钢屋架设计课件.ppt

1、2.1 结构形式与结构布置2.2 计算原理2.3 钢屋架设计内容提示：内容提示：v 一般说明一般说明v 屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式v 屋盖支撑屋盖支撑 2.1 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置q 重型厂房的组成：重型厂房的组成：柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。（图图2-12-1示示）q 重型厂房结构形式：重型厂房结构形式：单层刚单层刚(框框)架架 多层刚架多层刚架2.1.1 2.1.1 一般说明一般说明柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天窗架柱间支撑柱间支撑q 屋屋盖结构体系：盖结构体系：钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢

2、屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系横梁横梁檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系q吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8（按照吊车使用的频繁程度）1.1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素：1 1）生产工艺流程要求）生产工艺流程要求 2 2）结构上的要求：）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强在保证厂房具有必需的刚度和强 度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以度的同时，注

3、意柱距和跨度的类别尽量少些，以 利施工。利施工。3 3）经济要求：）经济要求：应使总用钢量最少。应使总用钢量最少。4 4）模数要求：）模数要求：柱距柱距L L的取值的取值:一般地，在跨度不小于一般地，在跨度不小于 30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊车额定起重量不小于、吊车额定起重量不小于 50t50t时，柱距取时，柱距取12m12m较为经济较为经济;参数较小的厂房取参数较小的厂房取 6m6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取 大柱距大柱距15m15m，18m18m及及24m24m较适宜。较适宜。2.1.1.1 2.1.1.1 柱网

4、布置和计算单元柱网布置和计算单元图图2-2 2-2 柱网布置柱网布置计算单元（拔柱时设置托梁或托架）q拔柱：拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图柱距局部加大。如图2 22 2中，在纵向轴线中，在纵向轴线B B与与横向轴线横向轴线L L相交处不设柱子，因而导致轴线相交处不设柱子，因而导致轴线k k和和m m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。拔柱。q托架（托梁）：托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。上承屋架，下传柱子。lblh)5.2151()81101(托梁：lh)51101(托架：q 托架与屋

5、架的连接托架与屋架的连接 叠接：叠接：构造简单，便于施工，但托架（托构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。梁）受扭。平接：平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。不利影响，较常用。托梁与屋架的连接托梁与屋架的连接 2.2.温度收缩缝温度收缩缝 :超出表超出表2-12-1中数值时中数值时,应考虑温度应力和温度变形应考虑温度应力和温度变形 的影响。通常是设置双柱，也可通过设置滑动支座。的影响。通常是设置双柱，也可通过设置滑动支座。结构情况结构情况 纵向温度区段纵向温度区段(垂垂直屋架或构架跨度直屋架或构架跨度方向方向)横向温度区段横向温度区段(

6、屋架或构架跨屋架或构架跨度方向度方向)柱顶为刚接柱顶为刚接柱顶为铰接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖采暖房屋和非采暖地区的房屋地区的房屋热车间和采暖地区热车间和采暖地区的非采暖房屋的非采暖房屋 露天结构露天结构 220220120120150150180180100100125125120120-温度区段长度表温度区段长度表(m)(m)表表2-12-12.1.1.2 2.1.1.2 横向框架及其截面选择横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式：横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（刚接框架：（a)a)、（、（b b）横梁与柱子的刚接连接）横梁与柱子的刚接连接铰接框架：（铰接框架：（c c）横梁

7、与柱子的铰接连接。）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）q 柱脚刚接：柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，可以削减上柱柱顶的弯矩值，增大横向框架的刚度。增大横向框架的刚度。q 铰接框架：铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起横梁与柱子铰接，适用于吊车起 重量不很大的轻型维护结构。重量不很大的轻型维护结构。q 刚接框架：刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。单跨重型厂房。q 阶梯形柱：阶梯形柱：上段柱：实腹上段柱：实腹 式式,格构式。格构式。下段柱：缀条格下段柱：缀条格构式。构式。q 分离式柱：分离

8、式柱：吊车肢吊车肢,屋盖屋盖肢肢 优点：减小两肢在优点：减小两肢在框架平面内的计算长度框架平面内的计算长度,两肢分别单独承担荷载两肢分别单独承担荷载 。q 阶梯形下柱的常见截面形式：阶梯形下柱的常见截面形式：图图2-6 2-6 双肢格构式柱双肢格构式柱阶形柱的上柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量较小的边柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量较大的边柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱特大型厂房的下柱q A6 A6一一A8A8级吊车的单跨厂房级吊车的单跨厂房 柱子与基础柱子与基础刚性连接刚性连接 纵向刚度纵向刚度 横向刚度横向刚度 柱间柱间支撑支撑 屋架

9、与柱子屋架与柱子刚性连接刚性连接 q 双臂肩梁：双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于面宽度较大（不小于900mm)900mm)的情形的情形。q 肩梁肩梁 ：将各阶柱段连在一起。将各阶柱段连在一起。肩梁肩梁 单臂肩梁单臂肩梁（图（图2-7a2-7a）双臂肩梁双臂肩梁（图（图2-7a2-7a）构造要求：构造要求：肩梁惯肩梁惯性矩宜大于上柱的性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于之比一般宜不小于2525，其高跨比可控，其高跨比可控制在制在0.350.350.50.5之之间。间。q下层柱间支

10、撑：下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑吊车梁下部的柱间支撑2.1.1.3 2.1.1.3 柱间支撑柱间支撑q上层柱间支撑：上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑垂直垂直支撑支撑 1.1.柱间支撑的布置：柱间支撑的布置：1 1）每列柱都要设）每列柱都要设柱间支撑柱间支撑。2 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。间支撑布置在同一柱间。3 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以减少纵

11、向温度应力的影响。以减少纵向温度应力的影响。4 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。还应当在每个温度区段的两端设置。5 5）每列柱顶均要布置）每列柱顶均要布置刚性系杆刚性系杆。2.2.柱间支撑的作用：柱间支撑的作用：1 1）承受并传递纵向水平荷载：）承受并传递纵向水平荷载：作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向地震力等。纵向地震力等。2 2）减少柱在平面外的计算长度。）减少柱在平面外的计算长度。3)3)保证厂房的纵向刚度保证厂房的纵向刚度。3.3.

12、柱间支撑的形式：柱间支撑的形式：(a)(a)单层十字形；单层十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)(c)门形门形;(d);(d)双层十字形双层十字形下层柱间下层柱间 支撑的形式支撑的形式(a)(a)十字形；十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)V(c)V字形字形上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式q桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成各种外

13、形以适应不同的用途的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途 。q在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。2.1.2 2.1.2 屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式2.1.2.12.1.2.1桁架的应用桁架的应用2.1.2.22.1.2.2桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹杆形式 芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架平行弦屋架平

14、行弦屋架2.1.2.3.2.1.2.3.确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则 三角形屋架：三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1.1.满足使用要求：满足使用要求：2.2.受力合理：受力合理：1 1）弦杆：）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大使各节间弦杆的内力相差不太大 。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比形弯矩图接近时，各处弦杆

15、内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。量宜少，腹杆总长度也应较小。q 单向斜杆式：单向斜杆式：斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 q再分式腹杆再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比弦杆在屋架平面内的长比 。q交叉式腹杆交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。的支撑体系。再分式腹杆再分式腹杆交叉

16、式腹杆交叉式腹杆 3.3.制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。上述要求。4.4.综合技术经济效果好综合技术经济效果好 q 三角形屋架下三角形屋架下弦下沉，弦杆交弦下沉，弦杆交角增大，方便制角增大，方便制造，屋架重心降造，屋架重心降低，提高了稳定低，提高了稳定性。性。q 可有效降低屋可有效降低屋架对支撑结构的架对支撑结构的推力。推力。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化根据不同的条件桁架形式可以有很多变化 跨度跨度 L L工艺

17、及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度：三角形屋架：三角形屋架：中部高度中部高度H(H(1/61/61/41/4)L)L 梯形屋架梯形屋架 ：中部高度中部高度H(H(1/101/101/61/6)L)L 端部高度端部高度H0(H0(1.81.82.1m2.1m)2.1.2.4 2.1.2.4 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定 2.1.3 2.1.3屋盖支撑屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑竖向支

18、撑 系杆系杆图图2 21616屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1.1.保证屋盖结构的几何稳定性。保证屋盖结构的几何稳定性。几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定 2.1.3.1 2.1.3.1屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 2.2.保证屋盖的刚度和空间整体性保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑是一个水平放置是一个水平放置(或接近水平或接近水平放置放置)的桁架的桁架,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，弯刚度，使框架

19、协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。3.3.为弦杆提供适当的侧向支承点为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。4.4.承担并传递水平荷载承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。5.5.保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 2.1.3.22

20、.1.3.2屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置 1.1.上弦横向水平支撑布置原则上弦横向水平支撑布置原则:在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。窗架上弦也应设置横向水平支撑。设置在房屋的两端设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间或设一般设在第一个柱间或设在第二个柱间在第二个柱间,间距间距L L0 060m60m。上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图 2.2.下弦横向水平支撑布置原则下弦横向水平支撑布置原则 ：当跨度当跨度L18mL18m；设有

21、悬挂式吊车起重量大于设有悬挂式吊车起重量大于5 5吨；吨；厂房内设有较大的振动设备。厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。3.3.纵向水平支撑布置原则纵向水平支撑布置原则 ：厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。下弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图 4.4.垂直支撑布置原则垂直支撑布置原则 ：q所有房

22、屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L L30m30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱外设置两道外设置两道 。q梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置 一道，当有托架时则由托架代替一道，当有托架时则由托架代替 。q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间。一柱间。屋盖支撑布置图屋盖支撑布置图屋架的垂

23、直支撑布置屋架的垂直支撑布置 5.5.系杆系杆 刚性系杆：刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：柔性系杆：只能承受拉力的系杆。只能承受拉力的系杆。作用：作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。上下弦的侧向支承点。布置原则：布置原则：q在在垂直支撑的平面内垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；一般设置上下弦系杆；q屋脊节点及主要支承节点处需设置屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆柔性系杆；q当屋架横向支撑设在端部第

24、二柱间时，第一柱间当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为所有系杆均应为刚性系杆刚性系杆。各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆叉斜杆 。2.1.3.3 2.1.3.3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆横向支撑桁架的弦杆腹杆腹杆 支撑支撑桁架桁架 斜腹杆：支撑斜腹杆：支撑q屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按截面常按容许长细比容许长细比来选来选 。

25、q拉杆拉杆单角钢单角钢q压杆压杆双角钢双角钢q当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（图示拉杆（压杆退出工作压杆退出工作）计算并据以选择截面。）计算并据以选择截面。屋盖支撑一般按简支平行弦桁架计算柱间支撑可按悬臂平行弦桁架计算支撑受力一般较小，可按刚度要求确定构件截面交叉支撑按拉杆设计常用截面形式：角钢/圆钢（张紧装置）斜腹杆与弦杆夹角3060度 支撑体系支撑体系支撑构件的设计支撑构件的设计v荷载计算荷载计算v刚架内力计算刚架内力计算 2.2 2.2 计算原理计算原理计算单元计算单元简化简化单层房单层房屋结构屋结构 平面平面桁架桁架 1

26、.1.永久荷载（恒载）永久荷载（恒载）屋面恒载屋面恒载檩条自重檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重屋架、其它构件自重和围护结构自重 2.2.可变荷载（活载）可变荷载（活载）屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。及吊车荷载。3.3.施工荷载施工荷载2.2.1 2.2.1 荷载计算荷载计算 风荷载风荷载：标准值：标准值：z z 风压高度变化系数风压高度变化系数s s体型系数体型系数z z风振系数风振系数风荷载标准值风荷载标准值W Wk k是沿垂直建筑物表面方是沿垂直建筑物表面方向作用的，为方便将其投影到水平上。向作用的，为方便将其投影到水平上。0

27、WWszzkq屋架计算单元宽屋架计算单元宽b b、跨度方向长为、跨度方向长为h h范范围内风荷载应合力为：围内风荷载应合力为：q投影到水平面上的值投影到水平面上的值P Po o为：为：cos/kbhWN cos/0kWbhNPq为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。换算为实腹式构件进行内力分析。当量惯性矩：当量惯性矩：)(22AAyc2.2.2 2.2.2 架架内力计算内力计算 A A和和A A分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 X X和和X X格构式柱两肢（屋架上下两弦）

28、的截面形心到格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。格构式柱截面中性轴的距离。反映剪力和几何形反映剪力和几何形 状的修正系数。状的修正系数。=0.9=0.9 平行弦平行弦=0.8=0.8 上弦坡度上弦坡度i=0.1i=0.1=0.7=0.7 上弦坡度上弦坡度i=0.125i=0.125对于屋架：对于屋架：其当量惯性矩为：其当量惯性矩为：h h为上下两弦截面形心之间的距离。为上下两弦截面形心之间的距离。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。M Mmaxmax简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。简支屋架在屋面荷载作用下的跨中

29、弯矩。f f 弦杆抗拉强度设计值。弦杆抗拉强度设计值。20hAAAAIIfhMII2max0内力分析：内力分析：q依叠加原理，内力分析只需针对几种依叠加原理，内力分析只需针对几种 基本类型进行。基本类型进行。单跨刚架：单跨刚架：（1 1）永久荷载；）永久荷载；（2 2）屋面活荷载；）屋面活荷载；（3 3）左风（右风荷载）；）左风（右风荷载）；（4 4）吊车左（右）刹车力；）吊车左（右）刹车力；（5 5）吊车小车靠近左（右）时的重力。）吊车小车靠近左（右）时的重力。q手算或电算手算或电算 按照按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB50009)(GB50009)的规定，的规定，结构设计应根据使

30、用过程中在结构上可能同时出结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限承载能力极限状态和正常使用极限状态状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合最不利组合进行设计。进行设计。2.2.3 2.2.3 内力组合原则内力组合原则对于一般的刚对于一般的刚(框框)架，按承载能力极限状态设计时，架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式中的构件和连接可取下列简化公式中的最不利值最不利值确定：确定：S SGKGK、S SQKQK按规范规定的标准值算得的永久荷载效按规范规定的标准值算得的永久荷载

31、效 应和可变荷载效应应和可变荷载效应 G G、Q Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数永久荷载分项系数和可变荷载分项系数niQikQiGkGkQQGkGSSSSSS1119.0 荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，寻和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核 。q 受弯构件：受弯构件：),(:II),(:ImaxmaxVMVM剪力；相应内力组合的弯矩和最大正负剪力；最大正负弯矩；VMVVMM,maxmaxmaxmax

32、),IV(),(:IIImaxmaxMMMMq 压弯构件：压弯构件：最大正负轴力；最大正负弯矩；maxmaxmaxmax,NNMM),(:II),(:ImaxmaxNMNMmaxM 内力组合表内力组合表 v桁架的内力计算桁架的内力计算 2.3 2.3 钢屋架设计钢屋架设计v桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度v杆件截面型式杆件截面型式v一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择v桁架的节点设计桁架的节点设计v桁架施工图桁架施工图1.1.荷载分项系数及荷载组合系数按荷载分项系数及荷载组合系数按建筑结构荷建筑结构荷 载规范载规范选取。选取。2.2.按节点荷载作用下的按节点荷载作用下的铰接平面桁架

33、铰接平面桁架分析内力，分析内力，常用的内力分析方法有常用的内力分析方法有图解法、解析法、电图解法、解析法、电 算算。具体分析时，可先分别计算。具体分析时，可先分别计算全跨全跨和和半跨半跨单单 位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组 合，列表计算。合，列表计算。2.3.1 2.3.1 桁架内力计算桁架内力计算 计算内力系数计算内力系数3.3.节点刚性影响节点刚性影响 节点刚性节点刚性引起杆件引起杆件次应力次应力，次应力一般较小，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。入次应力的影响。

34、4.4.杆件的内力变号杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉受拉，而在半，而在半 跨荷载时可能跨荷载时可能受压受压。半跨荷载：半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工施工5.5.节间荷载作用的屋架节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。用的屋架计算各杆内力。直接承受节间荷载的弦杆为直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（压弯构件（N N，M M）。局部弯矩局部弯矩M M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。理论上应按弹性支座上的连续梁计算

35、。M M0 0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：简化计算：计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。效的两端铰接的理想轴心压杆。(a)(b)(c)221LEIcrP22)5.0(2LEIcrP22)(3LEIcrP杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高载越高 。2.3.22.3.2桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度 1.1.影响钢屋架杆端约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素：1 1）杆件轴力性质）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用

36、大，压力使杆拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。件弯曲，约束作用微不足道。2 2）杆件线刚度大小）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。3 3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小。较远的杆件作用小。2.3.2.12.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度受压弦杆和单系腹杆的计算长度 2.2.杆件计算长度：杆件计算长度：q 桁架桁架平面内平面内计算长度计算长度 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 (节间长度）节间长度）支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹杆

37、 xl0llx0llx8.00 屋架杆件的计算长度屋架杆件的计算长度 q 桁架桁架平面外平面外计算长度计算长度 弦杆弦杆 （侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）腹杆腹杆 （节间长度（节间长度 ）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部 所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。lly0lly9.00oyl10lly平面内平面内计算长度计算长度:平面外平面外计算长度：计算长度：dlx0)25.075.0(1210NNllydl21考虑受力较小的杆件对受力大的

38、杆件的考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助援助”作用。作用。2.3.2.2 2.3.2.2 变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度q 交叉腹杆中交叉点处构造：交叉腹杆中交叉点处构造：1 1）两杆不断开。）两杆不断开。2 2）一杆不断开，另一杆断开）一杆不断开，另一杆断开 用节点板拼接。用节点板拼接。2.3.2.32.3.2.3交叉腹杆中压杆的计算长度交叉腹杆中压杆的计算长度 q 桁架桁架平面内平面内计算长度：计算长度：无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。q 桁架桁架平面外平面外计算长度：计算长度：拉杆可作为压杆的平面外支承点，压杆除非受拉杆可作

39、为压杆的平面外支承点，压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。力较小且不断开，否则不起侧向支点的作用。GB50017GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外规范中交叉腹杆中压杆的平面外 计算长度计算公式（计算长度计算公式（P90P90，表，表2-42-4）：）：llx5.001 1）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交 叉点不中断叉点不中断2)2)相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中 断但以节点板搭接。断但以节点板搭接。2)1(0NNlloyNNlloy121023 3）相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点）相交另

40、一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点 不中断。不中断。4 4）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以 节点板搭接。节点板搭接。lNNlloy5.0)431(210lNNlloy5.04310当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。若若 或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度 时，时，式中，式中，为节点之间的距离，为节点之间的距离，为所计算杆内力，为所计算杆内力，为相交另一杆内力，取绝对值。为相交另一杆内力，取绝对值。NN 0)1(430220NNlNEIylly5.00N0Nl 容许长细比

41、，查规范（容许长细比，查规范（GB50017)GB50017)。当另一杆受拉，且两杆拉压力相同时，不论此拉杆当另一杆受拉，且两杆拉压力相同时，不论此拉杆是否中断，压杆的计算长度均为是否中断，压杆的计算长度均为 ,当另一杆当另一杆受压时，若两杆压力相同且不中断，计算长度为受压时，若两杆压力相同且不中断，计算长度为 ，若另一杆断开，则压杆的计算长度将大于若另一杆断开，则压杆的计算长度将大于 。刚度要求：刚度要求：l 5.0ll桁架杆件的容许长细比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

42、作制吊车的厂房 普通钢屋架的杆件 150350250250轻钢屋架的主要杆件天窗构件 屋盖支撑杆件 200400350轻钢屋架的其他杆件 350 杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济，通常便于连接，用料经济，通常 选用角钢和选用角钢和T T型钢型钢 等强设计：等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。)(yzyxyz单轴对称截面绕对称轴屈曲时考单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。虑扭转效应的换算长细比。2.3.32.3.3杆件截面型式杆件截面型式截面伸展截面伸展壁厚

43、较薄壁厚较薄外表平整外表平整 角钢杆件截面形式角钢杆件截面形式受压弦杆：受压弦杆：yyyxxxyxxyililll00002yxii2有节间荷载时有节间荷载时受拉弦杆：受拉弦杆：xyll00支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：xyll00yxyxii 其他腹杆：其他腹杆：yxll008.0yxyxii8.0连接垂直支撑的竖杆连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，杆不致产生偏心，方便吊装。方便吊装。优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%12%15%),15%),减少用工减少用工15%15%20%20%。T T型钢型钢-屋架弦杆屋架弦杆

44、 屋架构造的一般要求屋架构造的一般要求 1.1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过同一榀屋架中，角钢的规格不超过5 56 6种种 最小角钢最小角钢 L45X4L45X4或或L56X36X4,L18m L56X36X4,L18m 的小角钢屋的小角钢屋 架不受此限。架不受此限。2.3.4 2.3.4 一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择 2.2.屋架杆件中的填板。屋架杆件中的填板。作用：作用：保证两角钢共同工作。保证两角钢共同工作。间距：间距：压杆压杆 拉杆拉杆 i 一个角钢的回转半径。一个角钢的回转半径。T T形截面为形截面为对平行于填板形心轴；十字形截面为最小值。对平行于填板形心轴；十字形

45、截面为最小值。数量：数量：不小于不小于2 2个。个。ilz40ilz80拉杆：拉杆：强度，刚度强度，刚度压杆：压杆：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。压弯构件：压弯构件：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时的换算长细比可以用简化公式（的换算长细比可以用简化公式（2-6a2-6a2-9b)2-9b)计算。计算。yxmaxmax 2.3.4.2 2.3.4.2 桁架杆件截面选择桁架杆件截面选择任务：任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传

46、力路线明确、简捷、制作安装方便。算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。注意：注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。钢在两弦杆间直接传力。2.3.5 2.3.5 桁架节点设计桁架节点设计 1.1.节点设计的一般原则节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切

47、以便角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。使节点紧凑时只能切肢尖。2.3.5.1 2.3.5.1双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。iKiiiKKMMeNNM)(21偏心力矩：偏心力矩：-第第i i杆的线刚度杆的线刚度iiilEIK 当偏心当偏心e e0.05h0.05h时考时考虑偏心对杆件产生的虑偏心对杆件产生的附加弯矩附加弯矩：节点板上各杆件之间的间距节点板上各杆件之间的间距a:a:受静载时，受静载时，2010a受动载时，受动载时，50a(5)(5)节点板的尺寸与形状节点板的尺

48、寸与形状节点板形状对焊缝受力的影响节点板形状对焊缝受力的影响 (a)(a)正确；正确；(b)(b)不妥不妥 2.2.节点板设计：节点板设计：形状简单、规则，如矩形、梯形形状简单、规则，如矩形、梯形 梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点半板杆最大内力确定，三角形屋架节点半板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大支座节点板厚度可以大2mm,2mm,其他节点板其他节点板 厚度相同。厚度相同。节点板的拉剪破坏：节点板的拉剪破坏：fANii)(ii2cos11第第i i段的拉剪折算系数段

49、的拉剪折算系数ii第第i i段破坏线与拉力轴线的夹角段破坏线与拉力轴线的夹角iitlA 第第i i段破坏面的截面积段破坏面的截面积单根腹杆的节点板按下式计算单根腹杆的节点板按下式计算：ftbNeeb节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度t板件厚度，板件厚度，应力扩散角，取应力扩散角，取3030。对对无竖腹杆无竖腹杆的节点板，的节点板，yftc23510当当节点板的稳定承载力可取为节点板的稳定承载力可取为tfbe8.0c c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳由试

50、验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定：定：对对有竖腹杆有竖腹杆的节点板，的节点板，当当yftc23515在任何情况下在任何情况下tc不得大于不得大于 ，yf23522至弦杆的净距离，至弦杆的净距离，t t为节点板厚度为节点板厚度。可不计算稳定可不计算稳定,否则应进行稳定计算。否则应进行稳定计算。时时，时时，1 1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30302 2）斜腹杆与弦杆夹角应在）斜腹杆与弦杆夹角应在303060603 3）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于yf23560，否则应沿自由边设加劲肋，否则应沿