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1、钢屋盖结构,第一节 钢屋盖结构的组成1.钢屋盖结构根据屋面材料和屋面结构布置情况可分为哪两类？各适用何种情况？ 这里的钢屋盖结构是指由平面钢屋架组成的屋盖结构，一般由屋面材料、檩条、屋架、托架和天窗架、支撑等组成。（一）屋盖体系 根据屋面材料和屋面结构布置情况可分为 1. 无檩体系：钢屋架上直接放置大型屋面板。其优点是横向刚度大，整体性好，构造简单，施工快；自重大，不利于抗震，柱距必须是6m或6m的倍数 。,钢屋盖结构,2.有檩体系：是在钢屋架上设置檩条，檩条上面再铺设轻型屋面材料，如石棉瓦、瓦楞铁皮、压型钢板和钢丝网水泥板等。重量轻，用料省，轻便，便于运输、安装；但构件数量多，型号多，构造复
2、杂，吊装次数多，横向刚度差。,钢屋盖结构 第一节 钢屋盖结构的组成,一般对结构的横向刚度要求高的厂房、屋面保温层的荷载及雪荷载大时，如北方，宜采用无檩屋盖体系；而对横向刚度要求不高，特别是不需要做保温层的中小型厂房，宜采用有檩体系。,钢屋盖结构 第一节 钢屋盖结构的组成,（二）屋架按受力大小，杆件截面形式可分为三类：1）普通钢屋架：截面形式为双角钢组成的T形或十字形，在杆件汇交处通过节点板相连。取材容易，构造简单，制造安装方便，与支撑体系形成的结构整体刚度大，工作性能可靠。采用型钢，故自重大，用钢量多，一般适用跨度为18m36m。,钢屋盖结构 第一节 钢屋盖结构的组成,2）钢管屋架： 采用无缝
3、或有缝钢管制成，由于钢管截面刚度大，抗扭性能、抗压性能好，相对角钢更加合理，与之相比可省钢20%以上。另外，表面积小，易于防腐。耐久性好，只是过去焊接工艺、加工工艺有问题，阻碍了使用。目前已有自动切管机，管与管的搭接可以直接贯接，不用节点板。,钢屋盖结构 第一节 钢屋盖结构的组成,3）轻型钢屋架： 由小于454或56364以下的单角钢和圆钢组成，具有用钢量少，自重轻，抗震性能好等特点。一般跨度小于18m，吊车起重量不大于5t的轻级、中级工作制吊车。（2）按截面形式分为平面桁架和空间桁架两种,第一节 钢屋盖结构的组成,（三）托架支承中间屋架的桁架。,上承式,下承式,双壁式,单壁式,钢屋盖结构 第
4、一节 钢屋盖结构的组成,（四）天窗架：纵向天窗、横向天窗和井式天窗。纵向天窗：多竖杆式（a）、三铰拱式（b）和三支点式（c）。,钢屋盖结构 第一节 钢屋盖结构的组成,第二节 屋盖支撑1.简述屋盖支撑的作用？2.简述上弦横向水平支撑作用、何时设置及设置方法？ 3.简述下弦横向水平支撑作用、何时设置及设置方法？4.简述下弦纵向水平支撑作用、何时设置及设置方法？5.简述垂直支撑的作用、何时设置及设置方法？6.何谓刚性系杆？何谓柔性系杆？各在屋架中何处设置。7.如何选择支撑截面？,钢屋盖结构,1屋盖支撑作用：（1）保证钢屋盖的空间稳定性形成几何不可变体系。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,（2）保证屋盖
5、的刚度和空间整体性。（3）为弦杆提供适当的侧向支承点。保证屋架受压上弦平面外稳定，同时减小下弦的受迫震动。（4）承受和传递水平荷载。有作用于山墙的风荷载，悬挂吊车纵向刹车力及安装使用过程中的其他纵向力（如地震力）。纵向水平支撑将力传给柱间支撑最后传到基础。（5）保证屋盖安装时的稳定与方便。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,2. 屋盖支撑的分类和布置根据支撑布置的位置分为：上、下弦横向水平支撑，下弦纵向水平支撑，垂直支撑和系杆。（1）上弦横向水平支撑组成：以两榀相邻屋架上弦作弦杆的水平桁架。作用：保证钢屋盖的空间刚度，减小屋架上弦平面外计算长度，承受和传递山墙风荷载。何时设置：均应设置。在无檩体系
6、中，尽管有大型屋面板可以作为横向支撑，但考虑施工中条件不好，焊接质量难以保证，加上施工过程中屋盖系统的整体稳定性要求，一般仍应设置。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,如何设置：应设置在房屋的两端或温度缝区段的两端。一般设在第一或第二柱间。当厂房端部采用封闭结合时，第一柱间距离往往小于标准柱距，这时宜设在第二柱间，这样可使端部和厂房中部的上弦横向水平支撑杆件的尺寸相同，减少支撑杆件的种类。屋架有天窗时，天窗架上弦也应设置，天窗架范围内屋架上弦横向水平支撑应连续。两道横向水平支撑间距60m。如超过，应在中部增设。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,（2）下弦横向水平支撑组成
7、：以两榀相邻屋架下弦作弦杆的水平桁架。作用：减小屋架下弦平面外的振动和计算长度，承受和传递山墙风荷载、悬挂吊车水平力。何时设置：一般情况下应设置。跨度小于18m且悬挂吊车吨位不大、厂房内也没有振动设备、山墙抗风柱不支在下弦时可不设置；屋架间距12m时可不设置，但应加强上弦支撑。如何设置：与上弦横向水平支撑相同，且布置在同一柱距。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,（3）下弦纵向水平支撑组成：以屋架端节间下弦杆作为竖腹杆的水平桁架。作用：与下弦横向水平支撑形成封闭体系以增强屋盖的空间刚度，保证托架的稳定，承受和传递吊车横向水平力。何时设置：下列情况之一厂房应设置：1）有重级工作制或大吨位（ 50t
8、）中级工作制吊车；2）设有壁行吊车；3）有锻锤等大型振动设备；4）屋盖有托架时；5）跨度较大（如30m ），高度较大（如24m ）。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,如何设置：一般设在屋架下弦端部节间，三角形屋架可设在上弦。局部有托架时，在托架两端各延伸一个柱距。屋架的横向和纵向水平支撑都是平行弦桁架，屋架或托架的弦杆兼作支撑的弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，斜腹杆和弦杆的夹角在3060之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节点间距离的24倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般为6m左右。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,（4）垂直支撑（竖向支撑）组成：以相邻屋架腹杆作为端竖杆的竖向
9、平行弦桁架。作用：保证屋盖的空间作用，保证屋架在使用和安装时的侧向稳定。何时设置：一般均要 。如何设置：在上、下弦横向水平支撑同一柱距，另每隔45个柱距设置一道。三角形屋架： 跨度l18m 时，跨中设置一道， l18m，在跨度1/3处各设置一道。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,其他屋架端部设置，l30m时，跨中加设一道。l30m时，在跨度1/3处各增设置一道，或天窗架边竖杆下的屋架竖杆平面内。天窗架的垂直支撑，一般设置在两侧，当其宽度12m时，尚应在中央增设一道。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,垂直支撑根据其高度与长度之比采用不同的形式，如交叉式、V式或W式。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,（
10、5）系杆： 能承受压力的为刚性系杆，只能受拉的为柔性系杆。作用：保证无支撑开间屋架和天窗架的侧向稳定、减少弦杆平面外的计算长度以及传递水平力。何时设置：上、下弦平面内一般均要 。如何设置：应在横向支撑和垂直支撑上、下弦上的节点处沿房屋通长设置柔性系杆。 当横向支撑设在第二柱间时，则在第一柱间所有支撑点应设刚性系杆。以传递山墙风荷载。屋脊节点、屋架支座节点处需设置通长刚性系杆。 檩条和大型屋面板都可作为系杆使用。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,3屋盖支撑截面选择交叉斜杆柔性系杆按拉杆设计，可用单角钢。非交叉斜杆、支撑弦杆和刚性系杆按压杆设计，可双角钢。支撑受力很小。因此，通常按容许长细比确定截面
11、。当支撑传递的山墙风荷载较大时，支撑桁架受力较大，尚应根据荷载按桁架体系计算内力，并据以选择截面。一般常用简化方法进行分析，只考虑受拉斜杆把支撑简化为静定体系。,钢屋盖结构 第二节 屋盖支撑,第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸1. 确定钢屋架形式的基本原则是什么？2.三角形屋架的腹杆布置有哪几种？各适用何种况？3.梯形屋架的腹杆布置有哪几种？各适用何种情况？4.,钢屋盖结构 钢屋盖结构,第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸1. 基本原则：要满足经济、适用、制造、安装方便等原则。（1）从使用角度：其外形要与屋面材料相适应，如采用瓦类、铁皮等。要求坡度陡一点，利于排水，一般为1/51/2，当采用卷材
12、防水屋面时，坡度可小一些，一般为1/121/8 。 （2）从经济角度出发：外形应尽量和弯矩图相似，杆件应使短杆受压、长杆受拉，杆件夹角为3060，且应使尽可能多的杆件轴心受力。,钢屋盖结构,（3）制造安装方便：构造合理、简单、节点数目少、杆件型号少，在工厂制作部分应以运输能力而定。2. 屋架外形：三角形、梯形、平等弦、三铰拱。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,（1）三角形：一般用于陡坡情况，有檩屋盖。用于中、小跨度。弦杆内力不均匀，支座内力大，跨中小。上、下弦夹角小。一般与柱铰接。故横向刚度较小。按腹杆可分为：芬克式。压杆短，拉杆长，受力合理，且可分为两榀小屋架和一根直杆（下弦
13、中间杆）运输，比较方便。应用较多。人字式。腹杆较少，但受压腹杆较长，适用于跨度18m的屋架。单斜式。腹杆较长且节点数目较多，只适用于下弦设置天棚的屋架，一般较少采用。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,当屋面坡度不是很陡时，支座处杆件的夹角较小，使构造比较困难。为此可采用折线式下弦屋架、折线式上弦屋架或陡坡梯形屋架（端部高度一般取0.5m1m）。这些屋架可增大支座处杆件的夹角，使节点构造得到改善，同时又可减少支座处弦杆的内力，使弦杆内力分布稍趋均匀。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,（2）梯形屋架：外形与弯矩图相近，因而弦杆内力沿跨度内分布较均匀，用料经济。适用于
14、屋面坡度不大、荷载和跨度较大的情况。与柱可铰接，也可刚接。按支座处端斜杆在上弦时叫上承式，在下弦时叫下承式。一般与柱刚接时常采用下承式，与柱铰接时采用上承式或下承式均可。,上承式屋架,下承式屋架,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,按腹杆布置可分为单斜式、人字式和再分式，原则是使上弦杆不受节间荷载。（3）人字形：一般用于较大跨度。降低了梯形屋架的跨中高度，空间大，制作不需起拱，可适用于多种屋面坡度。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,（4）平行弦屋架：常用作单坡屋面及托架，规格统一，构造简单，便于制造工业化，但弦 杆内力很不均匀。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式
15、及主要尺寸,（5）三铰拱屋架，主要用于轻型钢屋架，跨度18m。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,3.屋架的主要尺寸跨度、跨中高度及端度高度（梯形）（1）跨度：柱网轴线间距为屋架的标志跨度，一般以3m为模数，计算跨度是屋架两端支座反力的距离。封闭结合的屋架简支于钢筋混凝土或砖柱时，考虑屋架一定的构造尺寸， 非封闭结合、屋架简支于柱上， 。封闭结合且屋架与柱刚接。 上柱宽度。非封闭结合且屋架与柱刚接， 两侧内移尺寸。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,（2）高度： 建筑要求及运输要求。 使桁架杆件总重最小的高度方法：1）
16、确定端高： 梯形屋架：1.62.2m刚接时一般不小于 ，一般1.82.4m。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,2）跨中高度： ， 坡度 一般梯形屋架和平行弦屋架： 三角形屋架：（3）上弦节间划分：尽可能使屋面荷载作用在节点上。无檩体系：上弦节间长度等于屋面板宽度，一般1.5m、3m。有檩体系：常取檩条间距的23倍。（4）起拱：为了防止变形过大影响正常使用，对于15m的三角形屋架和24m梯形和平行弦屋架，采用起拱，一般为 。,钢屋盖结构 第三节 普通钢屋架的形式及主要尺寸,第四节 简支屋架设计（一）内力分析荷载：永久荷载屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等）、屋架及支撑、天窗及吊
17、顶的自重 可变荷载屋面均布活荷载，雪荷载、风荷载、积灰荷载、悬挂荷载等。 汇集后的荷载为面荷载，将其化为节点荷载。 荷载标准值； 荷载分项系数，永久荷载1.2，可变荷1.4,钢屋盖结构,其中，屋架及支撑自重可按经验估算。 l跨度，单位m基本假定：各节点为理想铰接点，荷载集中到节点上（节间荷载分配到相邻两个节点上）,节点处的所有杆件轴线同平面且相交于节点中心。简化为桁架体系。不考虑节点刚性及制造误差引起的节点附加应力。理想直杆，各杆汇交于节点，全部铰接。,钢屋盖结构 第四节 简支屋架设计,节间荷载引起的局部弯矩：屋架上弦杆局部弯矩近似计算：端节间的正弯矩取0.8M0，其他节间正弯矩和节点负弯矩（
18、包括屋脊节点）取0.6M0，M0为将相应弦杆节间作为单跨简支梁求得的最大弯矩。,每节间一个集中荷载 每节间两个集中荷载,钢屋盖结构 第四节 简支屋架设计,内力计算和荷载组合1.内力计算：图解法、解析法和电算法。图解法方法：按比例绘出桁架；将各荷载（杆力）之间划分区间，作用单位力；首先作外力平衡；通过节点平衡推出各杆力；确定杆力系数大小及方向（拉、压）。,钢屋盖结构 第四节 简支屋架设计,2.荷载组合：原则组合出可能的最不利的杆件内力。全跨永久荷载全跨屋面活荷载（雪荷载）全跨积灰荷载悬挂吊车荷载全跨永久荷载半跨屋面活荷载（雪荷载）半跨积灰荷载悬挂吊车荷载大型混凝土屋面板的屋架，需考虑：屋架及天窗架（包括支撑）自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载。,钢屋盖结构 第四节 简支屋架设计,轻质屋面材料屋架，需考虑风吸力影响。负风压的竖向分力大于永久荷载时，屋架拉杆变为压杆，此时控制长细比不超过250，不需另外计算风荷载。轻屋面厂房吊车起重量较大（Q300kN）需考虑按框架分析求得的柱顶水平力是否会增加下弦内力或变号。,钢屋盖结构 第四节 简支屋架设计,
