9单层厂房钢结构

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1、第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构请请单单击击此此图图播播放放第9章 单层厂房钢结构9.1 单层厂房钢结构的组成及布置原则单层厂房钢结构的组成及布置原则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单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构一般由单层厂房钢结构一般由单层厂房钢结构一般由单层厂房钢结构一般由屋盖结构、柱、吊车梁、屋盖结构、柱、吊车梁、屋盖结构、柱、吊车梁、屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、各类支撑及墙架制动梁（或制动桁架）、各类支撑及墙架制动梁（或制动桁架）、各类支撑及墙架制动梁（或制动桁架）、各类支撑及墙架等构件组成等构件组成等构件

2、组成等构件组成的空间体系。按其作用分为：的空间体系。按其作用分为：的空间体系。按其作用分为：的空间体系。按其作用分为：第9章 单层厂房钢结构 1. 1.横向框架横向框架横向框架横向框架 2. 2.屋盖结构屋盖结构屋盖结构屋盖结构 3. 3.支撑体系支撑体系支撑体系支撑体系 4. 4.吊车梁和制动梁吊车梁和制动梁吊车梁和制动梁吊车梁和制动梁 5. 5.墙架墙架墙架墙架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柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 1. 1.柱网布置柱网布置柱网布置柱网布置 2. 2.温度伸缩缝温度伸缩缝温度伸缩缝温度伸缩缝第9章 单层厂房钢结构9.4

3、 屋盖结构体系屋盖结构体系1.1.了解钢屋盖的种类、截面形式和应用；了解钢屋盖的种类、截面形式和应用；3.3.掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制；掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制；2.2.掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则；掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则；普通钢屋架设计内容普通钢屋架设计内容：屋架的荷载计算；屋架的荷载计算；杆件内力计算和组合；杆件内力计算和组合；正确选择杆的截面型式和确定计算长度；正确选择杆的截面型式和确定计算长度；选择截面并验算各杆件的承载力；选择截面并验算各杆件的承载力；计算节点连接并绘制钢屋架施工图。计算节点连接并绘制钢屋架施工图。第9章 单层厂房钢结构钢屋盖的类别包括：钢屋

4、盖的类别包括：平平面面钢钢屋屋架架第9章 单层厂房钢结构空间桁架：空间桁架：第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构 网架网架第9章 单层厂房钢结构9.4.19.4.1钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构件等构件等构件等构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材

5、料和屋面结构布置情况的不同，可分为组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩无檩无檩无檩屋盖体系屋盖体系屋盖体系屋盖体系和和和和有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。有檩屋盖体系。 房屋横向刚度大，整体性、耐久性房屋横向刚度大，整体性、耐久性 好；屋好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。震不利。 屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。1.无檩屋盖无檩屋盖结构体系：结构体系：2.2.有檩屋盖有檩屋盖结构体系：结构体系：一一般般用

6、用于于预预应应力力混混凝凝土土大大型型屋屋面面板板等等重重型屋面，将屋面板直接放在屋架上。型屋面，将屋面板直接放在屋架上。 常用于轻型屋面材料的情况。常用于轻型屋面材料的情况。 第9章 单层厂房钢结构3.天窗架形式天窗架形式4.4.托架形式托架形式第9章 单层厂房钢结构图图9.4.2无檩屋盖无檩屋盖平平面面屋屋架架在在屋屋架架平平面面外外的的刚刚度度和和稳稳定定性性很很差差，不不能能承承受受水水平平荷荷载载。因因此此，为为使使屋屋架架结结构构有有足足够够的的空空间间刚刚度度和和稳稳定定性性，必必须须在在屋屋架架间间设设置置支撑系统。支撑系统。 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑

7、下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 垂直支撑垂直支撑 系杆系杆 组成组成9.4.29.4.2钢屋盖支撑钢屋盖支撑钢屋盖支撑钢屋盖支撑第9章 单层厂房钢结构1.上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑组成：组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆作用：作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平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，承受和传递端墙的风荷载。面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：布置：上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其两

8、端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为最大间距为60m，否则在中间应否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要一个柱间要设置刚性系杆设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。以支持端屋架和传递端墙风力。 第9章 单层厂房钢结构2.下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑组成：组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、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的水平力，减小下弦的平悬挂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

9、度，减小下弦的振动。面外计算长度，减小下弦的振动。布置：布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系，系，其其最大间距为最大间距为60m。屋架跨度大于屋架跨度大于18m时时，屋架下弦设有悬挂吊车时，屋架下弦设有悬挂吊车时，抗风柱支承在屋架下弦时，抗风柱支承在屋架下弦时，屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。第9章 单层厂房钢结构图图9.4.3第9章 单层厂房钢结构图图9-7第9章 单层厂房钢结构图图9-8第9章 单层厂房钢结构3.下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑组成：组成：系杆、斜

10、杆系杆、斜杆作用：作用：增加屋盖空间刚度，承增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。受和传递吊车横向水平制动力。布置：布置：屋架两边，与横向支撑屋架两边，与横向支撑形成封闭框。形成封闭框。当房屋较高、跨当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级工作制桥有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时，均应式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。平支撑。 一般情况可以省掉。一般情况可以省掉。下弦纵向水平支下弦纵向水平支撑撑第9章 单

11、层厂房钢结构组成：组成：系杆、斜杆系杆、斜杆作用：作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。定。布置位置：布置位置：屋架的垂直支撑应与屋架的垂直支撑应与上、下弦横向水平支上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。撑设置在同一柱间。每隔每隔4 45 5个开间布置个开间布置一道。一道。4.垂直支撑垂直支撑第9章 单层厂房钢结构无天窗，跨度无天窗，跨度l30m，布置在屋，布置在屋架两端、跨度架两端、跨度l/3处处。布置原则布置原则: （1）梯形或平行弦屋架）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨无天窗，跨度度l30m，布置，布置在屋架两端、跨在屋架两端、跨中。

12、中。 图图9.4.5a垂直支撑的布置垂直支撑的布置图图9.4.5b垂直支撑的布置垂直支撑的布置第9章 单层厂房钢结构有天窗、跨有天窗、跨度度l30m，布置在，布置在屋架两端、跨度屋架两端、跨度l/3处、天窗架两处、天窗架两端端。有天窗、跨有天窗、跨度度l30m，布置，布置在屋架两端、跨在屋架两端、跨中、天窗架两端中、天窗架两端。图图9.4.5c垂直支撑的布置垂直支撑的布置图图9.4.5d垂直支撑的布置垂直支撑的布置第9章 单层厂房钢结构（2）三角形屋架）三角形屋架跨度小于跨度小于18m时，布置在屋时，布置在屋架中间架中间。跨度大于跨度大于18m时，一般视具体时，一般视具体情况布置两道情况布置两

13、道。图图9-9e垂直支撑的布置垂直支撑的布置图图9-9f垂直支撑的布置垂直支撑的布置第9章 单层厂房钢结构作用：作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。杆的计算长度，传递水平荷载。系杆分系杆分刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能承受拉力）承受拉力）两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。布置：布置：在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。在横向支撑或垂直支

14、撑节点处应沿房屋通长设置系杆。水平横向支撑设在第二柱间时，水平横向支撑设在第二柱间时，第一柱间第一柱间端屋架需与第端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。5.系杆系杆第9章 单层厂房钢结构屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的交角在弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的交角在30o60o之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋之间。通常横向水平支撑节点间的距离

15、为屋架上弦节间距离的架上弦节间距离的24倍，纵向水平支撑的宽度取屋倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般为架端节间的长度，一般为6m左右。左右。支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系用单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的T形截面或十字形截面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两个方向具有等稳定性。个方向具有等稳定性。屋盖支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许长细屋

16、盖支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许长细比和构造要求决定。比和构造要求决定。支撑与屋架的连接支撑与屋架的连接通常用通常用M20的的C级螺栓，级螺栓，支撑与天窗架的连接支撑与天窗架的连接通常用通常用M16的的C级螺栓级螺栓。6.支撑的计算和构造支撑的计算和构造第9章 单层厂房钢结构 保证屋盖的整体性，提高空间刚度保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅仅由由平平面面桁桁架架、檩檩条条及及屋屋面面材材料料组组成成的的屋屋盖盖结结构构，是是一一个个不不稳稳定定的的体体系系，如如果果将将某某些些屋屋架架在在适适当当部部位位用用支支撑撑连连系系起起来来，成成为为稳稳定定的的空空间间体体系系，其其余余屋屋架架

17、再再由由檩檩条条或或其其他他构构件件连连接接在在这这个个空空间间稳稳定定体体系系上上，就就保保证证了整个屋盖结构的稳定。了整个屋盖结构的稳定。 避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。 承承担担和和传传递递水水平平荷荷载载（如如纵纵向向和和横横向向风风荷荷载载、悬悬挂吊车水平荷载和地震作用等）。挂吊车水平荷载和地震作用等）。 保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 屋屋盖盖的的安安装装首首先先用用支支撑撑将将两两相相邻邻

18、屋屋架架连连系系起起来来组组成成一一个个基基本本空空间间稳稳定定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。7. 7.支撑的作用支撑的作用支撑的作用支撑的作用第9章 单层厂房钢结构桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆端相桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆端相桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆端相桁架是由杆件组成的几何不变体，即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。桁架中的杆件大多互连接而组成的以抗

19、弯为主的格构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，材料性能发挥较好，只承受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，材料性能发挥较好，只承受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，材料性能发挥较好，只承受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，材料性能发挥较好，从而能节省钢材和减轻结构自重，特别适用于跨度和高度较大从而能节省钢材和减轻结构自重，特别适用于跨度和高度较大从而能节省钢材和减轻结构自重，特别适用于跨度和高度较大从而能节省钢材和减轻结构自重，特别适用于跨度和高度较大的结构。的结构。的结构。的结构。桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平

20、面桁架两类。桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两类。网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的平面桁架如屋架、网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的平面桁架如屋架、网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的平面桁架如屋架、网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的平面桁架如屋架、吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内力不受支座吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内力不受支座吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内力不受支座吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内力不受支座沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便最

21、为常用。本沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便最为常用。本沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便最为常用。本沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便最为常用。本节着重讨论平面简支钢桁架节着重讨论平面简支钢桁架节着重讨论平面简支钢桁架节着重讨论平面简支钢桁架屋架的设计。屋架的设计。屋架的设计。屋架的设计。9.6 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计第9章 单层厂房钢结构3.3.满足制造、安装和运输要求满足制造、安装和运输要求 构造简单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060； 杆件与节点数量少；杆件与节点数量少； 分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装；确定屋架形

22、式的原则：确定屋架形式的原则：满足适用、经济和制造安装方便的原则。满足适用、经济和制造安装方便的原则。满足适用、经济和制造安装方便的原则。满足适用、经济和制造安装方便的原则。1.1.满足使用要求满足使用要求屋架外形应与屋架外形应与屋面材料的排水要求屋面材料的排水要求相适应。相适应。2 2. .满足经济要求满足经济要求 屋屋架架外外形形应应尽尽量量和和弯弯矩矩图图接接近近，使使上上下下弦弦杆杆 内内力力沿沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小； 腹杆的布置宜使腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉；短杆受压，长杆受拉； 荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。荷载布置在节点上

23、，减少弦杆局部受弯。9.6.19.6.1桁架的形式和主要尺寸桁架的形式和主要尺寸桁架的形式和主要尺寸桁架的形式和主要尺寸第9章 单层厂房钢结构1. 1. 桁架的形式桁架的形式桁架的形式桁架的形式（1）三角形桁架）三角形桁架受力不均匀，刚度小，坡度受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，适用于中、小跨度大，排水好，适用于中、小跨度（l在在1824m）采用轻型屋面材采用轻型屋面材料的有檩体系。料的有檩体系。图图9.6.1三角形桁架三角形桁架主要有三角形、梯形、矩形等。主要有三角形、梯形、矩形等。主要有三角形、梯形、矩形等。主要有三角形、梯形、矩形等。芬克式芬克式芬克式芬克式 外形和弯矩图不相适应，弦杆

24、外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。近跨中处小，横向刚度小。 上下弦交角小，端节点构造复上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。造。第9章 单层厂房钢结构（2）梯形桁架）梯形桁架外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。 适适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。图图9.6.2梯形桁架梯形桁架人字式人字式特点：

25、腹杆总长度短，节点少。特点：腹杆总长度短，节点少。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。再分式再分式屋架高度屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为梯形屋架的中部高度一般为（1/101/101/61/6）L L，与柱刚接的与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为梯形屋架，端部高度一般为（1/161/161/121/12）L L，通常取为通常取为1.61.62.4m2.4m。 与柱铰接的梯形屋架，端部与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高度和上弦高度可按跨中经济高度和上弦坡度决定。坡度决定。第9章 单层厂房钢结构（3）平行弦桁架）平行弦桁架 屋架的外形和弯矩图分

26、布屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均不接近，弦件内力分布不均匀。匀。上、下弦杆水平，上、下弦杆水平，腹杆长度腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托工业化程度高，主要用于托架、支撑体系架、支撑体系。LhhLhh0L图图9.6.3平行弦桁架平行弦桁架腹杆体系腹杆体系腹杆体系腹杆体系桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆和构成节点并传递节桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆和构成节点并传递节点荷载。常用的腹杆体系点荷载。常用的腹杆体系人字式、交叉式、再分式人字式、交叉式、再分式。第9章 单层厂房钢结构2.桁架主要尺寸桁架主要尺寸跨度跨度：据工艺需要定，

27、一般为据工艺需要定，一般为3m模数，模数，12、15、18、21、24、27、30、36m等等(注意：柱轴线距离注意：柱轴线距离)。l0(桁架两端支座反力间的距离桁架两端支座反力间的距离)l-（300400mm）高度高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定条件等确定。三角形跨中三角形跨中h（1/41/6）l梯形梯形跨中跨中h（1/61/10）l，上弦坡度（上弦坡度（1/81/12）端部端部h01.62.2m（铰接时）（铰接时）h01.82.4m（刚接时）（刚接时）屋架跨中最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为屋架跨中最大高度取决

28、于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上在屋架节点上,避免上弦杆产生局部弯距。避免上弦杆产生局部弯距。第9章 单层厂房钢结构1.1.桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合（1）桁架荷载）桁架荷载永久荷载：永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。天窗架等结构自重。9.6.29.6.2桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力

29、计算可变荷载：可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。计算。桁架和支撑自重可按经验公式：桁架和支撑自重可按经验公式：gWk=(0.12+0.11l)kN/m2（9.6.1）（2）节点荷载计算）节点荷载计算桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点永久荷载可变荷载永久荷载可变荷载永久荷载半跨可变荷载永久荷载半跨可变荷载屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板

30、重半跨屋面活荷载屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载（3）荷载组合）荷载组合第9章 单层厂房钢结构基本假定基本假定a.桁架的各节点均视为铰接。桁架的各节点均视为铰接。b.桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。c.荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。 2.2.桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算局部弯矩局部弯矩上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应按上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应按弹性支座的连续梁进行计算

31、，一般偏于安全地简化取端部节间正弯弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正弯矩矩M10.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M20.6M0，M0是是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。图图9.6.6局部弯矩作用的计算简图局部弯矩作用的计算简图内力计算内力计算 用数解法或图解法或借用数解法或图解法或借助电算，求出节点荷载作用助电算，求出节点荷载作用下屋架各杆件的内力下屋架各杆件的内力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0第9章 单层厂房钢结构9.6.39.6.3桁架杆件的计

32、算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比弦杆、支座斜杆、支座竖弦杆、支座斜杆、支座竖杆杆l0x=l，中间腹杆中间腹杆l0x=0.8l。1.1.桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度桁架平面内计算长度l l0 0x x图图9.6.7a杆件平面内的计算长度杆件平面内的计算长度图图9.6.7b杆件平面外的计算长度杆件平面外的计算长度2.2.桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度桁架平面外计算长度l l0 0y y取决于弦杆侧向支承点间距离。取决于弦杆侧向支承点间距离。上弦杆上弦杆无檩方案无檩方案: :

33、有檩方案有檩方案: :能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时: :l0y= =2b（3m3m）b屋面板宽度。屋面板宽度。檩条与支撑点交叉不连接时檩条与支撑点交叉不连接时：l0y=l1檩条与支撑点交叉连接时檩条与支撑点交叉连接时：l0y=l1 下弦杆：下弦杆：取纵向水平支撑节点与系杆或系取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。杆与系杆之间的距离。 腹杆：腹杆：由于节点在平面外刚度很小，对杆由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则l0y=l第9章 单层厂房钢结构当受压弦杆侧向支承点间距为当受压弦

34、杆侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，则弦杆平面外的计算长度：内力不同，则弦杆平面外的计算长度：图图9.6.8杆件内力变化时在桁架平杆件内力变化时在桁架平面外的计算长度面外的计算长度当当l00.5l1时，取，取l0=0.5l1，N1为较大的大的压力，取力，取“”，N2为较小的小的压力或拉力，力或拉力，压力取力取“”，拉力取，拉力取“”。芬克式屋架、再分式腹杆受芬克式屋架、再分式腹杆受压杆件在平面外杆件在平面外计算算长度同上，平面内度同上，平面内计算算长度度为节点点长度。度。l1屋架弦杆屋架弦杆侧向支承点之向支承点之间的距的距离。离。（9.6.3）第9

35、章 单层厂房钢结构4. 4.桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（桁架杆件容许长细比（表表表表9.6.29.6.2）受压构件受压构件 150受拉构件受拉构件 350无吊车或轻、中级工作制吊车。无吊车或轻、中级工作制吊车。 300有重级工作制吊车有重级工作制吊车。 250直接承受动荷载直接承受动荷载。 、 分别为杆件的长细比和允许长细比。分别为杆件的长细比和允许长细比。杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度不足而杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度不足而产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见

36、挠度挠度，因此应控制杆件的允许长细比。，因此应控制杆件的允许长细比。3.3.斜平面的计算长度斜平面的计算长度斜平面的计算长度斜平面的计算长度l l0 0 单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平面计算长度略作折减面计算长度略作折减( (支座斜杆和支座竖杆除外），支座斜杆和支座竖杆除外），l0=0.9l桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度桁架各杆件在平面内和平面外的计

37、算长度l l0 0按表按表按表按表9.6.19.6.1。第9章 单层厂房钢结构原则：原则：使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。9.6.49.6.4桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算1.1.截面形式（表截面形式（表截面形式（表截面形式（表9.6.39.6.3）普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的普通钢屋架的杆件通常采用双角钢拼成的T T T T形截面或十字形截面或十字形截面或十字形截面或十字形截面。形截面。形

38、截面。形截面。杆件截面组合方式杆件截面组合方式二不等边角钢短肢相并二不等边角钢短肢相并iy（2.62.9）ix计算长度计算长度l0y较大的较大的上、下弦杆上、下弦杆L0y2l0x，iy2ix截面形式截面形式用途用途二不等边角钢长肢相并二不等边角钢长肢相并iy（0.71.0）ix端斜杆、端竖杆、端斜杆、端竖杆、受较大弯矩作用的受较大弯矩作用的弦杆弦杆l0yl0x，iyix第9章 单层厂房钢结构杆件截面组合方式杆件截面组合方式截面形式截面形式用途用途二等边角钢相并二等边角钢相并其余腹杆、下弦杆其余腹杆、下弦杆二等边角钢组合二等边角钢组合成的十字形截面成的十字形截面与竖向支撑相连与竖向支撑相连的屋架

39、竖杆的屋架竖杆单角钢单角钢轻型钢屋架中内轻型钢屋架中内力较小的杆件力较小的杆件iy（1.31.5）ixl0x0.8l0y，iy1.25ixl0xl0y0.9l，iyixiy1.0ix第9章 单层厂房钢结构2. 2.填板的设置填板的设置填板的设置填板的设置为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。图图9.6.9桁架杆件的填板桁架杆件的填板在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于2个。个。40603. 3.节点板的厚度节点板的厚度节点板的

40、厚度节点板的厚度i=iyi=iy0对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表9.6.4第9章 单层厂房钢结构轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：先假定先假定 ，弦杆，弦杆80左右，腹杆左右，腹杆100左右，查表左右，查表 ，算出，算出A，选定材料规格，再验算。选定材料规格，再验算。4.截面选择截面选择考虑下列基本要求考虑下列基本要求：同一榀屋架中规格不宜过多，同一榀屋架中规格不宜过多，56种。种。角钢尺寸不宜过小，一般不小于角钢尺

41、寸不宜过小，一般不小于L454或或L56364。对压杆，选择回转半径大的材料。对压杆，选择回转半径大的材料。屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于30m的的梯形屋架和跨度小于梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不变。的三角形屋架一般不变。5.截面计算截面计算轴轴心心受受拉拉杆杆件件应应验验算算强强度度和和长长细细比比要要求求。轴轴心心受受压压杆杆件件和和压弯构件要压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。第9章 单层厂房钢结构9.7 桁架的节点设计桁架的节点设计9.7.19.7.1节点设计

42、步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则节点设计步骤和一般设计原则 （1）节点设计步骤）节点设计步骤据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，弦杆肢尖与腹杆距离满足前述基本要求。弦杆肢尖与腹杆距离满足前述基本要求。计算腹杆焊缝，一般腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位计算腹杆焊缝，一般腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位点。点。计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图中作出定位点。中作出定位点。画出节点板，将各定位点都包括在内。画出节点板，将各定位点都包括

43、在内。适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。第9章 单层厂房钢结构各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。 但考虑制但考虑制但考虑制但考虑制造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的

44、方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为造上的方便，通常把角钢肢背到屋架轴线的距离调整为5mm5mm的倍数。的倍数。的倍数。的倍数。 弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的5 5。图图9.7.1弦杆截面改变时的轴线位置弦杆截面改变时的轴线位置节点板形式简单，应优先采用节点板形式简单，

45、应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免矩形、梯形、平行四边形，避免凹角。凹角。图图9.7.2节点板的外形节点板的外形（2）节点设计原则）节点设计原则第9章 单层厂房钢结构角钢端部的切割一般垂直于它的角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。肢。图图9.7.3角钢端部的切割角钢端部的切割图图9.7.4节点板焊缝的位置节点板焊缝的位置斜杆与弦杆连接，斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心。尽可能避免较大的偏心。绘制大制大样（1:101:5）第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构腹杆与节

46、点板的连接腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。受轴心力方法计算。节点板应伸出弦杆节点板应伸出弦杆10101515mmmm以便焊接。以便焊接。弦杆与节点板的弦杆与节点板的连接焊缝，应考连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻虑承受弦杆相邻节间内力之差，节间内力之差，按下式计算按下式计算: :第9章 单层厂房钢结构1.上弦节点上弦节点上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需考虑上弦杆节间的内力差考虑上弦杆节间的内力差N与集中荷载与集中荷载F的共同作用。的共同作用。假定集中荷载为假定集中荷载为F，对梯形屋，对

47、梯形屋架上弦节点计算时，忽略坡度的影架上弦节点计算时，忽略坡度的影响，认为响，认为F垂直于上弦。因上弦节垂直于上弦。因上弦节点上搁置屋面板或檩条，节点板需点上搁置屋面板或檩条，节点板需缩进角钢肢背，缩进的距离缩进角钢肢背，缩进的距离（0.61.0）t，节点板缩进后用槽，节点板缩进后用槽焊缝连接，计算时槽焊缝可作为两焊缝连接，计算时槽焊缝可作为两条焊缝条焊缝(hft/2)，强度设计值，强度设计值乘以乘以0.8的折减系数。的折减系数。图图9.7.7屋架上弦节点屋架上弦节点F9.7.2节点计算和构造节点计算和构造节点计算和构造节点计算和构造节点设计时，根据腹杆截面和内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和节点设

48、计时，根据腹杆截面和内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和长度，然后再根据焊缝长度和施工误差确定节点板的形状和尺寸。长度，然后再根据焊缝长度和施工误差确定节点板的形状和尺寸。第9章 单层厂房钢结构上弦杆上弦杆可按下述的近似方法进行计算：集中荷载可按下述的近似方法进行计算：集中荷载F由肢背由肢背槽焊缝承受，上弦节点相邻节间的内力差槽焊缝承受，上弦节点相邻节间的内力差N1N2由角钢肢尖与由角钢肢尖与节点板的角焊缝承受，考虑偏心力矩节点板的角焊缝承受，考虑偏心力矩M Ne的作用。的作用。肢背肢背:（9.7.4）肢尖肢尖:（9.7.5）肢尖肢尖:上弦节点的腹杆与节点的上弦节点的腹杆与节点的的连接焊缝长度的连接焊

49、缝长度（9.7.1）肢背肢背:（9.7.2）第9章 单层厂房钢结构2.下弦节点下弦节点腹杆与节点板的连接按肢尖、肢腹杆与节点板的连接按肢尖、肢背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。弦杆与节点板的连接，无节点荷载时，弦杆与节点板的连接，无节点荷载时，按相邻节间内力差按相邻节间内力差NN1N2，在肢，在肢尖、肢背上分配力计算，往往尖、肢背上分配力计算，往往N较小，较小，所以按构造确定焊缝。所以按构造确定焊缝。图图9.7.8屋架下弦节点屋架下弦节点 有有节节点点荷荷载载作作用用时时弦弦杆杆与与节节点点板的连接焊缝应按下列公式计算：板的连接焊缝应按下列公式计算： 肢背焊缝

50、：肢背焊缝：肢尖肢尖焊缝：焊缝：第9章 单层厂房钢结构式中式中:N相相邻上弦上弦节间中中较大的内力。大的内力。拼接角拼接角钢实际长度度L2(lw+10)+b，b是两弦杆端的空隙，是两弦杆端的空隙，3.屋脊节点屋脊节点注意施工顺序，拼接角钢的型注意施工顺序，拼接角钢的型号与弦杆相同，需刨角切肢。号与弦杆相同，需刨角切肢。拼接角钢与弦杆的连接焊缝通拼接角钢与弦杆的连接焊缝通常按被连接弦杆的最大内力计算，常按被连接弦杆的最大内力计算，每条焊缝的计算长度：每条焊缝的计算长度：图图9-22屋脊节点屋脊节点a)无天窗无天窗b)有天窗有天窗（9.7.8）第9章 单层厂房钢结构肢肢尖尖与与节点点板板的的连接接

51、焊缝承承受受上上弦弦内内力力的的15（按按经验），并考），并考虑附加弯矩作用附加弯矩作用M0.15Ne。上弦与节点板连接焊缝：集中荷载上弦与节点板连接焊缝：集中荷载F由上弦角钢肢背处由上弦角钢肢背处槽焊缝承受。槽焊缝承受。 （9.7.4）（9.7.10）（9.7.11）（9.7.12）第9章 单层厂房钢结构（4）下弦拼接节点）下弦拼接节点下弦拼接角钢与下弦连接焊缝下弦拼接角钢与下弦连接焊缝长度计算：长度计算：（9.7.13）Af下弦杆最大抗拉承载力，节下弦杆最大抗拉承载力，节点焊缝计算时与杆件等强度设计。点焊缝计算时与杆件等强度设计。图图9-23下弦拼接节点下弦拼接节点图图a）中拼接角钢端部直

52、切，下）中拼接角钢端部直切，下弦内力传递时，由于力线转折引起较弦内力传递时，由于力线转折引起较大的应力集中。大的应力集中。图图b）中角钢肢宽大于）中角钢肢宽大于125mm，将拼接角钢的肢端斜切，使内力均匀将拼接角钢的肢端斜切，使内力均匀传递。传递。第9章 单层厂房钢结构N1，N2为节点两点两侧杆件的内力。杆件的内力。当下弦当下弦节点有点有竖向荷向荷载P作用作用时，同，同时考考虑P、N的作用。的作用。下弦与节点板的连接焊缝计算时，荷载下弦与节点板的连接焊缝计算时，荷载N为：为：（5）支座节点（计算方法见支座节点（计算方法见8.4）支座节点由节点板、加劲肋、支座底板和锚栓等部分组支座节点由节点板、

53、加劲肋、支座底板和锚栓等部分组成。分铰接和刚接两大类。成。分铰接和刚接两大类。铰接：铰接：连接于砖或钢筋混凝土柱顶；连接于砖或钢筋混凝土柱顶；刚接：刚接：连接于钢柱上。连接于钢柱上。第9章 单层厂房钢结构铰接屋架支座铰接屋架支座a）底板所需的净截面面积：底板所需的净截面面积：式中：式中：R屋架支座反力；屋架支座反力；fc混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值；An支座底板净面积。支座底板净面积。底板所需的毛截面面积底板所需的毛截面面积A锚栓孔的面积。锚栓孔的面积。连接锚栓的直径一般取连接锚栓的直径一般取2025mm，为便于安装，锚栓，为便于安装，锚栓孔的直径取（孔的直径取（22.5

54、）d，通常取通常取4060mm。第9章 单层厂房钢结构b）底板厚度）底板厚度两两相邻边支承矩形板的弯矩系数相邻边支承矩形板的弯矩系数式中式中M两相邻支承边支座底板单位宽度上的最大弯矩；两相邻支承边支座底板单位宽度上的最大弯矩； 系数，按下表选用；系数，按下表选用；q底板单位面积的压力；底板单位面积的压力；a1两相邻支承边对角线长度；两相邻支承边对角线长度；b1支承边交点至对角线的垂直距离。支承边交点至对角线的垂直距离。b1/a10.30.40.50.60.70.80.91.0 0.0260.0420.0580.0720.0850.0920.1040.111第9章 单层厂房钢结构lw节点板、加劲

55、肋与支座底板的水平焊缝总长度。节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度。 c）加）加劲肋与肋与节点板的点板的连接接焊缝焊缝受剪力受剪力焊缝受弯矩受弯矩加加劲肋与支座肋与支座节点板的点板的焊缝支座支座节点板、加点板、加劲肋与支座底板的水平肋与支座底板的水平连接接焊缝第9章 单层厂房钢结构施工图需明确施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。9.7.3 桁架施工图桁架施工

56、图起拱：起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度24m的梯形的梯形屋架和跨度屋架和跨度15m的三角形屋架，中间起拱约为跨度的的三角形屋架，中间起拱约为跨度的1/500。施工图的内容施工图的内容第9章 单层厂房钢结构1.通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。一半通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。一半标出几何长度，另一半杆件的计算内力值。标出几何长度，另一半杆件的计算内力值。2.屋架的正面图。其轴线图与节点图可取不同比例，如轴屋架的正面图。其轴线

57、图与节点图可取不同比例，如轴线可用线可用1:301:20，杆件截面和节点尺寸可用，杆件截面和节点尺寸可用1:151:10，以，以使节点画清楚些。使节点画清楚些。3.屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的剖面图。要的剖面图。4.标注尺寸，要全部注明各杆件和板件的的定位尺寸和孔标注尺寸，要全部注明各杆件和板件的的定位尺寸和孔洞位置等。洞位置等。5.编制材料表，对所有零件应进行详细编号，编号应按零编制材料表，对所有零件应进行详细编号，编号应按零件的主词、上下，左右一定的顺序逐一进行。件的主词、上下，左右一定的顺序逐一进行。6.文字说明包括

58、所用钢材的钢号及保证项目；焊条型号，文字说明包括所用钢材的钢号及保证项目；焊条型号，焊接方法和质量要求；图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求；焊接方法和质量要求；图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求；油漆、加工和运输要求等。油漆、加工和运输要求等。施工图的内容施工图的内容第9章 单层厂房钢结构绘图步骤绘图步骤1.左上角：屋架简图左上角：屋架简图一半标几何长度，一半内力一半标几何长度，一半内力由于外荷载较大产生较大挠度由于外荷载较大产生较大挠度， 起拱起拱l/500,简图标明简图标明 第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构第9章 单层厂房钢结构 杆件编号、屋脊细部图杆件编号、屋脊细部图第9章 单层厂房钢结构