单层厂房钢结构.pptx

9.1 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9.1.1单层单层厂房结构的组成厂房结构的组成 厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、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，如各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，如图图9.19.1所所示。这些构件按其所起作用可分为下面几类示。这些构件按其所起作用可分为下面几类：横向框架横向框架屋盖结构屋盖结构支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑 作用：承作用：承载载 连系）连系）吊车梁和制动梁（或制动桁架）吊车梁和制动梁（或制动桁架）墙架墙架 第第1页页/共共126页页1屋架屋架2托架托架3上弦横向支撑上弦横向支撑4制动桁架制动桁架5横向平面框架横向平面框架6吊车梁吊车梁7屋架竖向支撑屋架竖向支撑8檩条檩条9、10柱间支撑柱间支撑11框架柱框架柱12中间柱中间柱13墙架梁墙架梁图图9.1厂房结构示例厂房结构示例第第2页页/共共126页页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第第3页页/共共126页页1柱网布置柱网布置满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求 满足结构方面的要求满足结构方面的要求 符合经济合理的要求符合经济合理的要求 符符合合柱柱距距规规定定要要求求（按按厂厂房房建建筑筑统统一一化化基基本本规规则则和和建建筑筑统统一一模模数数制制的的规规定定：结结构构构构件件的的统统一一化和化和9.1.2 9.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置第第4页页/共共126页页标标准准化化可可降降低低制制作作和和安安装装的的工工作作量量。对对厂厂房房横横向向，当当厂厂房房跨跨度度L18m时时，其其跨跨度度宜宜采采用用3m的的倍倍数数；当当厂厂房房跨跨度度L18m时时，其其跨跨度度宜宜采采用用6m的的倍倍数数。只只有有在在生生产产工工艺艺有有特特殊殊要要求求时时，跨跨度度才才采采用用21m、27m、33m等等。对对厂厂房房纵纵向向，以以前前基基本本柱柱距距一一般般采采用用6m或或12m；现现在在采采用用压压型型钢钢板板作作屋屋面面和和墙墙面面材材料料的的厂厂房房日日益益广广泛泛，常常以以18m甚甚至至24m作作为为基基本本柱柱距距。多多跨跨厂厂房房的的中中列列柱柱，常常因因工工艺艺要要求求需需要要“拔拔柱柱”，其柱距为基本柱距的倍数，最大可达其柱距为基本柱距的倍数，最大可达48m）。）。第第5页页/共共126页页图图9-2 9-2 柱网布置柱网布置计算单元第第6页页/共共126页页2温度伸缩缝温度伸缩缝厂厂房房平平面面尺尺寸寸较较大大时时，因因温温度度变变化化使使上上部部结结构构产产生生横横向向和和纵纵向向的的变变形形，使使柱柱内内产产生生弯弯曲曲应应力力，并并可可能能导导致致屋屋面面和和墙墙面面破破裂裂。因因此此为为避避免免产产生生过过大大的的温温度度变变形形和和温温度度应应力力，应应在在厂厂房房的的横横向向或纵向设置温度伸缩缝。或纵向设置温度伸缩缝。布布置置主主要要决决定定于于厂厂房房的的纵纵向向和和横横向向长长度度根根据据使使用用经经验验和和理理论论分分析析，钢钢结结构构设设计计规规范范规规定定，当当温温度度区区段段长长度度不不超超过过表表1.1的的数数值值时时，可可不不计计算算温度应力。温度应力。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。第第7页页/共共126页页 温温 度度 区区 段段 长长 度度 值值 表表9.1 结构情况结构情况 温度区段长度（温度区段长度（m）纵向温度区段纵向温度区段（垂直于屋架或构架跨（垂直于屋架或构架跨度方向）度方向）横向温度区段（沿横向温度区段（沿屋架或构架跨度方屋架或构架跨度方向）向）支座斜支座斜杆和支杆和支座竖杆座竖杆 其他腹其他腹杆杆 采暖房屋和非采暖地区的房屋采暖房屋和非采暖地区的房屋 220120150热车间和采暖地区的非采暖房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋 180100125 露天结构露天结构120第第8页页/共共126页页9.2横向框架结构类型及主要尺寸横向框架结构类型及主要尺寸 9.2.1 框架类型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。吊车运行，能满足使用上的要求。厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接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柱顶可分为铰接和刚接两类 铰接铰接 对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小，节点构，节点构造容易处理造容易处理，屋架端部不产生弯矩，屋架端部不产生弯矩，下弦杆始终受拉，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。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差 刚接刚接 厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度要求较厂房较高，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高时，钢结构的单跨厂房常采用柱顶刚接方案 第第9页页/共共126页页 9.2.2主要尺寸主要尺寸 框架的主要尺寸见图框架的主要尺寸见图1.3所示。所示。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离 (9.1)式中式中Lk桥式吊车的跨度；桥式吊车的跨度；S由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图1.4），应），应满足下式要求：满足下式要求：（9.2）B吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；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重量不大于500KN时，不宜小于时，不宜小于80mm；当吊车起重；当吊车起重量大于或等于量大于或等于750KN时，不宜小于时，不宜小于100mm；当在吊车；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则和柱之间需要设置安全走道时，则D不得小于不得小于400mm。上段柱宽度。上段柱宽度。S的取值：对于中型厂房一般采用的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或或1m，重型厂，重型厂房则为房则为1.25m甚至达甚至达2.0m。第第10页页/共共126页页框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离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；吊车轨顶至屋架下弦底面的距离 第第11页页/共共126页页9.3 结构纵向传力系统结构纵向传力系统 9.3.1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柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：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；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；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。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。称为下层支撑。上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于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁第第12页页/共共126页页上翼缘范围内。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。下层支撑处也应设置上层支撑。下层支撑应该设在温度区段中部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（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能提高很多）当温度区段小于）当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑时，在它的中央设置一道下层支撑图图1.13(a)如果温度区段长度超过如果温度区段长度超过90m，则在它的，则在它的1/3点处各设一道支撑点处各设一道支撑图图1.13(b)，以免传力路程太长，以免传力路程太长 第第13页页/共共126页页q下层柱间支撑：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第第14页页/共共126页页 9.3.2 9.3.2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第第15页页/共共126页页9.4 屋盖结构体系屋盖结构体系9.4.1 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1、屋面板；、屋面板；2、屋架（屋面梁）；、屋架（屋面梁）；3、支撑系统；、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、有的根据具体情况还设有檩条、托架和天窗架等构件等。构件等。第第16页页/共共126页页第第17页页/共共126页页（一）一）无檩屋盖体系无檩屋盖体系1、一一般般用用预预应应力力大大型型屋屋面面板板，屋屋面面板板直直接接搁搁置置在在屋屋架架上上或或天天窗窗架架上，然后在其上做保温、防水等层次。上，然后在其上做保温、防水等层次。2、屋架间距一般为、屋架间距一般为6m。跨度应符合。跨度应符合6m的倍数。的倍数。3 3、特点、特点（1 1）屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工）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；速度快；（2 2）屋盖刚度大，整体性能好；）屋盖刚度大，整体性能好；（3 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）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。一般常用于较小的屋面坡度也不利。一般常用于较小的屋面坡度1：81：12。钢屋盖可以分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系钢屋盖可以分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系第第18页页/共共126页页第第19页页/共共126页页（二）（二）有檩屋盖结构体系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。支承在屋架上。应应用用已已有有十十多多年年的的历历史史。是是目目前前有有檩檩体体系系轻轻型型屋屋面面中中应应用用最最广广泛泛的的屋屋面面材材料料，采采用用热热镀镀锌锌钢钢板板或或彩彩色色度度锌锌钢钢板板，经经辊辊压压冷冷弯弯成成各各种种波波型型，具具有有轻轻质质、高高强强、美美观观、耐耐用用、施施工简便、抗震、防火等特点。单层自重为：工简便、抗震、防火等特点。单层自重为：当当有有保保温温要要求求时时，可可用用双双层层钢钢板板中中间间夹夹保保温温层层的的做做法法，屋屋面面全全部部荷荷载载不不超超过过 ，已已定定型型化化生生产产，有有国国家标准家标准和和技术规程技术规程。1、压型钢板、压型钢板第第20页页/共共126页页第第21页页/共共126页页第第22页页/共共126页页以以高高强强水水泥泥发发泡泡工工艺艺配配以以玻玻璃璃纤纤维维增增强强为为芯芯材材的的新新型型复复合合材材料料，具具有有刚刚度度好好、强强度度高高、延延性性好好等等特特点点，有有良良好好的的结构性能和工程应用前景。其自重为：结构性能和工程应用前景。其自重为：2、太空板、太空板3、水泥石棉波形瓦、水泥石棉波形瓦传传统统材材料料，具具有有自自重重轻轻、美美观观、施施工工简简便便等等特特点点，但但其其脆脆性性大大、易易开开裂裂破破损损，因因吸吸水水而而产产生生收收缩缩龟龟裂裂和和挠挠曲曲变变形形等等缺缺陷陷。产产量量不不多多，质质量量还还不不够够高高，正正积积极极研研究究，采采取取措措施提高质量。施提高质量。第第23页页/共共126页页传传统统材材料料，具具有有自自重重轻轻、美美观观、施施工工简简便便等等特特点点，但但规规格尚未定型，工程中使用多为自行压制制作。屋面自重：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、瓦楞铁5、加气混凝土屋面板、加气混凝土屋面板自自重重为为 ，是是一一种种承承重重、保保温温、和和构造合一的板材，一般可以直接在板上做防水，施工方便。构造合一的板材，一般可以直接在板上做防水，施工方便。有有檩檩体体系系屋屋盖盖可可供供选选用用的的屋屋面面材材料料种种类类较较多多，屋屋架架间间距距和和屋屋面面布布置置较较灵灵活活，自自重重轻轻，用用料料省省，运运输输和和安安装装较较轻轻便便，但构件的种类和数量多，构造较复杂。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一般适用于较陡的屋面坡度1：21：3。第第24页页/共共126页页两种屋盖体系各有优缺点，具体设计时应根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。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。房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。第第25页页/共共126页页三、天窗架形式三、天窗架形式在在工工业业厂厂房房中中，为为了了满满足足采采光光和和通通风风等等要要求求，常常需需在在屋屋盖盖上设置天窗。上设置天窗。天窗的形式有天窗的形式有纵向天窗纵向天窗、横向天窗和井式天窗横向天窗和井式天窗等三种，等三种，一般常采用纵向天窗。一般常采用纵向天窗。图天窗架的形式 第第26页页/共共126页页支支承承中中间间屋屋架架的的桁桁架架称称为为托托架架，由由于于工工艺艺要要求求需需扩扩大大柱柱距时采用距时采用。四、托架四、托架第第27页页/共共126页页9.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑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；2、保证屋盖的空间刚度和整体性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；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承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制动力、风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等；地震荷载等；5、保证结构在安装和架设过程中的稳定性。保证结构在安装和架设过程中的稳定性。一、屋盖支撑作用一、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，摔坏位后，没做支撑，当天晚大刮大风，屋架失稳，掉了下来，摔坏。第第28页页/共共126页页（一）水平支撑（一）水平支撑1、上、下弦横向支撑、上、下弦横向支撑2、上、下弦纵向水平支撑、上、下弦纵向水平支撑（二）（二）垂直垂直(竖向竖向)支撑支撑（三）（三）系杆系杆 二、屋盖支撑类型二、屋盖支撑类型第第29页页/共共126页页三、屋盖支撑布置三、屋盖支撑布置第第30页页/共共126页页第第31页页/共共126页页 1 1、一般设置在房屋两端或温度区段的两端，一般设在第、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；二个柱距内；2 2、两道横向水平支撑的间距不宜大于、两道横向水平支撑的间距不宜大于60m，当温度区段，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑；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、其长度为屋架节间距的24倍倍。（一）（一）上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑第第32页页/共共126页页（二）（二）下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑 1、上弦横向水平支撑对应位置；、上弦横向水平支撑对应位置；2、当当屋屋架架跨跨度度比比较较小小（小小于于18m时时）又又无无吊吊车车或或振振动动设设备时，可不设。备时，可不设。（三）（三）下弦纵向水平支撑下弦纵向水平支撑 1、当当房房屋屋较较高高、跨跨度度较较大大、空空间间刚刚度度要要求求较较高高时时，设设有有中中间间托托架架为为保保证证托托架架的的侧侧向向稳稳定定时时；设设有有重重级级或或大大吨吨位位的的中中级级工工作作制制桥桥式式吊吊车车、壁壁行行吊吊车车或或有有锻锻锤锤等等较较大大振振动动设设备备时应设置；时应设置；2、屋屋架架间间距距小小于于12m时时，纵纵向向水水平平支支撑撑通通常常布布置置在在屋屋架架下弦平面。下弦平面。第第33页页/共共126页页位位于于上上、下下弦弦水水平平支支撑撑同同一一开开间间内内，形形成成一一个个跨跨长长为为屋屋架架间距的平行弦桁架。间距的平行弦桁架。（1）跨跨度度小小于于30m的的梯梯形形屋屋架架，通通常常在在屋屋架架两两端端和和跨跨度度中中央央各各设设置置一一道道垂垂直直支支撑撑。当当跨跨度度大大于于30m时时，则则在在两两端端和跨度和跨度1/3处分别共设置四道。处分别共设置四道。（2）跨跨度度小小于于18m的的三三角角形形屋屋架架只只需需在在跨跨度度中中央央设设一一道道垂直支撑，大于垂直支撑，大于18m跨时则在跨时则在1/3跨度处共设两道。跨度处共设两道。（四）（四）垂直垂直(竖向竖向)支撑支撑第第34页页/共共126页页1、为了支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证它们的、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（屋脊处及屋架端部处）。屋通长设置系杆（屋脊处及屋架端部处）。2、系系杆杆分分刚刚性性系系杆杆和和柔柔性性系系杆杆两两种种，刚刚性性系系杆杆既既能能受受拉拉又能受压，柔性系杆只能受拉。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。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）（五）系杆系杆第第35页页/共共126页页二、支撑的截面形式二、支撑的截面形式 屋屋盖盖支支撑撑受受力力较较小小，一一般般不不必必计计算算。截截面面尺尺寸寸一一般般由由杆杆件件允许长细比和构造要求决定。允许长细比和构造要求决定。（一一）对对于于交交叉叉斜斜杆杆，一一般般按按拉拉杆杆 控控制制；非非交交叉叉斜斜杆杆、弦弦杆杆等等按按压压杆杆 控控制制。对对于于跨跨度度较较大大且且承承受受墙墙面面传传来来较较大大的的风风力力时时，应应按按桁桁架架体体系系计计算算内内力力选择截面，同时亦应控制长细比。选择截面，同时亦应控制长细比。（二）支撑的连接构造：（二）支撑的连接构造：第第36页页/共共126页页1、上上弦弦横横向向水水平平支支撑撑的的角角钢钢肢肢尖尖应应向向下下，背背朝朝上上，且且连连接接处处适适当当离离开开屋屋架架节节点点，以以免免影影响响大大型型屋屋面面板板的的或或檩檩条条的安放。如图（的安放。如图（a）所示。）所示。2、交交叉叉处处的的斜斜杆杆应应有有一一根根杆杆件件切切断断，另另加加节节点点板板用用焊焊缝缝或或螺螺栓栓连连接接。如如图图：（a）所所示示；交交叉叉斜斜杆杆处处如如与与檩檩条条相连，则两根斜杆均应切断，用节点板相连。如图相连，则两根斜杆均应切断，用节点板相连。如图b所示。所示。3、下下弦弦横横向向和和纵纵向向水水平平支支撑撑的的角角钢钢肢肢尖尖允允许许向向上上，如如图图（c）所所示示，其其中中交交叉叉斜斜杆杆以以肢肢背背靠靠肢肢背背交交叉叉放放置置，中中间填以填板，杆件无需切断。间填以填板，杆件无需切断。4、垂垂直直支支撑撑可可只只与与屋屋架架竖竖杆杆相相连连，如如图图（d）所所示示，也也可可通通过过竖竖向向小小钢钢板板与与屋屋架架弦弦杆杆及及屋屋架架竖竖杆杆同同时时相相连连。如如图图（e）所示。）所示。第第37页页/共共126页页第第38页页/共共126页页 自学自学9.5 檩条及压形钢板设计檩条及压形钢板设计第第39页页/共共126页页9.6 桁架的形式的截面设计桁架的形式的截面设计传传统统作作法法采采用用两两个个角角钢钢组组成成的的T形形或或十十字字形形截截面面的的杆杆件件，在在杆杆件件汇汇交交处处（节节点点）通通过过节节点点板板用用焊焊缝缝连连接接而而成成的的普普通通钢钢桁桁架架作作为为屋屋架架，具具有有受受力力性性能能好好，制制作作安安装装方方便便、取取材材容容易易、与与支支撑撑体体系系形形成成屋屋盖盖结结构构整整体体刚刚度度好好、工工作作可可靠靠、适适应应性性强强等等优优点点，因因而而在在工工业业与与民民用用建建筑筑房房屋屋的的屋屋盖盖结结构构中得到广泛应用。中得到广泛应用。值值得得提提出出的的是是：热热轧轧角角钢钢的的壁壁厚厚度度较较大大，因因此此耗耗钢钢量量较较大大，用用于于跨跨度度太太小小或或屋屋面面荷荷载载较较轻轻的的屋屋盖盖中中不不大大经经济济；另另外外受受角角钢钢最最大大规规格格限限制制，屋屋面面荷荷载载重重、跨跨度度大大的的房房屋屋也也不不宜采用，最适于宜采用，最适于1836m跨度，再小或再大就不经济了。跨度，再小或再大就不经济了。也有采用剖分也有采用剖分T形钢截面。形钢截面。第第40页页/共共126页页应应根根据据房房屋屋的的用用途途、建建筑筑造造型型、屋屋架架跨跨度度、荷荷载载大大小小、屋屋面面材材料料的的排排水水坡坡度度等等因因素素综综合合考考虑虑，使使之之符符合合：适适用用、受受力合理、经济、施工方便等原则。力合理、经济、施工方便等原则。选择桁架的原则：选择桁架的原则：1、从受力角度考虑：、从受力角度考虑：（1）屋屋架架外外形形应应尽尽量量与与弯弯矩矩图图相相近近，以以使使弦弦杆杆受受力力均均匀；匀；（2）受受力力较较合合理理的的腹腹杆杆布布置置应应使使短短杆杆受受压压，长长杆杆受受拉拉，腹杆数量少，总长度短；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）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。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、桁架形式和主要尺寸（一）桁架的形式（一）桁架的形式第第41页页/共共126页页2、从施工角度考虑：、从施工角度考虑：（1）屋屋架架弦弦杆杆的的数数量量和和品品种种规规格格应应尽尽可可能能少少，在在用用钢钢量量增增加加不不多多的的原原则则下下，力力求求尺尺寸寸统统一一，构构造造简简单单，便便于于制制造。造。一一般般上上下下弦弦杆杆角角钢钢规规格格不不变变，统统一一，中中间间不不做做改改变变，主主要从施工角度考虑的。要从施工角度考虑的。（2）腹腹杆杆与与弦弦杆杆的的轴轴线线间间的的夹夹角角一一般般在在30度度60度度之之间间，最好在最好在45度左右，以使节点紧凑。度左右，以使节点紧凑。3、其它方面：、其它方面：（1）屋架上弦的坡度须适合屋面的排水要求；）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；）建筑造型的需要；（3）设置天窗的需要。）设置天窗的需要。上上述述各各种种要要求求一一般般不不可可能能同同时时满满足足，可可根根据据具具体体情情况况，综综合合考考虑虑各各因素，得到一个经济、合理的方案。因素，得到一个经济、合理的方案。第第42页页/共共126页页常用的钢屋架形式（常用的钢屋架形式（见表见表）第第43页页/共共126页页第第44页页/共共126页页1、三角形钢屋架、三角形钢屋架三三角角形形屋屋架架一一般般适适用用于于坡坡度度较较大大的的有有檩檩屋屋盖盖，坡坡度度为为1/21/3，屋屋 架架 跨跨 度度 通通 常常 为为 1824m，屋屋 架架 高高 度度H=（1/41/6L）。）。三三角角形形屋屋架架的的外外形形与与铰铰屋屋架架的的抛抛物物线线弯弯矩矩图图形形状状相相差差较较大大，使使屋屋架架弦弦杆杆受受力力不不均均匀匀，靠靠近近支支座座内内力力较较大大，跨跨中中内内力力较较小小。若若弦弦杆杆采采用用同同一一截截面面杆杆件件，则则不不能能充充分分发发挥挥材材料料的作用，不经济。的作用，不经济。三角形屋架与柱子一般为铰接，房屋的横向刚度较低。三角形屋架与柱子一般为铰接，房屋的横向刚度较低。主要有以下几种形式：主要有以下几种形式：第第45页页/共共126页页（1）芬芬克克式式屋屋架架：图图（a）、（b）所所示示。（也也有有（b）中中间间有有腹腹杆杆的的）其其腹腹杆杆节节点点较较多多，但但它它们们的的压压杆杆短短、拉拉杆杆长长、受受力力较较合合理理；可可分分为为两两个个小小桁桁架架制制作作及及运运输输，施施工方便。工方便。（2）人人字字式式屋屋架架：图图（d）所所示示，它它的的节节点点少少且且均均匀匀，但但受受压压杆杆较较长长，适适用用于于跨跨度度小小（小小于于18m）情情况况。其其抗抗震震性能优于芬克式屋架。性能优于芬克式屋架。（3）单单斜斜腹腹杆杆屋屋架架：图图（c）所所示示，其其腹腹杆杆均均较较长长，节节点点较较多多，杆杆件件夹夹角角小小，制制作作困困难难，适适用用于于设设置置天天棚棚的的屋屋架架。应用较少。应用较少。（4）将将三三角角形形屋屋架架两两端端高高度度改改为为500mm，这这样样改改变变以以后后，屋屋架架支支座座处处上上、下下弦弦的的内内力力大大大大减减少少，改改善善了了屋屋架架的的工作情况。工作情况。第第46页页/共共126页页第第47页页/共共126页页2、梯形屋架、梯形屋架适适 用用 于于 屋屋 面面 坡坡 度度 较较 小小 的的 无无 檩檩 体体 系系，坡坡 度度 一一 般般 为为（1/81/16），跨度可达），跨度可达36m。梯梯形形屋屋架架的的外外形形较较接接近近于于弯弯矩矩图图，各各节节间间弦弦杆杆受受力力较较均均匀，且腹杆较短。匀，且腹杆较短。梯梯形形屋屋架架与与柱柱可可铰铰接接也也可可刚刚接接。刚刚接接连连接接的的横横向向刚刚度度较较大大，是是目目前前无无檩檩体体系系的的工工业业厂厂房房屋屋盖盖中中应应用用最最广广的的屋屋盖盖形形式。式。主要有如下几种形式：主要有如下几种形式：（1）人字式：如图（）人字式：如图（a）、（）、（c）所示。）所示。（2）再再分分式式：如如图图（b）所所示示。屋屋面面板板宽宽度度为为1.5m时时，可可采采用用再再分分式式腹腹杆杆，使使节节间间为为1.5m，以以避避免免上上弦弦承承受受局局部部弯弯矩矩，用用料料经经济济，但但节节点点和和腹腹杆杆数数量量增增多多，制制造造费费工工，故故仍仍有有采采用用较较大大节节间间3m使使上上弦弦承承受受节节间间的的荷荷的的做做法法，虽虽用用钢量增多，但构造较简单。钢量增多，但构造较简单。第第48页页/共共126页页第第49页页/共共126页页3、平行弦屋架：、平行弦屋架：它它的的上上下下弦弦平平行行，可可用用做做单单坡坡、双双坡坡屋屋面面，也也可可做做成成不不同坡度。它的杆件规格、节点构造统一，便于制作。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。一般用作托架或支撑体系中。第第50页页/共共126页页1、屋架的跨度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度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。等。钢屋架计算跨度的确定：简支于柱顶的钢屋架，其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。计算跨度取决于屋架支反力间的距离。（二）屋架的主要尺寸（二）屋架的主要尺寸2、屋架的高度屋架的高度（1）屋架的最大高度取决于运输界线；）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；）最小高度取决于屋架容许挠度；（3）经经济济高高度度则则是是根根据据屋屋架架杆杆件件的的总总用用钢钢量量最最少少的的条条件确定；件确定；（4）有时建筑高度也限制了屋架的最大高度。）有时建筑高度也限制了屋架的最大高度。3、屋架起拱、屋架起拱对对跨跨度度较较大大的的屋屋架架，在在横横向向荷荷载载作作用用下下将将产产生生较较大大的的挠挠度度，有有损损外外观观并并可可能能影影响响屋屋架架的的正正常常使使用用，因因此此要要起起拱拱，即即预预先先给给屋屋架架一一个个向向上上的的反反挠挠度度，以以抵抵消消屋屋架架受受荷荷后后产产生生的部分挠度，起拱高度一般为的部分挠度，起拱高度一般为跨度的跨度的1/5001/500。计计算算时时，当当采采用用图图解解法法求求屋屋架架杆杆件件内内力力时时，图图中中可可不不考考虑起拱高度。虑起拱高度。需要起拱的桁架：需要起拱的桁架：（1）三角形）三角形桁桁架：大于等于架：大于等于15米；米；（2）梯形、平行弦）梯形、平行弦桁桁架：大于等于架：大于等于24米。米。第第52页页/共共126页页9.6.2 桁架的荷载及内力计算桁架的荷载及内力计算1、屋架的各节点均为理想的铰接。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。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。荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。计算基本假定计算基本假定第第53页页/共共126页页（一）桁架的荷载计算和内力组合（一）桁架的荷载计算和内力组合1、屋屋架架的的荷荷载载计计算算：本本着着实实事事求求是是的的原原则则，有有什什么么算什么，查荷载规范。作用在屋架上的荷载：算什么，查荷载规范。作用在屋架上的荷载：（1）恒恒载载：屋屋面面材材料料自自重重（保保温温屋屋、防防水水屋屋、屋屋面面板）、檩条、屋架、天窗、支撑、天棚等的自重。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：屋架和支撑的自重经验公式：（2）活活载载：屋屋面面施施工工检检修修活活载载、积积灰灰荷荷载载、雪雪荷荷载载、悬挂吊车活载等。悬挂吊车活载等。注注：风风荷荷载载一一般般不不考考虑虑。但但当当采采用用轻轻型型屋屋盖盖、开开敞敞式式房屋或风荷载标准值大于房屋或风荷载标准值大于0.49KN/m2时需考虑。时需考虑。第第54页页/共共126页页2、节点荷载计算：、节点荷载计算：屋屋架架所所受受的的荷荷载载一一般般通通过过檩檩条条或或大大型型屋屋面面板板肋肋以以集集中中力力的的方方式式作作用用于于屋屋架架的的节节点点上上，负负荷荷面面如如图图中中阴阴影影部部分分的的面面积。积。第第55页页/共共126页页用用第第一一种种荷荷载载组组合合计计算算的的屋屋架架杆杆件件内内力力在在多多数数情情况况下下为为最最不不利利内内力力；第第二二种种容容易易引引起起跨跨中中部部分分的的斜斜腹腹杆杆内内力力的的变变号号；第第三三种种如如施施工工安安装装过过程程中中两两侧侧屋屋面面板板对对称称铺铺设设，可不考虑第三种荷载组合。可不考虑第三种荷载组合。3、荷载组合：、荷载组合：设设计计时时，应应根根据据使使用用和和施施工工过过程程中中可可能能出出现现的的最最不不利利荷荷载载组组合合计计算算屋屋架架杆杆件件的的内内力力，一一般般情情况况下下存存在在下下列列三三种种组组合最为不利：合最为不利：（1）全跨永久荷载全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨可变荷载（使用阶段）；（使用阶段）；（2）全全跨跨永永久久荷荷载载+半半跨跨可可变变荷荷载载（如如雪雪载载：阳阳面面化化了了，阴面没化：使用阶段）阴面没化：使用阶段）（3）全全跨跨屋屋架架、天天窗窗架架和和支支撑撑自自重重+半半跨跨屋屋面面板板自自重重+半跨屋面活荷载半跨屋面活荷载。（如施工安装过程中两侧屋面板的铺设）（如施工安装过程中两侧屋面板的铺设）第第56页页/共共126页页（三）内力计算（三）内力计算（1）基本假定：）基本假定：通常将荷载集中到节点上，并假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，各节点均为理想铰接，忽略实且汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。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）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。间荷载引起的局部弯矩。根根据据上上面面的的假假定定，采采用用数数解解法法、图图解解法法（计计算算误误差差较较大大）或或借借助助电电算算求求得得，对对于于常常用用形形式式的的屋屋架架，各各种种建建筑筑结结构构设设计计手手册册中中无无有有单单位位节节点点荷荷载载作作用用下下的的杆杆件件内内力力计计算算系系数数表表。设设计计时时只只要要将将屋屋架架节节点点截截载载值值乘乘以以相相应应杆杆件件的的内内力力系系数数，即求得该杆件的内力（轴向力）。即求得该杆件的内力（轴向力）。即：即：杆件内力杆件内力=表中系数表中系数节点集中荷载节点集中荷载（拉为正，压为负）（拉为正，压为负）第第57页页/共共126页页第第58页页/共共126页页角钢屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个角钢屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个弯曲轴，即弯曲轴，即x轴和轴和y轴，这样它就有两种弯曲失稳轴，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；另一种是的可能性：一种是在屋架平面内屈曲；另一种是在屋架平面外屈曲。在屋架平面外屈曲。9.6.3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第第59页页/共共126页页 1、弦杆、支座斜杆和支座竖杆、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作用小，可偏于安全地视为铰接，计算长度取几何长度l0 x=l(l为构件几何长度，即节点中心间距离为构件几何长度，即节点中心间距离);2、其他受压杆、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。而考虑折减。l0 x=0.8l。（一）在桁架平面内的计算长度在桁架平面内的计算长度第第60页页/共共126页页1、弦杆平面外的计算长度、弦杆平面外的计算长度l0y等于侧向固定点间的距等于侧向固定点间的距离。离。（1）对于上弦杆：）对于上弦杆：有有檩檩体体系系：檩檩条条与与屋屋架架支支撑撑交交叉叉点点不不相相连连时时，取取水水平平支支撑撑与与屋屋架架上上弦弦交交叉叉点点之之间间的的距距离离；檩檩条条与与支支撑撑交交叉叉点点用节点板焊牢时，取檩条之间的距离。用节点板焊牢时，取檩条之间的距离。无无檩檩体体系系：若若能能保保证证屋屋面面板板与与上上弦弦三三点点可可靠靠焊焊接接，使使大大型型屋屋面面板板起起支支撑撑作作用用，可可取取两两块块大大型型屋屋面面板板宽宽度度，即即：l=2b若若不不能能保保证证三三点点可可靠靠焊焊接接，则则认认为为大大型型屋屋面面板板只只能能起起到到刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离。刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离。(二二)在桁架在桁架平面外的计算长度平面外的计算长度第第61页页/共共126