钢结构基础第九章 桁架及屋盖.ppt课件

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1、第9章 桁架及屋盖,第九章 桁架及屋盖,桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系 屋盖的组成 屋架的支撑系统 屋盖设计的内容和屋架的内力计算 桁架杆件的截面形式和节点板厚度 桁架的节点设计和角钢间的填板,主要内容：,重点：,支撑系统，内力计算，节点设计,第9章 桁架及屋盖,9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系,第9章 桁架及屋盖,桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途 。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。,9.1

2、.1 桁架的应用,第9章 桁架及屋盖,9.1.2 桁架的外形及腹杆形式,第9章 桁架及屋盖,三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/31/2,梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/21/8,1.满足使用要求：,9.1.3 确定桁架形式的原则,第9章 桁架及屋盖,2.受力合理：1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。,2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。,第9章 桁架及屋盖,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,第

3、9章 桁架及屋盖,再分式腹杆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 。 交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。,再分式腹杆,交叉式腹杆,第9章 桁架及屋盖,3 .制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 4. 综合技术经济效果好,第9章 桁架及屋盖,三角形屋架下弦下沉，弦杆交角增大，方便制造，屋架重心降低，提高了稳定性。,可有效降低屋架对支撑结构的推力。,根据不同的条件桁架形式可以有很多变化,第9章 桁架及屋盖,跨度 L工艺及使用要求高度 H经济、刚度、运输、坡度等各种屋架中

4、部高度：三角形屋架： 中部高度H(1/61/4)L梯形屋架 ： 中部高度H(1/101/6)L端部高度H0(1.82.1m),9.1.3桁架主要尺寸的确定,第9章 桁架及屋盖,屋盖结构,有檩体系,无檩体系,由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件,由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成,屋盖结构,9.2 屋盖的组成,第9章 桁架及屋盖,1、无檩体系这是常用的一种做法。其做法是将大型屋面板直接放置在屋架或屋面梁上，屋架（屋面梁）放在柱子上。这种做法的整体性好，刚度大，可以保证厂房的稳定性，而且构件大、类别少，数量少，施工速度快，便于工业化施工，但要求施工吊装能力

5、强。,第9章 桁架及屋盖,2、有檩体系 这种做法是将各种小型屋面板或瓦直接放在檩条上，檩条可以采用钢筋混凝土或型钢做成。 这种体系构件小、重量轻、吊装容易，但构件数量多，施工烦琐，工期长，多用在施工机械起吊能力较小的施工现场。 檩条支承在屋架或屋面梁上。有檩体系的整体刚度较差，适用于吊车吨位小的中小型 厂房。,第9章 桁架及屋盖,（1）上弦横向水平支撑,屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。,构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平 桁架。,作用：保证屋架上弦的侧向稳定性；增强屋盖的整体刚度；作为山墙抗风柱的顶端

6、水平支座，承受由山墙传来的风荷载和其他纵向水平荷载，并传至厂房纵向柱列。,布置：当屋盖为有檩体系，或屋盖为无檩体系，但屋面板与屋架的连接质量不能保证且抗风柱与屋架上弦连接，每一伸缩缝区段端部第一或第二柱间布置；当设有天窗，且天窗通过厂房端部的第二柱间或通过伸缩缝，应在第一或第二柱间的天窗范围内设置，并在天窗范围内沿纵向设置13道通长的受压系杆，将天窗范围内各榀屋架与上弦横向水平支撑连系起来。,9.3 屋盖的支撑系统,第9章 桁架及屋盖,上弦横向水平支撑布置,第9章 桁架及屋盖,（2）下弦横向水平支撑,构成：沿厂房跨度方向用交叉角钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架 。,作用：将山墙风荷载及纵向

7、水平荷载传至纵向柱列；防止屋架下弦侧向振动。,布置：当屋架下弦设有悬挂吊车，或厂房内有较大振动，或山墙风荷载通过抗风柱传至屋架下弦，应在每一伸缩缝区段两端的第一或第二柱间设置，宜与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。,下弦横向水平支撑布置,第9章 桁架及屋盖,屋盖 支撑,第9章 桁架及屋盖,（3）纵向水平支撑,构成：由交叉角钢、直杆和屋架下弦第一节间组成的纵向水平桁架 。,作用：加强屋盖结构的横向水平刚度；保证横向水平荷载的纵向分布，加强厂房的空间工作；保证托架上弦的侧向稳定。,布置：当设有软钩桥式吊车且厂房高度大、吊车起重量较大，应在屋架下弦端节间沿厂房纵向通长或局部设置一道；当已设有下弦横向水

8、平支撑时，为保证厂房空间刚度，应尽可能与横向水平支撑连接，以形成封闭的水平支撑系统。,纵向水平支撑布置,第9章 桁架及屋盖,（4）垂直支撑,构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形或W形。,作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。,布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。,当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水平系杆；,当厂房跨度1830m、屋架间距为6m、采用大型屋面板时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置一道垂直支撑；,当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直

9、支撑。,第9章 桁架及屋盖,垂直支撑和水平系杆布置图,第9章 桁架及屋盖,（5）水平系杆,构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆 。,作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定； 下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。,布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。,刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平系杆均应采用刚性系杆。,柔性系杆（拉杆）：其余均可采

10、用柔性系杆。,第9章 桁架及屋盖,（6）天窗架支撑,构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。,作用：保证天窗架上弦的侧向稳定 ；将天窗端壁上的风荷载传给屋架 。,布置：,纵向位置（柱间） ：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设置在天窗端部第一柱间内。,横向位置（道） ：一般垂直支撑设置在天窗两侧。,水平系杆 ：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。,第9章 桁架及屋盖,天窗架支撑布置,第9章 桁架及屋盖,柱间支撑布置,构成：由交叉钢杆件组成，交叉倾角宜取45，支撑钢构件的截面尺寸需经承载力和稳定计算

11、确定 。,柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。,作用：提高厂房的纵向刚度和稳定性；将吊车纵向水平制动力、山墙及天窗端壁的风荷载、纵向水平地震作用等传至基础。,柱间支撑作用示意图,第9章 桁架及屋盖,柱间 支撑,第9章 桁架及屋盖,分类：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下柱柱间支撑。,上柱柱间支撑 ：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部的纵向刚度。,下柱柱间支撑 ：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础 。,形式：十字交叉形；当柱间要通行或放置设备，或柱距较大而不宜采用交

12、叉支撑时，可采用门架式支撑。,门架式柱间支撑,柱间支撑布置,第9章 桁架及屋盖,布置：当设有A6A8的吊车，或A1A5的吊车起重量10t时或厂房跨度18m，或柱高8m时或厂房每列纵向柱总数7根时或设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设置柱间支撑。,上柱柱间支撑设置：一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间以及伸缩缝区段中央或临近中央的柱间 。,下柱柱间支撑设置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置 。,柱间支撑布置,第9章 桁架及屋盖,优点：纵向水平荷载作用下传力路线较短；厂房两端的温度伸缩变形较小；厂房纵向构件的伸缩受柱间支撑的约束较小，所引起的结构温度应力也较小。

13、,柱间支撑与伸缩变形的关系,柱间支撑布置,第9章 桁架及屋盖,结构方案确定和结构布置 檩条设计 屋架内力分析 屋架杆件截面设计 屋架节点设计 绘制施工图，编制材料表,9.4 屋盖设计内容和屋架内力计算,第9章 桁架及屋盖,一. 杆件计算长度 1.桁架平面内理想桁架压杆在平面内计算长度为节点中心距，考虑到拉杆对节点转动的约束作用，一般可根据节点的嵌固程度确定。如下所示，弦杆、支座斜杆和支座竖杆计算长度不折减，其他受压腹杆计算长度l0x0.8l0,9.4.1 屋盖设计内容和屋架内力计算,第9章 桁架及屋盖,2.桁架平面外 取侧向支承点之间的距离。 上弦：上弦横向水平支撑的节间长度 （1）有檩屋盖如

14、檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊牢，可取檩条间距。,（2）无檩屋盖，横向支撑由屋面板代替时取两块屋面板的宽度。一般不大于3.0m。,第9章 桁架及屋盖,下弦：取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。 腹杆：节点在桁架平面外的刚度很小，取l0yl0。 3.斜平面单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，斜平面计算长度取l00.9l，支撑斜杆和支座竖杆不变。,第9章 桁架及屋盖,第9章 桁架及屋盖,4.其他杆件桁架受压弦杆侧向支承点距离为两倍节间长度且两节间弦杆内力不等时，则该弦杆在 桁架平面外的计算长度可按下式计算：,N1较大的压力，计算时取正值； N2较小的压力或拉力，计算时压力取

15、正值，拉力取负值。,第9章 桁架及屋盖,桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度按上式计算。,压力有变化的受压腹杆平面外计算长度 （a）再分式腹杆体系的受压主斜杆 （b）K形腹杆体系的竖杆,第9章 桁架及屋盖,第9章 桁架及屋盖,受拉构件的容许长细比,第9章 桁架及屋盖,受压构件的容许长细比,第9章 桁架及屋盖,二、截面形式 1. 单壁式屋架杆件的截面形式,第9章 桁架及屋盖,确定原则等稳定 上弦杆： 节间无荷载：满足计算长度loy2lox，要使y=x 应使iy2ix，宜采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截面；当loy=lox时，可采用两个等边

16、角钢截面或TM截面。 节间有荷载：为加强桁架平面内的抗弯能力，可采用不等边角钢长肢相连的截面或TN截面。 下弦杆：一般loylox，采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截面。,第9章 桁架及屋盖,支座斜杆：一般loy=lox，采用不等边角钢长肢相连的截面或等边角钢截面，连有再分式杆件的斜腹杆因loy=2lox ，可采用等边角钢相连的截面。 腹杆：一般loy=lo ， lox =0.8l即loy=1.25lox ，采用等边角钢相连的截面，连接垂直支撑的竖腹杆，宜采用两个等边角钢组成的十字形截面，受力很小的腹杆，可采用单角钢截面。,第9章 桁架及屋盖,2.双壁式屋架杆件的截面形式屋架跨度较大时，弦杆等杆件较长，单榀屋架的横向刚度比较低。为保证安装时屋架的侧向刚度，对跨度42m的屋架宜设计成双壁式。其中由（a）和（b）适用于弦杆和腹杆，（c）适用于大跨度的重型双壁式屋架的弦杆和腹杆。,第9章 桁架及屋盖,双角钢T形截面,3.双角钢杆件的填板,