第9章-单层厂房钢结构

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1、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9章 单层厂房钢结构,11/25/2024,1,9.1 单层厂房钢结构的组成及布置原则,单层,厂房结构的组成,,,厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，如,图9.1,所示。这些构件按其所起作用可分为下面几类,：,,,横向框架,,屋盖结构,,支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑 作用：承载 连系）,,吊车梁和制动梁（或制动桁架）,,墙架,,,1——屋架,,2——托架,,3——上弦横向支撑,,4——制动桁架,,5——横向平面框架,,6——吊车梁,,7

2、——屋架竖向支撑,,8——檩条,,9、10——柱间支撑,,11——框架柱,,12——中间柱,,13——墙架梁,,图9.1厂房结构示例,,柱,屋架,吊车梁,天窗架,柱间支撑,,1柱网布置,,满足生产工艺的要求,,满足结构方面的要求,,符合经济合理的要求,,符合柱距规定要求（按《厂房建筑统一化基本规则》和《建筑统一模数制》的规定：结构构件的统一化和,,9.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置,,标准化可降低制作和安装的工作量。对厂房横向，当厂房跨度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。只有在生产工艺有特殊要求时，跨度才采用21m、27m、33m等。对厂房纵

3、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9-2 柱网布置,,计算单元,,2　温度伸缩缝,,厂房平面尺寸较大时，因温度变化使上部结构产生横向和纵向的变形，使柱内产生弯曲应力，并可能导致屋面和墙面破裂。因此为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。,,布置主要决定于厂房的纵向和横向长度根据使用经验和理论分析，钢结构设计规范规定，当温度区段长度不超过表1.1的数值时，可不计算温度应力。,,,温度伸

4、缩缝最普遍的做法是设置双柱。,,,,,,温 度 区 段 长 度 值 　　　　　表9.1,,,,,结　构　情　况,温度区段长度（m）,,,,,纵向温度区段,,（垂直于屋架或构架跨度方向）,横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）,,,,支座斜杆和支座竖杆,其他腹杆,,采暖房屋和非采暖地区的房屋,,220,120,150,热车间和采暖地区的非采暖房屋,180,100,125,露天结构,120,——,——,,9.2　横向框架结构类型及主要尺寸,,9.2.1 框架类型,,厂房的主要承重结构通常采用框架体系，困为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。,

5、,厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接,,柱顶可分为铰接和刚接两类,,,铰接,对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小 ，节点构造容易处理 ，屋架端部不产生弯矩 ，下弦杆始终受拉 。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差,,,刚接,厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度要求较高时，钢结构的单跨厂房常采用柱顶刚接方案,,,,,,,,主要尺寸,,框架的主要尺寸见图1.3所示。,,框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离,,(9.1),,式中,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（图1.4），应满足下式要求：

6、 （9.2）,,B—吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；,,D—吊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。,,—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　—地面至柱脚底面的距离。,,—地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定；,,—吊车轨顶至屋架下

7、弦底面的距离,,9.3 结构纵向传力系统,,纵向框架柱间支撑的作用和布置,,柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：,,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。,,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。,,上层支撑,,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，有下层支撑处也应设置上层支撑。,,

8、下层支撑应该设在温度区段中部 （当吊车位置高而车间总长度又很短时下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向风度却能提高很多 ）当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑[图1.13(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1.13(b)]，以免传力路程太长,,,,下层柱间支撑：,吊车梁下部的柱间支撑,上层柱间支撑：,吊车梁上部的柱间支撑,,,刚性系杆,刚性系杆,下层柱间支撑,上层柱间支撑,,,垂直,,支撑,,,柱间支撑的形式,(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形; (d)双层十字形,下层柱间,,支撑的形式,(a)十字形； (b)人字形；

9、 (c)V字形,上层柱间,,支撑的形式,,§9.4 屋盖结构体系,9.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置,1、屋面板；,,2、屋架（屋面梁）；,,3、支撑系统；,,4、有的根据具体情况还设有檩条、托架和天窗架等构件等。,,,,,（,一）,无檩屋盖体系,,1、一般用预应力大型屋面板，屋面板直接搁置在屋架上或天窗架上，然后在其上做保温、防水等层次。,,2、屋架间距一般为6m。跨度应符合6m的倍数。,,3、特点,,（1）屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快；,,（2）屋盖刚度大，整体性能好；,,（3）但自重大，常要增大屋架杆件的和下部结构的截面，对抗震也不利。一般常

10、用于较小的屋面坡度,1,：,8~1,：,12,。,,钢屋盖可以分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系,,,（二）,有檩屋盖结构体系,,一般用于轻型屋面材料情况，需搁置在檩条上，檩条一般支承在屋架上。,应用已有十多年的历史。是目前有檩体系轻型屋面中应用最广泛的屋面材料，采用热镀锌钢板或彩色度锌钢板，经辊压冷弯成各种波型，具有轻质、高强、美观、耐用、施工简便、抗震、防火等特点。单层自重为：,,,,当有保温要求时，可用双层钢板中间夹保温层的做法，屋面全部荷载不超过 ，已定型化生产，有《国家标准》和《技术规程》。,,1、压型钢板,,,,,,,,以高强水泥发泡工艺配以玻

11、璃纤维增强为芯材的新型复合材料，具有刚度好、强度高、延性好等特点，有良好的结构性能和工程应用前景。其自重为：,2、太空板,3、水泥石棉波形瓦,传统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但其脆性大、易开裂破损，因吸水而产生收缩龟裂和挠曲变形等缺陷。产量不多，质量还不够高，正积极研究，采取措施提高质量。,,,传统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但规格尚未定型，工程中使用多为自行压制制作。屋面自重：,4、瓦楞铁,5、加气混凝土屋面板,自重为 ，是一种承重、保温、和构造合一的板材，一般可以直接在板上做防水，施工方便。,

12、,有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便，但构件的种类和数量多，构造较复杂。,,一般适用于较陡的屋面坡度1：2~1：3。,,,,两种屋盖体系各有优缺点，具体设计时应根据建筑物使用要求、结构特性、材料供应情况和施工条件等综合考虑而定。,,一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向刚度要求较高，所以宜采用大型屋面板的无檩屋盖；而对于中、小型特别是不需要做保温层的房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。,,三、天窗架形式,,在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗。,天窗的形式有,纵向天窗,、,横向天窗和井式天窗,等三种

13、，一般常采用纵向天窗。,图　天窗架的形式,,,支承中间屋架的桁架称为托架，由于工艺要求需扩大柱距时采用,。,四、托架,,§9.4.2,钢屋盖支撑,1,、保证屋盖结构的几何稳定性；,,2、,保证屋盖的空间刚度和整体性 ；,,3、,为受压弦杆提供侧向支承点，避免压杆侧向失稳；,,4、,承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等；,,5、,保证结构在安装和架设过程中的稳定性。,一、屋盖支撑作用,例如：三冶八十年代在抚顺施工，发生屋架倒坍事故。屋架安装就位后，没做支撑，当天晚大刮大风，屋架失稳，掉了下来，摔坏,。,,,（一）水平支撑,,1、上、下弦横向支撑,,2、上、下弦纵向水

14、平支撑,,,（二）,垂直(竖向)支撑,,,（三）,系杆,,二、屋盖支撑类型,,三、屋盖支撑布置,,,,,1、一般设置在房屋两端或温度区段的两端，一般设在第二个柱距内；,,2、两道横向水平支撑的间距不宜大于,60m，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑；,,3、其长度为屋架节间距的2~4倍,。,,,（一）,上弦横向水平支撑,,,（二）,下弦横向水平支撑,,1、上弦横向水平支撑对应位置；,,2、当屋架跨度比较小（小于18m时）又无吊车或振动设备时，可不设。,,（三）,下弦纵向水平支撑,,1、当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有中间托架为保证托架的侧向稳定时；设有重级或大吨位的中级工作

15、制桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备时应设置；,,2、屋架间距小于12m时，纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面。,,,位于上、下弦水平支撑同一开间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁架。,,（1）跨度小于30m的梯形屋架，通常在屋架两端和跨度中央各设置一道垂直支撑。当跨度大于30m时，则在两端和跨度1/3处分别共设置四道。,,（2）跨度小于18m的三角形屋架只需在跨度中央设一道垂直支撑，大于18m跨时则在1/3跨度处共设两道。,,（四）,垂直(竖向)支撑,,1、为了支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证它们的稳定和传递水平力，应在横向支撑或垂直支撑节点处沿房屋通长设置系杆（屋脊处及屋架端部

16、处）。,,2、系杆分刚性系杆和柔性系杆两种，刚性系杆既能受拉又能受压，柔性系杆只能受拉。,,刚性系杆一般由双角钢组成，柔性系杆一般由单角钢组成。,,,（五）,系杆,,二、支撑的截面形式,,屋盖支撑受力较小，一般不必计算。截面尺寸一般由杆件允许长细比和构造要求决定。,（一）对于交叉斜杆，一般按拉杆 控制；非交叉斜杆、弦杆等按压杆 控制。对于跨度较大且承受墙面传来较大的风力时，应按桁架体系计算内力选择截面，同时亦应控制长细比。,,（二）支撑的连接构造：,,,1,、上弦横向水平支撑的角钢肢尖应向下，背朝上，且连接处

17、适当离开屋架节点，以免影响大型屋面板的或檩条的安放。如图（a）所示。,,2,、交叉处的斜杆应有一根杆件切断，另加节点板用焊缝或螺栓连接。如图：（a）所示；交叉斜杆处如与檩条相连，则两根斜杆均应切断，用节点板相连。如图b所示。,,3,、下弦横向和纵向水平支撑的角钢肢尖允许向上，如图（c）所示，其中交叉斜杆以肢背靠肢背交叉放置，中间填以填板，杆件无需切断。,,4,、垂直支撑可只与屋架竖杆相连，如图（d）所示，也可通过竖向小钢板与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连。如图（e）所示。,,,,自学,§9.5 檩条及压形钢板设计,,※§9.6,桁架的形式的截面设计,传统作法采用,两个角钢组成的T形或十字形截面

18、的杆件,，在杆件汇交处（节点）通过节点板用焊缝连接而成的普通钢桁架作为屋架，具有受力性能好，制作安装方便、取材容易、与支撑体系形成屋盖结构整体刚度好、工作可靠、适应性强等优点，因而在工业与民用建筑房屋的屋盖结构中得到广泛应用。,,值得提出的是：热轧角钢的壁厚度较大，因此耗钢量较大，用于跨度太小或屋面荷载较轻的屋盖中不大经济；另外受角钢最大规格限制，屋面荷载重、跨度大的房屋也不宜采用，最适于,18~36m,跨度，再小或再大就不经济了。,,也有采用剖分T形钢截面。,,,应根据房屋的用途、建筑造型、屋架跨度、荷载大小、屋面材料的排水坡度等因素综合考虑，使之符合：适用、受力合理、经济、施工方便等原则。

19、,,选择桁架的原则：,1,、从受力角度考虑：,,（1）屋架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀；,,（2）受力较合理的腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，腹杆数量少，总长度短；,,（,3,）尽可能使荷载作用于节点，避免弦杆因受节间荷载引起局部弯矩而增加截面面积，设计也麻烦。,,一、桁架形式和主要尺寸,（一）桁架的形式,,2,、从施工角度考虑：,,（1）屋架弦杆的数量和品种规格应尽可能少，在用钢量增加不多的原则下，力求尺寸统一，构造简单，便于制造。,,一般上下弦杆角钢规格不变，统一，中间不做改变，主要从施工角度考虑的。,,（2）腹杆与弦杆的轴线间的夹角一般在30度~60度之间，最好在45度左右，

20、以使节点紧凑。,3,、其它方面：,,（1）屋架上弦的坡度须适合屋面的排水要求；,,（2）建筑造型的需要；,,（3）设置天窗的需要。,上述各种要求一般不可能同时满足，可根据具体情况，综合考虑各因素，得到一个经济、合理的方案。,,常用的钢屋架形式（,见表,）,,,1,、三角形钢屋架,,三角形屋架一般适用于坡度较大的有檩屋盖，坡度为1/2~1/3，屋架跨度通常为18~24m，屋架高度H=（1/4~1/6L）。,,三角形屋架的外形与铰屋架的抛物线弯矩图形状相差较大，使屋架弦杆受力不均匀，靠近支座内力较大，跨中内力较小。若弦杆采用同一截面杆件，则不能充分发挥材料的作用，不经济。,,三角形屋架与柱子一般为

21、铰接，房屋的横向刚度较低。,,主要有以下几种形式：,,（1）芬克式屋架：图（a）、（b）所示。（也有（b）中间有腹杆的）①其腹杆节点较多，但它们的压杆短、拉杆长、受力较合理；②可分为两个小桁架制作及运输，施工方便。,,（2）人字式屋架：图（d）所示，它的节点少且均匀，但受压杆较长，适用于跨度小（小于18m）情况。其抗震性能优于芬克式屋架。,,（3）单斜腹杆屋架：图（c）所示，其腹杆均较长，节点较多，杆件夹角小，制作困难，适用于设置天棚的屋架。应用较少。,,（4）将三角形屋架两端高度改为500mm，这样改变以后，屋架支座处上、下弦的内力大大减少，改善了屋架的工作情况。,,,,2,、梯形屋架,,适

22、用于屋面坡度较小的无檩体系，坡度一般为（1/8~1/16），跨度可达36m。,,梯形屋架的外形较接近于弯矩图，各节间弦杆受力较均匀，且腹杆较短。,,梯形屋架与柱可铰接也可刚接。刚接连接的横向刚度较大，是目前无檩体系的工业厂房屋盖中应用最广的屋盖形式。,,主要有如下几种形式：,,（1）人字式：如图（a）、（c）所示。,,（2）再分式：如图（b）所示。屋面板宽度为1.5m时，可采用再分式腹杆，使节间为1.5m，以避免上弦承受局部弯矩，用料经济，但节点和腹杆数量增多，制造费工，故仍有采用较大节间3m使上弦承受节间的荷的做法，虽用钢量增多，但构造较简单。,,,3,、平行弦屋架：,,它的上下弦平行，可用

23、做单坡、双坡屋面，也可做成不同坡度。它的杆件规格、节点构造统一，便于制作。,,一般用作托架或支撑体系中。,,,,1、,屋架的跨度,,主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通钢屋架常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。,,钢屋架计算跨度的确定：简支于柱顶的钢屋架，其计算跨度取决于屋架支反力间的距离。,,,（二）屋架的主要尺寸,,2、,屋架的高度,（1）屋架的最大高度取决于运输界线；,,（2）最小高度取决于屋架容许挠度；,,（3）经济高度则是根据屋架杆件的总用钢量最少的条件确定；,,（,4,）有时建筑高度也限制了屋架的最大高度。,,※3,、屋架起拱,,对跨度较大的屋架，在横向荷

24、载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用，因此要起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度，起拱高度一般为,跨度的1/500,。,,计算时，当采用图解法求屋架杆件内力时，图中可不考虑起拱高度。,,需要起拱的桁架：,（1）三角形,桁,架：大于等于15米；,,（2）梯形、平行弦,桁,架：大于等于24米。,,,9.6.2 桁架的荷载及内力计算,1、,屋架的各节点均为理想的铰接。,,2、,屋架各杆件的轴线均为直线，都在同一平面内，且相交于节点的中心。,,3、,荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。,,,计算基本假定,,（一）桁架的荷载计算和内力组合,1,

25、、屋架的荷载计算：本着实事求是的原则，有什么算什么，查荷载规范。作用在屋架上的荷载：,,（1）恒载：屋面材料自重（保温屋、防水屋、屋面板）、檩条、屋架、天窗、支撑、天棚等的自重。,,屋架和支撑的自重经验公式：,,,,,（2）活载：屋面施工检修活载、积灰荷载、雪荷载、悬挂吊车活载等。,,注：风荷载一般不考虑。但当采用轻型屋盖、开敞式房屋或风荷载标准值大于0.49KN/m,2,时需考虑。,,2,、节点荷载计算：,,屋架所受的荷载一般通过檩条或大型屋面板肋以集中力的方式作用于屋架的节点上，负荷面如图中阴影部分的面积。,,用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力在多数情况下为最不利内力；第二种容易引起跨中部

26、分的斜腹杆内力的变号；第三种如施工安装过程中两侧屋面板对称铺设，可不考虑第三种荷载组合。,,3,、荷载组合：,,设计时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架杆件的内力，一般情况下存在下列三种组合最为不利：,,（1）,全跨永久荷载+全跨可变荷载,（使用阶段）；,,（2）,全跨永久荷载+半跨可变荷载,（如雪载：阳面化了，阴面没化：使用阶段）,,（3）,全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载,。,,（如施工安装过程中两侧屋面板的铺设）,,（三）内力计算,（1）基本假定： 通常将荷载集中到节点上，并假定屋架各杆均为理想直杆，各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心，各

27、节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。,,（2）节间荷载引起的局部弯矩：节间荷载作用的屋架，除把节间荷载分配到相邻节点外，还应计算节间荷载引起的局部弯矩。,,根据上面的假定，采用数解法、图解法（计算误差较大）或借助电算求得，对于常用形式的屋架，各种建筑结构设计手册中无有单位节点荷载作用下的杆件内力计算系数表。设计时只要将屋架节点截载值乘以相应杆件的内力系数，即求得该杆件的内力（轴向力）。,,即：,,杆件内力=表中系数×节点集中荷载,（拉为正，压为负）,,,,,,,角钢屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个弯曲轴，即x轴和y轴，这样它就有两种弯曲失稳的可能性：一种是在屋架平面内屈曲；另一种是

28、在屋架平面外屈曲。,,桁架杆件的计算长度和容许长细比,, 1、弦杆、支座斜杆和支座竖杆,,由于杆件重要、内力和截面大、节点连接杆件少，约束作用小，可偏于安全地视为铰接，计算长度取几何长度,,l,0x,=l,,(l为构件几何长度，即节点中心间距离);,,2、其他受压杆,,节点本身有一定的刚度，节点板有多个板件连接，相邻杆件约束该杆端部的转动，从而提高其整体稳定，因而考虑折减。,,l,0x,=0.8l。,,（一）,在桁架平面内的计算长度,,,1、弦杆平面外的计算长度,l,0,y,等于侧向固定点间的距离。,,（1）对于上弦杆：,,①有檩体系：檩条与屋架支撑交叉点不相连时，取水平支撑与屋架上弦

29、交叉点之间的距离；檩条与支撑交叉点用节点板焊牢时，取檩条之间的距离。,,②无檩体系：若能保证屋面板与上弦三点可靠焊接，使大型屋面板起支撑作用，可取两块大型屋面板宽度，即：,l=2b,,,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。,(二),在桁架,平面外的计算长度,,平面内和平面外计算长度图形,,,,（2）对于下弦杆：,,取下弦侧向支撑点间的距离，该距离由下弦的支撑体系或系杆的设置确定。,,2、 腹杆平面外的计算长度取节点中心间的距离。,,3、,,当弦杆侧向支撑点之间的距离为节间长度的2倍，且两个节间的内力不相等，则该弦杆平面外的计算长度，应按下式

30、计算：,,,,,,,桁架弦杆和单系腹杆的计算长度　　　　表9.2,,项次,,,弯曲方向,,,弦杆,,腹　　　　杆,,,,,,支座斜杆和支座竖杆,,其他腹杆,,,1,在桁架平面内,,,,,,2,在桁架平面外,,,,,,3,斜平面,,—,,,— 构件的几何长度（节点中心间距离）；,,— 桁架弦杆侧向支承点间的距离；,,,钢结构设计规范中对压杆和拉杆规定了容许的最大长细比，称为,容许长细比,,,见表,所示。,,屋架杆件一般都是由双角钢组成的T形截面，它的横截面的两个主轴方向分别在屋架的平面内和平面外。,,两个主轴的长细比验算：,3、杆件的容许长细比,,,屋架的腹杆为单角钢或双角钢组成的十字形截面

31、杆件时，应取截面的最小回转半径i,min,计算杆件在斜面上的最大长细比，即：,,,表 桁架杆件的容许长细比,,杆 件 名 称,压杆,,拉杆,,,,,,承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构,,,直接承受动力荷载的结构,,,,无吊车和有轻中级工作制吊车的厂房,,有重级工作制吊车的厂房,,,普通钢屋架的杆件,,150,350,250,250,轻钢屋架的主要杆件,,,－,－,天窗构件,,,,,－,屋盖支撑杆件,,200,400,350,－,轻钢屋架的其他杆件,,,350,,,,,,（一）截面形式,,1、用两个角钢组成的T形或十字形的截面，杆件由夹在一对角钢之间的节点板连接。通过不同角钢的截面

32、组合，近似地满足等稳定性的要求。,,这种连接方式经济合理，构造简单，施工方便，得到广泛的应用。,,2、屋架弦杆一般采用等截面；当采用变截面时，半跨内只能改变一次，而且要保持肢厚不变，改变肢宽，以便于拼接处理。,9.6.4 桁架杆件的截面选择和计算,,,表 钢屋架的杆件截面形式,,,（二）填板的设置,,如图所示。,,1,、填板的尺寸：厚度同节点板的厚度，宽度一般为40~60mm，长度取为：T形截面比角钢肢大10~15mm，十字形截面比角钢肢缩进10~15mm。,,2,、数量：受压构件两侧向支承点之间的填板数不少于2个。,,3,、填板间距：,,,（1）压杆：,,,（2）拉杆：,,,图 节点

33、板及填 板图形,,（三）节点板的厚度,,节点板内应力大小与所连构件内力大小有关，设计时一般不作计算。在同一榀屋架中，所有中间节点板均采用同一种厚度，支座节点板由于受力大且很重要，厚度比中间的增大2mm。,,梯形屋架根据腹杆最大内力，三角形屋架根据弦杆最大内力来确定。,,（四）截面选择的一般原则,,选择截面时应考虑下列要求：,,1,、尽量先用肢宽而壁薄的构件，以增大回转半径。但肢厚不小于4mm，注意压杆应满足局部稳定的要求。,,2,、角钢规格不宜小于45×4或56×36×4。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽须满足搁置尺寸要求。,,3,、同一榀屋架的角钢规格应尽量统一，一般不宜超过5~6种，同时应尽

34、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，以便施工时辩认。,,4,、屋架弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于,24m,的三角形屋架和跨度大于,30m,的梯形屋架，可根据内力变化改变弦杆截面，但在半跨内只宜改变一次，且只变肢宽而保持厚度不变，以便拼接的构造处理。,,（五）截面计算,,按轴心受压和受拉构件的截面设计的步骤进行。,,,表 钢屋架杆件截面计算对照表,杆件类型,强度要求,稳定性要求,长细比要求,所需截面积,压杆,σ=N/A,n,≤f,σ=N/φA≤f,λ≤［λ］,A,n,≥N/f,拉杆,σ=N/A,n,≤f,—,λ≤［λ］,A,n,≥N/f,,

35、§ 9.7 桁架节点设计,桁架的杆件是采用节点板互相连接，各杆件内力通过各自的杆端焊缝传至节点板，并汇交于节点中心而取得平衡。,,节点的设计应做到传力明确、可靠、构造简单、制造和安装方便等。,,（一）轴线的确定,,桁架杆件应以截面形心线为轴线，以避免杆件偏心受力（角钢的形心位置Z,0,可直接从角钢表中查出）。但因角钢的形心与边部的距离不是整数，为了制造上的方便，将此距离调整成,5mm,的倍数。,,如果弦杆截面有变化时，使角钢背平齐，取两条形心线的中线为桁架轴线，并调整为5mm的倍数。,,,,（二）,弦杆、腹杆等各杆之间的间距,,,屋架各节点处，腹杆杆端与弦杆应尽量靠近，以增加屋架的刚度。但各杆

36、件之间仍需留出一定的空隙c，焊缝净距≥10mm，以便施焊。,,关于c的取值：,,（1）直接承受动力荷载：50mm；,,（2）不直接承受动力荷载：20mm；（以避免因焊缝过分密集而使该处节点板过热而变脆）,,（3）非焊接屋架中，5~10mm，以便于安装。,,,（三）角钢的切削,,一般采用垂直杆件轴线的直切，但有时为了减小节点板尺寸，也可采用斜切的方法，但不允许切割角钢背，如图（c）、（d）所示的切割。,,,（四）,节点板,,（1）节点板的形状应大致规整，尽量有两边平行。最好设计成矩形、平行四边形或直角梯形，其长和宽宜取为10mm的倍数。,,（2）在确定节点板的外形时，要注意沿焊缝长度方向应多留约

37、为2h,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10~20mm的焊缝位置，如图所示。,,（3）节点板的边缘与轴线的夹角不小于15°（或1：3的坡度），使杆内力在节点板中有良好的扩散，以改善节点板的受力情况。,,（4）节点板可伸出上弦角钢肢背10~15mm进行贴角焊，也可缩进5~10mm进行槽焊。当有檩屋盖在檩条处需设短角钢以支托檩条，就应采用槽焊。,,,,(a) 正确；(b) 不妥,,（五）,绘制节点大样,,,（比例为1/5~1/10），确定每一节点必要的数据。,,（对简单节点可不绘大样，而由计算得到所需尺寸），节点所需标注尺寸如下：,,（1）每一腹杆端部到节点中心的距离：如图中

38、的l,1,、l,2,、l,3,，主要可计算每一腹杆的实际长度。,,（2）节点板的平面尺寸：应从节点中心分两边分别注明其宽度和高度，主要用于制造时节点板的定位。,,（3）各杆件轴线至角钢背的距离。,,（4）角钢连接边的边长：只有当杆件截面为不等边角钢时需注明。,,（5）每条角焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度。,,,图21.9　下弦中间节点,,,,,,图21.10　无檩屋架上弦中间节点,,,9.7.2,节点计算和构造,,,,节点设计时，首先要根据连接杆件的内力确定出焊缝的焊角尺寸和长度，然后再根据节点上各杆件的焊缝长度确定节点板的合理形式和平面尺寸。,,1、下弦中间节点,,2、上弦中间节点，有檩与无

39、檩不同，腹杆与节点板的连接与下弦中间节点相同。,,3、拼接接点,,,屋架的弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接,。,,角钢桁架的节点设计,,,（1）一般节点：,一般节点是指无集中荷载和无弦杆拼接的节点,,,,肢背焊缝：,,≥,腹杆与节点板的连接焊缝按角钢角焊缝承受轴心力方法计算。,节点板应伸出弦杆10～15mm以便焊接。,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，按下式计算:,,通常因ΔN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。,肢尖焊缝：,≥,,为便于大型屋面板或檩条的放置，常将节点板缩进上弦角钢背，缩进距离不宜小于(0.5,t,+2)mm，不宜大于节点板厚度

40、,t,。,（2） 角钢桁架有集中荷载的节点,,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：,Q,—节点集中荷载垂直于屋面的分量；,,——焊脚尺寸，取 ＝0.5,t,；,,——正面角焊缝强度增大系数。一般因,Q,不大，按构造满焊,,,,计算时应考虑偏心弯矩,M,＝ΔN·,e,（,e,为角钢肢尖至弦杆轴线距离），按下列公式计算：,,式中 ——肢尖焊缝的焊脚尺寸。,,弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊缝承受弦杆相邻节间的内力差,,当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置，或因相邻弦杆节间内力差ΔN较大，肢尖焊缝不满足强度要求时，可将节点板部分向上伸出或全部向上伸出。,此时弦

41、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： 、 ——伸出肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度；,,,屋架的弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接。工厂拼接往往是由于角钢长度不够而设，宜设于杆力较小的节间；工地拼接多是由于运输条件或安装条件的限制而做接头，通常放在跨中节点上。,,弦杆一般用连接角钢拼接，先通过螺栓定位，再进行焊接。,,弦杆与拼接角钢连接焊缝的计算,,下弦杆与节点板的连接焊缝的计算,,上弦杆与节点板的连接焊缝的计算,（3）角钢桁架弦杆的拼接及拼接节点,,,4、,支座节点,,屋架和柱子的连接可以做成简支或刚接。支承于钢筋混凝土柱或砖柱上的屋架，一般为,简支,。而支承于

42、钢柱上的屋架通常为,刚接,。,,支座节点包括,节点板、加劲肋、支座底板和锚栓,。加劲肋的作用是加强支座底板刚度，以便均匀传递支座反力并增强节点板的侧向刚度。,,,支座节点的传力路线是：,屋架杆件的内力会交后通过连接焊缝传给节点板，然后经节点板和加劲肋把力传给底板，最后传给柱子。 ,,,底板计算：,,,支座底板所需净面积为： A,n,=R/fcc,,毛面积为： A=A,n,+A0,,支座底板厚度为： t≥√6M/f,,,加劲肋的计算:,,,加劲肋的厚度取与节点板的厚度相同；高度由节点板尺寸，按构造确定。,,加劲肋与节点板的连接焊缝：,,每块加劲肋承受屋架支座反力R的1/4，为偏心受力

43、。,,,,焊缝受剪：V=R/4；焊缝受弯：M=Rlw/8,,每块加劲肋与支座节点板的连接焊缝按下式计算：,,,,,,支座节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝，按下式计算：,,,,,,节点板与底板,,,,加劲肋与底板,,,,,,,图21.11　有檩屋架上弦中间节点,,,图21.12　弦杆与拼接角钢连接,,,图21.13　下弦杆与节点板连接,,,图21.14　上弦杆与节点板连接,,,图21.15　屋架的支座节点,,,图21.16 屋架与柱刚性连接的支座节点,,,9.7.3 桁架施工图,,,施工图主要包括：,屋架正面详图、上弦和下弦平面图，必要数量的侧面图和零件图。当屋架为对称时

44、，可绘制半榀屋架。,,钢屋架施工图的绘制的,主要内容和基本要求：,,,1、图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的几何尺寸，右半跨注明杆件的设计内力。,,2、图纸的正中为屋架详图及上、下弦平面图，必要数量的侧面图和零件图。,,,3、,右上角绘制材料表，把所有杆件和零件的编号、规格尺寸、数量、重量和整榀屋架的重量填入表中。,,4、钢屋架施工图可以采用两种比例绘制，屋架轴线一般用1∶20～1∶30的比例尺，杆件截面和节点尺寸采用1∶10～1∶15的比例尺。,,,5、,施工图上应注明屋架和各构件的主要几何尺寸。,,,6、,在施工图中应全部注明各零件的型号和尺寸。,,7、,跨度较大的屋

45、架，在自重及外荷载作用下将产生较大的挠度，特别当屋架下弦有吊平顶或悬挂吊车荷载时，则挠度更大，这将影响结构的使用和有损建筑的外观。,,,8、,施工图上还应加注必要的文字说明，包括钢材的钢号，焊条型号，加工精度和质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔的尺寸，以及防锈处理的要求等等,,图21.17　某一钢屋架施工图,,,普通钢屋架设计计算实例,建筑跨度为18m，端部高度1.99m，跨中高度2.89m，屋面坡度i=1/10，屋架间距为6m，屋架两端支承在钢筋混凝土柱上。,,屋架上、下弦设有横向支撑和垂直支撑，布置,如图21.18所示,。,设计资料（设计一梯形钢屋架）,,图21.18 屋架支撑布置图,

46、,,(1),,永久荷载,,预应力混凝土大型屋面板：1.2×1.4=1.68kN/m,2,,,二毡三油防水层加找平层：1.2×0.7=0.84kN/m,2,,,80mm厚泡沫混凝土保温层：1.2×0.5=0.60kN/m,2,,屋架自重和支撑自重按经验公式(跨度L=18m)：,,P,w,=0.12+0.011L=0.12+0.011×18=0.32kN/m,2,,,1.2×0.32=0.384kN/m,2,,21.6.2 荷载计算,,(2),,可变荷载,,,屋面雪荷载与活荷载不同时出现，取较大者,,1.4×0.30=0.42kN/m,2,,,(3),,荷载组合,,,永久荷

47、载+可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦节点荷载为：,,P=［(1.68+0.84+0.60+0.384)+0.42］×1.5×6=35.316kN,,另两种荷载组合为永久荷载+半跨可变荷载;永久荷载+半跨屋面重+半跨施工荷载。,,桁架杆件的内力在单位力作用下用图解法(,图21.19,)求得如下：,,屋架各杆件内力,如图21.20所示,。,21.6.3 内力计算（,表21.7,）,,表21.7 杆件内力计算,,图21.19 屋架内力图解,,,图21.20 屋架各杆件的内力图(单位：kN),,,(1),,上弦杆截面选择,,,(2),,下弦杆截面选择,,,(3),,支座竖杆截面选择,

48、,,(4),支座斜杆截面选择,,,(5),斜杆②－③截面选择,,,(6),竖杆③-④截面选择,,,(7),斜杆④-⑤截面选择,,,(8),斜杆⑤-⑥截面选择,,,(9),竖杆⑥-⑦截面选择,21.6.4 截面选择,,(10),斜杆⑦-⑧截面选择,,,(11),斜杆⑧-⑨截面选择,,,(12),竖杆⑨-10截面选择,,(1),下弦节点i设计,节点i,如图21.21,,(2),下弦节点j设计,节点j,如图21.22,,,(3),下弦节点k设计,节点k,如图21.23,,,,(4),支座节点h设计,支节点h,如图21.24,,,①,支座底板计算,,,②,加劲肋与节点板的连接焊缝计算,,

49、,③,节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算,,,④,下弦杆与支座斜杆和竖杆焊缝计算,21.6.5 节点设计,,(5),,上弦节点b设计,上弦节点b,如图21.25,,(6),,上弦节点d、f设计,上弦d、f节点,如图21.26,,,(7),,上弦节点a、c、e设计,上弦节点a、c、e,如图21.27,,,,(8),,上弦节点g设计,上弦节点g,如图21.28,,,,,图21.21 节点i详图,,,图21.22 节点j详图,,,图21.23 节点k详图,,,图21.24 支座节点h详图,,,图21.25 上弦节点b详图,,,图21.26 上弦d、f节点详图,,,图21.27 上弦节点a、c、e详图,,,图21.28 上弦节点g详图,,,屋架各杆件的垫板间距，在受压杆件中不大于40i，在受拉杆件中不大于80i，T形截面中的i为一个角钢对平行于垫板自身重心轴的回转半径，在十字形截面中为一个角钢的最小回转半径。,,计算结果,如表21.9所示,。,21.6.6 垫板计算,,表21.9 杆件垫板规格计算,,