钢结构设计原理第7章单层厂房钢结构学习培训模板课件.ppt

1、哈尔滨工业大学（威海）哈尔滨工业大学（威海）o jtj025-86o 公路桥涵设计通用规范jtj021-89 中重型钢结构厂房实例中重型钢结构厂房实例 中重型钢结构厂房实例中重型钢结构厂房实例 中重型钢结构厂房实例中重型钢结构厂房实例 中重型钢结构厂房实例中重型钢结构厂房实例刚架梁刚架柱柱间支撑屋面水平支撑檩条墙梁墙梁系杆抗风柱墙面板屋面板吊车梁 轻型钢结构厂房实例轻型钢结构厂房实例 轻型钢结构厂房实例轻型钢结构厂房实例 轻型钢结构厂房实例轻型钢结构厂房实例7.1 单层厂房钢结构的组成及布置原则单层厂房钢结构的组成及布置原则无檩体系：大型屋面板直接支承于钢屋架之上无檩体系：大型屋面板直接支承于

2、钢屋架之上有檩体系：屋面支承于檩条、檩条支承于钢屋架有檩体系：屋面支承于檩条、檩条支承于钢屋架7.1.1 单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构的组成 无檩体系无檩体系有檩体系有檩体系1)横向框架横向框架 由由柱柱和它所支承的和它所支承的屋架屋架或屋盖或屋盖横梁横梁组成组成是厂房的主要承重体系，承受自重、风、雪荷载和吊车的竖是厂房的主要承重体系，承受自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础2)屋盖结构屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等间屋架

3、、天窗架、檩条等3)支撑体系支撑体系 包括包括屋面支撑屋面支撑和和柱间支撑柱间支撑它与柱、吊车梁、屋面系杆等组成它与柱、吊车梁、屋面系杆等组成纵向框架纵向框架，承担纵向荷载，承担纵向荷载 把单榀的横向框架连成把单榀的横向框架连成空间整体结构空间整体结构，从而保证厂房所必需，从而保证厂房所必需的刚度和稳定的刚度和稳定7.1.1 单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构的组成 4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）吊车梁和制动梁（或制动桁架）承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上向框架上5)墙架墙架 承受墙体的自重和风荷载承受墙体的自重

4、和风荷载6)其它其它 梯子、走道、门窗、工作平台梯子、走道、门窗、工作平台7.1.1 单层厂房钢结构的组成单层厂房钢结构的组成 7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 1)柱网布置柱网布置承重柱在平面上的排列方式承重柱在平面上的排列方式跨度跨度：纵向定位轴线之间的尺寸：纵向定位轴线之间的尺寸柱距：柱距：横向定位轴线之间的尺寸横向定位轴线之间的尺寸柱网布置原则：柱网布置原则：(1)应满足生产工艺要求应满足生产工艺要求 流程、设备、产品尺寸和生产流程、设备、产品尺寸和生产空间决定跨度和柱距空间决定跨度和柱距 (2)应满足结构的要求应满足结构的要求 柱应在同一轴线上，以便与屋柱应在

5、同一轴线上，以便与屋架或横梁组成框架架或横梁组成框架 (3)应符合经济合理的原则应符合经济合理的原则 在柱子较高、跨度较大而吊车起重量又较小的车间中，采在柱子较高、跨度较大而吊车起重量又较小的车间中，采用大柱距比较经济用大柱距比较经济 为了降低工作量、实现标准化，应满足模数的规定：为了降低工作量、实现标准化，应满足模数的规定：跨度跨度小于或等于小于或等于18m时，应以时，应以3m为模数；跨度大于为模数；跨度大于18m时，时，以以6m为模数为模数 柱距柱距一般采用一般采用6m较为经济，也可采用较为经济，也可采用9m及及12m(6m柱距柱距局部抽柱局部抽柱)7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和

6、温度伸缩缝的布置 2)温度伸缩缝温度伸缩缝温度将引起结构变形、产生温度将引起结构变形、产生温度应力温度应力为避免过大的温度变形和应力，应设置为避免过大的温度变形和应力，应设置温度伸缩缝温度伸缩缝解决纵向区段过长解决纵向区段过长横向设置伸缩缝横向设置伸缩缝 解决横向区段过长解决横向区段过长纵向设置伸缩缝纵向设置伸缩缝设双柱，两侧无设双柱，两侧无任何任何横纵横纵向联系向联系7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 有伸缩缝时柱网布置的方式：有伸缩缝时柱网布置的方式：使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合 采用插入距的方式采用插入距的方式(设备要求柱距设备要

7、求柱距S不变时采用不变时采用)柱网不变，采用单柱温度伸缩缝，即纵向构件使用滑动支柱网不变，采用单柱温度伸缩缝，即纵向构件使用滑动支座，自由伸缩座，自由伸缩(构造复杂，应用较少构造复杂，应用较少)7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 插入距式伸缩缝的间距：插入距式伸缩缝的间距：插入距一般采用插入距一般采用1m 重型厂房柱的截面较大，可放大到重型厂房柱的截面较大，可放大到1.5m、2m、甚至到、甚至到3m伸缩缝两旁的柱可放在同一基础上，也可以采用双基础伸缩缝两旁的柱可放在同一基础上，也可以采用双基础7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 当温度区段长度不超过下

8、表数值时，可不计算温度应力当温度区段长度不超过下表数值时，可不计算温度应力可以通过设置伸缩缝，使平面长度满足上述要求可以通过设置伸缩缝，使平面长度满足上述要求7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 7.2.1 横向框架的特点横向框架的特点 7.2 横向框架的结构类型及主要尺寸横向框架的结构类型及主要尺寸 1)横向框架的作用横向框架的作用承担竖向荷载承担竖向荷载形成必要的横向刚度，以承担水平荷载形成必要的横向刚度，以承担水平荷载形成有效净空，满足使用要求形成有效净空，满足使用要求2)横向框架的力学模型横向框架的力学模型柱脚刚性连接时，横梁与柱可采用铰接或刚接柱脚刚性连接时，横梁

9、与柱可采用铰接或刚接 (梁柱刚接时，对基础不均匀沉降敏感梁柱刚接时，对基础不均匀沉降敏感)柱脚铰接时，横梁与柱只能采用刚性连接柱脚铰接时，横梁与柱只能采用刚性连接(多用于轻钢厂房多用于轻钢厂房)如按跨度来分，则有单跨、双跨和多跨如按跨度来分，则有单跨、双跨和多跨计算模型详细说明示意图计算模型详细说明示意图机构机构7.2.1 横向框架的特点横向框架的特点 7.2.2 主要尺寸主要尺寸 1)框架的跨度框架的跨度为上柱中心线间的横向距离，由下式定出：为上柱中心线间的横向距离，由下式定出：LK桥式吊车的跨度；桥式吊车的跨度；S吊车梁轴线至上柱轴线的距离吊车梁轴线至上柱轴线的距离S=B+D+b1/2；当

10、；当Q80mm；当；当Q750kN时，时，D100mm；当吊车和柱之间设置安全走道时，；当吊车和柱之间设置安全走道时，D400mm；SLLK20吊车示意图吊车示意图7.2.2 主要尺寸主要尺寸 2)柱高柱高(柱脚底面到横梁下柱脚底面到横梁下弦底部的距离弦底部的距离)321hhhHh1地面至柱脚底面的距离，地面至柱脚底面的距离，中型车间为中型车间为0.81.0m，重型车，重型车间为间为1.01.2m；h2地面至吊车轨顶的高度，地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定；由工艺要求决定；h3吊车轨顶至屋架下弦底吊车轨顶至屋架下弦底面的距离面的距离,h3=A+100+(150200)A为吊车轨道顶面至起重

11、小车顶面之间的距离为吊车轨道顶面至起重小车顶面之间的距离100为制造、安装误差留出的空隙为制造、安装误差留出的空隙(150200)考虑屋架挠度和下弦水平支撑角钢肢下伸所留空隙考虑屋架挠度和下弦水平支撑角钢肢下伸所留空隙 7.2.2 主要尺寸主要尺寸 3)吊车梁的高度、轨道高度和横梁高度：吊车梁的高度、轨道高度和横梁高度：吊车梁的高度可按吊车梁的高度可按（1/51/12）L选用，选用，L为吊车梁的跨度为吊车梁的跨度 吊车轨道高度可根据吊车起重量决定吊车轨道高度可根据吊车起重量决定 框架横梁一般采用梯形、人字形屋架，或变截面实腹钢梁框架横梁一般采用梯形、人字形屋架，或变截面实腹钢梁7.2.2 主要

12、尺寸主要尺寸 7.3.1 纵向框架柱间支撑的作用和布置纵向框架柱间支撑的作用和布置 7.3 结构的纵向传力系统结构的纵向传力系统 1)柱间支撑的作用柱间支撑的作用 组成纵向构架，保证组成纵向构架，保证纵向刚度纵向刚度承受山墙风荷载、吊车纵向水平荷载、温度应力、纵向水平承受山墙风荷载、吊车纵向水平荷载、温度应力、纵向水平地震力，并将之传至基础地震力，并将之传至基础可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱平面外计算长度可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱平面外计算长度柱间支撑由吊车梁以上的柱间支撑由吊车梁以上的上层支撑和以下的下层支上层支撑和以下的下层支撑组成。形成一个刚性很撑组成。形成一个刚性很

13、大的悬臂桁架。大的悬臂桁架。2)柱间支撑的位置柱间支撑的位置为了减小温度应力，下层支撑宜设在温度区段中部为了减小温度应力，下层支撑宜设在温度区段中部 只有纵向很短、且很高时，下层支撑设在两端才不会产生很只有纵向很短、且很高时，下层支撑设在两端才不会产生很大的温度应力，又能使纵向刚度提高很多大的温度应力，又能使纵向刚度提高很多当温度区段小当温度区段小于于90m时，在时，在中央设置一道中央设置一道下层支撑下层支撑 超过超过90m，则，则在在1/3点点处各处各设一道支撑，设一道支撑，以免传力路程以免传力路程太长太长上层柱间支撑为两层：第一层在上层柱间支撑为两层：第一层在屋架端部高度范围内属屋架端部高

14、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上层柱间支撑的位置：上层柱间支撑的位置：为传递风力，要设在温度区段端部为传递风力，要设在温度区段端部 (由于吊车梁以上柱刚度较小，不会产生过大的温度应力由于吊车梁以上柱刚度较小，不会产生过大的温度应力)在有下层支撑处也应设置上层支撑在有下层支撑处也应设置上层支撑柱间支撑与柱的连接位置：柱间支撑与柱的连接位置：在在柱的内外两侧柱的内外两侧应该成对布置应该成对布置 只有在柱截面高度不大的时才可沿柱中心设置一道只有在柱截面高度不大的时才可沿柱中心设置一道7.3 结构的纵向传力系统结构的纵

15、向传力系统 7.3.2 柱间支撑的形式柱间支撑的形式 1)柱间支撑的形式柱间支撑的形式柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等 7.3.3 柱间支撑的设计与计算（自学）柱间支撑的设计与计算（自学）7.3.4 柱间支撑的连接与构造柱间支撑的连接与构造 截面最小尺寸：截面最小尺寸：L756、127.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置 7.4 屋盖结构体系屋盖结构体系 组成：屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等组成：屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等 分类：分类：无檩屋盖结构体系无檩屋盖结构体系和和有檩屋盖结构体

16、系有檩屋盖结构体系 1)无檩屋盖结构体系无檩屋盖结构体系 钢筋混凝土大型屋面板直接作用于钢屋架之上，钢筋混凝土大型屋面板直接作用于钢屋架之上，屋架的间距屋架的间距即为屋面板跨度，通常为即为屋面板跨度，通常为6m屋面板上采用卷材防水，适用于较小屋面板上采用卷材防水，适用于较小屋面坡度屋面坡度(1:81:12)，因此常采用因此常采用梯形屋架梯形屋架 构件种类少，构造、安装方便，施工快，且屋盖刚度大，整构件种类少，构造、安装方便，施工快，且屋盖刚度大，整体性能好；但屋面自重大，体性能好；但屋面自重大，用钢量大用钢量大，对抗震也不利，对抗震也不利2)有檩屋盖结构体系有檩屋盖结构体系 采用采用轻型屋面材

17、料轻型屋面材料：压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦：压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等楞铁皮等屋架间距屋架间距通常为通常为6m；大于；大于12m时，采用托架支承中间屋架时，采用托架支承中间屋架屋面坡度屋面坡度较陡较陡(1:21:3)，以便排水，常采用三角形屋架或变，以便排水，常采用三角形屋架或变截面工字钢梁截面工字钢梁所用材料种类较多，但屋面布置较灵活，自重轻，用料省，所用材料种类较多，但屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便运输和安装较轻便7.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置 3)天窗架形式天窗架形式 为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设

18、置天窗为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗结构形式如下：结构形式如下：7.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置 4)托架形式托架形式 厂房的某些部位，因放置设备或交通运输要求，需局部抽柱。厂房的某些部位，因放置设备或交通运输要求，需局部抽柱。该处的屋架就需支承在专门设置的托架上。该处的屋架就需支承在专门设置的托架上。钢托架一般做成钢托架一般做成平行弦桁架，跨平行弦桁架，跨度不大，但所受度不大，但所受荷载较重荷载较重7.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置 7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 钢屋架为钢屋架为平面桁架平面桁架，各个平

19、面桁架要通过各种，各个平面桁架要通过各种支撑支撑及及纵向纵向系杆系杆连成一个连成一个空间几何不变空间几何不变的整体结构，才能承受荷载的整体结构，才能承受荷载 这些支撑及系杆统称为这些支撑及系杆统称为屋盖支撑屋盖支撑 包括：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向包括：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆组成水平支撑、垂直支撑及系杆组成1)上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 位于屋盖两端的两榀相邻屋架的上弦平面内位于屋盖两端的两榀相邻屋架的上弦平面内相当于相当于平行弦桁架平行弦桁架，弦杆为屋架的上弦杆，腹杆由交叉的斜，弦杆为屋架的上弦杆，腹杆由交叉的斜杆及竖杆组

20、成。交叉的斜杆一般用杆及竖杆组成。交叉的斜杆一般用单角钢或圆钢单角钢或圆钢制成，竖杆制成，竖杆常用常用双角钢双角钢的的T型截面型截面作用：减小屋架上弦压杆的计算长度、增加结构整体刚度作用：减小屋架上弦压杆的计算长度、增加结构整体刚度2)下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 布置在与上弦横向水平支撑同一布置在与上弦横向水平支撑同一开间的屋架下弦平面内开间的屋架下弦平面内也形成也形成平行弦桁架平行弦桁架，弦杆为屋架，弦杆为屋架的下弦，腹杆也是由交叉斜杆及的下弦，腹杆也是由交叉斜杆及竖杆组成，为单角钢或圆钢竖杆组成，为单角钢或圆钢横向水平支撑的间距不宜大于横向水平支撑的间距不宜大于60m，当温度区段较长

21、时，应在，当温度区段较长时，应在中部增设上下弦横向水平支撑中部增设上下弦横向水平支撑 作用：承担山墙传来的水平风荷作用：承担山墙传来的水平风荷载、减小屋架下弦压杆的计算长载、减小屋架下弦压杆的计算长度、增加结构整体刚度度、增加结构整体刚度7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 3)下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 位于屋架两端下弦平面，纵向布置位于屋架两端下弦平面，纵向布置也是也是平行弦桁架平行弦桁架，竖杆是屋架下弦，竖杆是屋架下弦与下弦横向水平支撑构成一封闭的与下弦横向水平支撑构成一封闭的支撑框架，增加屋盖的水平刚度支撑框架，增加屋盖的水平刚度当有吨位较大的桥式吊车、壁行吊当有吨位较大的桥式吊车、

22、壁行吊车或锻锤等较大振动设备，以及房车或锻锤等较大振动设备，以及房屋高度或跨度较大或空间刚度要求屋高度或跨度较大或空间刚度要求较大时，才设置下弦纵向水平支撑较大时，才设置下弦纵向水平支撑在设有托架处，为保证托架的侧向在设有托架处，为保证托架的侧向稳定，在托架范围及两端各延伸一稳定，在托架范围及两端各延伸一个柱间应设置下弦纵向水平支撑个柱间应设置下弦纵向水平支撑作用：增加整体刚度，避免托架平作用：增加整体刚度，避免托架平面外受力面外受力7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 4)垂直支撑垂直支撑位于上、下弦横向水平支撑同一位于上、下弦横向水平支撑同一开间，形成一个跨长为屋架间距开间，形成一个跨长为屋架

23、间距的平行弦桁架的平行弦桁架它的上、下弦杆分别为上、下弦它的上、下弦杆分别为上、下弦横向水平支撑的竖杆，它的端竖横向水平支撑的竖杆，它的端竖杆就是屋架的竖杆杆就是屋架的竖杆垂直支撑中央腹杆的形式由支撑垂直支撑中央腹杆的形式由支撑桁架的高跨比决定，一般常采用桁架的高跨比决定，一般常采用W形形或双节间或双节间交叉斜杆交叉斜杆等形式等形式腹杆截面可采用单角钢或双角钢腹杆截面可采用单角钢或双角钢T形截面形截面7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 跨度小于跨度小于30m的梯形屋架在两端和跨度中各设一道垂直支撑的梯形屋架在两端和跨度中各设一道垂直支撑当跨度大于当跨度大于30m时，则在两端和跨度时，则在两端和跨

24、度1/3处分别共设四道处分别共设四道跨度小于跨度小于18m的三角形屋架只需在跨度中央设一道垂直支撑，的三角形屋架只需在跨度中央设一道垂直支撑，大于大于18m时则在时则在1/3跨度处共设两道跨度处共设两道作用：保证两个屋架之间形成空间几何不变结构体系作用：保证两个屋架之间形成空间几何不变结构体系7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 5)系杆系杆在未设横向支撑的开间连接各屋架在未设横向支撑的开间连接各屋架通常在屋架两端，有垂直支撑位置通常在屋架两端，有垂直支撑位置的上、下弦节点以及屋脊和天窗侧的上、下弦节点以及屋脊和天窗侧柱位置柱位置系杆沿房屋系杆沿房屋纵向通长布置纵向通长布置当房屋两端为山墙时，上、

25、下弦横当房屋两端为山墙时，上、下弦横向水平支撑及垂直支撑可设在两端向水平支撑及垂直支撑可设在两端第二开间，这时第一开间的所有系第二开间，这时第一开间的所有系杆均设为刚性系杆杆均设为刚性系杆作用：系杆对屋架上、下弦杆提供侧向作用：系杆对屋架上、下弦杆提供侧向支承，对于有檩屋盖，檩条可兼作系杆支承，对于有檩屋盖，檩条可兼作系杆7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 只能承受拉力的称为只能承受拉力的称为柔性系杆柔性系杆，容，容许长细比许长细比400（有重级工作制（有重级工作制吊车的厂房为吊车的厂房为350）能承受压力的称能承受压力的称刚性系杆刚性系杆，200，常用双角钢，常用双角钢T形或十字形截面形或十字

26、形截面一般在一般在屋架下弦端部屋架下弦端部及及上弦屋脊处上弦屋脊处需设需设刚性系杆刚性系杆，其它可设柔性系杆，其它可设柔性系杆7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 6)屋盖支撑内力的计算屋盖支撑内力的计算屋盖支撑因受力较小一般不计算，满足允许屋盖支撑因受力较小一般不计算，满足允许长细比长细比即可即可对于跨度较大且承受墙面传来很大风荷载的横向水平支撑，对于跨度较大且承受墙面传来很大风荷载的横向水平支撑，应按桁架体系计算内力选择截面，并控制长细比应按桁架体系计算内力选择截面，并控制长细比偏于安全，仅考虑拉杆工作，而压杆退出工作偏于安全，仅考虑拉杆工作，而压杆退出工作 WWWWWWWWWWWWWWWW2

27、2227.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 7)屋盖支撑系统的节点连接方式屋盖支撑系统的节点连接方式角钢肢尖向下；适当离开屋架节点，以免影响大型屋面板角钢肢尖向下；适当离开屋架节点，以免影响大型屋面板或檩条安放或檩条安放交叉斜杆应有一根切断，加节点板；与檩条相连时两斜杆交叉斜杆应有一根切断，加节点板；与檩条相连时两斜杆均应切断，用节点板相连均应切断，用节点板相连7.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑 下弦横向和纵向水平支撑的角钢肢尖允许向上，交叉斜杆下弦横向和纵向水平支撑的角钢肢尖允许向上，交叉斜杆可以背靠背交叉放置，中间填以填板，杆件无需切断可以背靠背交叉放置，中间填以填板，杆件无需切断7.4.2 钢

28、屋盖支撑钢屋盖支撑 垂直支撑可只与屋架竖杆相连，也可通过竖向小钢板垂直支撑可只与屋架竖杆相连，也可通过竖向小钢板(耳耳板板)与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连支撑与屋架支撑与屋架的连接通常用的连接通常用M20 C级螺栓级螺栓,支撑与天窗架支撑与天窗架的连的连接可用接可用M16 C级螺栓。级螺栓。在有在有重级工作制重级工作制吊车或有其它较大振动设备的厂房，宜用吊车或有其它较大振动设备的厂房，宜用高强度螺栓连接，或用高强度螺栓连接，或用C级螺栓再加焊缝将节点板固定。级螺栓再加焊缝将节点板固定。7.5 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计 1)概述概述 截面形式：截面形式：

29、两个角钢组成的两个角钢组成的T形或十字形截面的杆件形或十字形截面的杆件节点形式：节点形式：在杆件汇交处通过节点板用焊缝连接在杆件汇交处通过节点板用焊缝连接计算模型：计算模型：桁架桁架结构特点：结构特点：制造安装方便、取材容易、适应性强等制造安装方便、取材容易、适应性强等经济性：经济性：角钢厚度较大，耗钢量较大，跨度较小时不够经济角钢厚度较大，耗钢量较大，跨度较小时不够经济适用跨度：适用跨度：其最适宜的跨度一般在其最适宜的跨度一般在1836m 之间之间设计要求：设计要求：短杆受压，长杆受拉，避免非节间荷载；桁架杆短杆受压，长杆受拉，避免非节间荷载；桁架杆件数量和规格应尽可能少；腹杆与弦杆轴线夹角

30、最好在件数量和规格应尽可能少；腹杆与弦杆轴线夹角最好在45左右；上弦的坡度须适合屋面的排水要求左右；上弦的坡度须适合屋面的排水要求2)桁架的形式桁架的形式 三角形桁架：三角形桁架：适用于屋面坡度较大的屋盖，适用于屋面坡度较大的屋盖，i=1/21/3；跨度；跨度1824m支座只能铰接，房屋横向刚度较低支座只能铰接，房屋横向刚度较低(a)(c)为芬克式桁架为芬克式桁架,腹杆受力合理腹杆受力合理,分为两榀小桁架便于运输分为两榀小桁架便于运输(b)是两端高度改为是两端高度改为500mm,可以降低支座处上、下弦内力可以降低支座处上、下弦内力7.5 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计 梯形钢屋架：梯

31、形钢屋架：外形接近弯矩图，外形接近弯矩图，受力均匀受力均匀适于坡度较小的屋适于坡度较小的屋盖体系，盖体系，i=1/81/16跨度可达跨度可达36m支座可以做成刚接支座可以做成刚接也可做成铰接也可做成铰接腹杆体系有人字式、腹杆体系有人字式、再分式再分式按支座节点可分为按支座节点可分为上承式和下承式上承式和下承式7.5 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计 平行弦桁架平行弦桁架：杆件规格统一、节点构造统一、便于制造等优点杆件规格统一、节点构造统一、便于制造等优点其上下弦杆相互平行，且可做成不同坡度其上下弦杆相互平行，且可做成不同坡度一般用于托架或支撑体系一般用于托架或支撑体系7.5 桁架的形式

32、和截面设计桁架的形式和截面设计 3)桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸 主要尺寸包括桁架的跨度、跨中高度及端部高度主要尺寸包括桁架的跨度、跨中高度及端部高度跨度跨度:标志跨度标志跨度l柱网轴线的横向间距；柱网轴线的横向间距；计算跨度计算跨度l0桁架两端支座反力间的距离桁架两端支座反力间的距离封闭结合封闭结合非封闭结合非封闭结合非封闭结合非封闭结合7.5 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计 桁架高度桁架高度 最大高度最大高度取决于运输界限和建筑要求取决于运输界限和建筑要求 最小高度最小高度根据桁架容许挠度确定根据桁架容许挠度确定 经济高度经济高度根据桁架杆件的总用钢量最少的条件确定根据桁架杆件的

33、总用钢量最少的条件确定三角形桁架三角形桁架跨中高度跨中高度h=(1/41/6)l，跨度大时，跨度大时取小值，反之取大值取小值，反之取大值梯形桁架梯形桁架跨中高度跨中高度h=(1/61/10)l 端部高度：铰接时端部高度：铰接时1.62.2m，刚接时为，刚接时为1.82.4m7.5 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计 关于起拱关于起拱 桁架跨度较大时，竖向荷载将产生较大的挠度，影响外观桁架跨度较大时，竖向荷载将产生较大的挠度，影响外观 跨度跨度15m的三角形桁架和跨度的三角形桁架和跨度24m的梯形、平行弦桁架，的梯形、平行弦桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用当下弦无向上曲折时，宜采用起拱起拱

34、l/500左右，抵销挠度左右，抵销挠度图中所标示的长度为考虑起拱后的长度图中所标示的长度为考虑起拱后的长度当求桁架杆件内力时，可不考虑起拱高度当求桁架杆件内力时，可不考虑起拱高度7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 1)桁架的荷载计算与荷载组合桁架的荷载计算与荷载组合 桁架荷载桁架荷载 永久荷载：屋面材料永久荷载：屋面材料(保温层、防水层、屋面板等保温层、防水层、屋面板等)、檩条、檩条、屋架、天窗架、支撑及天棚等自重屋架、天窗架、支撑及天棚等自重 可变荷载：屋面活荷载、风荷载、积灰荷载、雪荷载及悬可变荷载：屋面活荷载、风荷载、积灰荷载、雪荷载及悬挂吊车荷载挂吊车荷载 取值可由取

35、值可由荷载规范荷载规范查得或根据材料的规格计算查得或根据材料的规格计算 桁架和支撑的自重可按下面经验公式进行估算，即：桁架和支撑的自重可按下面经验公式进行估算，即：式中式中 l为桁架的标志跨度为桁架的标志跨度(m)，gwk按屋面的水平投影面分按屋面的水平投影面分布布(kN/m2)lgWK011.012.0 凡沿屋面斜面分布的凡沿屋面斜面分布的永久荷载永久荷载均应换算为水平投影面上分均应换算为水平投影面上分布的荷载，即：布的荷载，即：屋面坡度较小时，可将沿斜面上分布的荷载近似地视为水屋面坡度较小时，可将沿斜面上分布的荷载近似地视为水平投影面上分布的荷载，即平投影面上分布的荷载，即 建筑荷载规范建

36、筑荷载规范给出的屋面均布给出的屋面均布活荷载、雪荷载活荷载、雪荷载均为水均为水平投影面上的荷载，故实际计算时不再作上述换算平投影面上的荷载，故实际计算时不再作上述换算cos/KKqq kkqq,1cos7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 桁架荷载桁架荷载 上述桁架荷载一般通过檩条或大型屋面板肋以集中力的方上述桁架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桁架的节点上式作用于桁架的节点上 每个上弦节点所承受的每个上弦节点所承受的集中荷载集中荷载P可按阴影面积计算：可按阴影面积计算：saqPKQG),(a上弦节间的水平投上弦节间的水平投影长度影长度s桁架的间距桁架的间距q

37、k面荷载标准值面荷载标准值屋架屋架条条檩檩板板面面屋屋7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 荷载组合荷载组合 使用和施工过程中均可能出现最不利情况，应进行荷载组使用和施工过程中均可能出现最不利情况，应进行荷载组合，找到最不利内力合，找到最不利内力 一般情况下，应考虑以下三种荷载组合：一般情况下，应考虑以下三种荷载组合：全跨永久荷载全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨可变荷载 全跨永久荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重半跨屋面板自重+半跨半跨屋面活荷载屋面活荷载屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，可取两者中的较大值

38、计算屋面活荷载和雪荷载不同时考虑，可取两者中的较大值计算第一种组合通常为最不利。后两种组合，桁架跨中附近的斜第一种组合通常为最不利。后两种组合，桁架跨中附近的斜腹杆内力可能变号腹杆内力可能变号(拉变压拉变压)、或内力增大，故须考虑、或内力增大，故须考虑如两侧屋面板对称均匀铺设，则可不考虑第三种荷载组合如两侧屋面板对称均匀铺设，则可不考虑第三种荷载组合对于轻型屋面，必须另外考虑风吸力的影响对于轻型屋面，必须另外考虑风吸力的影响7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 2)桁架杆件的内力计算桁架杆件的内力计算 通常采用如下假定：通常采用如下假定：(平面桁架模型平面桁架模型)(1)各节点

39、均为铰接各节点均为铰接 (2)所有杆件的轴线都在同一平面内且在节点处交汇所有杆件的轴线都在同一平面内且在节点处交汇 (3)荷载均作用于节点上荷载均作用于节点上内力计算方法内力计算方法 数解法、数解法、图解法图解法或电算法等或电算法等一般只需计算一般只需计算半跨单位节点荷载半跨单位节点荷载下的杆件内力计算系数。只下的杆件内力计算系数。只要将节点荷载值乘以相应的内力系数，即可求得该杆件内力要将节点荷载值乘以相应的内力系数，即可求得该杆件内力7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 有节间荷载作用的情况：有节间荷载作用的情况：节间荷载时将引起杆件局部弯矩，类似弹性支承的连续梁节间荷载时将

40、引起杆件局部弯矩，类似弹性支承的连续梁可近似按简支梁计算出可近似按简支梁计算出M0，再乘以调整系数作为局部弯矩，再乘以调整系数作为局部弯矩端节间端节间 M1=0.8M0；其它节间的；其它节间的M2=0.6M0 (M0=Pl/4，P作用于节间中点作用于节间中点)7.5.2 桁架的荷载和内力计算桁架的荷载和内力计算 7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比1)在桁架平面内的计算长度在桁架平面内的计算长度l0 x基本概念基本概念 节点形式：节点形式：各杆件与节点板用焊缝连接，节点本身具有一定各杆件与节点板用焊缝连接，节点本身具有一定刚度刚度并非完全铰接并非完全铰接 杆

41、件的相互作用：杆件的相互作用：节点板上有多个杆件，当某一压杆平面内节点板上有多个杆件，当某一压杆平面内失稳屈曲时，将受到其它杆的阻碍与约束失稳屈曲时，将受到其它杆的阻碍与约束并非完全铰接并非完全铰接 嵌固能力：嵌固能力：介于刚接和铰接之间介于刚接和铰接之间减小了计算长度减小了计算长度节点上的拉杆数量越多、线刚度和拉力越大，节点上的拉杆数量越多、线刚度和拉力越大，嵌固越强，杆件的计算长度就可减小得越多嵌固越强，杆件的计算长度就可减小得越多平面内计算长度平面内计算长度l0 x取值：取值：弦杆、支座竖杆和支座斜杆：弦杆、支座竖杆和支座斜杆：两端约束较小，可偏安全地视为铰接，两端约束较小，可偏安全地视

42、为铰接，l0 x=l其它腹杆：其它腹杆：上弦节点处拉杆少，嵌固作用不大，但下弦节点处拉杆上弦节点处拉杆少，嵌固作用不大，但下弦节点处拉杆较多、拉力较大、刚度也大，有一定嵌固能力，较多、拉力较大、刚度也大，有一定嵌固能力，l0 x=0.8l再分式腹杆：再分式腹杆：上段上段(N2段段)杆件两端弹性杆件两端弹性嵌固作用均较差，嵌固作用均较差，l0 x=l 下段下段(N1段段)，l0 x=0.8l7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比2)在桁架平面外的计在桁架平面外的计算长度算长度l0y取弦杆侧向支承点之取弦杆侧向支承点之间的距离，即间的距离，即l0y=l1上弦杆：上

43、弦杆：有檩体系中檩条与支有檩体系中檩条与支撑的交叉点不相连时撑的交叉点不相连时檩条与支撑的交叉点檩条与支撑的交叉点用节点板焊牢时用节点板焊牢时上弦杆上直接放置钢上弦杆上直接放置钢筋混凝土大型屋面板筋混凝土大型屋面板时时(三点焊接与否三点焊接与否)7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比受压上弦杆的侧向支承点范围内，节间内力不相等时：受压上弦杆的侧向支承点范围内，节间内力不相等时：如图侧向支承点间距如图侧向支承点间距l1为节间长度的两倍，且为节间长度的两倍，且N1N2，其平，其平面外计算长度：面外计算长度：112105.0)25.075.0(lNNllyN1为较大

44、压力为较大压力(取正取正)；N2为较小的压力或拉力为较小的压力或拉力(压为正压为正,拉为负拉为负)。如果如果大型屋面板屋面大型屋面板屋面采用不对称吊装，先吊装半坡、另外采用不对称吊装，先吊装半坡、另外半坡未吊装时，应进行施工阶段验算，没有屋面板的半坡半坡未吊装时，应进行施工阶段验算，没有屋面板的半坡上弦杆的平面外计算长度为：上弦杆的平面外计算长度为：1121066.088.1/)/88.01(lNNllyl1为屋架上弦平面内系杆之间的距离，一般为半坡长度为屋架上弦平面内系杆之间的距离，一般为半坡长度7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比一般腹杆：一般腹杆：节点

45、板在平面外刚度很小，对腹杆的嵌固作用很小，平面节点板在平面外刚度很小，对腹杆的嵌固作用很小，平面外计算长度均取外计算长度均取 l0y=l再分式腹杆：再分式腹杆：再分式腹杆受压时平面外计再分式腹杆受压时平面外计算长度亦按式算长度亦按式(9.6.3)确定：确定：受拉时取受拉时取 l0y=l1112105.0)25.075.0(lNNlly下弦杆：下弦杆：取下弦侧向支承点间的距离，由下弦的支撑体系或系杆的取下弦侧向支承点间的距离，由下弦的支撑体系或系杆的设置确定设置确定7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比3)斜平面的计算长度斜平面的计算长度l0对于双角钢组成的十字

46、形截面和单角钢截面腹杆，截面主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，可能绕截面较小主轴发生斜平面失稳轴不在桁架平面内，可能绕截面较小主轴发生斜平面失稳桁架下弦节点处尚可起到一定的嵌固作用，故取腹杆斜平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面的计算长度l0=0.9l7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度一览表桁架各杆件在平面内和平面外的计算长度一览表7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比4)桁架杆件的容许长细比桁架杆件的容许长细比(为保证一

47、定刚度要求为保证一定刚度要求)张紧的圆钢支撑不受长细比限制张紧的圆钢支撑不受长细比限制7.5.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比7.5.4 桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算 1)截面形式截面形式 采用两个角钢组成的采用两个角钢组成的T形或十字形截面，中间夹节点板形或十字形截面，中间夹节点板 选择截面时，应近似满足杆件等稳定性，即选择截面时，应近似满足杆件等稳定性，即x=y(因截面因截面均属均属b类，故类，故x=y)桁架上弦桁架上弦：计算长度：计算长度l0y2l0 x，为满足等稳定原则，要求截面，为满足等稳定原则，要求截面的的iy2ix，宜采用两个不

48、等边角钢短肢相连的，宜采用两个不等边角钢短肢相连的T 形截面形截面如有较大局部弯矩，也可采用两个不等肢角钢长肢相连或两个如有较大局部弯矩，也可采用两个不等肢角钢长肢相连或两个等肢角钢组成的等肢角钢组成的T形截面形截面桁架下弦桁架下弦：承受拉力，按强度要求选择截面承受拉力，按强度要求选择截面 下弦平面外的计算长度通常较大，为增强其刚度，宜采用下弦平面外的计算长度通常较大，为增强其刚度，宜采用两个两个不等肢角钢短肢相连不等肢角钢短肢相连的的T形截面形截面 平面外计算长度不大时，也可使用两等边角钢平面外计算长度不大时，也可使用两等边角钢7.5.4 桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算 端

49、斜杆端斜杆：梯形桁架的端斜杆，由于梯形桁架的端斜杆，由于l0 x=l0y，为使，为使ix=iy，宜采用两个，宜采用两个不等肢角钢长肢相连的不等肢角钢长肢相连的T形截面。形截面。7.5.4 桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算 其它腹杆其它腹杆：由于由于l0 x=0.8l0y，为使，为使ix=0.8iy，宜采用两个等肢角钢组成的，宜采用两个等肢角钢组成的T形截面。形截面。受力很小的腹杆亦可用单角钢，可交替地单面连接在桁架受力很小的腹杆亦可用单角钢，可交替地单面连接在桁架平面的两侧，或在两杆端开槽嵌入节点板对称置于桁架平面平面的两侧，或在两杆端开槽嵌入节点板对称置于桁架平面7.5.4

50、桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算 连接垂直支撑的竖腹杆连接垂直支撑的竖腹杆常用两个等肢角钢组成的十字形截面常用两个等肢角钢组成的十字形截面轻型钢屋架中的圆管截面轻型钢屋架中的圆管截面7.5.4 桁架杆件的截面选择和计算桁架杆件的截面选择和计算 2)填板的设置填板的设置 为确保由两角钢组成的为确保由两角钢组成的T形或十字形截面杆件能整体共同受形或十字形截面杆件能整体共同受力，必须每隔一定距离在两个角钢间设置填板并用焊缝连接力，必须每隔一定距离在两个角钢间设置填板并用焊缝连接杆件才可按实腹式杆件计算杆件才可按实腹式杆件计算填板间距填板间距:对压杆对压杆ld40i，对拉杆，对拉杆ld