钢结构设计原理(第七章).ppt

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1、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 概述概述第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计第三节第三节 门式刚架轻型房屋钢结构设计门式刚架轻型房屋钢结构设计第一节第一节 概述概述应应用用范范围围 单层工业厂房单层工业厂房大跨度公共建筑结构大跨度公共建筑结构重型厂房钢结构和轻型门式刚架钢结构重型厂房钢结构和轻型门式刚架钢结构平板网架、网壳、悬索、杂交结构（不平板网架、网壳、悬索、杂交结构（不同结构形式组合在一起的结构）等同结构形式组合在一起的结构）等第一节第一节 概述概述一、单层厂房钢结构的特点和组成一、单层厂房钢结构的特点和组成1、特点、特点(1)结构自重轻结构

2、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。第一节第一节 概述概述一、单层厂房钢结构的特点和组成一、单层厂房钢结构的特点和组成 2门式刚架钢结构适用范围门式刚架钢结构适用范围 通通常常用用于于跨跨度度为为936m（若若有有特特殊殊需需要要，跨跨度度可可进进一一步步加加大大，我我国国已已建建成成跨跨度度72m的的门门式式刚刚架架）；柱柱距距为为4.512m；柱柱高高为为4.59m（必必要要时时可可适适当当加加大大）；设设有有起起重重量量较较小小吊吊车车（300kN)的的单单层层工工业

3、业房房屋屋或或公公共共建建筑筑（超超市市、娱娱乐乐体体育育设设施施、车车站站候候车室、码头建筑等）。车室、码头建筑等）。门式刚架单层轻型钢结构房屋快速发展。门式刚架单层轻型钢结构房屋快速发展。第一节第一节 概述概述一、单层厂房钢结构的特点和组成一、单层厂房钢结构的特点和组成 3组成组成 一一般般是是由由屋屋盖盖结结构构（屋屋面面板板、檩檩条条、天天窗窗、屋屋架架或或梁梁、托托架架）、柱柱、吊吊车车梁梁（包包括括制制动动梁梁或或制制动动桁桁架架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。第一节第一节 概述概述二、结构形式和选择二、结构形式和选择 厂厂房房基基本本

4、承承重重结结构构通通常常采采用用框框架架体体系系。根根据据横横梁梁与与柱柱连接的不同，框架有铰接与刚接两类。连接的不同，框架有铰接与刚接两类。框架横梁有实腹式和桁架式两种。框架横梁有实腹式和桁架式两种。框架柱按其外形可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱；框架柱按其外形可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱；按柱身构造，可分为实腹柱和格构柱按柱身构造，可分为实腹柱和格构柱。第一节第一节 概述概述三、柱网布置三、柱网布置 确确定定单单层层厂厂房房钢钢结结构构承承重重柱柱在在平平面面上上构构成成的的纵纵、横横向向定定位位轴轴线线所所形形成成的的网网格格称称为为柱柱网网布布置置。柱柱纵纵向向定定位位轴轴线线之之

5、间间尺尺寸为钢结构厂房的跨度，横向定位轴线之间的尺寸为柱距。寸为钢结构厂房的跨度，横向定位轴线之间的尺寸为柱距。柱柱网网布布置置应应满满足足生生产产工工艺艺要要求求，柱柱的的位位置置应应和和地地上上、地地下下设设备备和和工工艺艺流流程程相相协协调调，还还应应考考虑虑未未来来生生产产发发展展和和生生产产工工艺艺的的更更新新；应应尽尽量量将将柱柱与与屋屋架架或或横横梁梁布布置置在在同同一一横横向向轴轴线线上上，以以便便组组成成刚刚度度较较大大的的横横向向框框架架。柱柱距距大大小小对对结结构构的的用用钢钢量量影影响响较较大大，加加大大柱柱距距可可减减小小地地基基处处理理费费用用和和基基础础造造价价，

6、位位于于软软弱弱地地基基上上的的重重型型厂厂房房应应采采用用较较大大柱柱距距。加加大大柱柱距距将将使使柱柱间间构构件件用用材材增增加加，经经济济合合理理的的柱柱网网布布置置应应实实现现总总的的经经济济效效应应最最佳佳。采采用用轻轻型型围围护护结结构构的的厂厂房房采采用用12m、15m、18m甚甚至至更更大大的的柱距较经济。柱距较经济。第一节第一节 概述概述三、柱网布置三、柱网布置 为为了了降降低低制制作作和和安安装装工工作作量量，柱柱网网布布置置还还应应注注意意符符合合标标准准化化模模数数的的要要求求，当当厂厂房房跨跨度度L18m时时，跨跨度度应应以以3m或或为为模模数数；当当L18m时时，跨

7、跨度度应应以以6m为为模模数数，但但是是当当工工艺艺布布置置和和技技术术经经济济有有明明显显的的优优越越性性时时，跨跨度度也也可可以以3m或或为为模模数数。柱柱距距和和跨跨度度的的类类别别宜宜少少，以以利利于于施施工工。当当工工艺艺有有特特殊殊要要求求需需局局部部采采用用大大柱柱距距时时，可可采采取取在在该该处处抽抽（拔拔）柱柱，并并设设托托架架或或托托梁梁支支承承屋屋架架或或屋屋面面梁梁，通通常常设设计计托托架架或或托托梁梁简简支支在在柱子上。柱子上。在在厂厂房房高高度度方方向向，吊吊车车顶顶面面与与屋屋架架或或屋屋面面梁梁底底面面净净距距应应不不小小于于300mm。吊吊车车横横向向外外轮轮

8、廓廓与与上上柱柱内内表表面面净净距距应应不不小小于于80mm，吊吊车车大大轮轮的的中中心心线线与与柱柱纵纵向向定定位位轴轴线线（上上柱柱中中心线）的距离应等于心线）的距离应等于7501000mm。第一节第一节 概述概述四、厂房结构的设计步骤四、厂房结构的设计步骤确确定定车车间间的的平平面面和和高高度度方方向向的的主主要要尺尺寸寸和和控控制制标标高高，布布置置柱柱网网，确确定定变变形形缝缝的的位位置置和和做做法法；选选择择主主要要承承重重框框架架的的形形式式，并并确确定定框框架架的的主主要要尺尺寸寸；布布置置屋屋盖盖结结构构、吊车梁结构、支撑体系及墙架体系。吊车梁结构、支撑体系及墙架体系。按按照

9、照平平面面框框架架进进行行分分析析时时，需需确确定定框框架架计计算算单单元元，计计算单元的受荷面积宽度通常取相邻柱距的平均值。算单元的受荷面积宽度通常取相邻柱距的平均值。结结构构方方案案确确定定以以后后，即即可可按按设设计计资资料料进进行行静静力力计计算算、构构件件及及连连接接设设计计，最最后后绘绘制制施施工工图图，设设计计时时应应尽尽量量采采用构件及连接构造的标准图集。用构件及连接构造的标准图集。返回本章第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计1钢桁架的特点和应用钢桁架的特点和应用(1)特特点点 钢钢桁桁架架一一种种用用材材经经济济、刚刚度度

10、较较大大、外外形形美美观观的的结结构构形形式式。但但是是桁桁架架的的杆杆件件和和节节点点较较多多，构构造造较较为为复杂，制造较为费工。复杂，制造较为费工。(2)应应用用 分分为为空空间间桁桁架架和和平平面面桁桁架架两两类类。网网架架结结构构、各各种种塔塔架架为为空空间间桁桁架架。常常用用的的平平面面桁桁架架如如屋屋架架、吊吊车车桁桁架架、水水工工结结构构中中的的钢钢栈栈桥桥、钢钢桁桁架架引引桥桥、钢钢闸闸门门中中的桁架等。的桁架等。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计2、平面钢桁架的外形和腹杆体系、平面钢桁架的外形和腹杆体系(1)外形外形1

11、)满足使用要求。满足使用要求。3)便于制作和安装。便于制作和安装。2)受力合理。受力合理。4)综合技术经济效果好。综合技术经济效果好。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计2、平面钢桁架的外形和腹杆体系、平面钢桁架的外形和腹杆体系 与与钢钢梁梁相相仿仿，桁桁架架应应具具有有适适当当的的中中部部高高度度H和和端端部部高高度度H0。H取取决决于于运运输输界界限限（如如铁铁路路运运输输界界限限高高度度为为3.85m）和和建建筑筑高高度度要要求求的的最最大大限限值值、刚刚度度要要求求的的最最小小限限值值、以以及及使使弦弦杆杆和和腹腹杆杆总总用用钢钢量

12、量最最少少的的经经济济高高度度。三三角角形形屋屋架架当当跨跨度度L和和屋屋面面坡坡度度i确确定定后后，其其H也也就就确确定定了了。简简支支梯梯形形和和平平行行弦弦桁桁架架，通通常常H=（1/61/10）L,简简支支梯梯形形钢钢桁桁架架对对端端部部高高度度H0无无特特殊殊要要求求，但但多多跨跨简简支支桁桁架架各各H0取取值值应应协协调调一一致致，以以便便相相邻邻桁桁架架端端部部处处上上弦弦表表面面齐齐平平，利利于于屋屋面面构构造造。当当梯梯形形钢钢桁桁架架与与柱柱刚刚接接时时，端端部部有有负负弯弯矩矩，要要求求H0具有一定的高度。钢屋架中常用具有一定的高度。钢屋架中常用H0=1.82.2m。(2

13、)腹杆体系腹杆体系 常常用用腹腹杆杆体体系系有有人人字字式式、交交叉叉式式、再再分分式式等等形形式式，其其中中人人字字式式腹腹杆杆体体系系的的腹腹杆杆和和节节点点数数最最少少，应用较广。应用较广。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（1）桁架支撑的作用）桁架支撑的作用 平平面面桁桁架架在在其其本本身身平平面面内内具具有有较较大大的的刚刚度度，能能承承受受桁桁架架平平面面内内的的各各种种荷荷载载。但但在在垂垂直直于于桁桁架架平平面面方方向向（桁桁架架平平面面外外）不不能能保保持持其其几几何何不不变变，即即使使桁桁架架上上

14、弦弦与与檩檩条条或或屋屋面面等等铰铰接接相相连连桁桁架架仍仍会会侧侧向向倾倾倒倒。为为了了防防止止桁桁架架侧侧向向倾倾倒倒破破坏坏和和改改善善桁桁架架工工作作性性能能，对对于于平平面面桁桁架架体体系系，必必须须设设置置支支撑撑系统（水工结构中也称为联结系）。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：第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（1）桁架支撑的作用）桁架支撑的作用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）保证桁架结构的空间刚度和空间整体性。）保证桁架结

15、构的空间刚度和空间整体性。桁架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁桁架上弦和下弦的水平支撑与桁架弦杆组成水平桁架，桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组成架，桁架端部和中部的垂直支撑则与桁架竖杆组成垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷载，都能通垂直桁架，无论竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的刚度和过一定的桁架体系把力传向支座，有足够的刚度和整体性。整体性。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（1）桁架支撑的作用）桁架支撑的作用3）为桁架弦杆提供侧向支撑点。）为桁架弦杆提供侧向支撑点。

16、水平和垂直支撑作为桁架弦杆的侧向支承点，减小水平和垂直支撑作为桁架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在桁架平面外的计算长度，提高其整体稳定承弦杆在桁架平面外的计算长度，提高其整体稳定承载力。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。一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（2）桁架支撑的种类和布置）桁架支撑的种类和布置1.上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑2.下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑3.下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑4.垂直（竖向）支撑垂直（竖向）支撑5.系杆系杆12354第二节第二节 重型钢结构厂房

17、结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（2）桁架支撑的种类和布置）桁架支撑的种类和布置1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 保保证证屋屋架架侧侧向向刚刚度度和和屋屋盖盖的的空空间间刚刚度度，减减小小上上弦弦在在平平面面外外计计算算长长度度，承承受受和和传传递递端端墙墙的的风风荷荷载载。有有檩檩体体系系或或采采用用大大型型屋屋面面板板（无无檩檩体体系系)的的屋屋盖盖中中都都应应设设置置上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑。上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑应应设设置置在在房房屋屋的的两两端端或或当当有有横横向向伸伸缩缩缝缝时时在在温温度度缝缝区区段的两端。

18、横向水平支撑的间距不宜超过段的两端。横向水平支撑的间距不宜超过60m。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（2）桁架支撑的种类和布置）桁架支撑的种类和布置2）下弦横向水平支撑）下弦横向水平支撑 山山墙墙抗抗风风柱柱的的支支点点，承承受受并并传传递递水水平平风风荷荷载载、悬悬挂挂吊吊车车的的水水平平力力和和地地震震引引起起的的水水平平力力，减减小小下下弦弦的的平平面面外外计计算算长长度度，减减小小下下弦弦的的振振动动。当当L 18m，且且没没有有悬悬挂挂吊吊车车和和较较大大的的振振动动设设备备时时，可可不不设设下下弦弦横

19、横向向水水平平支支撑撑。其其它它情情况况均均应应设设置置下下弦弦横横向向水水平平支支撑撑。下下弦弦横横向向水水平平支支撑撑应应与与上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑设设在在同同一一柱柱间间，以形成空间稳定体系。以形成空间稳定体系。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（2）桁架支撑的种类和布置）桁架支撑的种类和布置3）纵向水平支撑）纵向水平支撑 增增加加屋屋盖盖空空间间刚刚度度，承承受受和和传传递递吊吊车车横横向向水水平平制制动动力力。设设有有托托架架、有有重重级级、中中级级工工作作制制吊吊车车、锻锻锤锤等等大大型型振振动

20、动设设备备，以以及及房房屋屋较较高高、跨跨度度较较大大，空空间间刚刚度度要要求求高高时时，均均应应在在屋屋架架下下弦弦端端节节间间设设置置纵纵向向水水平平支支撑撑。纵纵向向水水平平支支撑撑与与横横向向水水平平支支撑撑形形成成闭闭合合框框，加加强强屋屋盖盖结结构构的的整整体体性性并并提提高高房房屋屋纵纵、横横向向的的刚度。刚度。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（2）桁架支撑的种类和布置）桁架支撑的种类和布置4）垂直支撑）垂直支撑 使使相相邻邻屋屋架架形形成成几几何何不不变变的的空空间间体体系系，保保证证侧侧向向稳稳定

21、定。房房屋屋都都应应设设置置垂垂直直支支撑撑。梯梯形形屋屋架架两两端端都都应应设设置置，托托架架可可起起垂垂直直支支撑撑作作用用。垂垂直直支支撑撑与与上上、下下弦弦横横向向水水平平支支撑撑布布置置在在同一柱间。同一柱间。（5）系杆）系杆 无无横横向向支支撑撑的的其其它它桁桁架架上上下下弦弦的的侧侧向向稳稳定定性性由由与与横横向向支支撑撑节节点点相相连连的的系系杆杆来来保保证证。能能承承受受拉拉力力也也能能承承受受压压力力的的系系杆杆，叫叫刚刚性性系系杆杆；只只能能承承受受拉拉力力的的，叫柔性系杆。叫柔性系杆。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构

22、设计3、支撑设计、支撑设计（3）桁架支撑的计算）桁架支撑的计算 支撑杆件一般受力小，可按容许长细比来选择截面。支撑杆件一般受力小，可按容许长细比来选择截面。当当横横向向水水平平支支撑撑传传递递较较大大的的山山墙墙风风荷荷载载时时，或或结结构构按按空空间间工工作作计计算算（纵纵向向水水平平支支撑撑体体系系需需作作为为柱柱的的弹弹性性支支座座）时时，支支撑撑杆杆件件应应按按桁桁架架体体系系计计算算内内力力，进进行行截截面面设设计计。有有交交叉叉斜斜腹腹杆杆的的支支撑撑桁桁架架是是超超静静定定体体系系，一一般般常常用用简简化化方方法法进进行行分分析析。可可采采用用柔柔性性方方案案设设计计，腹腹杆杆只

23、只考考虑虑拉拉杆杆参参于于工工作作。如如图图中中用用虚虚线线表表示示的的一一组组斜斜杆杆因因受受压压而而退退出出工工作作，此此时时桁桁架架按按单单斜斜杆杆体体系系分分析析。当当斜斜杆杆按按可可以以承承受受压压力力设设计计时时（刚性方案设计），可按结构力学的方法进行内力分析。（刚性方案设计），可按结构力学的方法进行内力分析。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计3、支撑设计、支撑设计（3）桁架支撑的计算）桁架支撑的计算 支支撑撑连连接接的的构构造造力力求求简简单单，安安装装方方便便。一一般般用用M20粗粗制制螺螺栓栓连连接接，杆杆件件每每端端至

24、至少少2个螺栓。个螺栓。圆圆钢钢作作柔柔性性支支撑撑杆杆件件时时，采采用用花花篮篮螺螺栓，将杆件张紧。栓，将杆件张紧。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计4、桁架的内力计算、桁架的内力计算(1）计算简图）计算简图荷载、荷载分项系数、组合系数等，按荷载规范计算。荷载、荷载分项系数、组合系数等，按荷载规范计算。永永久久荷荷载载：屋屋面面材材料料、保保温温层层、防防水水层层、吊吊车车梁梁、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。可可变变荷荷载载：屋屋面面活活荷荷载载、积积灰灰荷荷载载、雪雪荷荷载载、风风荷荷载载、悬

25、悬挂挂吊吊车车荷荷载载等等。屋屋面面活活荷荷载载与与雪雪荷荷载载不不同同时时出出现现，取两者中较大值计算。取两者中较大值计算。荷载组合：荷载组合：永久荷载永久荷载可变荷载可变荷载；永久荷载永久荷载半跨可变荷载半跨可变荷载；屋屋架架、支支撑撑和和天天窗窗架架自自重重半半跨跨屋屋面面板板重重半半跨跨屋屋面面活活 荷载。荷载。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计4、桁架的内力计算、桁架的内力计算(1）计算简图）计算简图 实实际际钢钢桁桁架架的的节节点点刚刚性性大大，接接近近于于刚刚接接。通通常常钢钢桁桁架架中中各各杆杆件件的的抗抗弯弯刚刚度度较较

26、小小，按按刚刚接接桁桁架架算算得得的的杆杆件件弯弯矩矩M常常较较小小，杆杆件件的的轴轴心心力力N与与按按铰铰接接桁桁架架计计算算的的结结果相差不大。故一般情况都按铰接桁架进行计算。果相差不大。故一般情况都按铰接桁架进行计算。对对于于承承受受较较大大荷荷载载的的重重型型钢钢桁桁架架，例例如如铁铁路路桁桁架架桥桥等等，当当杆杆件件截截面面高高度度超超过过其其长长度度的的1/10时时，M引引起起的的次次应应力力的的比比重重逐逐渐渐增增大大，可可达达1030%或或以以上上，应应按按刚刚接桁架进行内力计算。接桁架进行内力计算。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、

27、屋盖结构设计4、桁架的内力计算、桁架的内力计算(2）计算方法）计算方法 桁架只承受节点荷载桁架只承受节点荷载时，可用数解法（节点时，可用数解法（节点法或截面法）、图解法法或截面法）、图解法或有限单元法按节点荷或有限单元法按节点荷载作用下的铰接桁架计载作用下的铰接桁架计算杆件的轴力。算杆件的轴力。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计4、桁架的内力计算、桁架的内力计算(2）计算方法）计算方法 有有节节间间荷荷载载作作用用的的桁桁架架，可可按按刚刚接接桁桁架架用用计计算算机机求求解解内内力力。也也可可采采用用简简化化法法，先先把把所所有有节节间间

28、荷荷载载按按该该段段节节间间为为简简支支，求求出出支支座座反反力力，再再把把支支座座反反力力反反向向与与节节点点荷荷载载叠叠加加，按按只只有有节节点点荷荷载载作作用用，计计算算桁桁架架各各杆杆的的轴轴力力。然然后后对对有有节节间间荷荷载载的的杆杆件件计计算算局局部部弯弯矩矩。M0为为将将上上弦弦节节间间视视为为简简支支梁梁所所得得跨跨中中弯弯矩矩，取取中中间间节节间间正正弯弯矩矩及及节节点点负负弯弯矩矩为为M=0.6M0，而而端端节节间间正正弯弯矩矩为为M=0.8M0，弦弦杆杆端节点按铰接端节点按铰接M=0或取悬臂负弯矩或取悬臂负弯矩Me。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构

29、设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计4、桁架的内力计算、桁架的内力计算(3）内力组合）内力组合 应应进进行行内内力力组组合合对对比比，求求出出杆杆件件的的最最不不利利内内力力。受受拉拉为为主主并并可可能能受受压压的的杆杆件件，如如梯梯形形桁桁架架跨跨中中的的一一些些腹腹杆杆，在在满满跨跨荷荷载载作作用用时时受受拉拉，但但在在半半跨跨荷荷载载作作用用时时可可能能受受压压。其其最最不不利利内内力力为为最最大大轴轴心心拉拉力力和和可可能能最最大大轴轴心心压压力力。对对于于拉拉（压压）弯弯杆杆件件，还还应应考考虑虑最大正或负弯矩的不利组合。最大正或负弯矩的不利组合。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计

30、重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计5、桁架杆件的计算长度、桁架杆件的计算长度（1）桁架平面内的计算长度）桁架平面内的计算长度 铰铰接接节节点点桁桁架架杆杆件件在在桁桁架架平平面面内内的的计计算算长长度度l0 x应应等等于于节节点点中中心心间间的的距距离离。实实际际桁桁架架的的节节点点接接近近于于刚刚接接，相相邻邻杆杆件件将将约约束束该该杆杆件件端端部部转转动动，从从而而提提高高其其整整体体稳稳定定承承载力。计算载力。计算l0 x时可折减时可折减l来考虑杆端的嵌固作用。来考虑杆端的嵌固作用。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构

31、设计5、桁架杆件的计算长度、桁架杆件的计算长度(2）桁架平面外的计算长度）桁架平面外的计算长度 杆杆件件在在桁桁架架平平面面外外的的计计算算长长度度ly应应取取侧侧向向支支承承点点间间的的距距离离。弦弦杆杆的的侧侧向向支支承承点点应应是是水水平平支支撑撑、垂垂直直支支撑撑或或相相应应系系杆杆的的连连接接节节点点。腹腹杆杆与与弦弦杆杆的的连连接接节节点点可可认认为是腹杆的侧向支承点。为是腹杆的侧向支承点。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计5、桁架杆件的计算长度、桁架杆件的计算长度(2）桁架平面外的计算长度）桁架平面外的计算长度 当当受受压压

32、弦弦杆杆的的侧侧向向支支承承点点间间距距l1为为弦弦杆杆节节间间长长度度的的两两倍倍，弦弦杆杆两两节节间间的的轴轴心心压压力力N1N2，用用N1验验算算弦弦杆杆平平面面外外稳稳定定时时如如果果计计算算长长度度取取用用l1显显然然过过于于保保守守。平面外的计算长度为平面外的计算长度为且且l0y 0.5l1第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计5、桁架杆件的计算长度、桁架杆件的计算长度（2）桁架平面外的计算长度：交叉腹杆计算长度）桁架平面外的计算长度：交叉腹杆计算长度计算杆受压：计算杆受压：a.另一斜杆受压，两杆交叉但均不中断。另一斜杆受压，两杆

33、交叉但均不中断。N和和N0分别为计算杆和斜交杆轴力分别为计算杆和斜交杆轴力b.另一斜杆受压，此另一杆交叉点中断，另一斜杆受压，此另一杆交叉点中断，c.另一斜杆受拉，两杆相交但均不中断，另一斜杆受拉，两杆相交但均不中断，d.另一斜杆受拉，此拉杆中断但搭接，另一斜杆受拉，此拉杆中断但搭接，计算杆受拉：计算杆受拉：因压杆不能作为其平面外支撑点，取因压杆不能作为其平面外支撑点，取l0=l。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计5、桁架杆件的计算长度、桁架杆件的计算长度（3）斜平面的计算长度）斜平面的计算长度 当当腹腹杆杆截截面面为为单单角角钢钢或或双

34、双角角钢钢组组成成的的十十字字形形截截面面时时，受受压压杆杆件件将将绕绕截截面面最最小小回回转转半半经经imin的的轴轴发发生生整整体体失失稳稳。杆杆件件弯弯曲曲方方向向是是在在一一斜斜平平面面内内。杆杆件件两两端端的的约约束束程程度度介介于于桁桁架架平平面面内内和和平平面面外外之之间间，杆杆件件的的计计算算长长度度取取为为前前述述l0 x和和l0y的的平平均均值值，l0=0.9l。交交叉叉腹腹杆杆中中单单角角钢钢杆杆件件斜斜平平面面内内计计算算长长度度取取节节点点中中心心至至交交叉叉点点距离。距离。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计6、

35、桁架杆件的截面形式、桁架杆件的截面形式 根根据据用用料料经经济济、连连接接构构造造简简单单和和具具有有足足够够刚刚度度等等要要求求确确定定截截面面形形式式。应应尽尽量量使使（x y）;当当有有M作作用用时时，应应适适当当加加大大弯弯矩矩作作用用方方向向的的截截面面高高度度。钢钢桁桁架架常常采采用用双双角角钢钢组组合合T形形截截面面，少少数数杆杆件件用用双双角角钢钢组组合合十十字字形形截截面面。受受力力小小的的腹腹杆杆也也可可用用单单角角钢钢截截面面。T字字钢钢是是一一种种性性能能优优越越的的截截面面形形式式。重重型型钢钢桁桁架架常常采采用用H型钢、箱形截面或两槽钢组合截面。型钢、箱形截面或两槽

36、钢组合截面。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计6、桁架杆件的截面形式、桁架杆件的截面形式 T字字钢钢做做弦弦杆杆和和双双角角钢钢组组合合截截面面做做腹腹杆杆的的桁桁架架比比全全角角钢钢桁桁架架用用钢钢量量可节省可节省1215%。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计6、桁架杆件的截面形式、桁架杆件的截面形式 薄薄壁壁钢钢管管各各方方向向的的回回转转半半径径相相等等，比比其其它它型型钢钢回回转转半半径径大大，抗抗扭扭能能力力强强。钢钢管管结结构构的的节节点点一一般般可可不不加加节节点点板板

37、，可可直直接接焊焊接接，构构造造简简单单，连连接接方方便便。钢钢管管结结构构比比其其它它型型钢钢结结构构可可节节约约钢钢材材达达20%30%。圆圆管管绕绕流流条条件件好好，如如承承受受风风荷荷载载或或波波浪浪压压力力时时，其其阻阻力力可可降降低低约约2/3左左右右。钢钢管管端端部部可可以以密密封封，有有利利于于耐耐大大气气及及海海水水腐腐蚀蚀，管管截截面面周周长长最最小小，所所需需油油漆漆等等维维护护费费用用也也小小。海洋工程钢桁架构件中，圆管截面是主要形式。海洋工程钢桁架构件中，圆管截面是主要形式。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计7、

38、杆件截面设计、杆件截面设计 杆件按第四章和第六章的方法进行设计。普通钢杆件按第四章和第六章的方法进行设计。普通钢桁架杆件截面设计时还应注意下列问题：桁架杆件截面设计时还应注意下列问题：选用截面的板件厚度应较薄，并注意最小截面规格选用截面的板件厚度应较薄，并注意最小截面规格限制。限制。（1）需用螺栓与其它杆件连接的角钢杆件，应注意所需用螺栓与其它杆件连接的角钢杆件，应注意所能采用的螺栓最大直径。能采用的螺栓最大直径。（2）第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计7、杆件截面设计、杆件截面设计为为减减少少拼拼接接的的设设置置，桁桁架架弦弦杆杆的的截

39、截面面常常根根据据弦弦杆杆的的最最大大杆杆力力来来选选用用。当当必必须须设设置置角角钢钢拼拼接接时时，可可根根据据节节间间内内力力变变化化在在半半跨跨内内改改变变截截面面一一次次，宜宜改改变角钢的边长而保持厚度不变，以利拼接。变角钢的边长而保持厚度不变，以利拼接。（3）角角钢钢上上的的螺螺栓栓孔孔位位置置若若位位于于竖竖向向节节点点板板范范围围以以内内并并距距竖竖向向节节点点板板边边缘缘100mm时时，可可考考虑虑节节点点板板的的补补偿偿作作用用，计计算算杆杆件件的的净净截截面面强强度度时时可可不不计计孔孔对弦杆截面的削弱。否则应考虑其影响。对弦杆截面的削弱。否则应考虑其影响。（4）第二节第二

40、节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计7、杆件截面设计、杆件截面设计当采用双角钢组成的当采用双角钢组成的T形截面时，应选用形截面时，应选用iy/ix值与值与杆件的杆件的l0y/l0 x相近的截面，使相近的截面，使 x与与 y相接近，以获得相接近，以获得经济的截面。经济的截面。（5）当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连接时，则该当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连接时，则该竖杆宜采用由双角钢组成的十字形截面。可使垂直竖杆宜采用由双角钢组成的十字形截面。可使垂直支撑对该竖杆的连接偏心为最小，竖杆位于桁架跨支撑对该竖杆的连接偏心为最小，竖杆位于桁架跨中时，在吊装

41、时桁架的左、右端可以任意放置。中时，在吊装时桁架的左、右端可以任意放置。（6）第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计7、杆件截面设计、杆件截面设计单单面面连连接接的的单单角角钢钢截截面面，因因连连接接偏偏心心易易使使构构件件弯弯扭扭失失稳稳，故故只只能能用用于于跨跨度度较较小小的的桁桁架架或或桁桁架架中中受受力力较较小、长度较短的次要腹杆。小、长度较短的次要腹杆。（7）为为了了便便于于备备料料，整整榀榀桁桁架架所所用用的的角角钢钢规规格格品品种种不不宜宜超超过过56种种。在在选选出出各各杆杆的的截截面面规规格格后后，可可进进行行调调整整，以以

42、减减少少规规格格数数量量。同同一一榀榀桁桁架架中中应避免采用边长相同但厚度不同的角钢。应避免采用边长相同但厚度不同的角钢。（8）第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（1）概述）概述 钢钢桁桁架架一一般般在在节节点点处处设设置置节节点点板板，把把交交汇汇于于节节点点的的各各杆杆件件都都与与节节点点板板相相连连接接，形形成成桁桁架架的的节节点点，各各杆杆件件把把力力传传给给节点板并互相平衡。节点板并互相平衡。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点

43、设计、桁架的节点设计 一一般般在在节节点点处处设设置置节节点点板板，各各杆杆件件都都与与节节点点板板相相连连接接。在在节节点点处处连连续续的的杆杆件件把把两两侧侧的的内内力力差差N传传给给节节点点板板，其其它它杆杆件件把把全全部部内内力力N传传给给节节点点板板。当当杆杆件件上上作作用用有有荷荷载载F时时，则则传传给给节节点点板板的的力力为为N或或N与与F的的合合力力R。有有局局部部弯弯矩矩的的杆杆件件则则还还要要传传递递弯弯矩矩和和剪力。剪力。杆杆件件与与节节点点板板的的连连接接通通常常采采用用焊焊接接。螺螺栓栓连连接接常常用用于于输输电电线线路路塔塔架架和和一一些些可可装装拆拆的的桁桁架架以

44、以及及安安装装连连接接与工地现场拼接。与工地现场拼接。（1）概述）概述第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（2）节点板的厚度）节点板的厚度 杆杆件件在在节节点点处处都都与与节节点点板板相相连连，传传递递内内力力并并互互相相平平衡衡。节节点点板板中中的的应应力力分分布布复复杂杂，节节点点板板厚厚度度主主要要依依据据杆杆件件中中的的最最大大内内力力来来确确定定。普普通通钢钢桁桁架架节节点点板板的的厚厚度度可可参参照表照表7-2选用，但应进行强度和稳定验算。选用，但应进行强度和稳定验算。双双角角钢钢T形形或或十十

45、字字形形截截面面是是组组合合截截面面，为为保保证证两两个个角角钢钢能能整整体体共共同同受受力力应应每每隔隔一一定定间间距距在在两两角角钢钢间间放放置置填填板板（缀缀板板）。填填板板宽宽度度一一般般采采用用约约5080mm；与与中中间间节节点点板板同同厚厚。填填板板长长度度对对T形形截截面面应应伸伸出出角角钢钢背背和和角角钢钢尖尖各各1015mm，对对十十字字形形截截面面则则从从角角钢钢尖尖缩缩进进1015mm。角角钢与填板通常依构造用侧面或周围角焊缝连接。钢与填板通常依构造用侧面或周围角焊缝连接。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架

46、的节点设计、桁架的节点设计（2）节点板的厚度）节点板的厚度 压压杆杆和和拉拉杆杆填填板板间间距距应应满满足足构构造造要要求求。受受压压杆杆件件的的两两个个侧侧向向支支承承点点之之间间的的填填板板数数不不得得少少于于两两个个。十十字字形形截截面面一一横横一一竖竖交交替替布布置置。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（3）节点设计的一般要求）节点设计的一般要求1）杆杆件件的的形形心心线线理理论论上上应应与与杆杆件件轴轴线线重重合合，以以免免造造成成偏偏心心受受力力。但但为为了了方方便便制制造造，通通常常将将角角

47、钢钢肢肢背背至至轴轴线线的的距距离离取取为为5mm的的倍倍数数,作作为为角角钢钢的的定定位位尺尺寸寸。当当弦弦杆杆截截面面有有改改变变时时，为为方方便便拼拼接接和和安安放放屋屋面面构构件件，应应使使角角钢钢的的肢肢背背齐齐平平。此此时时应应取取两两形形心心线线的的中中线线作作为为弦弦杆杆的的共共同同轴轴线线，以以减减少少因因两个角钢形心线错开而产生的偏心影响。两个角钢形心线错开而产生的偏心影响。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（3）节点设计的一般要求）节点设计的一般要求2）节节点点处处各各杆杆件件边边缘

48、缘间间应应留留一一定定间间隙隙c，以以利利拼拼接接和和施施焊焊，并并避避免免焊焊缝缝过过分分密密集集而而使使钢钢材材焊焊接接过过热热变变脆脆。c按按构构造造要要求确定。求确定。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（3）节点设计的一般要求）节点设计的一般要求3）角角钢钢的的切切断断面面一一般般应应与与其其轴轴线线垂垂直直，为为使使节节点点紧紧凑凑需需要要斜斜切切时时，只只能能切切肢肢尖尖。节节点点板板的的形形状状和和尺尺寸寸在在绘绘制制施施工工图图时时决决定定。节节点点板板的的形形状状应应简简单单，以以能能充

49、充分分利利用用材材料料为为原原则则。节节点点板板的的长长和和宽宽宜宜取取为为10mm的倍数。的倍数。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（3）节点设计的一般要求）节点设计的一般要求4）节节点点板板外外边边缘缘与与杆杆件件边边线线间间的的扩扩大大角角宜宜 15o20o，强强度度用用足足的的杆杆件件宜宜 25o。扩扩大大角角太太小小会会引引起起节节点点板板截截面面过过窄窄，致致使使强强度度不不足足，或或引引起较大的构造和传力上的偏心。起较大的构造和传力上的偏心。第二节第二节 重型钢结构厂房结构设计重型钢结构厂房

50、结构设计一、屋盖结构设计一、屋盖结构设计8、桁架的节点设计、桁架的节点设计（3）节点设计的一般要求）节点设计的一般要求5）在在屋屋架架双双角角钢钢截截面面上上弦弦杆杆上上放放置置檩檩条条或或大大型型屋屋面面板板时时，角角钢钢的的水水平平伸伸出出边边一一般般应应 7090mm。角角钢钢应应有有一一定定厚厚度度，以以免免在在集集中中荷荷载载作作用用下下发发生生过过大大的的弯弯曲曲，可可参参考考表表7-3要要求求选选用用。当当确确有有困困难难而而不不能能满满足足要要求求时时，应应设设置置竖竖向向加劲肋或在集中荷载范围设置局部水平盖板。加劲肋或在集中荷载范围设置局部水平盖板。第二节第二节 重型钢结构厂