第1章普通钢屋架1

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1、1.1 屋架结构的形式及主要尺寸 1.2 屋盖支撑 1.3 钢屋架设计,第1章 普通钢屋架,(Steel Roof Truss),普通单层厂房,屋盖结构体系,钢屋架大型屋面板结构体系,钢屋架檩条轻型屋面板结构体系,无檩体系适用于大型屋面板,有檩体系适用于轻型屋面板,组成：,无檩体系,传力路线：,屋面荷载 大型屋面板 屋架（或天窗架）,屋架、天窗架、支撑（水平和垂直支撑）、大型屋面板,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。,屋面荷载 屋面板 檩条 屋架,组成：,有檩体系,传力路线：,轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架,优点：,构件自重轻，用料省，运输

2、安装轻便。,缺点：,构件较多，构造较复杂，吊装次数较多。,节点设计以及绘制施工图。,屋盖结构布置；,屋架形式的选择；,支撑布置；,屋盖荷载计算；,屋架各杆内力计算；,屋架杆件截面选择；,檩条、拉条和撑杆的计算；,一、屋架形式,1.1 屋架结构的形式及主要尺寸设计 (Form and Chief Size of Steel Roof Truss),芬克式腹杆,人字式腹杆,单向斜杆式腹杆,人字式腹杆,再分式腹杆,人字式腹杆,交叉式腹杆,三角形屋架,梯形屋架,平行弦屋架,确定桁架形式的原则,满足使用要求：,三角形屋架：,梯形屋架：,满足排水坡度、建筑净空、天窗、天棚及悬挂吊车的要求。外形与排水要求（

3、防水做法）相适应；,适合瓦楞铁、石棉瓦、短尺压型钢板和夹芯板屋面（有檩体系） i=1/31/2 ， l=1524m,适合压型钢板（有檩）和大型钢筋混凝土屋面板（无檩）屋面 i=1/201/8， l=1536m,受力合理,弦杆：屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近, 弦杆内力均匀，不受弯。,腹杆：应使长杆受拉,短杆受压，腹杆角度适中（30 60）、腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。,减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比 。,主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。,单向斜杆式,斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理,斜腹杆受压 竖腹杆受拉 不合理,满足施工要求便

4、于制作和安装,杆件数量少，节点少，规格少杆件，尺寸划一及节 点构造形式划一。,综合技术经济效果好,平行弦桁架最容易符合上述要求。,根据不同的条件桁架形式可以有很多变化,二、天窗架形式,天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗等三种，一般常采用纵向天窗。,三、托架形式,当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。,三、托架形式,当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。,1.2 屋盖支撑 (Bracing Systems of Steel Roof Truss),一、支撑的形式,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，但在垂直于屋架平面方向(通称

5、屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。,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性。,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稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。,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“半波”，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“扶持”，将不能发挥它的承重作用。,屋盖两端的两

6、榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、下弦杆间、端部竖杆(或斜杆)间、以及跨中某些竖杆(或斜杆）间，用水平、垂直和倾斜方向的支撑杆件互相联系； 这样，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(即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑)，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系。,屋盖支撑系统做法是：,其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁架架结构体系相连，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。,二、支撑的作用,1）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（避免压杆的侧向失稳），防治拉杆产生过大的振动； 3）承受并传

7、递屋架的纵向水平力（风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等 4）保证结构安装时的稳定与方便,三、支撑的布置,1、 上弦横向水平支撑,各种屋盖，包括天窗架都要设置 布置在房屋或纵向温度缝区两端第一或第二柱间 横向间距不超过60米，大于60m时应在区段中间增加上弦横向水平支撑。,抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架上弦计算长度。,2、 下弦横向水平支撑,抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架下弦计算长度 当屋架跨度18m； 有桥式吊车、屋架下弦有悬挂吊车、抗风柱支撑在屋架下弦时； 采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架下弦时。 与上弦横向水平支撑同开间设置。,上弦平面,下弦平面,

8、3、 纵向水平支撑,形成封闭体系，增加屋盖纵向刚度；承受和传递吊车横向水平制动力。 有重级工作制或大吨位吊车或锻锤等振动设备时设； 屋架下弦有纵向或横向吊车轨 道时设； 有托架时设； 屋架跨度或房屋高度较高时； 设在下弦端节间，与下弦横向 水平支撑构成封闭支撑系统； 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。,上弦平面,下弦平面,4、 垂直支撑,使相邻两屋架形成几何不变空间体系，维持屋架端部及中间截面的竖向稳定。 设在有上弦横向支撑的柱间； 对梯形屋架，至少设三道，跨度大于30米或有天窗时增设； 对三角形屋架，跨度18m时中间设一道，超过18m设两道,梯形屋架，当l30m时在两端

9、以及跨度 l3处或天窗架侧柱处共设四道。,当屋盖有天窗架时，对天窗架也应与屋架一样布置天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑以及相应系杆。垂直支撑通常设于相邻两榀天窗架的侧柱间平面内，天窗架跨度12m时还设于中央竖杆间平面内。,g 天窗架垂直支撑；,d 天窗架上弦横向水平支撑;,天窗架支撑：,5、 系杆,保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当屋架上下弦的侧向支撑点。分为刚性系杆和柔性系杆,上弦平面内，大型屋面板可为系杆（焊牢），因此一般在屋脊及两端设系杆。有檩屋盖中，檩条可以代替上弦系杆，但必须满足系杆要求。 ； 下弦平面内，在跨中或跨中附近设置设置一道或两道系杆。,垂直支撑平面内 ，一般设置上、

10、下系杆； 在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通常刚性系杆，支座节点处如有钢筋混凝土圈梁，此处刚性系杆可不考虑； 当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆应按刚性系杆设计 ； 天窗侧柱处，下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆。,设置原则：,屋盖支撑的布置,(a)上弦横向水平支撑布置,(b)下弦横向与纵向水平支撑布置,(c)天窗架上弦横向水平支撑,(d)屋架支座与跨中垂直支撑,(e)天窗架侧竖杆垂直支撑,四、屋盖支撑的计算和构造,各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。,竖腹杆：竖杆,弦杆：相邻屋架弦杆兼作 横向支撑桁架的弦杆,腹杆,支撑 桁架,斜腹杆：支撑,屋盖支撑的设计原则

11、,一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选 。,柔性系杆的设计可按350，400控制，,刚性系杆的设计可按=200控制,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。,屋盖支撑的构造,a. 上弦支撑,b . 下弦支撑,柔性系杆,刚性系杆,作业：,某单跨厂房，跨度36m，长180m，柱距6m，厂房内设有一台起重量为50t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为石棉瓦，屋面坡度为1/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。,36000,1.3 钢屋架设计 (Design of Steel Roof Truss),一、钢屋架设计内容及步骤,1、 屋架的

12、选型：外形、腹杆体系、主要尺寸 2、荷载计算：永久荷载、活荷载 3、内力计算 4、内力组合 5、屋架的杆件设计 6、节点设计 7、绘制屋架施工图并编制材料表,二、 屋架主要尺寸的确定,跨度,柱网轴线间距为屋架的标志跨度(18m、21m、24m、27m、30m、36m )，一般以3M为模数。,计算跨度是屋架两端支座反力的距离。,封闭结合： Lo = L-(300400mm) 非封闭结合： Lo = L,高度,应按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度等因素来确定。,三角形屋架:,当上弦坡度为1/31/2时，跨中高度h=(1/61/4)l,梯形屋架:,当上弦坡度为1/81/12时，跨中高度一

13、般为 h=(1/101/6)l 。,梯形桁架的端部高度：当桁架与柱刚接时，一般为=(1/161/10)l，通常取2.02.5m，铰接时为1.52.0m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。,最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。,节间宽度,屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。 若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度，一般取1.5m或3m； 当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m3.0m。,1、屋架分布荷载,永久荷载： 屋面构造（屋面板、保温、防 水、檩条等） 屋架及支撑 天窗及吊顶的自重,三、 屋

14、架荷载计算与组合,建筑结构荷载规范GB50009-2001,可变荷载： 使用活荷 （悬挂吊车、屋面 活 荷、积灰等） 风荷载 雪荷载,荷载都作用在节点上； 杆件等截面； 各杆件轴线均为直线，相交于节点的中心； 各节点均为理想的铰接。,1） 永久荷载：,屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等） 屋架及支撑 天窗及吊顶的自重、悬挂管道等,屋架及支撑：按经验公式,g=0.12+0.011l (1-1),l屋架的跨度(m),2）屋面均布活荷载或雪荷载：,屋面均布活荷载，与雪荷载不同时考虑，而取其中的较大者。,屋面水平投影面上的雪荷载标准值S按下式：,so基本雪压，见荷载规范； r屋面积雪分布系数，见荷载

15、规范,一般在屋面坡度25时取1，50时取0,中间按直线插值；,式中：,屋面均布活荷载：,3）积灰荷载：,屋面积灰荷载同时考虑,设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等厂的厂房屋面，按荷载规范采用。,对于屋面上易形成灰堆处,当设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘增大系数：,在高低跨处两倍于屋面高差但不大于6m的分布宽度,取2.0; 在天沟处不大于3m的分布宽度内，取1.4。,4）风荷载：,wo基本风压，见荷载规范； z高度z处的风振系数，钢屋架取1.0； z风压高度变化系数，和地面粗糙程度和高度有关，钢屋架以屋架高度中点离地面的高度来查取； s风荷载体型系数，和房屋体型、风向有关。,式中：,2、屋架节点荷载与局部弯矩,1）仅有节点荷载时：,2）有节间荷载时：,将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。,直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M） 。,局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。,简化计算,M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。,3、内力计算的荷载组合,永久荷载效应控制的组合：,可变荷载效应控制的组合：,注意： G、Q的取值。,预应力混凝土大型屋面板屋