单层厂房结构【建筑资料】

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1、钢结构基本原理及设计第第9 9章屋盖结构章屋盖结构 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 9-49-4节点设计节点设计第第9 9章屋盖结构章屋盖结构 钢结构基本原理及设计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的空间体系。 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 9.1.19.1.1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(2)屋盖结构(3)支撑体系(4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）(5)墙架承受墙体的自重和风荷载。 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 钢结构基本原理及设

2、计单层厂房钢结构的组成示例(a)无檩屋盖(b)有檩屋盖 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 钢结构基本原理及设计9.1.29.1.2柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置一一. .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(2)应满足结构的要求(3)应符合经济合理的原则二二. .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。温度伸缩缝的布置。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 钢结构基本原理及设计柱网布置和计算单元T1 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构

3、钢结构基本原理及设计单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构体系。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。按跨度分:单跨、双跨和多跨。9.1.39.1.3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 钢结构基本原理及设计LK桥式吊车的跨度S由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离B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b1上段柱宽度。H2H1主要尺寸： 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 钢结构基本原理及设计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；(2)承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平

4、荷载及温度应力等，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。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。9.1.49.1.4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 钢结构基本原理及设计柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 钢结构基本原理及设计柱间支撑计算柱间支撑计算一.支撑设计荷载计算1纵向风荷载2吊车纵向水平荷载3纵向地震作用4保证柱子平面外稳定的支撑力二.支撑构件内力计算假设各连接节点均为铰接按轴心受拉或受压计算三.支撑构件截面验算1支撑构件的长细比验算2支

5、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 钢结构基本原理及设计 9-19-1单厂钢结构单厂钢结构 钢结构基本原理及设计钢屋架大型屋面板结构体系 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 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 钢结构基本原理及设计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垂直支撑垂直支撑有檩体系有檩体系 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，运输安装轻便缺

6、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 钢结构基本原理及设计钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖钢屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计屋盖结构布置；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；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： 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计有檩屋盖体系有檩屋盖体系 9-29-2屋盖结构体系屋盖结

7、构体系 钢结构基本原理及设计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 钢结构基本原理及设计一一. .屋架的形式屋架的形式适用于屋面坡度较大的有檩体系，屋面坡度i=1/31/2,跨度1824m。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i=1/161/8,跨度可达36m。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计人字式，再分式用于托架或支撑体系 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计二二. .屋盖支撑屋盖支撑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3）承受并传递屋架的纵向水平力4）增加房屋的整体刚度5

8、）保证结构安装时的稳定与方便1.屋盖支撑作用 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑系杆2.屋盖支撑 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。3.屋架支撑布置 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计屋架的端视图，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

9、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。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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”。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计屋盖支撑系统做法

10、是：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(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(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。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计11112222上弦平面下弦平面 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。

11、 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计支撑根据：房屋跨度高度柱网布置屋盖结构形式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 钢结构基本原理及设计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。在相邻两榀桁架的上弦平面内沿跨度全长设置。11112222上弦平面 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。一般设置房屋两端或温度缝区段两端的第一柱间，当山墙采用封闭结合或与天窗配合，宜设在第二柱间。支撑与屋架用普通螺栓连接支撑间距不宜大于60m，大于60m时应在区段中间增加上弦

12、横向水平支撑。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰。11112222上弦平面叉斜腹杆和双角钢十形或T形截面受压横腹杆(横腹杆型式与下面所述刚性系杆完全相同)体系。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计a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 钢结构基本原理及设计b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长设置。其杆件形式同上弦横向水平支撑。下弦平面 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计当屋架跨度大于18m或屋架跨度虽小于18m，但屋架下弦设有悬挂吊车;或厂房

13、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下弦时。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。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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设置下弦纵向水平支撑。c下弦纵向水平支撑虚线为柔性杆；实线为刚性杆 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。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。设置情况:1.有硬钩吊车，抓斗

14、、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。3.设有5t以上锻锤的厂房。4.屋盖设有托架和中间屋架。5.屋架跨度=30m,轨顶标高=15m起重吨位较大的桥式吊车（轻、中级工作制Q=30t，重级工作制Q=10t)。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆)间平面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋架跨度l30m时在两端和跨度中央共设三道。d.垂直支撑 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计当l30m时在两端以及跨度l3处或天窗架侧柱处共设四道。l/3l/3l/3 9-29-2屋盖结构体系屋

15、盖结构体系 钢结构基本原理及设计三角形屋架跨度l18m时在跨度中央设一道，l18m时在跨度13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T形截面。屋架垂直支撑l/3l/3l/3 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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0.5，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0.3，常用W形腹杆体系、腹杆截面根据杆件长度和受力情况(拉或压)而采用单角钢或双角钢T形截面。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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

16、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。f系杆f柔性系杆K刚性系杆此外，对受压的上弦，必要时也对下弦，还应根据控制弦杆长细比的要求按一定间距增设中间系杆。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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，柔性系杆的设计可按350，400控制，常用单角钢截面；刚性系杆的设计可按=200控制，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，

17、可同时作为上弦系杆。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计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。当其间净距超过60m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 钢结构基本原理及设计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；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

18、杆设计成刚性系杆。 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计上、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。屋盖支撑的构造屋盖支撑的构造a.上弦支撑b.下弦支撑 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计柔性系杆刚性系杆 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计柔性系杆刚性系杆支撑连接板 9-29-2屋盖结构体系屋盖结构体系 钢结构基本原理及设计 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 一一. .屋架的主要尺寸：屋架的主要尺寸：屋架跨度跨中高度端部高度1.跨度铰接封闭结合Lo=L-(3004

19、00mm)铰接非封闭结合L2.高度根据经济、刚度、建筑要求屋面坡度、运输条件 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计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，当上弦坡度为时，跨中高度一般为。跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大）时取大值。梯形桁架的端部高度：当桁架与柱铰接时为1.62.2m，刚接时为1.82.4m。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 钢结构基本原理及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度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。对跨度15m的三角形桁架和跨度超

20、过24m的梯形、平行弦桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，抵消桁架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500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高度。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计1.作用于屋架上的荷载有：二二. .桁架的荷载和内力桁架的荷载和内力屋架(包括支撑)自重；屋面恒荷载(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)；活荷载；雪荷载；风荷载和积灰荷载等。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计房屋还有吊顶(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。以上荷载通

21、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kNm2计，其值可由建筑结构荷载规范GB50009-2001或手册查得，或按材料的厚度或规格算得。计算杆件内力时应按设计荷载，即荷载标准值乘以相应分项系数。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计a屋面恒荷载：应按屋面实际做法和屋面板、檩条规格等与建筑结构荷载规范或由材料规格、厚度算得。通常表达为按屋面倾斜面积计算的均布荷载kNm2b.屋架自重：屋架自重(包括支撑)可按下列近似经验公式(L以m计）：屋架自重的一半作用在上弦平面，另一半作用在下弦平面。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。 9-39-3钢屋架

22、设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计c.雪荷载或屋面活荷载：屋面水平投影面上的雪荷载设计值S按下式：式中s0为房屋所在地区的基本雪压，可由建筑结构荷载规范查得；为屋面积雪分布系数，一般在屋面坡度25时取1，50时取0。中间按直线插值；1.4为雪荷载分项系数。设计屋架时还要考虑屋面活荷载，与雪荷载不同时考虑，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。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 钢结构基本原理及设计d风荷载：作用在一般房屋和屋盖表面上的风荷载设计值w按下式：风荷载一般可不予考虑对轻型屋面、开敞式房屋或风荷

23、载标准值大时，应根据房屋体形、坡度情况及封闭状况等，按荷载规范的规定计算风荷载的作用。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计2.各种均布荷载汇集成节点荷载的计算式为：i第i种荷载分项系数。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计qi沿屋面坡向作用的第i种荷载标准值。对于沿水平投影面分布的荷载qigicos；S屋架的间距；a屋架弦杆节间水平长度；3.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，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。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计桁架

24、内力应根据使用和施工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列三种情况：(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载；(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载；(3)全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载； 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计1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铰接桁架计算。这时所有杆件为轴心受力，不承受弯矩，具体计算可用图解法、数解法、计算机法等。2.2.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 钢结构基本原理及设计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

25、刚接，各杆件将既受轴心力又受弯矩。但是，普通钢桁架中各杆件截面高度一般都小于其长度的115(对腹杆)和110(对弦杆)，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M常比较小，而轴心力N与铰接情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接桁架有所增加，加大部分称为次应力。对于少数荷载较重的桁架，当杆件截面高度超过其长度的110时，次应力常可达主应力的1030%。必要时可作计算。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计(1)各杆件的轴线均居于同一平面内且相交于节点中心；(2)各节点均视为铰接，忽略实际节点产生的次应

26、力；(3)荷载均作用于桁架平面内的节点上，因此各杆只受轴向力作用。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；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 钢结构基本原理及设计计算内力系数1/21111/2计算出图示半跨单位荷载作用下的内力，称为各杆件的内力系数。利用内力系数可以求出实际荷载作用下的内力。ABCD 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计11111/21111/21111/21/21/21111/2 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计11111/21

27、111/21111/21/21/21111/2ABCDA1B1C1D1A2B2C2D2NAB=NA1B1+NA2B2NC1D1=NA2B2NAB=NA1B1+NC1D1 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计1.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，杆件在衍架平面内的计算长度大致为loxl，l为杆件几何长度，即节点中心间距离。三三. .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 钢结构基本原理及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，

28、将约束该杆失稳时的端部转动(称为嵌固作用)，从而提高其整体稳定性而可将l乘以1的计算长度系数作折减。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计梯形桁架的弦杆、支座竖杆和支座斜杆，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长度可取节点间的轴线长度，即：其它腹杆，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;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可取： 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计a弦杆：弦杆在桁架平面外的计算长度，应取弦杆侧向支承点间的距离l1，即loyl1。弦杆侧向支承点一般是指桁架水平支撑或

29、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。2.桁架平面外的计算长度loy 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计无檩体系屋盖中的上弦杆上直接放置钢筋混凝土大型屋面板时，保证大型屋面板与上弦三点可靠焊接，使大型屋面板能起支撑作用，可取两块大型屋面板的宽度，即 ；若不能保证三点可靠焊接，则认为大型屋面板只能起到刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离; 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计平面外的计算长度loy桁架弦杆侧向支承点间的距离l1通常可达桁架平面内节间长度l的2倍，各节间的轴心力常不相等。对各节间轴心压力不相等的受压弦杆，桁架平面外的计

30、算长度可对l1略作折减，按下式：取0.5l1 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计较大的压力，计算时取正值；较小的压力或拉力,计算时压力取正值,拉力取负值; 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计b一般腹杆：一般腹杆在两端与其它杆件相连，由于节点板(有时不用节点板)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 钢结构基本原理及设计3.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,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内失稳。此时，在桁架下弦节点处尚可起到一定的嵌固作用，故取腹杆斜平面的计

31、算长度。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计4.交叉腹杆计算长度a.平面内计算长度其平面外的计算长度，当按拉杆设计时，取节点中心间的距离l(交叉点不作为节点)，当按压杆设计时，应按表取用。十字交叉支撑斜杆的平面内计算长度应取节点中心到交叉点间的距离；b.平面外计算长度 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计交叉腹杆平面外的计算长度：相交的另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断，但以节点板搭接杆件相交情况计算长度杆件类别相交的另一杆受压，两杆在交叉点均不中断压杆相交的另一杆受压，此另一杆在交叉点中断，但以节点板搭接相交的另一杆受拉，两杆在交叉点均不中断 9-39-3钢

32、屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计N为所计算杆的内力，N0为相交另一杆的内力，均为绝对值。两杆均受压时，取N0N，两杆截面应相同。5.施工阶段不对称吊装屋面板6.杆件容许长细比屋架上弦杆平面外计算长度N2最小设计杆力N1最大设计杆力压为正半跨长度 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计桁架杆件截面型式应根据用料经济、连接构造简单和具有必要的强度、刚度等要求确定。一般桁架中全部或多数杆件为轴心受力杆件，应尽量使杆件在桁架平面内和平面外的长细比相接近，这样刚度和稳定好而钢材省。等稳定原则四四. .桁架杆件截面选择桁架杆件截面选择 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原

33、理及设计常用截面型式见图；普通钢桁架中主要用双等边或不等边角钢T形截面，个别杆件用双等边角钢十形截面，支撑和轻型桁架的某些杆件可用单角钢截面。双角钢T形截面的回转半径约为ix0.3h，iy0.21b；不等边角钢的边长比约为1.551.6，由此得截面iy/ix比值大致如图。iy/ix=1.31.7iy/ix=2.63.0iy/ix=0.751.1iy/ix=1.0 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计1.杆件的截面形式上弦杆可采用双不等肢角钢短边相并的T形截面，宽大的翼缘有利放置檩条或屋面板；较大的侧向刚度也有利于运输和吊装的稳定要求。1）上弦杆垫板 9-39-3钢屋架设计钢屋

34、架设计 钢结构基本原理及设计在一般支撑布置下，loy2lox；为满足xy；应使iy2ix，当有节间荷载时，为提高杆件截面平面内抗弯能力，宜采用双等肢角钢或长边相并的两不等肢角钢T形截面。垫板 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计下弦杆可采用双等肢角钢或两不等肢角钢短肢相并的T形截面，以提高侧向刚度，利于满足运输、吊装的刚度要求，且便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件决定，尚应满容许长细比要求。2）下弦杆垫板 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计端斜腹杆可采用两不等肢角钢长边相并的T形截面，其计算长度loy=lox=l；iy/ix=1.0。当杆件短或内

35、力小时可采用双等肢角钢T形截面。4）其它腹杆其它腹杆均宜采用双等边角钢T形截面；竖杆可采用双等肢十字形截面，以利于与垂直支撑连接和防止吊装时连接面错位。3）端斜腹杆 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计2.节点板和填板普通钢板中的应力十分复杂，通常不作屋架双角钢截面的杆件，在节点处以节点扳连接。节点计算，根据工程经验查表确定其厚度。填板厚度同节点板厚度。填板厚度同节点板厚，宽度一般取4060mm,长度取：T形截面比角钢肢宽大1015mm;十字形截面则由角钢肢尖两侧各缩进1015mm。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计中间节点板均采用一种厚度，支座节点板由

36、于受力大很重要，厚度比中间的增大2mm。节点板的厚度对于梯形普通钢桁架等可按受力最大的腹杆内力确定，对于三角形普通钢桁架则按其弦杆最大内力确定。Q235 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计填板间距ld，对压杆取ld40i；对拉杆取ld80i，对T形截面i为一个角钢对平行于垫板的自身形心轴的回转半径；对十字形截面i为一个角钢的最小回转半径。垫板数在压杆的两个侧向固定点间不宜少于两块。T形截面比角钢肢宽大1015mm;十字形截面则由角钢肢尖两侧各缩进1015mm。ldld 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计3.杆件截面选择选择截面应考虑要求：(1)应选用相同

37、截面积下宽肢薄壁角钢，增加截面的回转半径，这对压杆尤为重要。(2)角钢规格不宜小于L454或L56364。有螺栓孔时，角钢的肢宽须满足附录10的要求。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽须满足搁置尺寸要求。(3)一榀桁架的角钢规格应尽量统一，宜调整到不超过57种。同时应尽量避免使用同一肢宽而厚度相差不大的角钢，同一种规格的厚度之差不宜小于2mm，以便施工时辨认。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计轴心受拉杆件应按强度条件计算杆件需要的净截面面积：AnNf；轴心受压杆件应按整体稳定性条件计算杆件需要的毛截面面积：AN(A)；压弯或拉弯杆件，当上弦杆或下弦杆受节间荷载时，杆件同时承受

38、轴心力和局部弯矩作用，应按压弯或拉弯构件计算、通常采用试算法初步估算截面，然后再验算其强度和刚度，对压弯构件尚应验算弯矩作用平面内和平面外的稳定性。4.杆件截面计算(4)桁架弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形桁架和跨度大于30m的梯形桁架，可根据内力变化改变弦杆截面，但在半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以便拼接的构造处理。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计轴心压杆可由稳定条件确定所需的截面面积。先假定长细此(弦杆一般取=60100，腹杆一般取=80120)，由查，A，同时计算，选择角钢，根据所选用角钢的实际截面积A，回转半径，按轴心受压构

39、件进行强度、刚度和稳定性验算。不满足，可重新计算或在原选择的截面的基础上改选角钢验算。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计内力很小或按构造设置的杆件，可按容许长细比选择构件的截面。首先计算截面所需的回转半径：ixlox，iyloy，或iminlo。yz再根据所需的ix、iy、imin，查角钢规格表选角钢，确定截面。 9-39-3钢屋架设计钢屋架设计 钢结构基本原理及设计 9-49-4节点设计节点设计 一一.步骤和一般原则步骤和一般原则 节点的设计传力明确、可靠构造简单制造、安装方便等 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计(1)杆件的重心线，原则上应与桁架计算简

40、图中的几何轴线重合，以避免杆件偏心受力，但为制作方便，实际焊接桁架中通常把角钢背外表面到重心线的距离取为5mm的倍数；当弦杆截面改变时，应使角钢的肢背齐平，以便于拼接和放置屋面构件；当节点板两侧角钢因截面变化引起形心轴线错开时，应取两轴线的中线作为弦杆的共同轴线以减少偏心影响。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计(2)在节点板处弦杆与腹杆，或腹杆与腹杆之间应留有20mm的空隙，动载时50mm以利于拼接和施焊，且避免因焊缝过于密集而导致节点板钢材变脆。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计角钢端部的切割一般应与轴线垂直，为了减小节点板尺寸，可将其一肢斜切，但不得采用

41、将一肢完全切割的斜切。（3）节点板的形状应力求简单规整，尽量减小切割边数宜用矩形、有两个直角的梯形或平行四边形。节点板不许有凹角，以防产生严重的应力集中。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计计算好的各腹杆与节点的连接焊缝尺寸，进行焊缝布置并绘于图上，而后定出节点板的外形。确定节点板外形时，要注意沿焊缝长度方向应多留约2hf的长度以考虑施焊时的焊口，垂直于焊缝长度方向应留出1015mm的焊缝位置 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计节点板边缘与杆件轴线间的夹角。不宜小于15，且节点板的外形应尽量使连接焊缝中心受力。节点板应伸出上弦杆角钢肢背1015mm，以利施焊；也

42、可将节点板缩进弦杆角钢背，称为塞焊缝连接。钢结构基本原理及设计(4)根据已有节点板的尺寸，布置弦杆与节点板间的连接焊缝。当弦杆在节点处改变截面，则还应在节点处设计弦杆拼接。(5)绘制节点大样，确定节点上需标明的尺寸，为绘制施工详图时提供必要的数据。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计节点设计首先应按各杆件的截面形式确定节点的构造形式，根据腹板内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后按所需的焊缝长度和杆件之间的空隙，适当考虑制造装配误差，确定节点板的合理形状和尺寸。最后验算弦杆和节点板的连接焊缝。二二. .节点的构造和计算节点的构造和计算桁架杆件与节点板间的连接，通常采用角焊缝

43、连接形式，对角钢杆件一般采用角钢背和角钢尖部位的侧焊缝连接；必要时也可采用三面围焊缝连接。节点板的尺寸应能保证所需角焊缝的布置要求。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计1.上弦节点1）上弦节点中腹杆与节点板的连接焊缝长度肢背肢尖 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2）有檩屋盖中的桁架上弦节点上弦杆与节点板间的焊缝除承受弦杆节点相邻节间的内力差外，还承受由檩条传给上弦杆节点荷载。檩托的存在，节点板无法伸出角钢背，缩进在计算上弦与节点板的连接焊缝时，考虑上弦杆内力差与集中荷载的共同作用。对焊缝的计算： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计(a)肢背的焊

44、缝承受节点荷载P。焊缝按两条为节点板厚度）的角焊缝计算，屋面倾角为，角焊缝的下列计算公式得出： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计式中，是竖向节点荷载对焊缝长度中点的偏心距所引起的力矩,是考虑到焊缝的质量不易保证，而将角焊缝的强度设计值降低20%。当荷载P对槽焊缝长度中点的偏心距较小可略去不计时；当为梯形桁架、屋面坡度为1/12时，简化为 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计(b)肢尖的焊缝弦杆角钢肢尖的两条角焊缝承担和由于与肢尖焊缝的偏心距e而产生的。由此可确定肢尖焊缝所需的焊脚尺寸，计算公式为 9-49-4节

45、点设计节点设计 钢结构基本原理及设计上弦杆与节点板间的焊缝除承受弦杆节点相邻节间的内力差，还承受节点荷载。在计算上弦与节点板的连接焊缝时，考虑上弦杆内力差与集中荷载的共同作用。无檩屋架的上弦节点。无檩屋架上弦杆一般坡度较小，节点承受大型屋面板传来的集中荷载Q和弦杆的内力差N的作用，且Q与N接近垂直作用，因一般情况下，焊缝长且偏心小，故Q的偏心影响可忽略。3）大型屋面板屋盖上弦节点（坡度小） 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计节点板伸出弦杆角钢背1015mm。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2.下弦节点1）下弦节点腹杆与节点板的连接焊缝计算与上弦节点相同2）弦

46、杆与节点板的连接焊缝,a)当节点上无外荷载时,仅承受下弦相邻节间的内力差,一般较小,焊脚尺寸由构造要求而定。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计b)当节点上有集中荷载作用时,下弦肢背与节点板的连接焊缝按下式计算下弦肢尖与节点板的连接焊缝按下式计算 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计3.屋脊拼接节点屋架一般在工厂制成两半，工地拼接后再安装就位。工厂制造时节点板和中央竖杆属于左半桁架，焊缝在车间施焊；节点板与右方杆件的焊缝为工地施焊，称为安装焊缝。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计屋架弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接两种。弦杆的拼接一般用连接角钢。拼

47、接时通过安装螺栓定位和夹紧所连接的弦杆然后再施焊。thf5mm 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计连接角钢为便于施焊须铲去角钢背棱角，并采用与被连接件相同的截面，连接角钢的竖肢应切去宽度为thf5mm，t为连接角钢的厚度hf为拼接角焊缝厚度。割棱切肢引起的截面削弱不宜超过原截面的15，并由节点板和填板补偿。thf5mm 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计1）上弦杆与拼接角钢连接的计算:拼接角钢为独立零件，左、右两半屋架工地拼接后，再将拼接角钢与左右两半榀屋架的弦杆焊接。为便于安装就位节点板与右方腹杆间应设一个安装螺接连接；拼接角钢应与左、右弦杆间设2个安装螺栓固

48、定夹紧。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2）上弦杆与节点板间连接计算对一般上弦拼接节点，上弦杆与节点板间的连接焊缝可根据集中力Q计算；对于脊节点处，则需承受接头两侧弦杆的竖向分力及节点荷裁Q的合力。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计计算上弦与节点板的连接焊缝时。假定节点荷载由上弦角钢肢背处的焊缝承受,按计算。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝按上弦内力的15%计算,并考虑此力产生的弯矩。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计上弦杆与节点板间连接焊缝的计算节点处上弦杆与节点板间的连接焊缝共有8条焊

49、缝，每条焊缝的长度可按下式计算：上弦杆的水平分力，应由拼接角钢传递D=Q2Nsin为竖杆中内力 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计4.下弦杆的拼接节点下弦杆的拼接节点的连接与工作原理同上弦杆的拼接节点。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计1）下弦杆与节点板间连接的焊缝计算节点板与每侧下弦杆角钢间的焊缝计算，内力较大一侧弦杆与节点板的连接，按两侧下弦较大内力15%和节点两侧弦杆内力差NNlN2的较大值计算：k为角钢肢背或角钢尖内力分配系数kl或k2，查表定。下弦杆与节点板间连接的焊缝计算当两侧弦杆内力相等，即N0时，按两弦杆较大内力的15，即0.15Nmax计算:

50、 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2）下弦拼接角钢与弦杆的连接计算拼接角钢与下弦杆角钢间共有4条角焊缝，承担节点两侧内力设计值。对轴心拉杆的拼接，按截面的抗拉强度承载力进行连接计算。认为平均受力。由连接焊缝的需要可求出拼接角钢的总长度为 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计支座节点包括节点板、加劲助、支座底板和锚栓等部件。加劲肋设在支座节点中心处，用来加强支座底板刚度，减小底扳弯矩，均匀传递支座反力并增强支座节点板的侧向刚度；5.铰接支座节点： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计支座底板的作用是增加支座节点与混凝土柱顶的接触面积，把节点板和加劲肋

51、传来的支座反力均匀地传递到柱顶上；锚栓应预理于柱顶，一般取直径d2024mm。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计为了安装时便于调整屋架支座位置，底板上的锚栓孔直径取锚栓直径的2.02.5倍，并开成开口的椭圆豁孔。垫板厚度与底板相同，孔径稍大于锚栓直径12mm，屋架安装就位并经调整正确后，将垫板与底板焊牢。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计1）支座底板的计算a)支座反力验算柱顶混凝土的抗压强度N/mm2b)底板的厚度t两支承边之间的对角线长度系数 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2)加劲肋与

52、节点板的连接焊缝计算：加劲肋与节点板的连接焊缝计算。偏安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的四分之一。3）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算设焊缝传递全部支座反力R，每块加劲肋各传R/4，节点板传递R/2。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计绘制施工图的主要步骤和要求：钢结构施工图包括构件布置图、构件图及总说明等。构件布置图是表达各类构件位置的整体图形。主要用于钢结构的安装，也是结构制作的依据。a)在图中适当位置以小比例绘出屋架简图，注明屋架的几何尺寸、计算杆力和起拱要求；b)根据屋架的几何尺寸绘出屋架杆件的轴线，杆件轴线比例一般为1：201：30；c)根据所选定的杆件截面

53、绘出截面宽度； 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计d)根据在节点上近端距离要求截断杆件，按照杆端焊缝的计算长度绘出节点板。节点板的尺寸大小应满足焊缝长度和施工安装误差。杆件截面宽度及节点板尺寸所用比例尺要比轴线扩大一倍，一般为1：101：15。e)绘制屋架上、下弦杆的平面图、剖面图、侧视图、节点和零件大样详图。在上下弦杆平面及有关剖面图上要把屋架与支撑连接的栓孔位置标注清楚。对于连支撑与不连支撑的屋架可用一张施工图表示，只需在图中注明哪些编号的屋架有此栓孔或无此栓孔即可； 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计f)标注尺寸，包括注明所有板件及杆件的定位尺寸、孔洞位置

54、及对工厂加工、工地施工的所有要求，定位尺寸主要指杆件轴线至角钢背的距离（以5mm为模数），节点中心至杆件的近端距离，节点中心至节点板上、下和左、右边缘的距离；零件的轮廓尺寸要尽量取整，为10mm的模数。要注意区别注明拼接节点上的工厂焊缝和工地焊缝。g)编制材料表及说明。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计1.1.上弦节点上弦节点腹杆与节点板肢背肢尖节节 点点 设设 计计 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计大型屋面板屋盖上弦节点上弦杆与节点板间的焊缝除承受弦杆节点相邻节间的内力差，还承受节点荷载。忽略坡度，偏心距。无檩屋架上弦杆一般坡度较小，节点承受大型屋面板传来

55、的集中荷载Q和弦杆的内力差N的作用，Q与N接近垂直作用，焊缝长且偏心小，故Q的偏心影响可忽略。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计节点板伸出弦杆角钢背1015mm。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计2.2.下弦节点下弦节点腹杆与节点板与上弦节点相同弦杆与节点板当节点上无外荷载时,仅承受下弦相邻节间的内力差,一般较小,焊脚尺寸由构造要求而定。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计工厂拼接和工地拼接拼接角钢连接角钢的竖肢应切去宽度为thf5mm，t为连接角钢的厚度hf为拼接角焊缝厚度。3.3.屋脊拼接节点屋脊拼接节点上弦杆与拼接角钢： 9-49-4节

56、点设计节点设计 钢结构基本原理及设计上弦杆与节点板共8条焊缝，每条长度可按下式计算：mm)+弦杆杆端空隙 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计4.4.下弦杆的拼接节点下弦杆的拼接节点 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计下弦杆与节点板按两侧下弦较大内力15%和节点两侧弦杆内力差NNlN2的较大值计算： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计下弦杆与拼接角钢拼接角钢与下弦杆角钢间共有4条角焊缝，承担节点两侧内力设计值。按截面的抗拉强度承载力进行连接计算。 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计5.5.铰接支座节点：铰接支座节点： 9-49-4节

57、点设计节点设计 钢结构基本原理及设计支座底板的计算a)支座反力验算柱顶混凝土的抗压强度L454宽度4060mm，伸出1015mm截面验算节点设计施工图 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计可变荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：荷载组合：荷载组合： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计(1)全跨永久荷载+全跨可变荷载；(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载；(3)全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载；第i个可变荷载的组合值系数，可按荷载规范的规定采用；组合值系数：活荷载0.7雪荷载0.7积灰荷载0.9(1.0) 9-49-4节点设计节点设计 钢结

58、构基本原理及设计活荷载积灰荷载积灰荷载活荷载积灰荷载活荷载 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载。半跨屋面板重半跨屋面活荷载（1）等边单角钢截面当时 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计当时：（2）等边双角钢截面当时：当时： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计（3）长肢相并的不等边双角钢截面当时：当时： 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计ABCDbeGdJHIEFgfca钢结构课程设计钢结构课程设计 9-49-4节点设计节点设计 钢结构基本原理及设计ABCD3GJHIEF12a1/211111111/21图解法介绍图解法介绍 9-49-4节点设计节点设计