钢桁架与屋盖结构.pptx

Steel Structure关键知识关键知识1.屋盖支撑的种类和布置；2.钢屋架的设计步骤。重点讲解重点讲解1.屋盖支撑的种类和布置；2.钢屋架的设计步骤。难点解析难点解析1.钢屋架的设计步骤。本章要求本章要求1.了解钢桁架及屋盖结构的组成及应用2.掌握屋盖支撑的种类和布置；3.掌握钢屋架的设计步骤；4.掌握普通钢屋架的设计实例。第第1页页/共共93页页Steel Structure8.1 8.1 钢桁架与屋盖结构钢桁架与屋盖结构 的组成及应用的组成及应用 8.1.1 8.1.1 钢桁架的组成及应用钢桁架的组成及应用 图8.1两向正交正放交叉桁架体系网架 钢桁架是指由轴心受力构件（拉杆和压杆）相互连接组成的格构式构件，用以承受横向荷载和跨越较大的空间。第第2页页/共共93页页Steel Structure8.1.2 8.1.2 屋盖的组成及应用屋盖的组成及应用 1.常见的屋盖结构形式 常用的钢屋盖结构形式有平面杆系结构、空间杆系结构、悬索结构、膜结构等。（1）平面杆系结构1）桁架第第3页页/共共93页页Steel Structure 2）拱 拱在大跨度屋盖中经常采用，特别是当建筑物要求墙体与屋顶连成一体时，落地拱尤为适用。拱在竖向均布荷载作用下，基本上处于受压状态，适合于以钢筋混凝土之类的材料制成。但在大跨度时，往往做成格构式钢拱。第第4页页/共共93页页Steel Structure 3）门式钢架 大跨度的门式刚架大多采用钢结构，当跨度达5060m时，可以做成实腹式，跨度更大时，就应做成格构式。第第5页页/共共93页页Steel Structure（a）正放四角锥网架（b）六角锥网架（锥尖向下）（2）空间杆系结构1）网架结构第第6页页/共共93页页Steel Structure 2）立体桁架 立体桁架是由平面桁架演变而来，常用的做法是把单根的上弦或下弦分成两根，使桁架的横截面成为倒三角形或正三角形。图8.6 立体桁架（成都双流机场候机楼）第第7页页/共共93页页Steel Structure3）网壳结构 第第8页页/共共93页页Steel Structure（3）悬索结构第第9页页/共共93页页Steel Structure（4）膜结构第第10页页/共共93页页Steel Structure2.平面桁架钢屋盖的组成及应用 根据屋盖结构有无檩条，可将屋盖结构分为无檩屋盖和有檩屋盖。（1）无檩屋盖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或天窗架上。第第11页页/共共93页页Steel Structure（2）有檩屋盖常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。第第12页页/共共93页页Steel Structure补充补充 屋面材料屋面材料敷设钢筋法是钢结构屋面板安装的基本方法，它通过每块板板端接合处焊在钢梁或钢檩条上的穿筋压片限定板位，且通过板缝灌浆固定板材的拉结钢筋，从而可靠地将屋面板安装在钢梁或钢檩条上。第第13页页/共共93页页Steel Structure8.2 8.2 屋盖支撑屋盖支撑 8.2.1 8.2.1 屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 （1）保证屋盖结构的空间几何稳定性即几何形状不变。平面桁架能保证屋架平面内的几何稳定性，支撑系统则保证屋架平面外的几何稳定性。（2）保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性。屋架上弦和下弦的水平支撑与屋架弦杆组成水平桁架，屋架端部和中部的垂直支撑则与屋架竖杆组成垂直桁架，无论桁架结构承受竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一定的桁架体系把力传向支座，只发生较小的弹性变形，即有足够的刚度和整体性。第第14页页/共共93页页Steel Structure（3）为屋架弦杆提供必要的侧向支承点。水平支撑和垂直支撑桁架的节点以及由此延伸的支撑系杆都成为屋架弦杆的侧向支承点，从而减小弦杆在桁架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦不会在某些动力荷载作用下（如吊车运行时）产生过大的振动。（4）承受并传递水平荷载。水平荷载包括纵向和横向水平荷载，例如风荷载、吊车的水平制动力、振动荷载、地震作用等，最后都通过支撑体系传到屋架支座。（5）保证结构安装时的稳定且便于安装。屋盖的安装工作一般是从房屋温度区段的一端开始的，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。第第15页页/共共93页页Steel Structure8.2.2 8.2.2 屋盖支撑的类型和布置屋盖支撑的类型和布置 屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。第第16页页/共共93页页Steel Structure1.上弦横向水平支撑在各屋架上弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称为上弦横向水平支撑。第第17页页/共共93页页Steel Structure2.下弦横向水平支撑-在各屋架下弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称为下弦横向水平支撑。一般情况均应设置下弦横向水平支撑。下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定体系。第第18页页/共共93页页Steel Structure3.下弦纵向水平支撑-当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦(三角形屋架可在上弦或下弦)端节间设置纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑与下弦横向水平支撑形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。第第19页页/共共93页页Steel Structure4.垂直支撑-垂直于地面并垂直于屋架平面的支撑体系称为垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度L30m，三角形屋架在跨度L18m时，可仅在跨度中央设置一道垂直支撑，当跨度大于上述数值时宜在跨度1/3附近或天窗架侧柱处设置两道。屋架的垂直支撑与上、下弦横向水平支撑应尽量布置在同一柱间，以确保屋盖结构为几何不变体系。第第20页页/共共93页页Steel Structure5.系杆-不设横向支撑的其它屋架，其上下弦的侧向稳定性由与横向支撑节点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承受压力的系杆称为刚性系杆；只能承受拉力的系杆称为柔性系杆。它们的长细比分别按压杆和拉杆控制。第第21页页/共共93页页Steel Structure纵向框架的柱间支撑1、柱间支撑的作用组成坚强的纵向框架，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。2、柱间支撑的形式十字交叉式、八字式、门架式。第第22页页/共共93页页Steel Structure支撑构件内力计算：计算各支撑杆件的内力时，假设各连接节点均为铰接，并忽略各杆件的偏心影响，即各杆件均可按轴心受拉或轴心受压构件计算。柱间支撑的内力，应根据该柱列所受纵向荷载按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算。对于带有交叉腹杆的支撑可按拉杆体系设计，也可按压杆设计。所谓按拉杆设计，是假定交叉腹杆只承受拉力，一旦受压即失去稳定而退出工作，如图中的虚线所示，体系变为静定结构。所谓按压杆设计，是假定所有杆件均可受压，此时应按超静定结构计算支撑体系的内力。当交叉腹杆截面相同时，可假设两杆内力的绝对值相同，以简化计算。在内力分析时，必须考虑荷载方向的可变性。当同一柱列设有多道纵向柱间支撑时，纵向力在各支撑间可按平均分布考虑。第第23页页/共共93页页Steel Structure第第24页页/共共93页页Steel Structure 第第25页页/共共93页页Steel Structure8.2.3 8.2.3 屋盖支撑的形式屋盖支撑的形式 和连接构造和连接构造1.屋盖支撑的形式 （1）横向和纵向水平支撑的形式 第第26页页/共共93页页Steel Structure（2）屋架垂直支撑 第第27页页/共共93页页Steel Structure（3）系杆通常刚性系杆采用由双角钢组成的十字形截面，柔性系杆可采用单角钢截面。第第28页页/共共93页页Steel Structure2.屋盖支撑计算 屋盖支撑受力较小，截面尺寸大多由杆件的容许长细比和构造要求而定，3.屋盖支撑的连接构造 （1）上弦平面支撑与屋架的连接节点第第29页页/共共93页页Steel Structure（2）下弦平面支撑与屋架的连接节点第第30页页/共共93页页Steel Structure（3）垂直支撑与屋架的连接节点 第第31页页/共共93页页Steel Structure8.2.4 8.2.4 檩条、拉条和撑杆檩条、拉条和撑杆 1.檩条第第32页页/共共93页页Steel Structure2.拉条和撑杆 拉条可作为檩条的侧向支承点，减小檩条在平行于屋面方向上的跨度，提高檩条的承载能力，减少檩条在使用和施工过程中产生的的侧向变形和扭转。当檩条跨度时，宜设置一道拉条；当时，宜设置两道拉条。第第33页页/共共93页页Steel Structure8.3 8.3 钢屋架的设计钢屋架的设计 8.3.1 8.3.1 屋架的形式和选用原则屋架的形式和选用原则 1.屋架的选用原则（1）满足使用要求-屋架上弦的坡度应满足屋面材料的排水要求。（2）受力合理-对弦杆来说，桁架的外形应尽量和弯矩图相近，以使弦杆内力均匀，材料强度得到充分发挥。而腹杆的布置应使短杆受压、长杆受拉，且节点和腹杆数量宜少，腹杆总长度宜短。（3）便于制作和安装-桁架杆件的数量和截面规格种类宜少，构造应简单，以便于制造。杆件间夹角宜在3060之间，夹角过小将使节点构造困难。（4）综合技术经济效果好-在确定桁架形式与主要尺寸时，除着眼于构件本身的省料省工外，还应考虑到跨度大小、荷载状况、材料供应条件、工期长短等要求，以获得较好的综合经济效果。第第34页页/共共93页页Steel Structure2.屋架的形式-三角形、梯形、人字形和平行弦等。（1）三角形桁架-适用于陡坡屋面的有檩体系屋盖。第第35页页/共共93页页Steel Structure（2）梯形屋架-梯形屋架适用于屋面坡度较为平缓的无檩体系屋盖，它与简支受弯构件的弯矩图形比较接近，弦杆受力比较均匀，用料比较经济。第第36页页/共共93页页Steel Structure（3）人字形屋架 （4）平行弦屋架 第第37页页/共共93页页Steel Structure3.屋架的尺寸 （1）屋架跨度 柱网纵向轴线的间距就是屋架的标志跨度，以3m为模数。屋架的计算跨度是屋架两端支反力之间的距离。当屋架简支于钢筋混凝土柱或砖柱上且柱网采用封闭结合时，考虑屋架支座处的构造尺寸，屋架的计算跨度一般可取 ，当屋架支承在钢筋混凝土柱上而柱网采用非封闭结合时，计算跨度取标志跨度 。第第38页页/共共93页页Steel Structure（2）屋架高度 一般情况下，设计屋架时，首先根据屋架形式和设计经验先确定屋架的端部高度，再按照屋面坡度计算跨中高度。人字形和梯形屋架的中部高度主要取决于经济要求，一般情况下可在下列范围内采用：梯形和平行弦屋架：三角形屋架：第第39页页/共共93页页Steel Structure8.3.2 8.3.2 屋架的荷载和屋架的荷载和 荷载效应（内力）组合荷载效应（内力）组合 1.屋架的荷载（1）永久荷载包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架（包括支撑及天窗）的自重。屋架的自重（经验公式）（2）屋面均布可变荷载（屋面可变荷载）（3）雪荷载屋面水平投影面上的雪荷载标准值为：（4）风荷载风荷载的标准值为：（5）其他荷载 第第40页页/共共93页页Steel Structure2.节点荷载汇集 作用于屋架上弦节点的集中力可按下式计算：节点集中力标准值；按屋面水平投影面分布 的荷载标准值；a上弦节间的水平投影长度；S屋架的间距。第第41页页/共共93页页Steel Structure 对于有节间荷载作用的屋架弦杆，应把节间荷载分配在相邻的两个节点上，屋架按节点荷载求出各杆件的轴心力，然后再考虑节间荷载引起的局部弯矩。第第42页页/共共93页页Steel Structure3.屋架内力 （1）基本假定所有荷载都作用在节点上（屋架作用有节间荷载时，可将其分配到相邻的两个节点）；节点处所有杆件轴线在同一平面内且相交于一点（节点中心）；各节点均为理想铰接；各杆件均为等截面直杆。（2）内力计算 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力，常用的内力分析方法有图解法、解析法、电算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。第第43页页/共共93页页Steel Structure4.屋架杆件的内力组合（1）全跨荷载：所有屋架都应进行全跨满载时的内力计算。即全跨永久荷载+全跨屋面活荷载或雪荷载（取两者的较大值）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。有纵向天窗时，应分别计算中间天窗处和天窗端壁处的屋架杆件内力。（2）半跨荷载：对梯形屋架、人字形屋架、平行弦屋架等的少数斜腹杆（一般为跨中每侧各两根斜腹杆）可能在半跨荷载作用下产生最大内力或引起内力变号，所以对这些屋架还应根据使用和施工过程的分布情况考虑半跨荷载的作用。即全跨永久荷载+半跨屋面活荷载（或半跨雪荷载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。（3）采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑施工阶段安装时可能的半跨荷载作用情况，即屋架及天窗架（半跨支撑）自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载。第第44页页/共共93页页Steel Structure8.3.3 8.3.3 屋架杆件的截面设计屋架杆件的截面设计 1.屋架杆件的计算长度 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。杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。第第45页页/共共93页页Steel Structure 影响钢屋架杆端约束大小的因素：1）杆件轴力性质 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。2）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约束作用越小。3）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。（1）桁架平面内 第第46页页/共共93页页Steel Structure（2）桁架平面外 屋架弦杆在平面外的计算长度，应取侧向支承点间的距离。弦杆的侧向支承点应是水平支撑、垂直支撑或相应系杆的连接节点。弦杆 上、下弦杆取为侧向支承点（水平、垂直支撑或相应系杆节点）的间距。第第47页页/共共93页页Steel StructureN1较大的压力，计算时取正值；N2较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值。当桁架受压弦杆侧向支承点间的距离为两倍节间长度，且两节间弦杆内力不等时，该弦杆在桁架平面外的计算长度应按下式确定：第第48页页/共共93页页Steel Structure 桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆和K形腹杆体系的竖杆在桁架平面外的计算长度也应按式(8.7)确定。腹杆 由于弦杆截面比腹杆相对较粗，且侧向被牢固支承，腹杆与弦杆的连接节点可认为是腹杆的侧向支承点。所以，一般腹杆（一端为上弦节点，另一端为下弦节点），取 。第第49页页/共共93页页Steel Structure交叉腹杆中交叉点处构造：1）两杆不断开。2）一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。交叉腹杆中压杆的计算长度 桁架平面内计算长度：第第50页页/共共93页页Steel Structure 桁架平面外计算长度：拉杆可作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。GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度计算公式：1）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交叉点不中断2)相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接。第第51页页/共共93页页Steel Structure3）相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断。4）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接。5）当拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接。若 或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度 式中，l为节点之间的距离，N为所计算杆内力，No为相交另一杆内力，均取绝对值。第第52页页/共共93页页Steel Structure 斜平面的计算长度 单面连接的单角钢腹杆及双角钢十字形截面杆件，其截面的两主轴均不在屋架平面内。当杆件绕最小主轴受压失稳时为斜平面失稳，此时杆件两端节点对其均有一定的嵌固作用，其程度约介于桁架平面内和桁架平面外之间，因此，斜平面的计算长度略作折减，取 ，但支座斜杆和支座竖杆仍取其几何长度作为计算长度。2.屋架杆件的容许长细比 杆件的最大长细比；杆件的容许长细比，受拉构件的容许长细比按表5.2查取，受压构件的容许长细比按表5.3查取。第第53页页/共共93页页Steel Structure 等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。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。3.杆件截面设计的一般原则 承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济通常 选用角钢和T型钢截面伸展壁厚较薄外表平整第第54页页/共共93页页Steel Structure（1）上、下弦杆4.杆件的截面形式 受压弦杆：第第55页页/共共93页页Steel Structure 下弦杆在一般情况下 ，通常采用不等边角钢短肢相连的截面或TW型截面以满足长细比要求。第第56页页/共共93页页Steel Structure（2）支座腹杆（3）一般腹杆 对于一般腹杆，因其 ，即 ，故通常采用等边角钢相并的截面。第第57页页/共共93页页Steel Structure（4）再分式腹杆 再分式主斜杆一般是 ，但因杆件通常较短，故常用双等边角钢 T 形截面，必要时可用短边相并的双不等边角钢T形截面。再分式次腹杆，但杆件短而内力小，故常用较小规格的双等边角钢T形截面。（5）双角钢十字形截面 连接垂直支撑的桁架正中竖腹杆，使传力没有偏心，宜采用两个等边角钢组成的十字形截面，双角钢十字形截面具有较大的回转半径。其它连接垂直支撑处的桁架非正中竖杆如需减小传力偏心，也可采用十形截面。第第58页页/共共93页页Steel Structure（6）单角钢截面受力很小的腹杆（如再分杆等次要杆件），可采用单角钢截面。（7）其他截面形式 钢管截面与其他型钢截面相比，截面材料分布远离截面几何中心，各方向的回转半径相等，回转半径较大，抗扭能力也较强，因而管形截面作为受压构件比其他型钢截面的用钢量要少，可节约钢材达20%30%。第第59页页/共共93页页Steel Structure第第60页页/共共93页页Steel Structure（8）双角钢杆件的填板 双角钢T形或十字形截面是组合截面，为了保证两个角钢共同工作，必须每隔一定距离在两个角钢间加设填板。填板的宽度：一般取50mm80mm；填板的长度：对T形截面应比角钢肢伸出10mm15mm，对十字形截面则从角钢肢尖缩进10mm15mm，以便于施焊。填板的间距对压杆 ，对拉杆 。第第61页页/共共93页页Steel Structure拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。压弯构件：强度，稳定，刚度。5.杆件的截面选择 对屋架中内力很小的腹杆或因构造需要设置的杆件(如芬克式屋架跨中竖杆)，其截面可按刚度条件确定杆件截面。当杆件以承受轴力为主时，按轴心压杆或轴心拉杆计算；当杆件同时受到较大弯矩时，按压弯或拉弯构件计算。计算强度时，应注意对削弱处必须使用净截面进行计算。计算杆件整体稳定时，应注意对两个方向的稳定性都进行计算。第第62页页/共共93页页Steel Structure8.3.4 8.3.4 屋架的节点设计屋架的节点设计 节点设计的具体任务是：根据节点的构造要求，确定各杆件的切断位置；根据焊缝的长度确定节点板的形状和尺寸。1.节点设计步骤和一般设计原则（1）布置桁架杆件时，原则上应使杆件形心线与桁架几何轴线重合，以免杆件偏心受力。节点设计时，首先按正确坡度画出交汇于节点的各杆轴线。在焊接屋架中应取角钢的重心线作为杆件的轴线。为了便于制造，可取轴线至角钢背面的距离为5mm的倍数。第第63页页/共共93页页Steel Structure（2）根据已画出的杆件轴线，按一定比例尺画出各杆件的角钢轮廓线。角钢杆端的切割面一般宜与杆件轴线垂直，也允许将角钢的一边切去一角，但不允许作如图8.37（c）所示的端部切割方式。第第64页页/共共93页页Steel Structure（3）根据事先计算好的各腹杆与节点板的连接焊缝尺寸，进行焊缝布置并绘于图上，而后定出节点板的外形。节点板的平面尺寸，一般应根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定，但考虑施工误差，宜将此平面尺寸适当放大。节点板的外形应力求简单，一般至少要有两条边平行，如矩形、平行四边形或直角梯形等，以节约钢材和减少切割次数。第第65页页/共共93页页Steel Structure 当单斜杆与弦杆相交时，需注意节点板的外边缘与斜杆轴线应保持不小于1：3或1：4的坡度，使杆中内力在节点板中有良好的扩散，以改善节点板的受力情况。第第66页页/共共93页页Steel Structure节点板的应力复杂且难于分析，通常不作计算，而是根据经验确定其厚度。第第67页页/共共93页页Steel Structure（4）根据确定的节点板外形和尺寸，布置弦杆与节点板间的连接焊缝。绘制节点大样（比例尺一般为1/101/5），确定每一节点上的各种尺寸，为后面绘制施工详图时提供必要的资料。第第68页页/共共93页页Steel Structure（5）在屋架双角钢截面上弦杆上放置檩条或大型屋面板时，角钢的水平伸出边一般应不小于7090mm。第第69页页/共共93页页Steel Structure2.角钢桁架的节点计算和构造 屋架节点主要有下弦一般节点、上弦一般节点、有工地拼接的下弦节点、屋脊拼接节点、支座节点五种类型。（1）下弦一般节点无集中荷载和无弦杆拼接的节点 下弦节点中各腹杆与节点板所需的连接焊缝长度：肢背焊缝：肢尖焊缝：第第70页页/共共93页页Steel Structure弦杆与节点板的连接焊缝，承受弦杆相邻节间内力差。肢背焊缝：肢尖焊缝：第第71页页/共共93页页Steel Structure第第72页页/共共93页页Steel Structure（2）上弦一般节点 第第73页页/共共93页页Steel Structure第第74页页/共共93页页Steel Structure1)弦杆角钢背的槽焊缝承受节点集中荷载P。当屋面坡度较缓时，角钢肢背槽焊缝的强度可按下式计算：上弦杆与节点板的连接焊缝是由角钢肢背的槽焊缝和角钢肢尖的两条角焊缝组成，假定角钢肢背的槽焊缝承受节点集中荷载P，角钢肢尖的两条角焊缝承担 和由于 与肢尖焊缝的偏心距e而产生的弯矩 。第第75页页/共共93页页Steel Structure 2)上弦杆角钢肢尖的两条角焊缝承担 和由于 与肢尖焊缝的偏心距e而产生的弯矩 。作用下：作用下：合应力应满足：第第76页页/共共93页页Steel Structure（3）有工地拼接的下弦节点 弦杆的拼接分为工厂拼接和工地拼接。工厂拼接用于型钢长度不够或弦杆截面有改变时在制造厂进行的拼接，拼接的位置通常在节点范围以外。工地拼接用于屋架分为几个运送单元时在工地进行的拼接。拼接的位置一般在节点处。第第77页页/共共93页页Steel Structure 拼接角钢的截面和长度弦杆的双角钢截面常用同样大小的角钢作为拼接件。拼接节点一边每条焊缝的计算长度为：每条焊缝的实际长度为：拼接角钢的总长度为：第第78页页/共共93页页Steel Structure 下弦杆与节点板的连接角焊缝下弦杆肢背与节点板的连接焊缝计算长度：下弦杆肢背与节点板的连接焊缝实际长度：下弦杆肢尖与节点板的连接焊缝计算长度：下弦杆肢尖与节点板的连接焊缝实际长度：第第79页页/共共93页页Steel Structure 工厂焊缝与工地焊缝 钢屋架一般在工厂制成两半，运到工地拼接后再吊装。工厂制造时中央节点板和中央竖杆属于左半桁架，其焊缝均为工厂焊缝；而节点板与右方杆件之间则均为工地焊缝。拼接角钢为既不属左半也不属右半的独立零件，与左右两半桁架的弦杆角钢都用工地焊缝相连；这样可避免拼接时角钢穿插困难。另外，为便于工地拼接定位和控制位置，拼接角钢两侧和右方腹杆上均应设安装螺栓。为此设计时应使各杆件角钢有足够的边宽。弦杆角钢水平肢上的螺栓孔应尽量兼作以后的支撑连接螺栓孔。第第80页页/共共93页页Steel Structure（4）屋脊拼接节点第第81页页/共共93页页Steel Structure 屋脊拼接节点的连接焊缝有两类：一是拼接角钢与弦杆之间的连接焊缝及拼接角钢总长度的确定；二是弦杆与节点板之间的连接焊缝。屋脊拼接角钢与弦杆的连接计算及拼接角钢总长度的确定拼接角钢与受压弦杆之间的连接可按弦杆最大内力设计值N进行计算，每边共有4条焊缝平均承受此力，则一条焊缝的计算长度为：因此，拼接角钢的总长度为：第第82页页/共共93页页Steel Structure 弦杆与节点板之间的连接焊缝对称荷载作用下对称屋架屋脊节点两侧上弦杆的压力设计值必然相等。假定节点荷载P由上弦角钢肢背处的槽焊缝承受。上弦角钢肢尖与节点板的连接焊缝按上弦杆最大内力的15计算，并考虑此力产生的弯矩。作用下：作用下：合应力应满足：第第83页页/共共93页页Steel Structure（5）支座节点 支承于钢筋混凝土柱或砖柱上的屋架一般为铰接，而支承于钢柱上的屋架通常为刚接。铰接支座节点：支座节点的传力路线是：桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，然后经节点板与加劲肋间的垂直焊缝，把一部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板的水平焊缝把全部支座压力传给底板，最后传给支座。因此，它的设计可采用铰接柱脚的计算方法。第第84页页/共共93页页Steel Structure支座底板的面积底板取一米板带宽进行计算，底板的厚度应按下式计算：支座底板的厚度和面积还应满足下列构造要求：厚度：当屋架跨度18m时，t16mm；当屋架跨度18m时，t20mm。面积：宽度取200360mm；长度（垂直于屋架方向）取200400mm。第第85页页/共共93页页Steel Structure 加劲肋的作用是加强底板的刚度，提高节点板的侧向刚度。加劲肋的高度由节点板的尺寸决定，加劲肋的厚度可略小于节点板厚度或与节点板的厚度相同。加劲肋可视为支承于节点板上的悬臂梁。通常假定一个加劲肋与节点板的连接焊缝传递支座反力的1/4，并考虑偏心弯矩，即焊缝受剪力V=R/4，焊缝受弯矩M=Re/4。一个加劲肋与支座节点板的连接焊缝按下式进行强度计算：第第86页页/共共93页页Steel Structure假设支座节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝承受全部支座反力R，按下式进行强度计算：节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度，共有6条焊缝。t和c1分别为节点板厚度和加劲肋切口宽度。第第87页页/共共93页页Steel Structure 刚接支座节点：计算时可认为上弦的最大内力由上盖板传递，上弦的竖向连接板与柱翼缘的连接螺栓按构造决定。下弦及端斜杆轴线交汇于柱的内边缘以减少节点板的尺寸。下弦节点的连接螺栓承受水平拉力H和偏心弯矩M=He。由于此处一般属于小偏心，所有螺栓均受拉力，故最大拉力应按下式计算：第第88页页/共共93页页Steel Structure屋架下弦节点板与支承端板的连接焊缝受支座反力R和最大水平力（拉力或压力）以及偏心弯矩，按下式计算：下弦节点的支承端板在水平拉力H作用下受弯，近似按嵌固于两列螺栓间的梁式板计算，所需厚度为：第第89页页/共共93页页Steel Structure 3.T型钢作弦杆的屋架节点 T型钢屋架可分为屋架全部杆件均采用T型钢和仅上、下弦杆采用T型钢而腹杆采用角钢两种类型。采用T型钢作屋架弦杆，当腹杆也采用T型钢或单角钢时，腹杆与弦杆的连接不需要节点板，将杆件直接焊接即可，省工省料。第第90页页/共共93页页Steel Structure1.在图纸左上部绘制索引图。对称桁架，一半注明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形屋架L24m，三角形L15m,应予起拱f=L/500。2.施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为1：201：30，节点为1：101：15。3.定位尺寸：轴线至肢背的距离，节点中心至腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。4.各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右顺序进行。5.施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及为了简化图面而易于用文字集中说明的内容，如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、运输和加工要求。8.3.5 8.3.5 屋架施工图屋架施工图 第第91页页/共共93页页Steel Structure8.4 8.4 普通钢屋架的设计实例普通钢屋架的设计实例 参考教材例题。参考教材例题。第第92页页/共共93页页Steel Structure1.了解钢桁架及屋盖结构的组成及应用2.掌握屋盖支撑的种类和布置；3.掌握钢屋架的设计步骤；4.掌握普通钢屋架的设计实例。本章相关的探讨与思考本章相关的探讨与思考第第93页页/共共93页页