钢结构单层厂房课程设计详细讲义课件.ppt

1、单层厂房钢结构请请单单击击此此图图播播放放单层厂房钢结构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单层厂房钢结构单层厂房钢结构柱间支撑柱间支撑下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑单层厂房钢结构4 屋盖结构体系屋盖结构体系1.1.了解钢屋盖的种类、截面形式和应用；了解钢屋盖的种类、截面形式和应用；3.3.掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制；掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制；2.2.掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则；掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则；普通钢屋架设计内容普通钢屋架设计内容：屋架的荷载计算；屋架的荷载计算；杆件内力计算和组合；杆件内力计算和组合；正确选择杆的

2、截面型式和确定计算长度；正确选择杆的截面型式和确定计算长度；选择截面并验算各杆件的承载力；选择截面并验算各杆件的承载力；计算节点连接并绘制钢屋架施工图。计算节点连接并绘制钢屋架施工图。单层厂房钢结构钢屋盖的类别包括：钢屋盖的类别包括：平面钢屋架平面钢屋架单层厂房钢结构空间桁架：空间桁架：单层厂房钢结构单层厂房钢结构 网架网架单层厂房钢结构 房屋横向刚度大，整体性、耐久性房屋横向刚度大，整体性、耐久性 好；屋好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。震不利。屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多

3、，整体刚度差。方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。1.无檩屋盖无檩屋盖结构体系：结构体系：2.2.有檩屋盖有檩屋盖结构体系：结构体系：一般用于预应力混凝土大型屋面板等重一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架上。型屋面，将屋面板直接放在屋架上。常用于轻型屋面材料的情况。常用于轻型屋面材料的情况。单层厂房钢结构钢屋架大型屋面板结构体系钢屋架大型屋面板结构体系单层厂房钢结构单层厂房钢结构钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。单层厂房钢结构3.天窗架形式天窗架形式4.4.托架形式托架形式单层厂房钢结构图图9.4.2 无檩屋盖无檩屋盖 平面

4、屋架在屋平面屋架在屋架平面外的刚度和架平面外的刚度和稳定性很差，不能稳定性很差，不能承受水平荷载。因承受水平荷载。因此，为使屋架结构此，为使屋架结构有足够的空间刚度有足够的空间刚度和稳定性，必须在和稳定性，必须在屋架间设置支撑系屋架间设置支撑系统。统。上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 垂直支撑垂直支撑 系杆系杆 组成组成单层厂房钢结构平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三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

5、方向屋架平面方向(通称屋架平面外通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。却不能保持其几何不变。屋架支撑布置屋架支撑布置单层厂房钢结构屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑屋架的端视图，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。架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。单层厂房钢结构图为屋架上弦平面图，

6、在未设上弦平面内的支撑桁架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压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波半波”。单层厂房钢结构如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上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弦将屈曲成多个“半波半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦，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“扶持扶持”，将不能发挥它的

7、承重作用。，将不能发挥它的承重作用。单层厂房钢结构屋盖支撑系统做法是：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、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、端部竖杆下弦杆间、端部竖杆(或斜杆或斜杆)间、以及跨中某些竖杆间、以及跨中某些竖杆(或斜或斜杆）间，用水平、垂直和倾斜方向的支撑杆件互相联系；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支撑桁架(即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑直支

8、撑)，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系。体系。单层厂房钢结构其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁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。性、稳定性和刚度的屋盖结构体系。单层厂房钢结构 1.上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑组成：组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减

9、小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：布置：上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为最大间距为60m，否则在中间否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要第一个柱间要设置刚性系杆设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。以支持端屋架和传递端墙风力。单层厂房钢结构上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰上弦横向水平支撑，通常采用单角钢

10、柔性铰。11112222上弦平面上弦平面叉斜腹杆和双角钢十形或叉斜腹杆和双角钢十形或T形截面受压横腹杆形截面受压横腹杆(横腹杆型式与横腹杆型式与下面所述刚性系杆完全相同下面所述刚性系杆完全相同)体系。体系。单层厂房钢结构a 屋架上弦横向水平支撑屋架上弦横向水平支撑单层厂房钢结构 2.下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑组成：组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。面外计算长

11、度，减小下弦的振动。布置：布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系，系，其其最大间距为最大间距为60m。屋架跨度大于屋架跨度大于18m时时，屋架下弦设有悬挂吊车时，屋架下弦设有悬挂吊车时，抗风柱支承在屋架下弦时，抗风柱支承在屋架下弦时，屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。单层厂房钢结构 下弦横向水平支撑。在相邻两下弦横向水平支撑。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长设置。其杆件形式同上弦横向水平支撑。向水平支撑。下弦平面下弦

12、平面单层厂房钢结构 3.下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 组成：组成：系杆、斜杆系杆、斜杆作用：作用：增加屋盖空间刚度，承增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。受和传递吊车横向水平制动力。布置：布置：屋架两边，与横向支撑屋架两边，与横向支撑形成封闭框。形成封闭框。当房屋较高、跨当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级工作制桥有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时，均应式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。平支撑。一

13、般情况可以省掉。一般情况可以省掉。下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑单层厂房钢结构一般房屋的屋盖不设纵向水平支撑：当房屋设有托架时，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。内设置下弦纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑虚线为柔性杆；实线为刚性杆虚线为柔性杆；实线为刚性杆单层厂房钢结构组成：组成：系杆、斜杆系杆、斜杆 作用：作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。布置位置：布置位置：屋架的垂

14、直屋架的垂直支撑应与上、支撑应与上、下弦横向水下弦横向水平支撑设置平支撑设置在同一柱间。在同一柱间。每隔每隔4 45 5个个开间布置一道。开间布置一道。4.垂直支撑垂直支撑单层厂房钢结构 无天窗，跨度无天窗，跨度l30m，布置在屋，布置在屋架两端、跨度架两端、跨度l/3处处。布置原则布置原则:（1）梯形或平行弦屋架）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨无天窗，跨度度l30m，布置，布置在屋架两端、跨在屋架两端、跨中。中。图图9.4.5a 垂直支撑的布置垂直支撑的布置图图9.4.5b 垂直支撑的布置垂直支撑的布置单层厂房钢结构垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆或

15、斜杆)间平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，当梯形屋架跨度架跨度l30m时在两端和跨度中央共设三道。时在两端和跨度中央共设三道。垂直支撑垂直支撑单层厂房钢结构 有天窗、跨有天窗、跨度度l30m，布置，布置在屋架两端、跨在屋架两端、跨度度l/3处、天窗架处、天窗架两端两端。有天窗、跨有天窗、跨度度l30m，布置，布置在屋架两端、跨在屋架两端、跨中、天窗架两中、天窗架两端端。图图9.4.5c 垂直支撑的布置垂直支撑的布置图图9.4.5d 垂直支撑的布置垂直支撑的布置单层厂房钢结构当当l30m时在两端时在两端以及跨度以及跨度 l3处或天窗

16、处或天窗架侧柱处共设四道。架侧柱处共设四道。l/3l/3l/3单层厂房钢结构垂直支撑的腹杆体系取决于高跨尺寸和比例：中央垂直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，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端垂直支撑的高跨比例约0.3，常用，常用W形腹杆体系、腹杆截面形腹杆体系、腹杆截面根据杆件长度和受力情况根据杆件长度和受力情况(拉或压拉或压)而采用单角钢或双角钢而采用单角钢或双角钢T形形截面。截面。单层厂房钢结构图图9.4.3单层厂房钢结构图图9-7单层厂房钢结构图图9-8单层厂房钢结构 作用：作

17、用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。杆的计算长度，传递水平荷载。系杆分系杆分刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能承受拉力）承受拉力）两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。布置：布置：在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。水平横向支撑设在第二柱间时，水平横向支撑设在第二柱间时，第一柱间第一柱间端屋架需与第

18、端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。5.系杆系杆单层厂房钢结构末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆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、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。下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。f柔性系杆柔性系杆K 刚性系杆刚性系杆此外，对受压的此外，对受压的上弦，必要时也对下上弦，

19、必要时也对下弦，还应根据控制弦弦，还应根据控制弦杆长细比的要求按一杆长细比的要求按一定间距增设中间系杆。定间距增设中间系杆。单层厂房钢结构系杆的端部应可靠地连接到上、下弦横向水平支撑或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，柔性系杆或刚性系杆。一般跨度房屋的系杆受力很小，柔柔性系杆的设计可按性系杆的设计可按350，400控制，控制，常用单角钢截

20、面；常用单角钢截面；刚性系杆的设计可按刚性系杆的设计可按=200控制，控制，常用双角钢十形截面。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。同时作为上弦系杆。单层厂房钢结构 屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的弦屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的交角在杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的交角在30o60o之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节间距离的间距离的24倍，纵向水平支撑的宽度取屋架

21、端节间的倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般为长度，一般为6m左右。左右。支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的压杆设计，宜采用双角钢做成的T形截面或十字形截面，形截面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两个方向具有其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两个方向具有等稳定性。等稳定性。屋盖支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许长细比屋盖支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许长细比和构造要求决定。和构造

22、要求决定。支撑与屋架的连接支撑与屋架的连接通常用通常用M20的的C级螺级螺栓，栓，支撑与天窗架的连接支撑与天窗架的连接通常用通常用M16的的C级螺栓级螺栓。6.支撑的计算和构造支撑的计算和构造单层厂房钢结构在布置屋盖支撑时尚应考虑以下情况：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。在房屋或每个温度区段的两端各设一道。当其间净距超过当其间净距超过60m时再在中间增设一道或

23、几道。时再在中间增设一道或几道。单层厂房钢结构上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、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。下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。a.上弦支撑上弦支撑b.下弦支撑下弦支撑单层厂房钢结构柔性系杆柔性系杆刚性系杆刚性系杆单层厂房钢结构柔性系杆柔性系杆刚性系杆刚性系杆支撑连接板支撑连接板单层厂房钢结构 为了安装方便，屋盖支撑通常用为了安装方便，屋盖支撑通常用M 20C级螺栓与屋架级螺栓与屋架连接。支撑与天窗架的连接螺栓可略减小至连接。支撑与天窗架的连接螺栓可略减小至M16。

24、对有较。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与屋架下弦的连接除用C级安装螺栓外还应焊接，或改用级安装螺栓外还应焊接，或改用摩擦型高强度螺栓。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、下弦节刚性系杆、柔性系杆和垂直支撑通常连于上、下弦节点点 处专门焊制的支撑连接板上，连接的做法和尺寸完全统处专门焊制的支撑连接板上，连接的做法和尺寸完全统一。一。单层厂房钢结构 保证屋盖的整体性，提高空间刚度保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的仅由平面桁架、

25、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体体系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系，其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，就保证系，其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，就保证了整个屋盖结构的稳定。了整个屋盖结构的稳定。避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、承担和传递水平荷载（如

26、纵向和横向风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震作用等）。悬挂吊车水平荷载和地震作用等）。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 屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。单层厂房钢结构6 桁架的形式和截面设计桁架的形式和截面设计单层厂房钢结构3.3.满足制造、安装和运输要求满足制造、安装和运输要求 构造简单，杆件夹角构造简单，杆件夹角30306060；杆件与节点数量少；杆件与节点数量少；分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于

27、运输与安装；确定屋架形式的原则：确定屋架形式的原则：1.1.满足使用要求满足使用要求屋架外形应与屋架外形应与屋面材料的排水要求屋面材料的排水要求相适应。相适应。2 2.满足经济要求满足经济要求 屋架外形应尽量和屋架外形应尽量和弯矩图接近弯矩图接近，使上下弦杆，使上下弦杆 内力沿内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；腹杆的布置宜使腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉；短杆受压，长杆受拉；荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。单层厂房钢结构（1）三角形桁架）三角形桁架 受力不均匀，刚度小，坡度受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，适用

28、于中、小跨度大，排水好，适用于中、小跨度（l在在1824m）采用轻型屋面材采用轻型屋面材料的有檩体系。料的有檩体系。图图9.6.1 三角形桁架三角形桁架芬克式芬克式芬克式芬克式 外形和弯矩图不相适应，弦杆内外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。近跨中处小，横向刚度小。上下弦交角小，端节点构造复杂。上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。坡梯形，以改善受力和节点构造。单层厂房钢结构（2）梯形桁架）梯形桁架 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应

29、用广泛。外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。图图9.6.2 梯形桁架梯形桁架人字式人字式特点：腹杆总长度短，节点少。特点：腹杆总长度短，节点少。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。再分式再分式屋架高度屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为梯形屋架的中部高度一般为（1/101/101/61/6）L L，与柱刚接的，与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为梯形屋架，端部高度一般为（1/161/161/121/12）L L，通常取为，通常取为1.61.62.4m2.

30、4m。与柱铰接的梯形屋架，端部与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高度和上弦高度可按跨中经济高度和上弦坡度决定。坡度决定。单层厂房钢结构（3）平行弦桁架）平行弦桁架 屋架的外形和弯矩图分布屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均不接近，弦件内力分布不均匀。匀。上、下弦杆水平，上、下弦杆水平，腹杆长度腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托工业化程度高，主要用于托架、支撑体系架、支撑体系。LhhLhh0L图图9.6.3 平行弦桁架平行弦桁架 桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆和构成节点并传递桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆和构成节点并传递节点荷

31、载。常用的腹杆体系节点荷载。常用的腹杆体系人字式、交叉式、再分式人字式、交叉式、再分式。单层厂房钢结构2.桁架主要尺寸桁架主要尺寸 跨度跨度：据工艺需要定，一般为据工艺需要定，一般为3m模数，模数，12、15、18、21、24、27、30、36m等等(注意：柱轴线距离注意：柱轴线距离)。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)l-（300400mm）高度高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定条件等确定。三角形跨中三角形跨中 h（1/41/6）l 梯形梯形 跨中跨中 h（1/61/10）l，上弦坡度（上弦坡度（1/

32、81/15）端部端部 h01.62.2m（铰接时）（铰接时）h01.82.4m（刚接时）（刚接时）屋架跨中最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为屋架跨中最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m 。屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上在屋架节点上,避免上弦杆产生局部弯距。避免上弦杆产生局部弯距。单层厂房钢结构（1）桁架荷载）桁架荷载永久荷载：永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。天窗架等结构自重。可变荷载：可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载

33、、雪荷载、风荷载、悬挂吊屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。计算。桁架和支撑自重可按经验公式：桁架和支撑自重可按经验公式：gWk=(0.12+0.011L)kN/m2（2）节点荷载计算）节点荷载计算桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点 永久荷载可变荷载永久荷载可变荷载 永久荷载半跨可变荷载永久荷载半跨可变荷载 屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重

34、半跨屋面活荷载（3）荷载组合）荷载组合单层厂房钢结构房屋还有吊顶房屋还有吊顶(棚）重、吊挂管道重、积灰荷载由于位棚）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。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，以影面积上的荷载，以kNm2计，其值可由计，其值可由建筑结构荷载建筑结构荷载规范规范GB50009-2001或手册查得，或按材料的厚度或规格或手册查得，或按材料的厚度或规格算得。算得。计算杆件内力时应按设计荷载，即荷载标准值乘以相计算杆件内力时应按设

35、计荷载，即荷载标准值乘以相应分项系数。应分项系数。单层厂房钢结构雪荷载或屋面活荷载：屋面水平投影面上的雪荷载设计值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：按下式：式中式中s0为房屋所在地区的基本雪压，可由建筑结构荷载为房屋所在地区的基本雪压，可由建筑结构荷载规范查得；规范查得；为屋面积雪分布系数，一般在屋面坡度为屋面积雪分布系数，一般在屋面坡度25 时时取取1，50时取时取0。中间按直线插值；。中间按直线插值；1.4为雪荷载分项系数。为雪荷载分项系数。0Ss设计屋架时还要考虑屋面活荷载，与雪荷载不同时考设计屋架时还要考虑屋面活荷载，与雪荷载不同时考虑，虑，而取其中的较大者；

36、也考虑全跨或仅左或右半跨情况。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。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。设计屋面时，活荷载应按上述均布活荷载取。单层厂房钢结构风荷载：作用在一般房屋和屋盖表面上的风荷载设计值风荷载：作用在一般房屋和屋盖表面上的风荷载设计值w按下式：按下式：0wwzs风荷载一般可不予考虑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，按荷载规范的规定据房屋体形、坡度情况及封闭状况等，按荷载规

37、范的规定计算风荷载的作用。计算风荷载的作用。单层厂房钢结构 各种均布荷载各种均布荷载汇集成汇集成节点荷载节点荷载的计的计算式为：算式为：aSiqiQi第第i种荷载分项系数。种荷载分项系数。单层厂房钢结构基本假定基本假定 a.桁架的各节点均视为铰接。桁架的各节点均视为铰接。b.桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。c.荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。局部弯矩局部弯矩 上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应按弹性支座的连

38、续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正按弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正弯矩弯矩M10.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M20.6M0，M0是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。图图9.6.6 局部弯矩作用的计算简图局部弯矩作用的计算简图内力计算内力计算 用数解法或图解法或借用数解法或图解法或借助电算，求出节点荷载作用助电算，求出节点荷载作用下屋架各杆件的内力下屋架各杆件的内力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0单层厂房钢结构1杆件内力计算的原则和方

39、法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桁架杆件内力一般按节点荷载作用下的铰接桁架铰接桁架计计算。这时所有杆件为算。这时所有杆件为轴心受力轴心受力，不承受弯矩，具体计算可，不承受弯矩，具体计算可用用图解法、数解法、计算机法图解法、数解法、计算机法等。等。单层厂房钢结构实际桁架节点为焊缝、铆钉或螺栓连接，具有很大刚性，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，各杆件将接近于刚接，各杆件将既受轴心力又受弯矩既受轴心力又受弯矩。但是，普通钢。但是，普通钢桁架中各杆件截面高度一般都小于其长度的桁架中各杆件截面高度一般都小于其长度的115(对腹杆对腹杆)和和11

40、0(对弦杆对弦杆)，抗弯刚度较小，因而在节点荷载作用下按刚，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接桁架杆算得的杆件弯矩M常比较小，而轴心力常比较小，而轴心力N与铰接情与铰接情况计算结果相差很小，故一般都按铰接桁架计算。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。接桁架有所增加，加大部分称为次应力。对于少数荷载较重对于少数荷载较重的桁架，当杆件截面高度超过其长度的的桁架，当杆件截面高度超过其长度的110时，次应力常时，次应力常可达主应力的可达

41、主应力的1030%。必要时可作计算。必要时可作计算。单层厂房钢结构(1)各杆件的轴线均居于同一平面内且相交于节点中心各杆件的轴线均居于同一平面内且相交于节点中心；(2)各节点均视为铰接各节点均视为铰接，忽略实际节点产生的次应力；，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向力作用。对作用于节间处的荷载需按比例分配到相近。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，应考虑局部弯曲影的左、右节点上，但计算上弦杆时，应考虑局部弯曲影响；响；单层厂房钢结构计算内力系数计算内力系数1/21

42、111/2计算出图示半跨单位荷载作用下的内力，称为各杆件的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内力系数。利用内力系数可以求出实际荷载作用下的内力。利用内力系数可以求出实际荷载作用下的内力。ABCD单层厂房钢结构11111/21111/21111/21/21/21111/2单层厂房钢结构11111/21111/21111/21/21/21111/2ABCDA1B1C1D1A2B2C2D2NAB=NA1B1+NA2B2NC1D1=NA2B2NAB=NA1B1+NC1D1单层厂房钢结构弦杆、支座斜杆、支座竖弦杆、支座斜杆、支座竖杆杆 l0 x=l，中间腹杆中间腹杆 l0 x=0.

43、8l。图图9.6.7a 杆件平面内的计算长度杆件平面内的计算长度图图9.6.7b 杆件平面外的计算长度杆件平面外的计算长度取决于弦杆侧向支承点间距离。取决于弦杆侧向支承点间距离。上弦杆上弦杆无檩方案无檩方案:有檩方案有檩方案:能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:l0y=2b（3m3m）b屋面板宽度。屋面板宽度。檩条与支撑点交叉不连接时檩条与支撑点交叉不连接时：l0y=l1檩条与支撑点交叉连接时檩条与支撑点交叉连接时：l0y=l1 下弦杆：下弦杆：取纵向水平支撑节点与系杆或系取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。杆与系杆之间的距离。腹杆：腹杆：由于节点

44、在平面外刚度很小，对杆由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接，则l0y=l单层厂房钢结构 当受压弦杆侧向支承点间距为当受压弦杆侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，则弦杆平面外的计算长度：内力不同，则弦杆平面外的计算长度：图图9.6.8 杆件内力变化时在桁架平杆件内力变化时在桁架平面外的计算长度面外的计算长度 当当l00.5l1时，取时，取l0=0.5l1，N1为为较大的压力，取较大的压力，取“”，N2为较小为较小的压力或拉力，压力取的压力或拉力，压力取“”，拉力，拉力取取“”。芬克式屋架

45、、再分式腹杆受压芬克式屋架、再分式腹杆受压杆件在平面外计算长度同上，平面内杆件在平面外计算长度同上，平面内计算长度为节点长度。计算长度为节点长度。l1屋架弦杆侧向支承点之间的距屋架弦杆侧向支承点之间的距离。离。121025.075.0NNll（9.6.3）单层厂房钢结构受压构件受压构件 150 受拉构件受拉构件 350 无吊车或轻、中级工作制吊车。无吊车或轻、中级工作制吊车。300 有重级工作制吊车有重级工作制吊车。250 直接承受动荷载直接承受动荷载。、分别为杆件的长细比和允许长细比。分别为杆件的长细比和允许长细比。杆件长细比过大，在运输和安装过程中容易因刚度不足杆件长细比过大，在运输和安装

46、过程中容易因刚度不足而产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有而产生弯曲，在动力荷载作用下振幅较大，在自重作用下有可见挠度可见挠度，因此应控制杆件的允许长细比。，因此应控制杆件的允许长细比。单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜平面计算长度略作折减面计算长度略作折减(支座斜杆和支座竖杆除外），支座斜杆和支座竖杆除外），l0=0.9l单层厂房钢结构原则：原则：使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。使两个主轴方向的长细比接

47、近，以达到经济的目的。杆件截面组合方式杆件截面组合方式二不等边角钢短肢相并二不等边角钢短肢相并iy（2.62.9）ix计算长度计算长度l0y较大的较大的上、下弦杆上、下弦杆L0y2l0 x，iy 2ix截面形式截面形式用途用途二不等边角钢长肢相并二不等边角钢长肢相并iy（0.71.0）ix端斜杆、端竖杆、端斜杆、端竖杆、受较大弯矩作用的受较大弯矩作用的弦杆弦杆l0yl0 x，iy ix单层厂房钢结构杆件截面组合方式杆件截面组合方式截面形式截面形式用途用途二等边角钢相并二等边角钢相并其余腹杆、下弦杆其余腹杆、下弦杆二等边角钢组合二等边角钢组合成的十字形截面成的十字形截面与竖向支撑相连与竖向支撑相

48、连的屋架竖杆的屋架竖杆单角钢单角钢轻型钢屋架中内轻型钢屋架中内力较小的杆件力较小的杆件iy（1.31.5）ixl0 x 0.8l0y，iy 1.25ixl0 xl0y0.9l，iy ixiy 1.0ix单层厂房钢结构 为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相为了使两个角钢组成的截面能够整体工作，需在角钢相并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。并肢之间每隔一定间距，焊一块填板。图图9.6.9 桁架杆件的填板桁架杆件的填板在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于在受压杆件两侧向支承点之间填板数不得少于2个。个。4060i=iyi=iy0对于梯形普通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表对于梯形普

49、通钢桁架按受力最大的腹杆内力确定。见表9.6.4单层厂房钢结构轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：先假定先假定 ，弦杆，弦杆80左右，腹杆左右，腹杆100左右，查表左右，查表，算出，算出A，选定材料规格，再验算。选定材料规格，再验算。fNA/nfNA/4.截面选择截面选择 考虑下列基本要求考虑下列基本要求：同一榀屋架中规格不宜过多，同一榀屋架中规格不宜过多，56种。种。角钢尺寸不宜过小，一般不小于角钢尺寸不宜过小，一般不小于L454或或L56364。对压杆，选择回转半径大的材料。对压

50、杆，选择回转半径大的材料。屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于30m的的梯形屋架和跨度小于梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不变。的三角形屋架一般不变。5.截面计算截面计算轴心受拉杆件应验算轴心受拉杆件应验算强度和长细比强度和长细比要求。轴心受压杆件和要求。轴心受压杆件和压弯构件要压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。单层厂房钢结构7 桁架的节点设计桁架的节点设计（1）节点设计步骤）节点设计步骤 据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆