单层厂房钢结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,钢结构基本原理及设计,第,9,章屋盖结构,9-1,单厂钢结构,9-2,屋盖结构体系,9-3,钢屋架设计,9-4,节点设计,第,9,章屋盖结构,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。,9-1,单厂钢结构,9.1.1,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。,9-1,单厂钢结构,单层厂房钢结构的组成示例,(a),无檩屋盖,(b),有檩屋盖,9-1,单厂钢结构,9.1.2,柱网和温度伸缩缝的布置,一,.,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,.,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。,9-1,单厂钢结构,柱网布置和计算单元,T,1,9-1,单厂钢结构,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。,9.1.3,横向框架的类型,9-1,单厂钢结构,L,K,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,b,1,上段柱宽度。,H,2,H,1,主要尺寸：,9-1,单厂钢结构,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。,9.1.4,纵向框架柱间支撑,9-1,单厂钢结构,柱间支撑,下层柱间支撑,上层柱间支撑,9-1,单厂钢结构,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,支撑构件的强度和稳定性验算,9-1,单厂钢结构,9-1,单厂钢结构,钢屋架大型屋面板结构体系,9-2,屋盖结构体系,无檩体系,优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久,缺点：屋面自重较大，抗震不利,9-2,屋盖结构体系,钢屋架檩条轻型屋面板结构体系,檩条,垂直支撑,有檩体系,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,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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：,9-2,屋盖结构体系,有檩屋盖体系,9-2,屋盖结构体系,有檩屋盖体系,9-2,屋盖结构体系,一,.,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,。,9-2,屋盖结构体系,人字式，再分式,用于托架或支撑体系,9-2,屋盖结构体系,屋架与柱刚接时的图形,9-2,屋盖结构体系,二,.,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,）保证结构安装时的稳定与方便,1.,屋盖支撑作用,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,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”。,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,屋盖支撑系统做法是：,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。,9-2,屋盖结构体系,11,1,1,2,2,22,上弦平面,下弦平面,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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。,1,1,11,2,2,22,上弦平面,9-2,屋盖结构体系,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横向水平支撑。,9-2,屋盖结构体系,上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰,。,1,1,11,2,2,22,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。,9-2,屋盖结构体系,a ,屋架上弦横向水平支撑,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,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,9-2,屋盖结构体系,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、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,5,t,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,=30,t,，重级工作制,Q,=10,t,),。,9-2,屋盖结构体系,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,l,30m,时在两端和跨度中央共设三道。,d.,垂直支撑,9-2,屋盖结构体系,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,/3,9-2,屋盖结构体系,三角形屋架跨度,l,18m,时在跨度中央设一道，,l,18m,时在跨度,1,3,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,/3,l,/3,l,/3,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,当屋盖有天窗架时，对天窗架也应与屋架一样布置天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑以及相应系杆。垂直支撑通常设于相邻两榀天窗架的侧柱间平面内，天窗架跨度,12m,时还设于中央竖杆间平面内。,e,天窗架支撑,g ,天窗架垂直支撑；,d ,天窗架上弦横向水平支撑,;,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,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，可同时作为上弦系杆。,9-2,屋盖结构体系,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。,9-2,屋盖结构体系,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杆设计成刚性系杆。,9-2,屋盖结构体系,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,a.,上弦支撑,b,.,下弦支撑,9-2,屋盖结构体系,柔性系杆,刚性系杆,9-2,屋盖结构体系,柔性系杆,刚性系杆,支撑连接板,9-2,屋盖结构体系,为了安装方便，屋盖支撑通常用,M,20,C,级螺栓与屋架连接。支撑与天窗架的连接螺栓可略减小至,M,16,。,对有较大起重量或重级工作制吊车或较大振动设备的厂房，支撑与屋架下弦的连接除用,C,级安装螺栓外还应焊接，或改用摩擦型高强度螺栓。,刚性系杆、柔性系杆和垂直支撑通常连于上、下弦节点 处专门焊制的支撑连接板上，连接的做法和尺寸完全统一。,9-2,屋盖结构体系,9-3,钢屋架设计,一,.,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,L,o,=,L,-(300400mm),铰接 非封闭结合,L,2.,高度,根据经济、刚度、建筑要求,屋面坡度、运输条件,9-3,钢屋架设计,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。,9-3,钢屋架设计,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。,9-3,钢屋架设计,1.,作用于屋架上的荷载有：,二,.,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。,9-3,钢屋架设计,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,kN,m,2,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。,9-3,钢屋架设计,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,kN,m,2,b.,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。,9-3,钢屋架设计,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,s,0,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。,9-3,钢屋架设计,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。,9-3,钢屋架设计,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。,9-3,钢屋架设计,q,i,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,q,i,g,i,cos,；,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。,9-3,钢屋架设计,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；,9-3,钢屋架设计,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.,桁架杆件的内力计算,9-3,钢屋架设计,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,1,15(,对腹杆,),和,1,10(,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,1,10,时，次应力常可达主应力的,10,30%,。必要时可作计算。,9-3,钢屋架设计,(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：,9-3,钢屋架设计,计算内力系数,1/2,1,1,1,1/2,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。,A,B,C,D,9-3,钢屋架设计,1,1,1,1,1/2,1,1,1,1/2,1,1,1,1/2,1/2,1/2,1,1,1,1/2,9-3,钢屋架设计,1,1,1,1,1/2,1,1,1,1/2,1,1,1,1/2,1/2,1/2,1,1,1,1/2,A,B,C,D,A,1,B,1,C,1,D,1,A,2,B,2,C,2,D,2,N,AB,=,N,A1B1,+,N,A2B2,N,C1D1,=,N,A2B2,N,AB,=,N,A1B1,+,N,C1D1,9-3,钢屋架设计,1.,桁架平面内的计算长度,l,ox,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,l,ox,l,，,l,为杆件几何长度，即节点中心间距离。,三,.,桁架杆件计算长度,9-3,钢屋架设计,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，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。,9-3,钢屋架设计,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：,9-3,钢屋架设计,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,l,1,，即,l,oy,l,1,。,弦杆侧向支承点一般是指桁架水平支撑或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,l,oy,9-3,钢屋架设计,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,;,9-3,钢屋架设计,平面外的计算长度,l,oy,桁架弦杆侧向支承点间的距离,l,1,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，桁架平面外的计算长度可对,l,1,略作折减，按下式：,取0.5,l,1,9-3,钢屋架设计,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,;,9-3,钢屋架设计,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,l,oy,l,。,9-3,钢屋架设计,3.,斜平面计算长度,l,o,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,。,9-3,钢屋架设计,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,9-3,钢屋架设计,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,9-3,钢屋架设计,N,为所计算杆的内力，,N,0,为相交另一杆的内力，均为绝对值。两杆均受压时，取,N,0,N,，,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,N,2,最小设计杆力,N,1,最大设计杆力,压为正,半跨长度,9-3,钢屋架设计,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,.,桁架杆件截面选择,9-3,钢屋架设计,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,i,x,0.3h,，,i,y,0.21,b,；,不等边角钢的边长比约为,1.55,1.6,，由此得截面,i,y,/,i,x,比值大致如图。,i,y,/ i,x,=,1.31.7,i,y,/ i,x,=,2.63.0,i,y,/ i,x,=,0.751.1,i,y,/ i,x,=,1.0,9-3,钢屋架设计,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,9-3,钢屋架设计,在一般支撑布置下，,l,oy,2,l,ox,；,为满足,x,y,；,应使,i,y,2,i,x,，,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,9-3,钢屋架设计,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,9-3,钢屋架设计,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,l,oy,=l,ox,=l,；,i,y,/,i,x,=1.0,。,当杆件短或内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,9-3,钢屋架设计,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,。,9-3,钢屋架设计,中间节点板均采用一种厚度，支座节点板由于受力大很重要，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。,Q235,9-3,钢屋架设计,填板间距,l,d,，,对压杆取,l,d,40,i,；,对拉杆取,l,d,80,i,，,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,。,l,d,l,d,9-3,钢屋架设计,3.,杆件截面选择,选择截面应考虑要求：,(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),角钢规格不宜小于,L,454,或,L,56 36 4,。,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。,9-3,钢屋架设计,轴心受拉杆件应按强度条件计算杆件需要的净截面面积：,A,n,N,f,；,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：,A,N,(,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。,9-3,钢屋架设计,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。,9-3,钢屋架设计,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：,i,x,l,ox,，,i,y,l,oy,，或,i,min,l,o,。,yz,再根据所需的,i,x,、,i,y,、,i,min,，,查角钢规格表选角钢，确定截面。,9-3,钢屋架设计,9-4,节点设计,一,.,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,9-4,节点设计,(1),杆件的重心线，原则上应与桁架计算简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。,9-4,节点设计,(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。,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,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,2,h,f,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,9-4,节点设计,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；也可将节点板缩进弦杆角钢背,，,称为塞焊缝连接。,(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。,9-4,节点设计,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,.,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。,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,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：,9-4,节点设计,(a),肢背的焊缝承受节点荷载,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：,9-4,节点设计,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,(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,9-4,节点设计,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）,9-4,节点设计,节点板伸出弦杆角钢背,10,15mm,。,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,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,。,9-4,节点设计,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。拼接时通过安装螺栓定位和夹紧所连接的弦杆然后再施焊。,t,h,f,5mm,9-4,节点设计,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,t,h,f,5mm,，,t,为连接角钢的厚度,h,f,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。,t,h,f,5mm,9-4,节点设计,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,个安装螺栓固定夹紧。,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,9-4,节点设计,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,=,Q,2Nsin,为竖杆中内力,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,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,N,N,l,N,2,的较大值计算：,k,为角钢肢背或角钢尖内力分配系数,k,l,或,k,2,，,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,N,0,时，按两弦杆较大内力的,15,，即,0.15,N,max,计算,:,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,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：,9-4,节点设计,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,d,20 24 mm,。,9-4,节点设计,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,1,2mm,，,屋架安装就位并经调整正确后，将垫板与底板焊牢。,9-4,节点设计,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/mm,2,b),底板的厚度,t,两支承边之间的对角线长度,系数,9-4,节点设计,9-4,节点设计,2),加劲肋与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,。,9-4,节点设计,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,：,20,1,：,30,；,c),根据所选定的杆件截面绘出截面宽度；,9-4,节点设计,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,：,10,1,：,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；,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,1.,上弦节点,腹杆与节点板,肢背,肢尖,节 点 设 计,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,节点板,伸出弦杆角钢,背,10,15mm,。,9-4,节点设计,2.,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。,9-4,节点设计,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,t,h,f,5mm,，,t,为连接角钢的厚度,h,f,为拼接角焊缝厚度。,3,.,屋脊拼接节点,上弦杆与拼接角钢：,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,4.,下弦杆的拼接节点,9-4,节点设计,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,N,N,l,N,2,的较大值计算：,9-4,节点设计,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。,9-4,节点设计,5 .,铰接支座节点：,9-4,节点设计,支座底板的计算,a),支座反力,验算柱顶混凝土的抗压强度,L,45,4,宽度,4060mm,，,伸出,1015mm,截面验算,节点设计,施工图,9-4,节点设计,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：,9-4,节点设计,(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),9-4,节点设计,活荷载,积灰荷载,积灰荷载,活荷载,积灰荷载,活荷载,9-4,节点设计,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,9-4,节点设计,当 时：,（,2,）等边双角钢截面,当 时,：,当 时：,9-4,节点设计,（,3,）长肢相并的不等边双角钢截面,当 时：,当 时：,9-4,节点设计,A,B,C,D,b,e,G,d,J,H,I,E,F,g,f,c,a,钢结构课程设计,9-4,节点设计,A,B,C,D,3,G,J,H,I,E,F,1,2,a,1/2,1,1,1,1,1,1,1,1/2,1,图解法介绍,9-4,节点设计,