屋盖组成及布置.doc

屋 盖 组 成 和 布 置无檩屋盖1.形式和布置见图 2.组成： 屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板3.传力路线： 屋面荷载 大型屋面板 屋架（或天窗架）4.特点： 屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。有檩屋盖1.形式和布置见 图图2.组成： 轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架3.传力路线： 屋面荷载 屋面板 檩条 屋架4.特点： 屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。 拉条的作用:减小檩条的侧向变形和扭转，一般设在檩条腹杆受压区域。 1.形式和布置见 图2.组成： 轻质屋面板（压型钢板）、檩条、隅撑、水平支撑、钢架3.传力路线： 屋面荷载 屋面板 檩条 钢架4.特点： 轻质、耐火、保温及防水性好，构造简单、施工方便、工业化生产程度高（材料整齐地装箱，现场犹如搭积木）。 屋 盖 结 构 的 支 撑由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方向以半波的形式鼓曲 （图），使得上弦的计算长度为屋架的跨度，承载力下降。其次，屋架下弦虽是拉杆，但侧向无联系时，会引起较大的水平振动和变位，增加杆件和连接中的受力。此外端墙传来的风荷载，仅靠屋架的弦杆承受和传递是不够的。 故支撑设置有下列的作用： l 保证结构的空间作用 l 增强屋架的侧向稳定 l 传递屋盖的水平荷载 l 便于屋盖的安全施工 屋 盖 结 构 的 支 撑1.上弦横向支撑 组成： 屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。 布置：端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和风荷载传递。（有时因天窗架从第二开间起设。） 横向支撑间距大于60m时，中间增设。屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是设上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架时，上弦横向支撑仍需布置。 2.下弦支撑 下弦支撑包括下弦横向支撑和下弦纵向支撑下弦横向支撑 组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：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，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系。 屋架跨度大于18m时，屋架下弦设有悬挂吊车时，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。下弦纵向支撑 组成：系杆、斜杆作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。布置：屋架两边，与横向支撑形成封闭框。 有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车时，有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时，房屋跨度较大、空间刚度要求较高时，均需设置下弦纵向水平支撑。3.竖向支撑组成：系杆、斜杆 作用：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：设有上弦横向支撑的开间内，每隔45个开间布置一道。 布置原则: （1）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、跨度l/3处 （图）。 有天窗、跨度l30m，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端 （图）。 有天窗、跨度l30m，布置在屋架两端、跨度l/3处、天窗架两端 （图）。 （2）三角形屋架 跨度小于18m时，布置在屋架中间 （图）。 跨度大于18m时，一般视具体情况布置两道 （图）。4.系杆作用：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。 系杆分刚性和柔性 布置： o 竖向支撑平面内设通长系杆。 o 水平横向支撑设在第二开间时，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。 o 屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。 轻钢支撑布置 横向水平支撑： 端部或第二开间，横向支撑区段长度不大于60m。 纵向水平支撑： 厂房内有较大的振动设备，厂房有较大的刚度要求时。 系杆： 檩条可兼作系杆。 支撑一般呈平行弦桁架，受力较小，按容许长细比和构造要求是： 拉杆： =400 压杆： =200 当屋架下弦标高大于15m，基本风压大于0.5kN/m2时，与抗风柱连接的水平支撑承受和传递风荷载。 计算简图： 假定压杆不起作用，变为静定桁架，简化计算。 支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用M20粗制螺栓连接，杆件每端至少2个螺栓。 圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件张紧。 节点形式 钢 檩 条实腹式檩条 形式 （图）与屋架的连接方式 计算 简图 荷载计算 对x-x轴 qy=qcos 对y-y轴 qx=qsin q为线荷载。屋面均布活荷载的取值：不上人屋面：对压型钢板等轻质屋面，验算屋面板和檩条时取0.5kN/m2，验算屋架、刚架等承重结构时取0.3kN/m2，施工荷载较大时按实际情况取。上人屋面：按使用要求确定，但不小于1.5kN/m2。 檩条弯矩 拉条设置情况刚度最大主平面的弯矩Mx刚度最大主平面的弯矩My 无拉条 一根拉条两根拉条 强度 无拉条、一根拉条时，采用檩条跨中弯矩；有两根拉条时，如跨中qyqx/3.5，采用跨度1/3处的弯矩。 挠度（只验算垂直于屋面方向的挠度，以保证屋面平整） ，对无积灰的瓦楞铁、石棉瓦； ，对压型钢板、有积灰的瓦楞板、石棉瓦及其它屋面。 整体稳定性如果满足：设置檩间拉条、屋面坡度1/7、屋面刚度较大且与檩条用焊缝或螺栓连牢时，可不作整体稳定性验算。否则需验算 。 桁架式檩条 形式：平面桁架式、T形桁架式和空间桁架式 计算： 看作平面桁架，按结构力学方法计算杆件轴力。上弦还需考虑由均布荷载引起的局部弯矩。 拉条的布置 作用：减小檩条的侧向变形和扭转，提高檩条承载力。 布置： o 檩条跨度46m时，至少跨中设一道拉条，L6m时，设两道。o 屋面有天窗时，天窗两侧檩条间布置斜拉条和直撑杆。 构造：拉条用圆钢，812mm，据檩距和荷载定；撑杆限制檩条的侧向弯曲，其长细比按压杆200。 普 通 钢 屋 架 组成：角钢、节点板焊接而成 特点：标准屋架，受力性能好，构造简单，施工方便。 （1）屋架的外形及腹杆布置 三角形屋架：受力不均匀，刚度小，坡度大，排水好，用于中、小跨度轻屋面结构 梯形钢屋架：外形与弯矩图较接近，受力好，省材料 矩形钢屋架：腹杆长度一致，杆件类型少，标准化、工业化程度高，主要用于托架、支撑体系 （2）屋架主要尺寸 跨度：据工艺需要定，一般为3m模数，12、15、18、21、24、27、30、36m等(注意：柱中心距离) 高度：三角形 h（1/41/6）L 梯形 跨中 h（1/61/10）L端部 h1.62.2m（铰接时） h1.82.4m（刚接时） 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 （1）基本假定 屋架的节点为铰接。 所有杆件的轴线平直且都在同一平面内汇交于节点的中心。 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。 （2）屋架上的荷载和内力计算 永久荷载： 屋面材料、保温层、防水层、吊车顶、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。 可变荷载： 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，取两者中较大值计算。 荷载组合： o 永久荷载可变荷载 o 永久荷载半跨可变荷载 o 屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载 轴力计算 附加弯矩 （图） 杆件计算1.计算长细比 平面内 （图） o 弦杆、支座斜杆、支座竖杆 L0x=L o 其它受压腹杆 L0x=0.8L 平面外 o 弦杆L0y为横向支撑点间的距离 o 腹杆 L0y=L “”、“”截面形式的杆件 L0=0.9L 侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，则弦杆在平面外的计算长度 ， 当L00.5L1时，取L0=0.5L1，N1为较大的压力，取“”，N2为较小的压力或拉力，压力取“”，拉力取“”。 芬克式屋架、再分式腹杆受压杆件在平面外计算长度同上，平面内计算长度为节点长度L。 节点设计1.基本要求 (1）各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。 (2）弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的5。 (3）偏心较大时，需计算偏心弯矩，将此弯矩分配于各杆： Mi所计算杆件承担的弯矩 M 节点偏心弯矩，M（N1N2）e Ki所计算杆件的延刚度 Ki交于节点的各杆件延刚度之和 杆件按偏压（拉）构件设计。 (4）上弦杆直接搁置大型钢筋混凝土屋面板时的加强方式。 (5）节点板形式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免凹角。 (6）角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。 (7）焊接或螺栓连接的屋架节点两杆间最小距离要求。 （图） (8）斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心。 (9）节点板应有足够的强度，厚度一般620mm，同一榀屋架所有节点板应采用同一厚度，节点板不能作为主要传力杆件。施 工 图 施工图需明确：屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。 比例：轴线图与节点图可取不同比例，如轴线可用1:301:20，杆件截面和节点尺寸可用1:151:10，以使节点画清楚些。 起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度大于等于24m的梯形屋架和跨度大于等于15m的三角形屋架，中间起拱约为跨度的1/500。 （图） 施工图设计分为施工设计和详图设计两个阶段，设计文件（图纸）的名称相应为施工图和施工详图，施工图是编制施工详图的依据，施工详图则是施工图的深化和补充。 随着国内钢结构生产企业技术能力的提高，向国际惯用做法靠拢，施工图由设计院完成，施工详图由生产企业的技术科完成。 钢结构设计与施工、防腐蚀的关系 钢结构的设计指导钢结构的施工与防腐蚀，但钢结构的施工和防腐蚀又对设计提出相应的限制和要求。两者的关系是相辅相成的。下图表现了这种互相制约的关系。钢 结 构 的 制 作制作特点（1）钢结构工厂制作有恒定的工作环境；有刚度大、平整度高的钢平台作基准；有高效、精确的设备及工装夹具。作业条件优越，易于保证质量。 （2）钢结构工厂制作的工艺标准较详尽严格。 （3）钢结构工厂制作利于实现机械化，自动化，生产效率高，劳动力成本低。 （4）钢结构工厂制作不占用工地有效工期，有利于加快工程进度，提高投资效益。 制作依据 （1）设计文件 （2）国家及行业有关规范、规程 总体指导标准为钢结构工程施工及验收规范（GB5020595）、钢结构工程质量检验评定标准（GB5022195）。 （3）钢结构制作单位根据设计图和国家有关标准绘制加工零件图、编制工艺卡。工人则根据加工零件图和工艺卡制作。 制作流程：钢结构制作基本流程图 钢结构制作工序说明： 1.材料检验：根据设计文件和规范要求检验主体材料及辅助材料的力学指标、化学成分、工艺性能、几何尺寸及外形。 2.材料堆放：将合格的钢材按品种、钢号、规格分类堆放，垫平、垫高，防止积水和变形。 3.放样：根据审核后的施工图，以1:1的比例绘出零件实样，并制作成轻而不易变形的样板。放样应根据工艺要求预留制作安装时的加工余量。 4.材料矫正：通过外力和加热作用，迫使已发生变形的钢材反变形，以使材料平直。 5.号料：以样板为依据，在原材料上划出实样，并打上各种加工记号。 6.切割：将号料后的钢板、型钢按要求的形状和尺寸下料。常用的切割方法有机械切割、气割、等离子。7.成形：成形可分热成形和冷成形两大类。按具体成形目的又可分为弯曲、卷板、折边和模压四种成形方法。 8.边缘加工：为消除切割造成的边缘硬化而刨边，为保证焊缝质量而刨或铣坡口，为保证装配的准确及局部承压的完善而将钢板刨直或铣平，均为边缘加工。边缘加工分铲、刨、铣、碳弧气刨等多种方法。 9. 制孔：制孔分钻孔和冲孔。钻孔适用性广，孔壁损伤小，孔的精度高。一般用钻床。冲孔，但孔壁质量差，仅用于较薄钢板上的次要连接孔，且孔径须大于板厚。 10. 装配：装配即将零件或半成品按施工图要求装配为独立的成品构件。装配的方法有地样法，依型复制法，立装、卧装、胎模装配法等。 11.焊接：用高温使金属的不同部分熔合为一体的方法即为焊接。钢结构常用的焊接方法有电弧焊、电阻焊、电渣焊等。电弧焊又分手工焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。 12.后处理：包括矫正、打磨、消除焊接应力等。 13.辅助材料准备：包括螺栓、焊条的配套采购、运输和检验。 14.总装：在工厂将多个成品构件按设计要求的空间位置关系试装成局部或整体结构，以检验各部分之间的连接状况。 15.除锈：除锈是钢结构防腐蚀的基本工序，现代钢结构制造厂一般用大型抛丸机进行机械化除锈，效率高而除锈彻底。少量钢结构用喷砂或钢丝刷除锈，前者粉尘污染较大，后者工效低且除锈不易彻底。 16.油漆：室内钢结构一般均用喷漆和刷漆防腐蚀。在工厂喷刷底漆，安装完毕后在工地刷面漆。 17.库存：生产并检验、包装完毕的钢结构构件若不能马上运出则应入库堆放，等待批量运输。 18.发运。钢结构的防腐蚀1. 钢结构防腐蚀的重要意义： 钢结构防腐蚀是钢结构设计、施工、使用中必须解决的重要问题，它牵涉到钢结构的的耐久性、造价、维护费用、使用性能等诸多问题。 2. 钢结构防腐蚀的常用方法： （1）钢材本身抗腐蚀：采用耐候钢； （2）长效防腐蚀：用热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层进行钢材表面处理，使钢结构在露天条件下的防腐蚀年限达到2030年，甚至更长。 （3）普通涂层法：在钢材表面喷（涂）油漆或其它防腐蚀涂料，一般用于室内钢结构的防腐蚀。 （4）阴极保护法：一般用于水下或地下钢结构。 3. 钢结构设计与防腐蚀工艺的相关问题： （1）钢结构设计中的构件尺度划分要与防腐蚀工艺协调。如果采用热浸锌方法作长效防腐蚀处理时，构件长度及高、宽均受热浸锌镀槽尺寸的限制，一般不超过8m长，500mm宽或高。当然，有大型镀槽时可放宽到14m长，1500mm宽或高。 （2）防腐蚀工艺流程对钢构件构造处理有不同要求。如热浸锌时构件整体受高温作用，因而管状构件不允许两端封闭，若有封闭空腔则会在镀锌时由于内部空气膨胀而爆裂，造成安全事故。而采用热喷铝复合涂层或涂层法时，为了避免管状构件内部腐蚀及内部防腐蚀处理的不便，一般要将管状构件两端作气密性焊接封闭。 （3）室外钢结构设计中焊接贴合面的避免。室外钢结构构件或钢板焊接连接时，若互相之间有贴合面（贴合边不在其列），则在贴合面内的防腐蚀处理必然不彻底，经长期锈蚀会影响结构的耐久性，因此应该避免。 （4）现场焊缝处防腐蚀涂层处理。现场焊接之前应将焊缝附近的防腐蚀层清除。因而也就破坏了防腐蚀涂层。对于油漆等涂料，只要重新涂覆即可。对于长效防腐蚀涂层，如热浸锌或热喷铝，则现场很难恢复，因而只能用效果相近的涂料作补救处理，对此设计应有明确的规定。钢结构的安装钢结构的安装与一般结构的安装既有共同点，也有差别。 钢结构的安装机具选择、场地布置、安全措施等方面与预制钢砼结构安装基本类同，在此不再叙述。所不同的是安装前的某些准备工作，安装中的稳定和连接问题。 1. 钢结构安装的准备： 施工组织设计 钢结构安装的施工组织设计应简要描述工程概况、全面统计工程量、正确选择施工机具和施工方法、合理编排安装顺序、详细拟订主要安装技术措施、严格制定安装质量标准和安全标准、认真编制工程进度表、劳动力计划以及材料供应计划。 施工前的检查 施工前的检查包括钢构件的验收、施工机具和测量器具的检验以及基础的复测。 （1）钢构件的验收 对钢构件应按施工图和规范要求进行验收。钢构件运到现场时，制造厂应提供产品出厂合格证及下列技术文件： 设计图和设计修改文件； 钢材和辅助材料的质保单或试验报告； 高强螺栓摩擦系数的试测资料； 工厂一、二类焊缝检验报告； 钢构件几何尺寸检验报告； 构件清单。 安装单位应对此进行验收，并对构件的实际状况进行复测。若构件在运输过程中有损伤，还须要求生产厂修复。 （2）施工机具及测量器具的检验 安装前对重要的吊装机械、工具、钢丝绳及其它配件均须进行检验，保证具备可靠的性能，以确保安装的顺利及安全。 安装时测量仪器及器具要定期到国家标准局指定的检测单位进行检测、标定，以保证测量标准的准确性。 基础的复测。 钢结构是固定在钢砼基座（基础、柱顶、牛腿等）上的。因而对基座及其锚栓的准确性、强度要进行复测。基座复测要对基座面的水平标高、平整度、锚栓水平位置的偏差、锚栓埋设的准确性作出测定。并把复测结果和整改要求交付基座施工单位。2. 钢结构安装中的稳定问题： 钢结构构件是在特定的状态下使用的。在相对较为随机的施工状态下，其系统或构件的稳定条件会发生较大的变化。所以在安装时，要充分考虑它在各种条件下的构件单体稳定和结构整体稳定问题，以确保施工安全。 构件单体稳定问题是指一个构件在工地堆放、起扳、吊装、就位过程中发生弯曲、弯扭破坏和失稳。因而对于较薄而大的构件均应考虑这一问题。必要时要用临时支撑对构件的弱轴方向进行加固。如单片平面桁架及高宽比相当大的工字梁等。 结构整体稳定问题是指结构在吊装过程中支撑体系尚未形成，结构就要承受某些荷载（包括自重）。所以在拟订吊装顺序时必须充分考虑到这一因素，保证吊装过程中每一步结构都是稳定的。若有问题可加临时缆风等措施解决。 3. 钢结构安装连接问题 ： 钢结构的现场连接主要是普通螺栓连接、高强螺栓连接及焊接。 普通螺栓主要用于受弯、受拉的节点。螺栓以受拉为主。加适当预应力后，也大量用于输电塔等结构抗剪连接中。普通螺栓拧紧后，外露丝扣须不少于23扣。普通螺栓应有防松措施，如双螺母或扣紧螺母防松。螺栓孔错位较小者可用铰刀或锉刀修孔，不得用气割修孔。 高强螺栓连接一般用于直接承受动力荷载的重要结构中。其主要特点是通过接触面的摩擦来传递剪力。所以在高强螺栓安装时，摩擦面的作法及粗糙度必须按规范要求加工。其次还要进行摩擦系数和扭矩系数试验。在安装时要测定螺栓的初拧扭矩和终拧扭矩。 工地焊接