孙刘屋盖钢结构设计.ppt

第三章 屋盖钢结构设计内容概述内容概述•屋盖结构布置•屋盖支撑体系•檩条设计•普通钢屋架设计•轻型钢屋架设计•钢管屋架设计•实腹梁和框架梁屋架•空间桁架屋盖体系•金属拱形波纹屋盖结构第一节 屋盖结构布置一、屋盖结构组成一、屋盖结构组成 钢屋盖结构组成：屋面板、檩条、屋架、托架、天窗架、支撑等构件屋架的跨度和间距取决于柱网布置，柱网布置取决于建筑物工艺要求和经济要求屋架跨度较大：为了采光和通风，屋盖上常设置天窗柱网间距较大，超出屋面板长度：应设置中间屋架和柱间托架，中间屋架的荷载通过托架传给柱（图3－1） 屋架与屋架之间：布置支撑，增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定二、屋盖体系分类二、屋盖体系分类 两种屋盖两种屋盖：无檩屋盖和有檩屋盖 无檩屋盖无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架（图3－2） 优点优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等； 缺点缺点：屋盖自重大，不利于抗震，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中 无棱屋盖实例有檩屋盖：有檩屋盖：当屋面采用轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等 时，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架（图3－3）。

优点优点：构件重量轻，用料省；缺点缺点：屋盖屋盖构件数量较多，构造较复杂， 整体刚度较差有棱屋盖实例第二节第二节 屋盖支撑体系屋盖支撑体系一、屋盖支撑作用一、屋盖支撑作用 主要作用主要作用：①保证屋盖结构的整体稳定；②增强屋盖的刚度；③增强屋架的侧向稳定；④承担并传递屋盖的水平荷载；⑤便于屋盖的安装与施工 屋架是屋盖的主要承重结构需要用支撑连接屋架长的屋盖结构，在中间设置横向支撑 横向支撑是屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在平面外的计算长度，减小动力荷载作用下的屋架平面外的受迫振动屋盖支撑将作用于山墙的风荷载、悬挂吊车水平荷载及地震作用传递给房屋的下部支承结构 钢屋架安装：首先吊装有横向支撑的两榀屋架，将支撑和檩条与之连系形成稳定体系，然后再吊装其他屋架与之相连 二、屋盖支撑布置二、屋盖支撑布置 五种屋盖支撑：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆 1．上弦横向水平支撑．上弦横向水平支撑在屋盖体系中，一般都应设置屋架上弦横向水平支撑，包括天窗架的横向水平支撑上弦横向水平支撑布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。

横向水平支撑的间距≤60 m，房屋长度>60 m，还应另加设水平支撑 2．下弦横向水平支撑．下弦横向水平支撑条件设置：条件设置：屋架跨度＞18 m；屋架跨度<18 m，但屋架下弦设有悬挂吊车；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其他振动设备；山墙抗风柱支承于屋架下弦设置位置设置位置：下弦与上弦横向水平支撑应在同一柱间内，以便形成稳定的空间体系 3．下弦纵向水平支撑．下弦纵向水平支撑设置条件：设置条件：设有重级工作制吊车或起重吨位较大的中、轻级工作制吊车；设有锻锤等大型振动设备；屋架下弦设有纵向或横向吊轨；设有支承中间屋架的托架和无柱支撑的中间屋架；房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高设置位置：设置位置：设在屋架下弦端节间内，与下弦横向水平支撑组成封闭的支撑体系，提高屋盖的整体刚度 问：什么情况下应布置上弦纵向水平支撑？ 当房屋较高、跨度较大、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，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑屋架间距<12m时，纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面,但三角形屋架及端斜杆为下降式且主要支座设在上弦处的梯形屋架和人字形屋架，也可以布置在上弦平面内。

屋架间距≥12m时，纵向水平支撑宜布置在屋架的上弦平面内4．垂直支撑．垂直支撑 垂直支撑作用：垂直支撑作用：使相邻两榀屋架形成空间几何不变体系保证侧向稳定的有效构件 设置位置：设置位置：设置在设有上弦横向支撑的柱间内；在屋架跨度方向还要根据屋架形式及跨度大小在跨中设置一道或几道 梯形屋架：当梯形屋架：当跨度≤30 m时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑；当跨度＞30 m时，无天窗时，应在屋架跨度 1／3处和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑，有天窗时，垂直支撑应布置在天窗架侧柱的两侧三角形屋架：三角形屋架：当跨度≤24 m时，应在跨中坚杆平面内设置一道垂直支撑；当跨度＞24 m时，应根据具体情况布置两道垂直支撑（图3－5）屋架安装时，每隔4～5个柱间设置一道垂直支撑，以保持安装稳定 5．系杆．系杆 系杆作用：系杆作用：充当屋架上下弦的侧向支撑点，保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定系杆种类：系杆种类：刚性系杆和柔性系杆能承受压力的为刚性系杆，只能承受拉力的为柔性系杆设置位置设置位置：上弦平面内，檩条和大型屋面板均可起刚性系杆作用，因而可在屋架的屋脊和支座节点处设置刚性系杆。

下弦平面内，可在屋架下弦的垂直支撑处设置柔性系杆三、屋盖支撑的形式、计算和构造三、屋盖支撑的形式、计算和构造 形式：形式：屋盖支撑一般均为平行弦桁架形式（图3－6）腹杆采用十字交叉形式，一般用于上弦横向、下弦横向及下弦纵向水平支撑（图3－7a） 纵向水平支撑桁架的节间，以组成正方形为宜，一般为6m×6m，或长方形，如6m×3m横向水平支撑节点距离为屋架上弦节点距离的2~4倍垂直支撑的腹杆形式可根据桁架的宽高比例确定 当宽高较接近时，可用交叉斜杆（图3－7b）；当高度较小时，可用V式及W式斜杆（图3－7c，d），弦杆与斜杆间的交角为30°~60º 杆件截面杆件截面：屋盖支撑受力较小，通常可按容许长细比来选择交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可采用单角钢；非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面 当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定可假定在水平桁架节点上的集中风力荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力，这样，使原来的超静定体系简化为静定体系（图3－8）图中W为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷载引起。

节点连接构造：节点连接构造：尽量简单方便角钢支撑与屋架一般用C级螺栓连接，螺栓用M20在有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房，除螺栓外，还应加安装焊缝，焊缝长度≥80 mm，焊脚尺寸≥6 mm当采用圆钢作支撑时，应用花篮螺栓预加拉力将圆钢拉紧第三节第三节 檩条设计檩条设计钢檩条一般采用单跨简支，有实腹式和桁架式两大类一、实腹式檩条一、实腹式檩条 实腹式檩条：实腹式檩条：构造简单，制造及安装方便，常用于3～6m的跨度截面形式：普通工字钢（因较重、不易安装，用的不多）、角钢（用于荷载跨度小的屋盖）、槽钢（常用）和Z形（为冷弯薄壁型钢、省钢）（图3－9）檩条的截面高度取决于跨度、檩距和荷载大小等因素，一般取檩条跨度的1／35～1／50 实腹式檩条通过檩托与屋架上弦连接，檩托用短角钢做成，先焊在屋架上弦，屋架吊装就位后用螺栓或焊缝与檩条连接（图3－10）  垂直于屋架坡度放置的檩条，在竖向荷载作用下，两个主轴方向分别受到qx和qy作用（图3－11）按简支梁计算，两个方向弯矩为 （3－1） （3－2） 式中 q ——檩条承受的屋面荷载（包括自重）设计值， ——檩条跨度； α ——屋面倾斜角度。

檩条受弯曲的强度验算公式： 式中 Wnx，Wny——分别为对x－x轴和y－y轴的净截面模量； γx，γy——截面塑性发展系数 按弹性方法验算挠度当有拉条时，可只验算垂直于屋面坡度的挠度，当无拉条时，应验算竖向总挠度有拉条时挠度验算公式为 （3－4） 式中 I x——截面对x－x轴的惯性矩；[ω]——容许挠度，对无积灰的瓦楞铁、石棉瓦等屋面为 I /150；对压型钢板、积灰的瓦楞铁、石棉瓦等屋面为l／200；对其他屋面为l／200；——檩条所承担的屋面荷载标准值 一般情况下，檩条截面的Wy比Wx小得多，因此My即使很小产生的截面应力很大，为减小My，应沿屋面对檩条设置拉杆以减少檩条在最小刚度平面内的计算跨度若屋面的连系有足够的保证，檩条的整体稳定不必验算二、桁架式檩条二、桁架式檩条 当檩条的跨度较大（＞6 m）时，应考虑格构檩条格构檩条三种：平面檩条、T形檩条和空间檩条（图3－12） 1．平面格构檩条．平面格构檩条 平面格构檩条的上弦采用小角钢或槽钢，下弦用小角钢或圆钢，腹杆用圆钢组成这种檩条受力明确，用料省。

下弦为抛物式檩条，中间节间必须设置斜杆，以防止檩条上弦在不对称荷载作用下产生过大的局部拱曲平面格构檩条侧向刚度较差，必须设置拉条以减少侧向弯矩2．．T形格构檩条形格构檩条 T形格构檩条由于上弦杆和腹杆不在同一平面，整体性较差，应沿跨度全长设置几道钢箍，跨度为3～4m时设3道，跨度为4～6m时设4道钢箍直径d≥10 mm的圆钢为固定腹杆平面与上弦平面，在上弦平面应设置缀板或斜缀条侧向刚度较大，屋盖可不设拉条3．空间格构檩条．空间格构檩条 空间格构檩条（图3－12c）是由三个平面桁架组成的空间结构，檩条横截面为三角形这种檩条侧向刚度好，不必设置拉条，安装方便，但费工费时，适用于跨度较大和荷载较大的情况 格构檩条的节间划分可根据计算确定，一般取 40～60 cm，檩条的高度一般为跨度的1／12～1／18，T形格构檩条和空间格构檩条上弦宽度为截面高度的1／l．5～1／2．0腹杆与弦杆交角为40º~60º，45º最好4．格构檩条的计算．格构檩条的计算 平面格构檩条可按静定的平面桁架计算，各节点均假定为铰接。

计算时，将上弦的均布荷载换算成节点荷载，结构力学方法计算杆件轴力，一般只需计算最大内力，即跨中上、下弦杆内力和支座处的腹杆内力上弦节间还应计算由节间均布荷载引起的局部弯矩：在檩条平面内简化计算： （3－5） 在檩条平面外，当有拉条时，拉条处的弯矩为 式中，a为上弦节间长度3－6）式中， 为拉条间距 T形格构檩条近似地将上弦两个角钢集中到腹杆平面内后按平面格构计算内力  空间格构檩条将空间桁架分解为高度等于h1和h2的两榀平面桁架进行计算，两榀桁架的荷载分别为q1和q2，其值可根据总荷载按刚度进行分配（图3－13）：（3－7） （3－8） 上弦单肢角钢的弯矩近似计算为 （3－9） （3－10） 式中，a为上弦节间长度 下弦内力等于两榀平面桁架算得的下弦内力之和上弦按双向压弯验算其强度，同时按双向压弯构件公式验算其整体稳定下弦按轴心受拉验算其强度 三、檩条的拉条三、檩条的拉条 檩条侧向刚度小，为了给檩条提供侧向中间支承，减小檩条沿屋面坡度方向的跨度，减少檩条在施工和使用阶段的侧向变形和扭转，除了侧向刚度较大的空间桁架式檩条和T形桁架式檩条以外，在实腹式檩条和平面格构檩条之间需设置拉条。

拉条的布置原则： （l）檩条跨度为 4～6 m时，至少在跨中布置一道拉条（图 3－14），跨度大于6 m时宜布置两道拉条（图3－15） （3）当屋盖有天窗时，应在天窗两侧檩条之间设置斜拉条和直撑杆（图3－15） 拉条一般采用圆钢，其直径视荷载和檩距大小取8～12 mm，用双螺帽直接固定在腹板上，斜拉条有连接角钢过渡撑杆的作用是限制檐檩的侧向弯曲，撑杆可采用角钢和钢管，其长细比按压杆要求的长细比选取截面 拉条和檩条、撑杆和檩条的连接构造如图3－16所示图3－16 拉条和檩条、撑杆和檩条的连接构造第四节第四节 普通钢屋架设计普通钢屋架设计一、屋架形式选择一、屋架形式选择 在确定钢屋架外形时，应满足用途、建筑造型、屋面排水和制造安装方便的原则使用要求使用要求：屋架的外形应与屋面材料排水的要求相适应建筑造型建筑造型：屋架的外形应尽量与弯矩图相近，以使屋架弦杆的内力沿全长均匀分布，能充分发挥材料的作用；腹杆的布置应使短杆受压，长杆受拉，且数量少而总长度短，杆件夹角宜在30°～60°之间，最好是45°左右；还要使弦杆尽量不产生局部弯矩；制造安装方便制造安装方便：屋架的节点要简单、数目宜少些；应便于制造、运输和安装。

同时满足上述的要求困难，要根据具体情况合理设计 屋架的外形主要有三角形、梯形、矩形和曲拱形等（图3－17） 三角形屋架（图3－17a）主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度的轻型屋面结构中屋架多与柱子铰接，横向刚度较小屋架的外形与均布荷载的弯矩图差别大，使弦杆的内力变化大，支座弦杆内力大，跨中弦杆内力小若荷载和跨度较大时，采用三角形屋架不经济 梯形屋架（图3－17b）受力情况较三角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接一般用于屋面坡度较小的屋盖结构中，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形式 矩形屋架（图3－17c）的上、下弦平行，腹杆长度相等，杆件类型少，节点构造统一，便于制造，符合标准化、工业化的要求排水较差，跨中弯矩大，弦杆内力大一般用于单坡屋面的屋架及托架或支撑体系中 曲拱形屋架（图3－17d）的外形最符合弯矩图，受力最合理，但上弦（或下弦）要弯成曲线形比较费工，如改为折线形则较好用于有特殊要求的房屋中 二、腹杆体系二、腹杆体系 三角形屋架的腹杯体系有单斜杆式、人字式和芬克式单斜杆式（图3－18a）中较长的斜杆受拉，较短的竖杆受压，比较经济。

人字式（图3－18b）的腹杆数较少，节点构造简便芬克式（图3－18c）的腹杆受力合理，还可分为左、右两根较小的桁架，便于运输 梯形屋架的腹杆体系可采用人字式和再分式人字式（图3－19a）的布置不仅可使受压上弦的自由长度比受拉下弦为小，还能使大型屋面板的主肋搁支在上弦的节点上，避免上弦产生局部弯矩若节间长度过长，可采用再分式腹杆形式（图3－19b） 矩形屋架的腹杆体系可采用单斜杆式、菱形、K形和交叉式单斜杆式（图3－20a）斜长杆受拉，短腹杆受压，较经济菱形（图3－20b）两根斜杆受力，腹杆内力较小，用料多K形腹杆（图3－20c）用在桁架高度较高时，可减小竖杆的长度交叉式（图3－20d）常用于受反复荷载的桁架中，有时斜杆可用柔性杆 曲拱形屋架的腹杆体系多为单斜杆式（图3－21）为减小腹杆长度，可下弦起拱，形成新月形顶部采光，可采用三角式腹杆 三、屋架主要尺寸的确定三、屋架主要尺寸的确定 主要尺寸主要尺寸：屋架的跨度、高度、节间宽度屋架跨度屋架跨度：按使用和工艺要求确定，一般以3m为模数屋架的跨度为3的倍数，有 12 m，15 m，18 m，21m，24 m，27 m，30 m，36 m等几种，也有更大的跨度。

三角形有檩屋盖结构比较灵活，不受3m模数的限制屋架计算跨度：屋架两端支座反力的距离， 一般取支柱轴线之间的距离减去 300 mm 屋架高度：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高度h=（1／4～l／6）L（跨度），以适应屋架材料要求屋架具有较大的坡度梯形屋架坡度较平坦，屋架跨中高度应满足刚度要求，当上弦坡度为1／8～1／12时，跨中高度一般为（l／6～1／10）L，跨度大（或屋面荷载小）时取小值，反之则取大值端部高度：当屋架与柱铰接时为 1．6～2．2 m，刚接时为 1．8～2．4 m；端弯矩大时取大值，反之取小值跨中高度：根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输界限，如铁路运输界限为 3．85 m屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定当采用大型屋面板时，上弦节间长度等于屋面板宽度，一般取 1．5 m或 3 m；当采用檩条时，则根据檩条的间距而定，一般取 0．8～3．0 m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四、杆件计算长度与长细比四、杆件计算长度与长细比节点不是真正的铰接，而是一种介于刚接和铰接的弹性嵌固节点上的拉杆数量越多，拉力和拉杆的线刚度越大，则嵌固程度也越大，压杆的计算长度就越小。

上下弦杆、支座斜杆和竖杆：内力大，受其它杆件约束小，这些杆件在屋架中较重要，可偏安全地视为铰接屋面平面内，计算长度取节点间的轴线长度，即其他腹杆：一端与上弦杆相连，嵌固作用不大，可视为铰接；另一端与下弦杆相连，受其他受拉杆件的约束嵌固作用较大，计算长度取（图3－22） 2、屋架平面外屋架平面外：上、下弦杆的计算长度应取屋架侧向支撑节点或系杆之间的距离，即腹杆的计算长度为两端节点间距离（1）屋架上弦杆屋架上弦杆在有檩屋盖中檩条与支撑的交叉点不相连时（图3－22），此距离为是支撑节点的距离；当檩条与支撑交叉点用节点板连牢时 在无檩屋盖中，大型屋面板不能与屋架上弦的焊牢时，上弦杆在平面外的计算长度取为支撑节点之间的距离；反之，可取屋面板宽度，但不大于3m （2）屋架下弦杆屋架下弦杆 屋架下弦杆的计算长度取取，，是侧向支撑节点的距离 （（3）屋架弦杆内力不相等）屋架弦杆内力不相等 芬克式三角屋架和再分式梯形屋架，当弦杆侧向支承点间的距离为节间长度的两倍且两个节间弦杆的内力不相等时（图3－23），弦杆在平面外的计算长度按下式计算：（3－11） 式中 N1——较大的压力； N2——较小的压力或拉力，计算时取压力为正，拉力为负；3、其他杆件的计算长度、其他杆件的计算长度（（1）芬克式、再分式腹杆体系、）芬克式、再分式腹杆体系、K形竖腹杆形竖腹杆 芬克式屋架和再分式腹杆体系中的受压杆件及K形腹杆体系中的竖杆（图3－24a，b，c）在屋架平面外的计算长度也按公式（3－11）计算。

在屋架平面内的计算长度则取节间长度 （2）对于单角钢杆件和双角钢组成的十字形杆件，由于主轴不在屋架平面内，有可能发生斜平面屈曲，考虑到杆件两端对其有一定的嵌固作用，故其平面外计算长度取（3）交叉腹杆交叉腹杆 在屋架平面内的计算长度应取节点中心到交叉点间的距离在屋架平面外的计算长度则与杆件的受力性质和交叉点的连接有关： ①①压杆：杆：相交的另一杆受拉，两杆在交叉点均不中断时，相交的另一杆受拉，两杆中有一杆在交叉点中断但与节点板搭接时， ；②② 拉杆拉杆：均取 为节点中心间的距离 当确定交叉腹杆中单角钢杆件斜平面内的长细比时，计算长度应取节点中心至交叉点间的距离 长细比：压杆一般为150，拉杆为350；受压支撑杆件一般为200，受拉支撑杆件为400五、杆件截面形式五、杆件截面形式 普通钢屋架的杆件一般采用等肢或不等肢角钢组成的T形截面或十字形截面组合截面的两个主轴回转半径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合，使两个方向长细比接近，用料经济、连接方便等肢角钢相并（图3－25a），特点是iy≈（1.3~1．5）ix。

即 y-y方向的回转半径略大于x-x方向，用在腹杆中较好，因为腹杆的lox＝0.8l，loy＝l，这样，loy≈1．25lox，两个方向的长细比就比较接近不等肢角钢，短肢相并（图3－25b），特点是iy＝（2．6~2．9）ix在上下弦杆中，如果屋架平面外的计算长度loy等于屋架平面内的计算长度lox的 2到 3倍，即loy＝（2~3 ）lox，采用这种截面可使两个方向的长细比比较接近不等肢角钢，长肢相并（图6－29 c），特点是iy＝（0．75~1.0）ix，用于端斜杆、端竖杆较好，因为这两种杆件的loy＝lox，可使两个方向长细比相近此外当上弦杆有较大弯矩作用时，也宜用这种截面形式 十字形截面（图3－25d），其特点是iy＝ix，宜用于有竖向支撑相连的竖腹杆，使竖向支撑与屋架节点不产生偏心作用1、屋架上弦杆、屋架上弦杆 因屋架平面外计算长度往往是屋架平面内计算长度的两倍，要满足等稳性要求 ①上弦宜采用两个不等肢角钢短肢相并而成的T形截面形式（图3－25b），因为其特点是 因此，采用这种截面可使两个方向的长细比比较接近 ②当有节间荷载作用时，为提高上弦在屋架平面内的抗弯能力，宜采用不等肢 角钢长肢相并的T形截面（图3－25c）。

2、受拉下弦杆、受拉下弦杆 平面外的计算长度比较大，此时可采用两个不等肢角钢短肢相并或等肢 角钢 组成的T形截面（图3－25b或a）3、支座斜杆及、支座斜杆及竖杆杆由于它在屋架平面内和平面外的计算长度相等，应使截面的 因而可采用两个不等肢角钢长肢相并而成的 T形截面（图 3－25c），因其特点是，这样可使两个方向的长细比比较接近 4.其它腹杆其它腹杆与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用两个等肢角钢组成的十字形截面（图3－25d），使竖向支撑与屋架节点连接不产生偏心作用对于受力特别小的腹杆，也可采用单角钢截面为使两个角钢组成的杆件共同作用，应在两角钢相并肢之间每隔一定距离设置垫板，并与角钢焊住（图 3－26）垫板厚度与节点板相同，宽度一般取 60 mm，长度伸出角钢肢15～20 mm，以便于与角钢焊接垫板间距在受压杆件中不大于 40i，在受拉杆件中不大于80i在T形截面中， i为平行于垫板的单肢回转半径（图3－26a）在十字形截面中，i为一个角钢的最小回转半径（图3－26b）在杆件的计算长度范围内至少设置两块垫板目前在国内外也有用焊接或轧制的T形截面或用H型钢一分为二（图3－25e）取代双角钢组成的T形截面。

优点是翼缘的宽度大，可达到等稳性要求，另外可减小节点板尺寸和省去垫板等，比较经济一些跨度和荷载较大的桁架往往采用钢管和宽翼缘H型钢截面六、杆件截面选择六、杆件截面选择 杆件截面选择应选用肢宽而壁薄的角钢，以增大其回转半径，但须保证其局部稳定，角钢厚度≥4mm，钢板厚度≥5mm，因此，角钢规格不宜小于∟45×5或∟56×36×4弦杆：一般采用等截面，跨度大于 24 m时，可在适当节间处变截面，改变一次为宜变截面时，角钢厚度不变而改变肢宽，便于连接在同一榀屋架中角钢规格不宜过多，一般为5～6种 杆件内力按结构力学方法求得，根据受力性质选择截面和进行验算1．．轴心拉杆心拉杆 2．．轴心心压杆杆 选择截面：截面：拉杆，可根据内力和材料强度设计值求出所需的净截面面积，然后从角钢规格表中选出合适的角钢压杆，由于公式（3－13）中A，φ都是未知值，不能直接计算出所需截面可先假定长细比λ=70～100（弦杆）或λ=100～120（腹杆），由λ查附录4得到φ值，代入公式（3－13）即得截面面积A同时算出，然后从角钢规格表中选择合适的角钢，查得实际所用角钢的 A，ix和iy，并按实际情况进行稳定验算。

若不合适，则还需重新选择角钢，直到合适为止3．．压弯或拉弯杆件弯或拉弯杆件 （（1））强强度度计算算 （（2））稳定定计算算 ①压弯弦杆在弯矩作用平面内的稳定计算公式为 ②在弯矩作用平面外的稳定计算公式为 （3））长细比比 ①所有杆件截面都应满足容许长细比的要求： ②对于双轴对称或极对称的截面： ③对双轴对称十字形截面，λx或λy取值不得小于5．07b/t（其中b/t为悬伸板件宽厚比） ④对于单轴对称截面，失稳属于弯扭失稳，绕对称轴（设为y轴）应取计及扭转效应的下列换算长细比λyｚ代替λy：并由λyz确定φy5）单角钢截面和双角钢组合T形截面，确定λyz简化方法 对于单角钢截面和双角钢组合T形截面绕对称轴的λyz可采用下列简化方法确定： 等边单角钢截面（图3－27a ① ）： 当b/t≤0.54当b／t＞0．54 ②等边双角钢截面（图3－27b）：当b/t≤0.58 当b/t>0.58 相并的不等边双角钢截面③长肢（图3－27c） 当b2/t≤0.48 当b2/t>0.48 ④短肢相并的不等边双角钢截面（图3－27d），可近似取否则，应取 （6）单轴对称的轴心压杆在绕非对称主轴以外的任一轴失稳时，应按照弯扭屈曲计算其稳定性。

当计算等边单角钢构件绕平行轴（图3－27e的u轴）稳定时，可用下式计算其换算长细比λuz，并按b类截面确定φ值： 当b/t≤0.69 当b/t>0.69 （7）对于屋架中内力很小的腹杆和按构造需要设置的杆件，可按容许长细比来选择截面而无须验算 七、屋架七、屋架节点点设计 节点设计应做到传力可靠，构造简单在普通钢屋架中一般采用节点板把汇交的各杆件连接在一起，各杆件的内力通过与节点板的焊缝取得互相平衡  （1）为避免杆件偏心受力，焊接屋架各杆件的重心线应尽量与屋架的几何轴线重合，在节点处应交于一点但考虑到制造方便，角钢肢背到屋架轴线的距离可取 5 mm的倍数螺栓连接的屋架可采用靠近杆件重心线的螺栓准线为轴线 （2）当屋架弦杆沿长度改变截面时，为便于安装屋面构件，应使肢背齐平，并使两个角钢重心线之间的中线与屋架的轴线重合以减小偏心作用（图3－28）如轴线变动不超过较大弦杆截面高度的5％，在计算时可不考虑由此引起的偏心弯矩 当不符合上述要求时或节点处有较大的偏心弯矩时，应根据交汇于节点的各杆件延刚度（线刚度），将偏心弯矩分配到各杆件（图3－29） （3）为施焊方便，且避免焊缝过分密集致使材质变脆，节点板上各杆件之间焊缝的净距不宜过小，用控制杆端间隙 a（图3－30a）来保证。

受静载时，屋架杆件用节点板连接时，弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的净距，a=10~ 20 mm（图 3－30b）或 5～10 mm（图 3－30c）4）直接支承大型钢筋混凝土屋面板而角钢肢又较薄的上弦角钢可按图3－31所示方法予以加强（5）屋架杆件端部切割宜与其轴线垂直（图3－32a）为了减小节点板的尺寸，也可采用斜切（图3－32b，c），但绝不容许采用图3－32d所示的切割形式 （6）节点板的形状和尺寸根据所连杆件及所需连接焊缝长度确定为了节约钢材和减少切割工作量，节点板的形状应尽量简单而有规则，如采用矩形、梯形或平行四边形等（图3－33），一般至少有两条边平行节点板不应有凹角，以免有严重的应力集中 （（7）节点板的尺寸应尽量使连接焊缝中心受力，如图3－34a所示图3－34b所示的节点板左侧边缘应力可能过大，且焊缝受力有偏心，因此不宜采用 （8）节点板应有足够的强度，以保证弦杆与腹杆的内力能安全地传递节点板上应力分布比较复杂，一般不作计算通常节点板的厚度可根据腹杆（梯形屋架）或弦杆（三角形屋架）的最大内力按表 3－1取用节点板厚度为 6 mm~20mm在同一榀屋架中，除支座处节点板比其他节点板厚 2 mm外，全屋架所有节点板的厚度应相同。

节点板不得作为拼接弦杆用的主要传力杆件节点板的平面尺寸还应适当考虑制作和装配的误差 2.节点的点的计算与构造算与构造 节点设计包括确定节点构造，计算连接焊缝的长度和焊脚尺寸以及确定节点板得形状和尺寸下面具体介绍屋架各典型节点的计算1）上弦）上弦节点点 肢背 肢尖 （（2）下弦）下弦节点点 与上弦节点相同 （（3）拼接）拼接节点点 （（5）支座）支座节点点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接支承于钢筋混凝土柱的屋架一般都按铰接设计 屋架与钢柱的连接可铰接也可刚接三角形屋架端部高度小，需加隅撑才能与柱形成刚接 铰接支座只需传递屋架竖向支座反力，而与柱刚接的屋架支座节点要能传递端部弯矩产生的水平力和竖向反力 包括节点板、加劲肋、支座底板和锚栓等几部分加劲肋的作用是加强支座底板的刚度，以便均匀地传递支座反力并提高支座节点的侧向刚度加劲肋一般设在支座节点的中心处，使其轴线与支座反力作用线重合加劲肋高度和厚度应分别与节点板的高度和厚度相同为了便于节点焊缝施焊，下弦角钢水平肢与支座底板间的净距应不小于下弦水平肢的宽度，也不小于 130 mm。

锚栓预埋于钢筋混凝土柱中（或混凝土垫块中），以固定底板锚栓的直径一般取20～25 mm；为便于安装时调整位置，底板上的锚栓孔直径一般取锚栓直径的2～2．5倍，可开成圆孔或半圆带矩形开口孔当屋架安装完毕后，将垫圈套在锚栓上与底板焊牢以固定屋架，垫圈的孔径比锚栓直径大 1～2 mm，厚度可与底板相同第五第五节 轻型型钢屋架屋架设计设计 轻型钢屋架分为圆钢、小角钢做成的 屋架和冷弯薄壁型钢做成的屋架两种一一 、、 轻型型钢屋架形式屋架形式 轻型钢屋架的形式主要有三角形屋架、三角拱屋架和梭型屋架三角形轻型钢屋架可分为芬克式和单斜杆式 三铰拱屋架由两根斜梁和一根水平拉杆组成，斜梁的截面可分为平面桁架式和空间桁架式，拉杆可采用圆钢或角钢： 梭型屋架的上弦杆为角钢，其余为圆钢所组成的空间桁架，属于小坡度无棱屋盖体系：二二 、、 轻型型钢屋架构造屋架构造 在轻型钢屋架中，应尽可能使杆件重心线在节点处交于一点，否则应考虑其偏心的影响轻型钢屋架各杆件可以直接连接，也可以通过节点板连接 三角形轻型钢屋架当下弦和腹杆采用单角钢时采用下图构造： 三角拱屋架的屋脊节点构造与斜梁几何轴线的位置有关。

为了简化节点构造，改善受力情况，宜使屋脊处顶铰合力线与斜梁上弦截面的形心线重合，如下图：轻钢材料实物图三铰拱屋架的支座节点构造同样与斜梁的设置有关，如下图： 梭型屋架的截面形式有正三角形和倒三角形:问：上图中A型截面是怎样的？B型呢？三三 、、轻型型钢屋架屋架计算算 圆钢与平板，圆钢与圆钢之间的焊缝如下图，抗剪强度按下式计算：N-作用在连接处的轴心力l-焊缝的计算长度 第六节第六节 钢管屋架设计钢管屋架设计一、一、钢管屋架形式管屋架形式 钢管结构一般包括圆钢管和矩形管，屋架形式除了做成与普通钢屋架或轻型钢屋架相同形式外，也可做成下图形式：二、二、圆钢管和矩形管和矩形钢管屋架管屋架节点构造点构造1、主管的外部尺寸不应小于支管的外部尺寸，主管的壁厚不应小于支管壁厚，在支管与主管的连接处不得将支管插入主管内2、主管与支管或两支管轴线的夹角不宜小于30°3、支管与主管的连接节点处，除搭接型节点外，应尽可能避免偏心4、支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡5、支管部应使用自动切割机切割，支管壁厚小于6mm时不切坡口圆管的节点构造除了用弧形剖口直接连接外，也可以用节点板连接，如下图：矩形管的节点构造中有腹杆与弦杆直接连接，各情况处理如下图：三、三、钢管管节点点强强度度计算算 直接焊接钢管结构中支管和主管的轴向内力设计值不应超过杆件承载力设计值，支管的轴向内力设计值不应超过节点承载力设计值，对受受压支管：支管：对受拉支管：受拉支管： 1. X型型节点点 2. T型和型和Y型型节点点当β≤0.6时,当β≥0.6时,  3. K型型节点点 4. XX型型节点点5.TT型型节点点 6. KK型型节点点 矩形管的直接焊接节点有T型、Y型、X型、K型、N型等形式，其计算式大多为经验修正公式，在此不详细介绍。

四、四、钢管管节点点焊缝计算算第七节第七节 实腹梁和框架梁屋架实腹梁和框架梁屋架一、一、实腹梁屋架构造特点腹梁屋架构造特点 实腹梁的重量较桁架要大，但其制作方便，为了节省钢材，其屋面一般用轻型材料 实腹梁的腹板比较薄，厚度一般为6~8mm，梁高取屋盖跨度的1/15左右 实腹梁一般适用于跨度不大的轻型屋架实腹梁实例二、框架梁屋架构造特点二、框架梁屋架构造特点 跨度较大的屋盖可采用框架式屋架，框架采用工字钢或T形钢，为防止横向推力，在框架下面设置拉杆，跨度可达30m左右：框架式屋架节点一般采用对接焊缝，在支座处为了加强刚度采用节点板：框架与吊杆的连接构造是否采用节点板要视具体情况而定，如下图：第八节第八节 空间桁架屋盖体系空间桁架屋盖体系一、空一、空间桁架屋盖特点桁架屋盖特点 在平面屋架中，为了节省钢材和提高综合经济效益，有必要采用空间桁架屋盖 空间桁架是三维空间的结构形体，空间刚度大横向设主桁架，纵向设次桁架二、空二、空间桁架屋盖构造桁架屋盖构造 空间桁架的杆件与平面桁架类似，当杆件采用角钢时，采用空间正交的十字节点板，和水平盖板组成的焊接钢板节点，当杆件采用钢管时，一般采用球节点。

第九节第九节 金属拱形波纹屋盖结构金属拱形波纹屋盖结构一、拱形波一、拱形波纹屋盖特点屋盖特点 此种屋盖结构是用彩色镀锌钢板在工地二次成型安装而成，第一次将钢板轧制成U形或梯形，第二次将直槽轧成拱形槽板，再连成整体，吊装到位 强度指标在210~550N/m㎡，钢板厚0.6~1.5mm，可轧制成截面高115~125mm，宽300~450mm的槽板，适用于矢跨比0.1~0.5、跨度8~40m的屋盖波纹板实物图二、拱形波二、拱形波纹屋盖的屋盖的优缺点缺点优点点；工程造价低，施工周期短，质量优异，造型优美缺点缺点：造型单一，都是圆弧形，扎制的槽板截面只有一种，沿跨度都是等截面，受力不合理三、拱形波三、拱形波纹屋盖建筑构造屋盖建筑构造 屋盖要保温，可通过室内顶喷聚氨酯或粘敷复合硅酸盐 采光和通风，可利用横向拱间间隔，或取高低差，或布置有机玻璃 屋盖可通过下部的柱顶圈梁设预埋件或预留槽口连接思考题思考题1、屋盖结构主要组成部分是哪些？他们的作用是什么？2、屋盖结构中的支撑起什么作用？布置支撑会不会增加屋盖结构用钢量？3、棱条分实腹式和格构式，这两种结构形式各使用于哪种情况？其优缺点是什么？4、为什么棱条要布置拉条？是不是凡是棱条均布置拉条？5、三角形、梯形、平行弦桁架各适用于哪些屋盖体系？6、如何选择桁架结构截面？为什么从假定截面长细比着手？7、如何确定桁架节点的节点板厚度？一个桁架的所有节点板厚度是否相同？8、试画出三角形桁架和梯形桁架的支座节点构造？9、为什么在屋架跨中节点要增加拼接角钢？它起什么作用？10、用钢管做桁架时,其节点有几种连接构造？其优缺点如何？11、钢管桁架的空间连接构造与平面连接构造有何异同？其公式有无区别？12、为什么说金属拱形波纹板屋盖结构是一种非常新型的屋盖形式？其受力有哪些特点？应用范围有无限制？习题习题3-1 已知某厂铸工车间，单跨双柱无天窗，跨度为33m，长度为120m，柱距为6m，车间内有2台500kN/10kN中级工作制桥式吊车，采用梯形钢屋架，上铺1.5m*6m预应力钢筋混凝土大型屋面板。

屋盖支撑如何布置？试绘出其支撑布置图3-2 某单跨厂房，跨度24m，长180m，柱距6m，厂房内有一台起重量300kN/5kN的中级工作制桥式吊车，屋屋架采用24m的三角屋架，屋面材料为石棉瓦，木丝板保温层，屋面坡度i=1/3，试绘出该屋架支撑布置图3-3 某无积灰的石棉瓦屋面，坡度i=1/3，采用普通热轧槽钢棱条，l=6m，钢材Q235F,设跨中有一拉条，水平跨距为1.2m，屋面标准荷载为700N/㎡，试选择棱条截面3-4 空间桁架式棱条，跨度3.6m，水平棱距0.66m，屋面设计荷载为2000N/ ㎡，屋面坡度i=1/3，棱条为Q345，焊条为E50，试验算该棱条的强度和稳定性3-5 验算题图3-5所示桁架节点中A焊缝是否满足要求，确定B焊缝长度，钢材为Q235，E43型焊条，手工焊，其中3-6 某简支梯形钢屋架支座节点如图3-6，要求 （1）绘制该节点的侧视图和底视图（按比例1:100） （2）说明桁架各杆件的内力如何传给柱子的。