轻型钢结构讲义(3)

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,*,第 五 章,轻 型 钢 屋 架 设 计,1,5.1,概述,三角形屋架,三角拱屋架,梭形屋架,圆钢屋架,小角钢屋架,薄壁型钢屋架,常用的轻型钢屋架有三角形角钢屋架、三角形钢管屋,架、三角形圆钢屋架、三角拱屋架和梭形屋架。,由于大家对普通钢屋架都很熟悉了，故本章仅介绍轻,型钢屋架与普通钢屋架不同之处。,屋架形式的选用宜根据建筑物的,使用要求、屋面材料、,天窗形式及尺寸、屋架与柱的连接方式、屋盖的整体刚度,等因素确定。,轻型钢屋架按结构形式分为,按所用的材料分为,2,三角形屋架通常用于有桥式吊车的工业建筑，三角形,角钢屋架的跨度一般为,9,18m,，三角形薄壁型钢屋架的,跨度一般为,12,24m,；,三角拱屋架和梭形屋架多用于无吊车的工业与民用建,筑，三角拱屋架的跨度一般为,9,18m,；梭形屋架的跨度,为,9,15m,，柱距,3,4.2m,；,有一些实际工程中已超出了上述范围。,常 用 的 屋 面 材 料 和 结 构 形 式,序号,屋面材料,坡 度,标志檩距（,m,）,结构形式,1,纤维水泥小波瓦,1/3,1/2.5,0.75,三角形屋架三角拱屋架,2,纤维水泥中波瓦,1/3,1/2.5,0.75,，,1.3,（加筋）,三角形屋架三角拱屋架,3,纤维水泥大波瓦,1/3,1/2.5,1.3,三角形屋架三角拱屋架,3,常 用 的 屋 面 材 料 和 结 构 形 式,(,续上表,),序号,屋面材料,坡 度,标志檩距,（,m,）,结构形式,4,瓦 楞 铁,1/6,1/3,0.75,三角形屋架,（,i,1/3,时端,节间弦杆宜弯折）,5,压型钢板,1/6,1/4,（短尺）,1/20,1/10,（长尺）,按计算,梯 形 屋 架,6,钢丝网水泥波形瓦,1/3,1.5,三角形屋架三角拱屋架,7,加气混凝土屋面板,1/12,1/8,梭 形 屋 架,8,发泡水泥复合板,1/8,1/20,3,4.5,（或无檩）,三角形屋架梯 形 屋 架,4,轻型钢屋架杆件截面的大小根据计算确定，但最小厚,度（或直径）建议不小于下表的要求。,屋架杆件截面的最小厚度（或 直 径）,(mm),5-2,三角形角钢屋架,三角形角钢屋架广泛应用于中小型工业厂房、仓库及,辅助性建筑物中，屋架的跨度一般为,9,18m,，柱距,6m,，,吊车吨位一般不超过,5t,，如超出上述范围，设计中宜采取,适当的措施，如增强支撑系统、加强屋面刚度等。,截 面 形 式,上、下 弦 杆,主 要 腹 杆,次 要 腹 杆,角 钢,4,4,4,圆 钢,14,14,14,薄 壁 方 管,2.5,2,2,薄 壁 圆 钢,2.5,2,2,附注：圆钢不宜用作屋架的上弦杆,5,三角形角钢屋架的屋面荷载较轻，一般情况下腹杆可,采用小角钢,(,小于,454,或,56364),或圆钢，腹杆和,下弦杆也可采用单角钢。,它与普通三角形钢屋架本质上无多大差异，即普通钢,屋架的设计方法对圆钢、小角钢屋架同样适用，仅仅是轻,型钢屋架的杆件截面尺寸小、连接构造略有不同而已。,当屋架下弦杆和腹杆采用单角钢时，节点可采用下图,的做法。,图,(a),对腹杆的尺寸和端部形状要求较严，加工较难；,图,(b),的节点做法，施工方便，但节点和杆件均有偏,心，适用于受力较小的腹杆或次腹杆；,图,(c),需将角钢开口，削弱根部截面，产生应力集中。,（,a,）,（,b,）,（,c,）,6,三角形角钢屋架具有用料省、自重轻、技术经济指标,好，节点构造简单、制作安装方便等优点，屋架用钢量为,4,6kg/m,2,。,5-3,三角拱屋架,5-3.1,屋架特点及适用范围,三角拱屋架由两根斜梁和一根水平拱拉杆组成，其外,形如图,(a),所示，,斜梁的截面形式可分为平面桁架式和空间,桁架式两种，,如图,(b),所示。,斜梁为平面桁架式的三角拱屋架，杆件较少，受力简,单明确，制造简单，但侧向刚度较差，适用于跨度较小的,屋盖，斜梁截面高度与斜梁长度的比值不得小于,1/8,。,斜梁为空间桁架式的三角拱屋架，杆件较多，制造较,费工，但侧向刚度较大，适用于跨度较大的屋盖。,（,a,）,（,b,）,7,为保证空间桁架式斜梁的整体稳定性，斜梁截面高度,与斜梁长度的比值不得小于,1/8,，斜梁截面宽度与斜梁截,面高度的比值不得小于,2/5,。,三角拱屋架的特点是杆件受力合理，斜梁的腹杆长度,短，一般为,0.6,0.8 m,，可以充分利用圆钢和小角钢，节,约钢材。,由于节点不采用节点板连接，故存在节点偏心，设计,中应予注意。,三角拱屋架拱拉杆比较柔细，不能承压，并且无法设,置垂直支撑和下弦水平支撑，整个屋盖结构的刚度较差，,故,不宜用于有震动荷载及跨度大于,18m,的工业建筑,。,由于在风吸力作用下拱拉杆可能受压，故用于开敞式,房屋或风荷载较大的房屋时，应进行详细的计算。,8,5-3.2,屋架内力分析,可以采用下列方法计算屋架内力：,1,将三角拱屋架按空间桁架建立模型，通过计算机分析,得到各杆内力和支座反力。,2,首先按结构力学方法求出支座反力，然后利用截面法,求出拱拉杆拉力和顶铰反力，最后求解斜梁各杆内力。,平面桁架式斜梁的内力分析,如普通钢屋架一样计算斜梁桁架的内力。,空间桁架式斜梁的内力分析,空间桁架式斜梁由两个平面桁架组成，可采用下列,两种方法计算杆件内力：,（,a,）将空间桁架分解为两个平面桁架分别计算，,即把作用在斜梁上的荷载和各反力平均分配到两片斜,面桁架上，,再按平面桁架进行内力计算。,9,如图所示空间桁架式斜梁计算简图，,荷载,P,平均分配到两片平面桁架的,节点各,P/2,，然后在每,一个平面桁架中再将,竖向荷载,P/2,分解为两,个分力,P,1,和,P,2,，计算,平面桁架在,P,1,作用下的杆件内力即可。,此时单片平面桁架的高度为,h,1,，,桁架式斜梁下弦杆内,力为所得每片桁架下弦杆内力之和。,（,b,）按假想平面桁架进行计算，,如图所示，但此时的桁架高度应取其,对铅垂面的投影高度,h,，算出的,上弦杆和腹杆的内力分别,由两根上弦杆或两根腹杆承担。,P/2,P/2,P,1,P,1,P,2,P,2,h,h,1,P,P,P,P,P/2,P/2,空间桁架式斜梁,分解的平面桁架,首先把竖向节点,h,P,假想的平面桁架,10,5-3.3,屋架的杆件截面,1,斜梁,平面桁架式斜梁的上弦杆采用两个角钢,组成的,T,型截面，空间桁架式斜梁的上弦杆,为由两个角钢组成的分离式截面。,三角拱斜梁节间的划分应与檩条的间距相协调,，避免,上弦杆存在节间荷载，腹杆的倾角以,40,60,为宜。,腹杆多采用圆钢截面做成,V,形，,加工时可以连续弯成,“,蛇形,”,，如,图所示。,斜梁的下弦杆可采用单角钢、单圆钢、双圆钢。,圆钢截面的下弦杆，多用双圆钢并列组成，中间施以,间断焊缝，间断焊缝可以避免节点处焊缝过于集中。,11,单角钢截面的下弦杆，角钢肢应朝下布置，如图所,如此，下弦杆刚度较好，但加工时角钢在下弦杆弯折,处需热弯，杆件截面有所削弱，为了弥补此,损失，在弯折处的角钢肢内侧加焊圆钢绑条；,2,拱拉杆,拱拉杆为主要的受拉构件，由单圆钢或双圆钢组成。,大多数拱拉杆设有张紧装置，一般在跨中设花篮螺,栓，花篮螺栓连接如图所示。,花篮螺栓可以采用圆钢车,成的六角形螺帽和三根圆钢焊接而成。,为了防止拱拉杆下垂，三角拱屋架应设置圆钢吊杆，,当屋架跨度,12,米时设置一根，当屋架跨度,12,米时设置,两根。圆钢吊杆的直径一般为,12,。,示，,12,3,节点偏心的影响,三角拱屋架的斜梁大多采用圆钢腹杆，由于设计构造,上的原因，节点处各杆件的重心线多未汇交于一点，因而,在节点处引起偏心力矩，如图所示。,试验和分析表明，节点偏心对轻型,钢结构的影响是不能忽视的。,节点偏心对各杆件承载能力的影响大小主要与杆件的,截面形式、截面抵抗矩的大小等因素有关。,从截面形式来看，相同面积的角钢比圆钢截面的抵抗,矩大，故节点偏心的影响就小；从杆件类别来看，,节点偏,心对上弦杆影响较小、下弦杆较大、腹杆最大。,在设计中尽量设法减小偏心值，,节点偏心矩引起的偏,小力矩可近似地按节点处各杆件的线刚度比分配,。,e,1,e,2,13,在实际工程设计中，常采用不进行计算的简化措施，,将偏心值,1,和,2,控制在,1020,毫米以内，并在选择,截面时按不同杆件留适当的应力余量来加大安全储备。,具体做法为：,上弦杆：对,T,型截面，节点左右弦杆的内力差在,20%,以下，对,V,型截面，节点左右弦杆的内力差,在,10%,以下，可不计偏心的影响。,否则应留有应力余量,5%15%,。,下弦杆：当节点左右弦杆的内力差在,10%,以下时，可,不计偏心的影响。,否则应留有应力余量,5%15%,。,腹杆：应留有应力余量,10%20%,。,14,为了消除节点偏心的不利影响，,也可采用节点无偏心,的作法，,如图所示。,这种作法，有的焊缝长度难以满足要求，有的增加了,焊缝的焊接工作量，应用较少。,5-4,梭形屋架,5-4.1,屋架的特点及适用范围,梭形屋架上弦为角钢、,双下弦为圆钢的空间桁架，,属于小坡度的屋盖结构体,系，如图所示。,截面形式分为,A,型截面、,B,型截面、,C,型截面三种。,(a),(b),(c),(b),梭形屋架平面图,(a),梭形屋架立面图,(c)A,型,(d)B,型,(e)C,型,15,带矩形箍的,V,形腹杆如右图。,梭形屋架所用的材料为圆钢和角钢，,它具有截面重心低，空间刚度较好的特点。,这种屋架的外形与简支梁在均布荷载,作用下的弯矩图接近，使屋架下弦杆各节间的内力分布趋,于均匀，克服了梯形屋架和三角形屋架下弦杆各节间内力,差较大的缺点。,但节点构造复杂，制造较费工。一般多用于跨度为,9,15,米，柱距为,3,4.2,米的建筑。,梭形屋架多用于无檩结构，屋面材料一般采用钢筋混,凝土槽形板和加气混凝土板。,梭形屋架的用钢量较其它类型的屋架略高一些，为,712kg/m,2,，但由于,不设檩条和支撑系统,，以屋面系统的,总用钢量来说是不高的。,上弦,下弦,V,形腹杆,矩形箍,16,5-4.2,屋架的结构形式,屋架的跨度为,L,，矢高为,f,，其高跨比,f,/L,，一般为,1/91/12,，如图所示。,屋架的上矢高,f,1,根据屋面坡,度确定，下矢高,f,2,根据,f,1,确定。,据试验结果分析上矢高,f,1,等于或接近下矢高,f,2,是比较,合理的。,屋架的上弦杆一般采用,10,个节间，也可以采用,8,个或,12,个节间。,A,型截面的上弦杆采用单角钢肢尖朝上的,V,型,截面，腹杆及下弦杆均采用圆钢组成两片平面桁架，,下弦杆的节点处用短圆钢撑开，形成一个空间桁架。,B,型截面的上弦杆采用两个角钢组成的,T,型截,面，腹杆、下弦杆及其它构造与,A,型截面基本相同。,f,1,f,2,f,A,型,B,型,17,C,型截面的上弦杆是以缀条相连的两个角钢组成的分,离式截面，腹杆及下弦杆均采用圆钢组成两片平面,桁架，下,弦杆由两根圆钢并在一起，在其节点的中,间部位用一块小钢板与两根圆钢互相焊接。,A,、,B,型截面较,C,型截面优越，主要表现为以下三点：,1,在安装过程中，单侧屋面板的压力作用点距屋架上弦,杆截面中心的距离不同，,A,、,B,型截面此距离小，可忽略,安装过程中屋架上弦杆的扭矩，而,C,型截面则不同，必须,采取适当的临时安装措施以防止破坏。,2,A,、,B,型截面的刚度较,C,型截面大，由于,A,、,B,型截面,为正三角形，上小下大，重心低，不仅使用时较稳定，运,输和堆放也较方便。,C,型,18,3,A,、,B,型截面的上弦角钢在屋架平面内呈一直线，而,C,型截面为了减小支座宽度，需将两根上弦杆角钢在屋架支,座附件上弦杆平面内弯折，使上弦杆在屋架平面外构成梭,形，施工较麻烦。,实际工程中,A,、,B,型截面较,C,型截面使用较多，尤其是,A,型截面。,屋面板在,A,、,B,型截面屋架上弦杆上的搁置长度较,小，故对屋面板的安装精度要