3.5 普通钢屋架.ppt

屋盖结构和普通钢屋架设计,3.2.4 屋盖结构,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，运输安装轻便缺点：,构件较多，构造较复杂，吊装次数较多1、 屋架形式和主要尺寸,确定桁架形式的原则,屋架的外形,1）屋架形式和腹杆体系,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,三角形屋架,梯形屋架,腹杆体系,􀀻 单斜式——短杆拉、长杆压 􀀻 人字式——减短上弦支承距离，避免上弦受弯 􀀻 芬克式——便于运输、装配 􀀻 交叉式——斜杆可用柔性、省材 􀀻 K型式——竖杆计算长度短，弦杆计算长度短 􀀻 再分式——减短弦杆计算长度,2） 屋架主要尺寸的确定,跨度,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:,跨中高度h=(1/6~1/4)l,梯形屋架:,当上弦坡度为1/8~1/12时，跨中高度一般为 h=(1/10~1/6)l 梯形桁架的端部高度： 当桁架与柱铰接时为1.6~2.2m，刚接时为1.8~2.4m,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0.8m～3.0m支撑系统：屋盖支撑、柱间支撑,3.2.5支撑体系,一、屋盖支撑,横向水平支撑:布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿屋架方向布置的支撑纵向水平支撑:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置的支撑垂直支撑:布置在屋架间及天窗间，是竖向布置的支撑系杆:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内①保证屋盖结构的几何稳定性,几何不变体 系屋架稳定,几何可变体 系屋架侧倾,1、屋盖支撑的作用,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。

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③为弦杆提供必要的侧向支承点,支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度④承担并传递水平荷载,⑤保证结构安装时的稳定与方便,②保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性,2、屋盖支撑的布置,①上弦横向水平支撑,上弦横向水平支撑布置,天窗架上弦横向水平支撑布置,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①各种屋盖，包括天窗架都要设置 ②布置在两端第一或第二柱间 ③横向间距不超过60米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跨度L≥18m； 屋架下弦设有悬挂（Q>5t），有起重量较大的桥式吊车； 屋架下弦设有通长的纵向水平支撑； 与上弦横向水平支撑布置在同一柱间上弦支撑布置,下弦支撑布置,,,,,③下弦（或上弦）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。

①有重级工作制或大吨位吊车或 锻锤等振动设备时设； ②屋架下弦有纵向或横向吊车轨 道时设； ③有托架时设； ④屋架跨度或房屋高度较高时 设； ⑤设在下弦端节间，与下弦横向 水平支撑构成封闭支撑系统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 ①设在有横向支撑的柱间； ②对梯形屋架，至少设三道，跨 度大于30米或有天窗时增设； ③对三角形屋架，跨度≤24m时 中间设一道，超过24m设两道,,,,,,,,,,,,,,,当l＞30m时在两端以及跨度 l／3处或天窗架侧柱处共设四道l /3,l /3,l /3,k,⑤系杆,f—柔性系杆,k—刚性系杆,(为没有参与组成空间稳定体的屋架提供上下弦的侧向支承点),在垂直支撑的平面内一般设置上下弦通长系杆； 屋脊节点及支座节点处设置通长刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆； 当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为刚性系杆屋盖支撑的布置,(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,,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100t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为大型屋面板，屋面坡度为1/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。

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三、屋盖支撑的形式，计算和构造,,屋盖支撑的设计原则,一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选 拉杆的设计可按[λ]＝400控制； 压杆的设计可按[λ]=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a. 上弦支撑,b . 下弦支撑,屋盖支撑的构造,,,,,,,,柔性系杆,刚性系杆,§3.5 屋盖结构和普通钢屋架设计 (Design of Steel Roof Truss),钢屋架设计内容及步骤,1、 屋架的选型：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,,3.5.1 屋架杆件的内力计算,荷载,1） 荷载和组合,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,《建筑结构荷载规范》GB50009-2012,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,①荷载都作用在节点上； ②杆件等截面； ③各杆件轴线均为直线，相交于节点的中心； ④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,q=0.117+0.011L （kN/m2）,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3）风荷载：,wo—基本风压，见荷载规范； βz—高度z处的风振系数，钢屋架取1.0； μz—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； μs—风荷载体型系数，和房屋体型、风向有关式中：,荷载组合,桁架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；(大型屋面板）,与柱铰接采用的组合：,事故原因,违反钢筋混凝土屋面板安装程序面造成第36轴线屋架超载按设计，天窗架上的屋面板应该在天窗架两侧的屋面板全部铺设完并焊好以后才能安装内力计算,屋架分析模型,节点为铰接； 所有杆件轴线平直，且在同一平面内相交于节点中心； 荷载均作用于节点上，且均在屋架平面内,,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：,①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。

②直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M） ③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3.5.3 屋架杆件设计,屋架分析模型,屋架的节点为铰接； 屋架所有杆件的轴线平直，且在同一平面内相交于节点中心； 荷载均作用于节点上，且均在屋架平面内,实际屋架分析模型,屋架理想分析模型中，所有杆件均为二力杆 实际节点具有焊缝刚度、拉力杆刚度，非理想铰节点 屋架杆件长宽比满足一定要求，可认为杆件间铰节点 次弯矩：节点刚度、轴线不相交、荷载不在节点上,屋架平面内的计算长度l0x,（1） 屋架杆件计算长度,屋架平面外的计算长度l0y,上弦杆：,l0y=l1,腹杆：,l0y=l,(节件长度）,l0y=l1/2,,有檩屋盖,下弦杆：,l0y=l1,（屋面板与屋架3点可靠连接）,变内力压杆:,l1=2d,,（2.19）,,,l0=0.9l,斜平面的计算长度l0,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算长度交叉腹杆中杆件的计算长度,①交叉腹杆中交叉点处构造：,两杆不断开,一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。

交叉腹杆中杆件在桁架平面的计算长度,容许长细比：,杆件截面选取的原则：,等稳定原则,（3）截面形式,①上弦：,,,,,,,,,,,,垫板,无节间荷载时，在一般支撑布置下，loy＝2lox；为满足λ＝λy；应使iy＝2ix，故采用两不等边角钢短肢相并或等肢角钢；有节间荷载时，两不等边角钢长肢相并或等边角钢；,②下弦：,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垫板,,③支座斜杆及竖杆：,等肢角钢相并或两不等肢角钢长肢相并,④其它腹杆：,两等肢角钢相并,⑤与竖向支撑相连的竖腹杆，用“＋”字截面,⑥为了保证双角钢共同作用，在双角钢之间至少设两块垫板，且使压杆中垫板间距l0≤40i，拉杆l0≤80i（i为单角钢绕1-1轴回转半径）,①应选用相同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为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏，角钢的尺寸不宜小于L45×4或L56×36×4（对焊接结构），或L50×5（对螺栓连接的结构） ③一榀桁架的角钢规格应尽量统一，宜调整到不超过5~6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，以便施工时辨认截面选择,例题,上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=-1117.37KN,1、计算长度： 屋架平面内取节间轴线长度 l 0x =150.8cm 屋架平面外根据支撑，考虑到大型屋面板能起一定的支撑作用，取上弦横向水平支撑的节间长度： l 0y =3000mm,解：,考虑λx = λy ，选用两个不等肢角钢，短肢相并,2、截面初选：,设λ =60，b类截面， φ =0.807，则：,3、验算：,①刚度,②稳定性,3.5.4 屋架节点设计,桁架节点处设置节点板，交汇于节点的各杆件均与节点板连接符合计算简图 传力明确、可靠 构造简单 制造、安装方便,,,,,,上弦中央拼接节点,,下弦中央拼接节点,,上弦节点,,支座节点,,下弦节点,一般节点 有集中荷载的节点 拼接节点 支座节点,,1、节点设计的一般要求,① 节点板的厚度：节点板厚度不小6mm，支座节点板可比其他节点板厚2mm一般，以杆件最大内力确定节点板厚度可参照表3.15选用② 杆件的形心线：各杆件的形心线与杆件轴线重合，并汇交于节点中心，使实际受力与计算简图相一致，减少附加偏心弯矩。

通常将角钢肢背至轴线的距离取为5mm的倍数。