钢结构下单层厂房结构课件

,设计,钢结构,第七章,单层厂房结构,7.1,厂房结构的形式和布置,7.2,厂房结构的框架形式,7.3,屋盖结构,7.4,框架柱设计特点,7.5,轻型门式刚架结构,7.6,吊车梁设计特点,7.7,墙架体系,1.,熟悉单层厂房结构形式及布置，钢屋盖结构构造和设计计算。,2.,了解轻型门式刚架的构造和设计。,3.,了解吊车梁的构造与设计。,4.,掌握框架柱的设计。,本章目录,基本要求,第,7.1,节 厂房结构的形式和布置,1.,厂房结构的组成,2.,厂房结构的设计步骤,3.,柱网和温度伸缩缝的布置,1.,了解厂房结构的组成,2.,了解厂房的设计步骤及柱网伸缩缝的布置,本节目录,基本要求,7.1.1,厂房结构的组成,(b),有檩屋盖,屋架,柱间支撑,檩条,拉条,上弦横向支撑,柱间支撑,图,7.1.1,厂房结构的组成,垂直支撑,大型屋面板,柱间支撑,上弦横向支撑,天窗架,屋架,(a),无檩屋盖,其构件按作用可分为：,横向框架 由柱和屋架组成,是厂房的主要承重体系。,屋盖结构 承担屋盖荷载，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。,支撑体系 包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，作用有二：承担纵向水平荷载；把主要承重体系连成空间的整体结构，保证厂房结构必需的刚度和稳定。,吊车梁和制动梁,(,或制动桁架,),主要承受吊车竖向及水平荷载。,墙架 承受墙体的自重和风荷载。,次要的构件：梯子、走道、门窗等。在某些厂房中，还有工作平台。,7.1.2,厂房结构的设计步骤,（,1,）规划厂房的建筑和结构,（,2,）静力计算,（,3,）构件及连接设计,（,4,）绘制施工图,7.1.3,柱网和温度伸缩缝的布置,7.1.3.1,柱网布置,进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：,满足生产工艺的要求,满足结构的要求 尽可能将柱布置在同一的横向轴线上。,符合经济合理的要求 确定方案时应进行综合比较。,符合柱距规定要求 对厂房横向，当跨度,L,18m,时，其跨度宜采用,3m,的倍数；当厂房跨度,L,18m,时，其跨度宜采用,6m,的倍数。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用,6m,或,12m,，现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以,18m,甚至,24m,作为基本柱距。多跨厂房的中列柱，常因工艺要求需要,“,拔柱,”,。其柱距为基本柱距的倍数，最大可达,48m,。,图,7.1.2,柱网布置和温度伸缩缝,(a),各列柱距相等,(b),中间柱有拔柱,a,s,a,a,a,c,c,c,计算单元,2a,a,c,c,计算单元,a,a,a,a,a,a,a,a,插入距,(a),(b),7.1.3.2,温度伸缩缝,设置,温度伸缩缝是,为了避免产生过大的温度变形和,和温度应力。,在纵向，常采用温度伸缩缝将厂房分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过表,7.1,时，可不计算温度应力。,表,7.1,温度区段长度值,120,露天结构,125,100,180,热车间和采暖地区的非采暖房屋,150,120,220,采暖房屋和非采暖地区的房屋,柱顶为铰接,柱顶为刚接,横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）,纵向温度区段,（垂直于屋架或构架跨度方向）,温度区段长度（,m,）,结构情况,为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件,(,如托架、吊车梁等,),支座处设置滑动支座，但构造复杂。,当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸缩缝。,温度伸缩缝最普通的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合；在设备布置条件不允许时，可采用,“,插入距,”,的方式。,第,7.2,节 厂房结构的框架形式,1.,横向框架主要尺寸和计算简图,2.,横向框架的荷载和内力,3.,框架柱的类型,4.,纵向框架的柱间支撑,1.,了解厂房框架柱的类型及柱间支撑,2.,掌握横向框架的计算,本节目录,基本要求,7.2.1,横向框架主要尺寸和计算简图,7.2.1.1,主要尺寸,框架的主要尺寸见图,7.2.1,。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式定出：,桥式吊车的跨度；,式中,图,7.2.1,横向框架的主要尺寸,h,2,h,1,h,3,H,2,H,H,1,S,L,0,L,x,D,车外缘和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起重量不大于,500kN,时，不宜小于,80mm,；当吊车起重量大于或等于,750kN,时，不宜小于,100mm,；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则,D,不得小于,400mm,；,S,由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离，应满足下式要求,B,吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；,图,7.2.2,柱与吊车梁轴线 间的净距,L,0,L,x,h,1,h,2,B,S,D,b,1,b,1,/2,b,1,上段柱宽度。,S,的取值：对于中型厂房一般采用,0.75m,或,1m,，重型厂房则为,1.25m,甚至达,2.0m,。,框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离,:,式中,:,h,3,地面至柱脚底面的距离。中型车间约为,0.8-1.0,，重型车间为,1.0,1.2,；,h,2,地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求定；,式中：,A,为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离；,100mm,是为制造、安装误差留出的空隙；,(150,200)mm,则是考虑屋架的挠度和下弦水平支撑角钢的下伸等所留的空隙。,吊车梁的高度可按,(1/5,1/12),选用，,L,为吊车梁的跨度，吊车轨道高度可根据吊车起重量决定。,h,1,吊车轨顶至屋架下弦底面的距离：,7.2.1.2,计算简图,通常简化为平面框架计算。,框架计算单元应使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，同时将受力最不利的柱划入计算单元中。,对于各列柱距均相等的厂房，只计算一个框架。对有拔柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。,图,7.2.3,横向框架的计算简图,(a),柱顶刚接,(b),柱顶铰接,H,1,H,2,H,L,(a),H,1,H,2,H,L,1,L,2,(b),对于由格构式横梁和阶形柱,(,下部柱为格构柱,),所组成的横向框架，需要将惯性矩,(,对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算,),乘以折减系数,0.9,简化成实腹式横梁和实腹,式柱。对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认为横梁刚度为无穷大：,式中,横梁在远端固定使近端,A,点转动单位角时在,A,点所需施加的力矩值；,柱在,A,点转动单位角时在,A,点所需施加的力矩值。,框架的计算跨度,L,(,或,L,1,、,L,2,),取为两上柱轴线之间的距离。,横向框架的,计算高度,H,：柱顶刚接时,可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离,(,横梁假定为无限刚性,),，或柱脚底面至横梁端部形心的距离,(,横梁为有限刚性,),；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将,H,划分为上部柱高度,H,1,和下部柱高度,H,2,。,图,7.2.4,横向框架的高度取值方法,H,2,H,H,1,H,2,H,H,1,H,2,H,H,1,H,2,H,H,1,长圆孔相连,(a),(b),(c),(d),7.2.2,横向框架的荷载和内力,7.2.2.1,荷载,作用在横向框架上的荷载有永久荷载、可变荷载、施工荷载。,永久荷载,：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。可参考有关资料、表格、公式进行估计。,可变荷载,：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载等。可由荷载规范和吊车规格查得。,施工荷载,：考虑在施工中采取临时性措施。,7.2.2.2,内力组合分析,框架内力分析可按,结构力学,的方法进行，也可利用,计算图表,或,计算机程序,。,对于单跨刚架，分别,以,荷载标准值,分析以下工况,：,永久荷载；,屋面活荷载；,左（或右）风荷载；,吊车左（或右） 刹车力；,吊车小车靠近左（或右）时的重力。,然后，按照承载能力极限状态或正常使用极限状态组合。,最不利的内力组合,受弯构件最多只需四种内力组合：,:,:, :,:,压弯构件最多只需四种内力组合：,:, :, :,:,柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。最不利组合可分为四组：,使屋架下弦杆产生最大压力；,使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力；,使腹杆产生最大拉力,使腹杆产生最大压力,组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。,(a),M,H,M,H,(c),M,H,M,H,(b),M,H,M,H,(d),M,H,M,H,图,7.2.5,7.2.3,框架柱的类型,框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。,等截面柱有实腹式和格构式两种,通常采用实腹式。等截面柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量,Q,150kN,，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。,阶形柱用钢量比等截面柱节省。也分为实腹式和格构式两种。,框架柱形式见图,7.2.6,。,图,7.2.6,框架柱的形式,(a),等截面实腹柱；,(b),等截面格构柱；,(c),阶形实腹柱；,(d),阶形格构柱；,(e),双阶柱,;(f),分离式柱,(a),H,(b),H,(c),室内地面标高,柱底标高,(f),室内地面标高,柱角底面标高,(e),H,3,H,2,H,1,(d),分离式柱：由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。,屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计；吊车肢在框架平面内的稳定性依靠连在屋盖肢上的水平连系板保证。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计，当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。,分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于,10m,、且吊车起重量,Q750kN,，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车起重量,Q500kN,。,7.2.4,纵向框架的柱间支撑,7.2.4.1,柱间支撑的作用和布置,柱间支撑的作用为：,组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；,承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础。,可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。,柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑。吊车梁以下部分称为下层支撑，下层柱间支撑与柱、吊车梁在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很短,(,如混铁炉车间,),时，下层支撑设在两端才是合理的。,当温度区段小于,90m,时，在它的中央设置一道下层支撑,图,7.2.7,(a),；如果温度区段长度超过,90m,，则在它的,1/3,点处各设一道支撑,图,7.2.7 (b),。,图,7.2.7,柱间支撑的布置,(b),(a),上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。,为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部。此外，在有下层支撑处也应设置上层支撑。上层柱间支撑宜在柱的两侧设置，只有在无人孔而柱截面高度不大的情况下才可沿柱中心设置一道。下层柱间支撑应在柱的两个肢的平面内成对设置；与外墙墙架有联系的边列柱可仅设在内侧，但重级工作制吊车的厂房外侧也同样设置支撑。,7.2.4.2,柱间支撑的形式和组成,柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等，如图,7.2.8,。,图,7.2.8,柱间支撑的形式,(a),(b),(c),(d),(e),上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下层柱间支撑除承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载。在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支撑时，则全部纵向水平荷载,(,包括风力,),由该柱列所有支撑,十字交叉支撑使用最为普遍，其斜杆倾角宜为,45,。,左右。上层支撑在柱间距大时可改用斜撑杆；下层支撑高而不宽者可以用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个开间。,当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架式支撑。,共同承受。当在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力；靠墙的外肢平面内设置的下层支撑，只承受端墙传来的风力与吊车肢下层支撑按轴线距离分配受力。,交叉杆、上层斜撑杆、门形,下层支撑,的主要杆件一般,按柔性杆,(,拉杆,),设计,，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。某些重型车间，对下层柱间支撑的刚度要求较高，往往交叉杆的两杆均按压杆设计。,第,7.3,节 屋盖结构,1.,屋盖结构的形式,2.,屋盖支撑,3.,简支屋架设计,4.,刚接屋架（框架横梁）设计特点,1.,了解屋盖的形式和支撑,2.,掌握简支屋架的设计,本节目录,基本要求,7.3.1,屋盖的结构形式,7.3.1.1,屋盖结构体系,(1),无檩屋盖,无檩屋盖一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。,预应力混凝土大型屋面板的跨度通常采用,6m,，有条件时也可采用,12m,。当柱距大于所采用的屋面板跨度时，可采用托架,(,或托梁,),来支承中间屋架。,采用无檩屋盖的厂房，屋面刚度大，耐久性也高。由于大型屋面板与屋架上弦杆的焊接常常得不到保证，只能有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不能取消。,(2),有檩屋盖,有檩屋盖常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。,对石棉瓦和瓦楞铁皮屋面，屋架间距通常为,6m,；当柱距大于或等于,12m,时,则用托架支承中间屋架。对于压型钢板和压型铝合金板屋面、屋架间距常大于或等于,12m,，当屋架间距为,12,18m,时，宜将檩条直接支承于钢屋架上；当屋架间距大于,18m,时,以纵横方向的次桁架,(,或梁,),来支承檩条较为合适。,7.3.1.2,屋架的形式,屋架外形常用的有三角形、梯形、平行弦和人字形等。,屋架的外形首先取决于建筑物的用途，其次应考虑用料经济施工方便、与其他构件的连接以及结构的刚度等问题。此外，还取决于屋面材料要求的排水坡度。,在制造简单的条件下，,桁架外形应尽可能与其弯矩图接近,，这样能使弦杆受力均匀，腹杆受力较小。腹杆的布置应使内力分布趋于合理，尽量用长杆受拉、短杆受压，腹杆的数目宜少，总长度要短，斜腹杆的倾角一般在,30,。,60,。,之间，腹杆布置时应注意使荷载都作用在桁架的节点上,(,石棉瓦等轻屋面的屋架除外,),，避免由于节间荷载而使弦杆承受局部弯矩，节点构造要求简单合理，便于制造。,三角形桁架,用于陡坡屋面,(,i,1,3),的有檩屋盖体系,特点：通常与柱子只能铰接，房屋的整体横向刚度较低；对简支屋架来说，外形与荷载作用下的弯矩图相差悬殊，致使这种屋架弦杆受力不均，支座处内力较大，跨中内力较小，弦杆的截面不能充分发挥作用；支座处上、下弦杆交角过小内力较大，使支座节点构造复杂。,三角形屋架的腹杆布置常用的几种形式,:,图,7.3.1,三角形屋架的形式,(a),(c),(b),(d),梯形屋架,用于屋面坡度较为平缓的无檩屋盖体系,特点：,它与简支受弯构件的弯矩图形比较接近，弦杆受力较为均匀。梯形屋架与柱的连接可以做成铰接也可以做成刚接。刚性连接可提高建筑物的横向刚度。,梯形屋架的腹杆体系可采用单斜式、人字式和再分式。一般情况下，与柱刚接的屋架宜采用下承式；与柱铰接时则采用上承式下承式均可。,图,7.3.2,梯形屋架,3000,3000,3000,1500,(a),(b),(c),(d),人字形屋架,上、下弦可以平行,;,也可以有不同坡度,或者下弦有一水平段。如图,7.3.3,所示。坡度常为,1/20,1/10,，屋架中部高度一般为,2.0,2.5m,，跨度大于,36m,时可取较大高度，但不宜超过,3m,。端部高度一般为跨度的,1/18,1/12,。,图,7.3.3,人字形屋架和平行弦桁架,(a),(c),(b),(d),(e),(f),(g),平行弦桁架在构造方面有突出的优点，弦杆及腹杆分别等长、节点形式相同、能保证桁架的杆件重复率最大，且可使节点构造形式统一，便于制作工业化。,平行弦桁架还可用于单坡屋架、吊车制动桁架、栈桥和支撑构件等。腹杆布置通常采用人字式，用作支撑桁架时腹杆常采用交叉式。,7.3.1.3,托架、天窗架的形式,支承中间屋架的桁架称为托架。,托架一般采用平行弦桁架，腹杆采用带竖杆的人字形体系。直接支承于钢筋混凝土柱上的托架常用下承式，支于钢柱上的托架常用上承式。,托架高度应根据所支承的屋架端部高度、刚度要求、经济要求以及有利于节点构造的原则来决定。一般取跨度的,1/5,1/10,，托架的节间长度一般为,2m,或,3m,。,当托架跨度大于,18m,时，可做成双壁式，此时，上下弦杆采用平放的,H,型钢,以满足平面外刚度要求。托架与柱的连接通常做成铰接，屋架与托架的连接宜采用铰支的平接。,图,7.3.4,托架形式,(a),上承式托架；,(b),下承式托架；,(c),双壁式桁架截面；,(d),单壁式桁架截面；,n3000,n3000,n3000,n3000,n3000,n3000,n3000,n3000,n3000,32000,32000,n3000,(a),(b),(c),(d),厂房中天窗的形式可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗等。,纵向天窗的天窗架形式一般有竖杆式、三角拱式和三支点式。见图,7.3.5,。,图,7.3.5,天窗架形式,(a),(c),9000,9000,6000,12000,(b),6000,6000,9000,7.3.2,屋盖支撑,为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。,(1),支撑的作用,保证结构的空间整体作用；,避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动；,承担和传递水平荷载,(,如风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载等,),；,保证结构安装时的稳定与方便,图,7.3.6,屋盖支撑作用示意图,(a),檩条或,屋面板,屋架,下弦横向水平支撑,上弦横向水平支撑,垂直支撑,(b),(2),支撑的布置,图,7.3.7,有檩屋盖的支撑布置,(a),屋架间距为,6m,时；,(b),屋架间距为,12m,时；,700800,6000,屋架上弦平面,横向水平支撑,1,1,60m,60m,檩条,屋架下弦平面,垂直支撑,系杆,1-1,(a),纵向水平支撑,12000,30006000,2,2,60m,60m,垂直支撑,檩条,隔撑,2-2,(b),图,7.3.8,无檩屋盖的支撑布置,(a),屋架间距为,6m,无天窗架的屋盖支撑布置时；,(b),天窗未到尽端的屋盖支撑布置；,6000,屋架上弦平面,1,2,1,2,屋架下弦平面,1-1,2-2,(a),6000,屋架上弦平面,3,3,屋架下弦平面,天窗架上弦平面,3-3,(b),屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。,上弦横向水平支撑,设置在屋架上弦和天窗架上弦，一般在房屋两端或纵向温度区段两端。有时在山墙承重，或设有纵向天窗但此天窗又未到温度区段尽端而退一个柱间断开时，为了与天窗支撑配合，可将屋架的横向水平支撑布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。两道横向水平支撑间的距离不宜大于,60m,，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑，以符合此要求。,当屋架间距,12m,时，上弦水平支撑还应予以加强,以保证屋盖的刚度。,下弦横向水平支撑,当屋架间距,12m,时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑,但当屋架跨度比较小,(,L,18m,),又无吊车或其他振动设备时,可不设下弦横向水平支撑。,当屋架间距,12m,时,由于在屋架下弦设置支撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上弦支撑应适当加强,并应用隅撑或系杆对屋梁下弦侧向加以支承。,屋架间距,18m,时,如果仍采用上述方案则檩条跨度过大,此时宜设置纵向次桁架,使主桁架,(,屋架,),与,次桁架组成纵横桁架体系,次桁架间再设置檩条或设置横梁及檩条，同时，次桁架还对屋架下弦平面外提供支承。,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为保证托架的侧向稳定时，或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。纵向水平支撑和横向水平支撑形成封闭体系将大大提高房屋的纵向刚度。,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。,垂直支撑,(,图,7.3.9),无论有檩屋盖或无檩屋盖，通常均应设置垂宜支撑。屋架的垂宜支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。,对三角形屋架的垂直支撑，当屋架跨度,18m,时，可仅在跨度中央设置一道；当跨度,18m,时，宜设置两道,(,在跨度,1/3,左右处各一道,),。,对梯形屋架、人字形屋架或其他端部有一定高度的多边形屋架，必须在屋架端部设置垂宜支撑，此外尚应按下列条件设置中部的垂宜支撑：当屋架跨度,30m,时，可仅在屋架跨中布置一道垂直支撑，当跨度,30m,时，则应在跨度,l/3,左右的竖杆平面内各设一道垂直支撑；当有天窗时，宜设置在天窗侧腿的下面。若屋架端部有托架时，就用托架等代替，不另设端部垂直支撑。,对多竖杆和三支点式天窗架，当其宽度,12m,时，尚应在中央竖杆平面内增设一道。,图,7.3.9,垂直支撑的布置和形式,6000,L30m,(a),L,30m,L,12m,(b),L18m,(c),L,18m,(d),6000,3600,(e),2400,3600,(g),6000,2400,(f),12000,2400,3600,(h),作用,：为了支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证其稳定和传递水平力。,布置原则,：屋架上弦平面内，对无檩体系，在屋脊处和屋架端部处；对有檩体系，在纵向天窗下的屋脊处。,屋架下弦平面内，当屋架间距为,6m,时，应在屋架端部处、下弦杆有弯拆处、与柱刚接的屋架下弦端节间受压但未设纵向水平支撑的节点处、跨度,18m,的芬克式屋架的主斜杆与下弦相交的节点处等部位设置。,系杆,设计：,设计时分为,刚性系杆,(,既能受拉又能受压,),和柔性系杆,(,只能受拉,),。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,，当横向水平支撑设置在房屋温度区段端部第二个柱间时，第一个柱间的所有系杆均为刚性系杆，其他情况的系杆可用,柔性系杆,。,当屋架间距,12m,时，将水平支撑全部布置在上弦平面内并利用檩条作为支撑体系的压杆和系杆，而作为下弦侧向支承的系杆可用支于檩条的隅撑代替。,（,3,）支撑杆件的计算,支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按照压杆设计。,对于如图,7.3.10,所示的支撑桁架，通常将斜腹杆视为柔性杆件，只能受拉，不能受压。因而,受压杆件退出工作,如图,7.3.10,中虚线所示，每节间只有受拉的斜腹杆参与工作。,图,7.3.10,支撑桁架杆件的内力计算简图,W/2,W,W,W,W,W,W,W,W/2,W/2,W,W,W,W,W,W/2,(a),(b),7.3.3,简支屋架设计,7.3.3.1,屋架的内力分析,(1),基本假定,假定节点处的所有杆件轴线在同一平面内相交于一点,(,节点中心,),，而且各节点均为理想铰接。荷载集中作用于节点,(,屋架作用有节间荷载时，可将其分配到相邻的两个节点,),。即,简化为桁架,。,（,2),局部弯矩的处理方法,节间荷载引起的局部弯矩，一般采用简化计算。,当屋架上弦杆有节间荷载作用时，上弦杆的局部弯矩可近似地采用：端节间的正弯矩取,0.8M,0,其他节间的正弯矩和节点负弯短,(,包括屋脊节点,),取,0.6M,0,，,M,0,为将相应弦杆节间作为单跨简支梁求得的最大弯矩。,图,7.3.11,局部弯矩作用的计算简图,0.8M,0,0.6M,0,0.6M,0,0.6M,0,0.6M,0,0.6M,0,0.6M,0,0.6M,0,(3),荷载组合,与柱铰接的屋架应考虑下列荷载作用情况：,第一是,全跨荷载,：所有屋架都应进行全跨满载时的内力计算。即全跨永久荷载,+,全跨屋面活荷载或雪荷载,(,取两者的较大值,)+,全跨积灰荷载,+,悬挂吊车荷载。有纵向天窗时，应分别计算中间天窗处和天窗端壁处的屋架杆件内力。,第二是,半跨荷载：,全跨永久荷载,+,半跨屋面活荷载,(,或半跨雪荷载,)+,半跨积灰荷载,+,悬挂吊车荷载。采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：屋架及天窗架,(,包括支撑,),自重,+,半跨屋面板重,+,半跨屋面活荷载。采用半跨荷载是考虑到有可能会引起腹杆内力,“,变号,”,。,第三是对轻质屋面材料的屋架，一般应考虑负风压的影响。即当屋面永久荷载,(,荷载分项系数取为,1.0,),小于负风压,(,荷载分项系数取为,1.4,),时，屋架的受拉杆件在永久荷载与风荷载联合作用下可能受压。求其内力时，可假定屋架两端支座的水平反力相等。一般的做法是：只要负风压的竖向分力大于永久荷载，即认为屋架的拉杆将反号变为压杆，但此压力不大，将其长细比控制不超过,250,即可，不必计算风荷载作用下的内力。,第四是轻屋面的厂房,当吊车起重量较大,(Q300kN),应考虑按框架分析求得的柱顶水平力是否会使弦内力增加或引起下弦内力变号。,7.3.3.2,杆件的计算长度和容许长细比,(1),杆件的计算长度,桁架平面内,弦杆、支座斜杆和支座竖杆取 ；其他受压腹杆，取 。,桁架平面外,原则上，屋架弦杆在平面外的计算长度，应取侧向支承点间的距离。,上弦：有檩屋盖中，通常,檩条可视为屋架弦杆的支撑点。在无檩屋盖中，大型屋面板能起一定的支撑作用，一般取,2,块屋面板的宽度，但不大于,3.0m,。,下弦：视有无纵向水平支撑，取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆间的距离。,腹杆：因节点在桁架平面外的刚度很小，对杆件没有什么嵌固作用，故所有腹杆均取 。,斜平面,支座斜杆和支座竖杆取 ，其他取 。,图,7.3.12,桁架弦杆的计算长度,(a,）桁架杆件在桁架平面内的计算长度；,(b),桁架杆件在桁架平面外的计算长度；,l,ox,=l,l,ox,=l,l,ox,=0.8l,(a),l,2,l,1,(b),图,7.3.13,侧向支撑点间压力有,变化的弦杆平面外计算长度,N,2,N,1,l,1,图,7.3.14,压力有变化的受压腹杆,平面外计算长度,(a),N,2,N,1,l,1,(b),N,2,N,1,l,1,其他,如桁架受压弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两节间弦杆内力不等时，该弦杆在桁架平面外的计算长度按下式计算：,但不小于,0.5l,1,式中,:,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。,桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆,见图,7.3.14(a),，在桁架平面外的计算长度也按上式确定,(,受拉主斜杆仍取,l,1,);,在桁架平面内的计算长度则采用节点中心间距离。,(2),杆件的容许长细比,具体规定见轴心受力构件一章。,7.3.3.3,杆件的截面形式,原则上应考虑构造简单、施工方便、易于连接，取材容易等要求。对轴心受压杆件，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性。,(1),单壁式屋架杆件的截面形式,通常采用由两个角钢组成的,T,形截面或十字形截面。受力较小的次要杆件可采用单角钢。如今，很多情况可用,H,型钢剖开而成的,T,型钢来代替双角钢组成的,T,形截面。,图,7.3.15,单壁式屋架杆件角钢截面,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,x,x,y,y,l,y,=,（,1.351.5,）,l,x,l,y,=,（,2.62.9,）,l,x,l,y,=,（,0.750.9,）,l,x,l,y,=,（,1.82.1,）,l,x,l,y,=,（,0.821.4,）,l,x,l,y,=,（,0.450.79,）,l,x,(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h),(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。其中由双角钢组成的双壁式截面可用于弦杆和腹杆，横放的,H,型钢可用于大跨度重型双壁式屋架的弦杆和腹杆。,图,7.3.16,双壁式屋架杆件的截面,(a),(b),(c),(3),双角钢杆件的填板,双角钢组成,T,形或十字形截面，杆件,按实腹式杆件计算,。,为了保证两个角钢共同工作，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板，使它们之间有可靠连接。,图,7.3.17,桁架杆件中的填板,(a),l,1,l,1,1,1,5080,1520,l,1,l,1,1,1,1015,(b),填板的宽度：一般取,50,80mm,；填板的长度：对,T,形截面应比角钢肢伸出,10,20mm,，对十字形截面则从角钢肢尖缩进,10,15mm,，以便于施焊。填板的厚度与桁架节点板相同。,填板的间距：对压杆,l,1,40,i,1,，拉杆,l,1,80,i,1,，在,T,形截面中，,i,1,为一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径；在十字形截面中，,i,1,为一个角钢的最小回转半径，填板应沿两个方向交错放置。在压杆的桁架平面外计算长度范围内，至少应设置两块填板。,7.3.3.4,杆件的截面选择,(1),一般原则,优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成截面,但受压构件应满足局部稳定的要求。板件或肢件的最小厚度为,5mm,，对小跨度屋架可用到,4mm,。,角钢杆件或,T,型钢的悬伸肢宽不得小于,45mm,。直接与支撑或系杆相连的最小肢宽，应根据连接螺栓的直径,d,而定。垂直支撑或系杆如连接在预先焊于桁架竖腹杆及弦杆的连接板上时，则悬伸肢宽不受此限。,屋架节点板,(,或,T,型钢弦杆的腹板,),的厚度，可根据下表取用。,跨度较大的桁架,(,例如,24m,),与柱铰接时，弦杆宜在半跨内改变一次。变截面位置宜在节点处或其附近。改变截面的做法通常是变肢宽而保持厚度不变。,同一屋架的型钢规格不宜太多。,当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且距节点板边缘距离,100mm,时，计算杆件强度可不考虑截面的削弱。,单面连接的单角钢杆件，需要考虑偏心的影响。,注：,1,、节点板钢材为,Q345,钢或,Q390,钢、,Q420,钢时，节点板厚度可按表中数值适当减小；,2,、本表适用于腹杆端部用侧焊缝连接的情况；,3,、无竖腹杆相连且自由边无加劲肋加强的节点板，应将受压腹杆内力乘以,1.25,后再查表。,22,20,18,16,14,12,10,10,支座节点板厚度（,mm,）,20,18,16,14,12,10,8,68,中间节点板厚度（,mm,）,17713090,12911770,9111290,681910,511680,291510,171290,170,梯形、人字形屋架腹杆最大内力或三角形屋架弦杆端节间内力（,kN,）,Q235,钢单壁式焊接屋架节点板厚度选用表,(2),杆件的截面选择,具体计算方法见轴心受力构件一章。,7.3.3.5,钢桁架的节点设计,(1),节点设计的一般要求,原则上，桁架应以杆件的形心线为轴线并在节点处相交于一点。为了制作方便， 通常取角钢背或,T,型钢背至轴线的距离为,5mm,的倍数。,当沿长度弦杆截面有改变时，一般将拼接处两侧弦杆表面对齐，此时宜采用受力较大的杆件形心线为轴线，如图,7-3-18,。当两侧形心线偏移的距离,e,不超过较大弦杆截面高度的,5,时，可不考虑此偏心影响。,当偏心距离,e,超过上述值，或者由于其他原因使节点处有较大偏心弯矩时,应将此弯矩根据线刚度分配于各杆。计算公式为：,式中,节点偏心弯短；,所计算杆件线刚度；,汇交于节点的各杆件线刚度之和。,在屋架节点处，腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的净距，不宜小于,10mm,;,杆件之间的空隙不小于,15-20mm,。,图,7.3.18,弦杆轴线的偏心,N,1,N,2,e,(a),M=N,1,e,(b),角钢端部的切割一般垂直于其轴线。有时为减小节点板尺寸，允许切去一肢的部分，但不允许将一个肢完全切去而另一肢伸出的斜切。,节点板酌外形应简单而规则。一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。,节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于,15,。,。单斜杆与弦杆的连接应不出现连接的偏心弯矩。,图,7.3.19,角钢端部的切割,不允许,图,7.3.20,单斜杆与弦杆的连接,不正确,正确,15,0,15,0,支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载,(,设计值,),超过下表规定的数值时、弦杆的伸出肢容易弯曲，应对其采用图,7.3.21,的做法予以加强。,图,7.3.21,上弦角钢的加强,t=812,t=812,t=812,加劲肋,加劲肋,100,14,16,75,12,14,55,10,12,40,8,10,25,7,8,Q345,、,Q390,Q235,支撑处总集中荷载设计值（,KN,）,角钢（或,T,型钢翼缘板）厚度（,mm,）、当钢材为,弦杆不加强的最大节点荷载,(2),角钢桁架的节点设设计,角钢桁架是指弦杆和腹杆均用角钢做成的桁架。,一般节点,一般节点是指无集中荷载和无弦杆拼接的节点。,节点板应伸出弦杆,10,15mm,以便焊接。,图,7.3.22,屋架下弦的中间节点,1015,N,1,N,2,1520,1520,弦杆与节点板的连接焊缝,应考虑承受弦杆相邻节间内力之差,按下列公式计算其焊脚尺寸：,肢背焊缝,肢尖焊缝,通常因,N,很小，实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定，并沿节点板全长满焊。,式中,内力分配系数，可取 。,角焊缝强度设计值。,有集中荷载的节点,为便于大型屋面板或檩条连接角钢的放置,常将节点板缩进上弦角钢背，如图,7.3.23,。缩进距离不小于,(0.5t+2)mm,，也不宜大于,t,，,t,为节点板厚度。角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受屋面集中荷载，按下式计算其强度：,式中,节点集中荷载垂直于屋面的分量；,焊脚尺寸，取 。,正面角焊缝强度增大系数。对承受静力荷载和间接承受动力荷载的屋架，,受动力荷载的屋架 。,图,7.3.23,屋架上弦节点,（受集中荷载作用）,h,f2,h,f2,N,2,Q,N,1,e,e,h,f1,h,f2,h,f1,h,f2,N,2,N,1,(a),(b),(c),(d),实际上因 不大，可按构造满焊。,弦杆相邻节间的内力差 ，则由弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊缝承受，计算时应计入偏心弯矩,（ 为角钢肢尖至弦杆轴线距离），按下式计算：,对 ：,对 ：,式中,肢尖焊缝的焊脚尺寸。,验算式为：,当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置，或因相邻弦杆节问内力差 较大，胶尖焊缝不满足上式时，可将节点板部分向上伸出或全部向上伸出。此时弦杆与节点板的连接焊缝应按下列公式计算：,肢背焊缝,肢尖焊缝,式中,:,伸出肢背的焊经焊脚尺寸和计算长度,肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度。,弦杆的拼接及拼接节点,弦杆的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。,工厂拼接的位置通常在节点范围以外。,工地拼接的位置一般在节点处，但以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面，使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚度。,为了使拼接角钢与弦杆紧密相贴，应将拼接角钢的棱角铲去，为便于施焊，还应将拼接角钢的竖肢切去,(t+h,f,+5)mm,，式中,t,为角钢厚度，,h,f,为拼接焊缝的焊脚尺寸。连接角钢截面的削弱，可以由节点板,(,拼接位置在节点处,),或角钢之间的填板,(,拼接位置在节点范围外,),来补偿。,屋脊节点处的拼接角钢，一般采用热弯成形。当屋面坡度较大且拼接角钢肢较宽时，可将角钢竖肢切口再弯折后焊成。拼接角钢或拼接钢板的长度，应根据所需焊缝长度决定。,图,7.3.24,拼接节点,(a),铲成弧面或斜面,(b),冷弯后对焊,钻孔后切去,(c),支座节点,支承于混凝土柱或砌体柱的屋架一般都是按铰接设计，而屋架与钢柱的连接则可为铰接或刚接。,支座节点由节点扳、底板、加劲肋和锚栓组成。支座节点的传力路线是：桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，然后经节点板与加劲肋之间的垂直焊缝，把一部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底扳的水平焊缝把全部支座压力传给底板，最后传给支座。因此，支座节点应进行以下计算。,支座底板的毛面积应为：,式中,支座反力；,支座混凝土局部承压强度设计值,;,锚栓孔的面积。,按计算需要的底板面积一般较小，主要根据构造要求,(,锚栓孔直径、位置以及支承的稳定性等,),确定底板的平面尺寸。,支座底板的厚度按底板下柱顶反力作用产生的弯矩决定，其方法与柱脚底板厚度相同。,为使柱顶反力比较均匀，底板厚度不宜小于,16mm,。,图,7.3.25,三角形屋架的支座节点,垫板,底板,加劲肋,1,1,节点板,1-1,a,1,b,1,a,b,加劲肋,切口,c,R/4,e,图,7-3-26,人字形或梯形屋架支座节点,b,a,底板,加劲肋,切口,c,节点板,e,加劲肋的高度由节点板的尺寸决定，其厚度取等于或略小于节点板的厚度。加劲肋可视为支承于节点板上的悬臂梁,一个加劲肋通常假定传递支座反力的,1/4,，它与节点板的连接焊缝承受剪力 和弯矩 并应按下式验算：,底板与节点板、加劲肋的连接焊缝按承受全部支座反力计算。验算式为,:,(3)T,型钢作弦杆的屋架节点,采用,T,型钢作屋架弦杆，当腹杆也用,T,型钢或单角钢时，腹杆与弦杆的连接不需要节点板。,当腹杆采用双角钢时，有时需设节点板，节点板与弦杆采用对接焊缝，此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差,以及内力差产生的偏心矩 ，可按下式进行计算：,式中,由斜腹杆焊缝确定的节点板长度，若无引弧板施焊时要除去弧坑；,节点板厚度，通常取与,T,型钢腹板等厚或相差不超过,1mm,；,对接焊缝抗剪强度设计值；,对接焊缝抗拉、抗压强度设计值。,角钢腹杆与节点板的焊缝计算同角钢格架,由于节点板与,T,型钢腹板等厚,(,或相差,1mm,),，所以腹杆可伸人,T,型钢腹板,(,见图,7.3.27),，这样可减小节点板尺寸。,图,7.3.27,T,型钢作弦杆的屋架节点,N,1,N,2,加劲肋,e,7.3.3.6,节点处板件的计算,(1),节点处的板件在必要时应按下列公式进行抗撕裂计算：,式中,作用于板件的拉力，,第,i,段破坏面的截面积，当为螺栓,(,或铆钉,),连接时取净截面面积,板件的厚度；,第,i,破坏段的长度，应取板件中最危险的,破坏线的长度；,第,i,段的拉剪折算系数；,第,i,段破坏线与拉力轴线的夹角。,图,7.3.28,板件的撕裂,(a,）焊缝连接；,(b),螺栓（铆钉）连接；,(a),l,2,1,2,3,l,3,l,1,N,l,1,l,2,N,(b),l,3,l,1,N,(c),(2),角钢桁架节点板的强度还可用,“,有效宽度法,”,计算：,式中,:,板件的有效宽度，当用螺栓,(,或铆钉,),连接时，应取净宽度，图中 为应力扩散角，可取为,30,。,。,(a),(b),图,7.3.29,板件的有效宽度,N,b,e,N,b,e,(3),为了保证桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性，受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离,c,，应满足下列条件；,对有竖腹杆的节点板，,;,对无竖腹杆的节点板，,;,且,(4),在采用上述方法计算节点板的强度和稳定时，尚应满足下列要求：,节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角应不小于,15,。,；,斜腹杆与弦杆的夹角应在,30,。,60,。,之间；,节点板的自由边长度,l,f,与厚度,t,比不得大于,否则应沿自由边设加劲肋予以加强。,7.3.4,刚接屋架（框架横梁,),设计特点,与框架柱铰接的屋架，通常忽略水平力，但当屋面为轻屋面而柱的吊车荷载较大时，屋架弦杆的轴向力也较大，故不可忽略。,与柱刚接的屋架，其杆件的内力可先按简支桁架分析，支座处弯矩的化成力偶考虑。如图,7.3.30,。,图,7.3.30,屋架支座弯矩化成力偶作用,A,H,1,H,1,B,H,1,H,1,h,0,下弦端节间可能受压时，长细比的控制应按压杆考虑，即：仅在恒载与风载联合作用下受压时，,250,。在恒载与风载和吊车荷载联合作用下受压时,150,。若下弦杆在屋架平面内的长细比或稳定性不能满足要求时，可予以加强。,图,7.3.31,屋架下弦杆受压时的加强方法,(a,）加撑杆；,(b),加强弦杆截面；,(a),(b),屋架与柱采用刚接连接时，如图,7.3.32,，可认为上弦的最大内力由上盖板传递。下弦节点的连接螺栓承受水平拉力和偏心弯矩。此处一般属小偏心，螺栓拉力的计算方法见连接一章。,图,7.3.32,屋架与柱刚接,上盖板,支托,上盖板,屋架,柱,支撑,端板,H,屋架下弦节点板与支承端板的连接焊缝受支座反力,R,和最大水平力,H,1,(,拉力或压力,),以及偏心弯矩,M,H,1,e,1,按下式计算：,正面角焊缝强度增大系数，当间接承受动态荷裁时,(,例如屋架设有悬挂车,),当直接承受动态荷载时， ；,水平力至焊缝中心的距离。,式中,下弦节点的支承端板在水平拉力,H,作用下受弯，近似按嵌固于两列螺栓间的梁式板计算，所需厚度为：,式中,:,一个螺栓所受的最大拉力；,两竖列螺栓的距离；,受力最大螺栓的端距加螺栓竖向间距的一半。,考虑到支座反力可能偏心，故按加大,25,计算。,7.3.,5,钢屋盖施工图,通常在图纸左上角绘一屋架简图，简图比例视图纸空隙大小而定，图中一半注上几何长度（,mm,），另一半注上杆件的计算内力（,kN,）。当梯形屋架跨度,L24m,或三角形屋架跨度,L15m,时，挠度较大，影响使用与外观，制造时应考虑起拱，拱度约为,L/500,，起拱值可注在简图中，也可以注在说明中。,施工图的主要图面用以绘制屋架的正面图，上、下弦的平面图，必要的侧面图和剖面图，以及某些安装节点或特殊零件的大样图。屋架施工图通常采用两种比例尺：杆件轴线一般为,1:20,1:30,，以免图幅太大；节点（包括杆件截面、节点板和小零件）一般为,1:10,1:15,，可清楚地表达节点的细部构造要求。,对构件进行详细编号。编号的原则是，只有在两个构件的所有零件的形状、尺寸、加工记号、数量和装配位置等全部相同时，才给予相同的编号。连支撑、系杆的屋架和不连支撑、系杆的屋架因在连接孔和连接零件上有所区别，一般给予不同编号,W1,、,W2,、,W3,等，但可以只绘一张施工图。,在施工图中应全部注明各零件（杆件和板件）的定位尺寸、孔洞的位置，以及对工厂加工和工地施工的所有要求。定位尺寸主要有：杆件轴线至角钢肢背的距离，节点中心至所连腹杆的近端端部距离，节点中心至节点板上、下和左、右边缘的距离等。,在施工图中应注明各零件的型号和尺寸，对所有零件也必须进行详细编号，并附材料表。表中角钢要注明型号和长度，节点板等板件要注明长、宽和厚度。零件编号按主次、上下、左右一定顺序逐一进行。材料表一般包括各零件的截面、长度、数量（正、反）和重量（单重、共重和合重）。,施工图的说明应包括所用钢材的钢号、焊条型号、焊接方法和质量要求；图中