁布置墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋所在地区的基墙梁的间距与墙板的承载能力、房屋所在地区的基本风压及房屋的高度等有关，同时在门、窗框上端、窗本风压及房屋的高度等有关，同时在门、窗框上端、窗台、檐口及室内地面处均应设置墙梁。台、檐口及室内地面处均应设置墙梁。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章四）四）桁架支撑设计桁架支撑设计（一）桁架支撑的作用（

41、一）桁架支撑的作用平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保但在垂直于桁架平面方向（桁架平面外）不能保持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰持其几何不变，即使桁架上弦与檩条或屋面等铰接相连桁架仍会侧向倾倒。为了防止桁架侧向倾接相连桁架仍会侧向倾倒。为了防止桁架侧向倾倒破坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，倒破坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系统（水工结构中也称为联结系）。必须设置支撑系统（水工结构中也称为联结系）。桁架支撑的作用主要是：桁架支撑的作用主要是：河海大学钢结构课件SteelStr

42、ucture第七章（1）保证桁架结构的空间几何稳定性。）保证桁架结构的空间几何稳定性。（2）保证桁架结构的空）保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。间刚度和空间整体性。桁架上弦和下弦的水平支撑桁架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁架，与桁架弦杆组成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撑桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组成垂直桁架，则与桁架竖杆组成垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷无论竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一定的桁架体载，都能通过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的系把力传向支座，有足够的刚度和整体性。刚度和整体性。（3）为桁架弦杆提供侧）为桁架弦杆提供侧向支撑点。向支撑点。水平和

43、垂直支水平和垂直支撑作为桁架弦撑作为桁架弦杆的侧向支承杆的侧向支承点，减小弦杆点，减小弦杆在桁架平面外在桁架平面外的计算长度，的计算长度，提高其整体稳提高其整体稳定承载力。定承载力。（5）保证结构安装时的稳定且便于安装。）保证结构安装时的稳定且便于安装。（4）承受并传递水平荷载。）承受并传递水平荷载。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（二）桁架支撑的种类和布置（二）桁架支撑的种类和布置1.桁架支撑的种类桁架支撑的种类2.设置设置(1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端

44、墙的风荷载。弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。有檩体系或采用大型屋面板（无檩体系有檩体系或采用大型屋面板（无檩体系)的屋盖中都的屋盖中都应设置上弦横向水平支撑。上弦横向水平支撑应设应设置上弦横向水平支撑。上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端或当有横向伸缩缝时在温度缝区段置在房屋的两端或当有横向伸缩缝时在温度缝区段的两端。横向水平支撑的间距不宜超过的两端。横向水平支撑的间距不宜超过60m。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（2）下弦横向水平支撑）下弦横向水平支撑山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起

45、的水平力，减小下弦的平面外吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。当计算长度，减小下弦的振动。当L 18m，且没有悬挂吊，且没有悬挂吊车和较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。其车和较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。其它情况均应设置下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑它情况均应设置下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定应与上弦横向水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定体系。体系。（3）纵向水平支撑）纵向水平支撑增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。设有托架

46、、有重级、中级工作制吊车、锻锤等大型力。设有托架、有重级、中级工作制吊车、锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求高振动设备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦端节间设置纵向水平支撑。纵向水时，均应在屋架下弦端节间设置纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强屋盖结构的整平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强屋盖结构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。体性并提高房屋纵、横向的刚度。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（4）垂直支撑）垂直支撑使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。房

47、屋都应设置垂直支撑。梯形屋架两端都应设稳定。房屋都应设置垂直支撑。梯形屋架两端都应设置，托架可起垂直支撑作用。垂直支撑与上、下弦横置，托架可起垂直支撑作用。垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。向水平支撑布置在同一柱间。（5）系杆）系杆无横向支撑的其它桁架上下弦的侧向稳定性由与无横向支撑的其它桁架上下弦的侧向稳定性由与横向支撑节点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承横向支撑节点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承受压力的系杆，叫刚性系杆；只能承受拉力的，叫柔受压力的系杆，叫刚性系杆；只能承受拉力的，叫柔性系杆。性系杆。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章（三）桁架支撑的计算

48、（三）桁架支撑的计算支撑桁架受力较大，或结构按空间工作计算支撑桁架受力较大，或结构按空间工作计算（纵向水平支撑体系需作为柱的弹性支座）时，支（纵向水平支撑体系需作为柱的弹性支座）时，支撑杆件应按桁架体系计算内力，进行截面设计。有撑杆件应按桁架体系计算内力，进行截面设计。有交叉斜腹杆的支撑桁架是超静定体系，一般常用简交叉斜腹杆的支撑桁架是超静定体系，一般常用简化方法进行分析。可采用柔性方案设计，腹杆只考化方法进行分析。可采用柔性方案设计，腹杆只考虑拉杆参于工作。如图中用虚线表示的一组斜杆因虑拉杆参于工作。如图中用虚线表示的一组斜杆因受压而退出工作，此时桁架按单斜杆体系分析。当受压而退出工作，此时

49、桁架按单斜杆体系分析。当荷载反向作用时，则认为另一组斜杆退出工作。当荷载反向作用时，则认为另一组斜杆退出工作。当斜杆按可以承受压力设计时（刚性方案设计），可斜杆按可以承受压力设计时（刚性方案设计），可按结构力学的方法进行内力分析。按结构力学的方法进行内力分析。河海大学钢结构课件SteelStructure第七章支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用M20粗制螺栓连接，杆件每端至少粗制螺栓连接，杆件每端至少2个螺栓。个螺栓。圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件张紧。张紧。河海大学钢结构课件SteelStru

50、cture第七章五）五）门式刚架支撑设计门式刚架支撑设计1 1门式刚架支撑的作用门式刚架支撑的作用门式刚架支撑的作用门式刚架支撑的作用为了保证结构在纵向的几何不变和梁柱构件在刚为了保证结构在纵向的几何不变和梁柱构件在刚为了保证结构在纵向的几何不变和梁柱构件在刚为了保证结构在纵向的几何不变和梁柱构件在刚架平面外的稳定性，必须在平面刚架之间设置支撑，架平面外的稳定性，必须在平面刚架之间设置支撑，架平面外的稳定性，必须在平面刚架之间设置支撑，架平面外的稳定性，必须在平面刚架之间设置支撑，使之与刚架形成使之与刚架形成使之与刚架形成使之与刚架形成空间整体结构。空间整体结构。支撑与刚架一般支撑与刚架一般采