单层厂房结构课件1

1、第七章第七章 单层厂房结构单层厂房结构7-1 7-1 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置P170)P170)一钢结构厂房的应用一钢结构厂房的应用 钢结构厂房的特点：承载能力大，整体刚度大，抗震性能好，耐热（但不耐火），制做安装运输都方便，因此在重型厂房及大型厂房中应用很普遍。1大型冶金厂房： 炼钢车间、轧钢车间，如鞍钢，首钢，武钢，宝钢的主要厂房都是钢结构。2重型机械制造厂房，如哈尔滨电机厂大型电机装配车间，通常大型装配车间配有双层吊车，这里主要是柱子的计算及构造。3大型造船厂，火力发电厂，飞机制造车间，过去，通常也做成平面结构，而多年来，采用平板网架结构。二单层厂房结构的组成二单层厂房

2、结构的组成 我国采用的厂房钢结构常采用平面框架结构体系，如图7.1，它是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或桁架）、支撑体系及墙架系统等组成。1 1、横向平面框架、横向平面框架柱子+屋架，是厂房的主要承重体系，绝大部分荷载都要通过它传到地基。2 2、屋盖结构、屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系。包括屋架、托架、屋面板或檩条、天窗架等。承受屋面的竖向及横向水平荷载。3 3、支撑体系、支撑体系包括屋盖支撑及柱间支撑。4 4、吊车梁和制动（或制动桁架）、吊车梁和制动（或制动桁架）承受吊车的竖向和水平制动力，并传给框架。5 5、墙架、墙架承受墙体的自重和风荷载。二、厂房结构设计步骤二、厂房结构设计步骤（分三

3、阶段）1 1、结构选型及整体布置：、结构选型及整体布置：包括：柱网布置；确定横向框架形式及主要尺寸；布置屋盖结构、吊车梁系统及墙架、支撑体系；选择各部分结构采用的钢材标号。此过程中，应充分了解生产工艺，使用要求、地质资料、交通运输及材料供应等情况，与建筑工艺设计相配合。2 2、技术设计：、技术设计：根据已定的结构方案进行荷载计算，结构内力分析，计算各构件所需的截面尺寸及设计各构件之间的连接。3 3、绘制施工图：、绘制施工图：据技术设计确定的构件尺寸和连接，绘制施工图。三、柱网和温度伸缩缝的布置三、柱网和温度伸缩缝的布置（一）柱网布置（一）柱网布置：确定厂房的跨度、跨数和柱距时，应考虑以下因素：

4、1 1、满足（取决于）生产工艺的要求。、满足（取决于）生产工艺的要求。即柱子的位置应与地下、地上的生产设备和工艺流程相配合。2 2、满足结构要求：、满足结构要求：为保证车间正常使用，有利于吊车运行，应把柱子布置在同一横向轴线上见图7.2，以便与屋架组成横向框架，保证厂房的横向刚度。3 3、符合经济合理的要求。、符合经济合理的要求。柱距大时，沿厂房纵向布置的构件，如吊车梁、托架等由于跨度大而用钢量增大，但柱子和基础则数量少，用钢量减少，最适宜的柱距与柱子上的荷载及柱高有关，设计中应结合工程具体情况进行综合方案比较才能确定。4 4、符合柱距规定要求、符合柱距规定要求（即构件统一化、标准化要求）。统

5、一化、标准化可降低制作和安装费用，故设计时：对厂房横向：对厂房横向：当 L18m时，跨度以3m为模数 当 L18m时，跨度以6m为模数对厂房纵向：对厂房纵向：即柱距，以前一般采用6m或12m，现在因压型钢板的日益应用，常以18m，甚至24m作为基本柱距。（二）温度缝（二）温度缝厂房结构将随温度变化产生温度变形及温度应力，当厂房平面尺寸较大时，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。 温度缝的做法：温度缝的做法：可以设单柱，也可以设双柱来实现温度缝构造。普遍的做法是设置双柱。 设置双柱即在缝的两旁布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线与定位轴线重

6、合，P171图7.2a）；在设备布置条件不允许时，可采用插入距的方式即P171图7.2b），将缝两旁的柱放在同一基础上。 当厂房宽度较大时，应设置纵向温度伸缩缝。P1727.2 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式P172略略7.3 7.3 屋盖结构屋盖结构P177一、屋盖结构的形式一、屋盖结构的形式 1 1、屋盖结构体系、屋盖结构体系屋盖的布置分有檩和无屋盖的布置分有檩和无檩两种布置方案。檩两种布置方案。（1 1）无檩屋盖）无檩屋盖在屋架上直接铺设大型屋在屋架上直接铺设大型屋面板面板。屋架间距即为大型屋面板的跨度，一。屋架间距即为大型屋面板的跨度，一般为般为6M6M，也有，也有12M12M的

7、。的。优点：优点：横向刚度大，整体性好，构造简单，耐横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久性好，构件种类和数量少，速度快，易铺久性好，构件种类和数量少，速度快，易铺保温层等。保温层等。缺点：缺点：屋面自重大，导致屋盖及下部结构用料屋面自重大，导致屋盖及下部结构用料多，且抗震性差。多，且抗震性差。（2 2）有檩屋盖）有檩屋盖在屋架设置檩条，檩条上再铺设石棉瓦等屋面材料。优点：优点：构件重量轻，用料省，运输安装方便。缺点：缺点：整体刚度差，构造复杂，构件数量多，吊装次数多。无檩屋盖无檩屋盖多用于对刚度要求较高的中型以上厂房有檩屋盖有檩屋盖多用于对刚度要求不高的中、小型厂房，特别是轻型屋面材料的情况，

8、如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。二、屋架形式二、屋架形式1 1、屋架外形：、屋架外形：常用外形有三角形、梯形、平行弦桁架等，见P178179。 2 2、确定屋架外形及腹杆布置时的原则、确定屋架外形及腹杆布置时的原则1 1）使用要求：）使用要求：屋架外形应与屋面材料排水要求相适应如：当屋面材料采用瓦、铁皮、钢丝网等时； 上弦坡度应陡些，以利排水， 一 般 :i =1/51/2 ； 而粘土瓦:i =1/2.51/2 ； 石棉瓦 :i =1/31/2当采用大型屋面板、上铺卷材防水屋面时，坡度可平缓些，一般i =1/121/8 2 2） 经济要求：经济要求：屋架外形应尽量与弯矩图相配合，

9、此时能充分发挥材料的作用。而且腹腹杆布置标准杆布置标准：）节点少，杆件少， ）杆件不能太大、太长（长杆拉，短杆压；杆件短，截面小）， ）杆件之间夹角=3060。 荷载布置尽量布置在桁架的节点上，避免因节间荷载使杆件局部受弯。3 3）制造安装简便：）制造安装简便：节点构造要简单合理。3 3、各种屋架介绍：、各种屋架介绍： 三角形屋架：三角形屋架：多用于屋面坡度较陡的有檩屋盖体系中，类型有：a a）人字式）人字式 特点：节点少，腹杆少，受压腹杆较长，适用于跨度较小（L18M）的情况 B B）芬克式：）芬克式： 上弦杆可根据需要划分成任意等距离节间，长腹杆受拉，短杆受压，腹杆数量多，但总长度短，杆件

10、夹角适中，还可划分成左右两个较小的桁架，便于运输，适用于各种跨度，应用最广。c）单斜式腹杆（P178图），用得较少，不详细介绍。 d) 折线式下弦（或上弦） 可增大支座处杆件夹角，使上弦杆受力减小，内力分布均匀，再使节点构造方便。(一般降低高度0.5m, 否则杆件易失稳) 三角形屋架的缺点是：三角形屋架的缺点是：由于其外形与M图不相适应，因而弦杆内力沿屋架跨度内力分布不均匀。支座处大，跨中小；支座附近节点处，杆件之间夹角过小。 梯形屋架梯形屋架由于外形与M图较接近，因而弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料比较经济，目前在无檩的大型屋面板屋盖中得到广泛应用。适用于适用于屋面坡度较为平缓的无檩屋盖体中，

11、腹杆体系有： a a）人字式：）人字式：腹杆总长度短，节点较少，但局部承受弯曲。 b b）再分式：）再分式：如右图虚线所示，避免了局部承受弯曲，同料经济，但节点和腹杆数增多，制造麻烦。c c）单斜式。）单斜式。较少 人字形屋架人字形屋架其上、下弦可以是平行的，坡度1/201/10（见下图7.13）。节点构造较为统一。也可以上、下弦不平行（不同坡度）或者下移有一部分水平段（如图c），以改善屋架受力情况，制作时可不起拱，多用于较大跨度。可适用不同的层面坡度。 平行弦桁架：平行弦桁架：上、下弦杆平行，弦杆及腹杆分别等长，节点相同，杆件规格化，节点构造统一，便于制作工业化，但弦杆内力分布不均匀（见下图

12、7.13）。三、屋盖支撑三、屋盖支撑 为了将厂房结构各构件组成一个具有足够强度、刚度和稳定性的空间整体结构，有效而又经济合理的方法是在平面框架之间设置支撑。（拐杖作用） 支撑体系支撑体系有屋盖支撑和柱间支撑，本节只讲屋盖支撑。由于屋架跨度有24M，3M高，相当于一层楼，弦杆为，显然不稳，易倒，为防止屋架前后倒，要设支撑。 1 1、屋盖支撑的组成、屋盖支撑的组成：屋盖支撑体系由：屋盖支撑体系由：上弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑，纵向水平支撑，竖直支撑及系杆组成，设置在屋架之间。 2 2、屋盖支撑的作用：、屋盖支撑的作用：保证整个屋盖结构的空间整体稳定保证整个屋盖结构的空间整体稳定。 怎样保证呢

13、？柱子和墙体是不动体，图中a点沿纵向是不动点，b也是不动点，又由桁架的二元体规则推知：c、d、e都是不动点，c、d也是不动点。上、下上、下弦弦横向水平支撑、垂直支撑保证了第一榀、横向水平支撑、垂直支撑保证了第一榀、第二榀屋架的稳定，从而形成一个空间稳定区格。第二榀屋架的稳定，从而形成一个空间稳定区格。 同理，最后两榀也形成空间稳定区格。这样已保证了第一、第二及最后两榀的稳定，而中间几榀只要用直杆（系杆）把它们串起来即可。 两端稳定区格两端稳定区格+ +系杆系杆保证整个屋盖结构的保证整个屋盖结构的稳定稳定。 为屋架上、下弦杆提供侧向支承，保证屋架受压上为屋架上、下弦杆提供侧向支承，保证屋架受压上

14、弦杆在屋架平面外（出平面）的稳定，减少上弦压弦杆在屋架平面外（出平面）的稳定，减少上弦压杆出平面的计算长度，杆出平面的计算长度，上弦杆为每根杆件为 ，有两根轴x和y 平面外（出平面）平面外（出平面）指垂直于屋架平面绕Y轴，平面内（即屋架平面内）平面内（即屋架平面内）指绕X轴弯曲失稳。由于此时有腹杆支承，短，但如果在两屋架间没有横向水平支撑和系杆，则受压上弦杆在屋架平面外的自由长度将成为屋架上弦的长度。 上上弦横向弦横向水平支撑的节点成为上弦杆的侧水平支撑的节点成为上弦杆的侧向不动支点向不动支点。 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 安装时还没有屋面板，前后易摇晃摆动。 承担传

15、递水平荷载及减少下弦杆的振动承担传递水平荷载及减少下弦杆的振动（因动载） （如风载，悬挂吊车水平荷栽和地震荷栽）由下弦横向水平支撑承担 增加房屋的整体刚度增加房屋的整体刚度。 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑P182不论是有檩还是无檩体系都应在屋架上弦及天窗架上弦平面内设置横向水平支撑。 1）设置位置：）设置位置：上弦横向水平支撑一般设在房屋两端或横向温度伸缩缝区段两端的第一或第二个柱间。一般第一个，除非有时为了配合山墙承重或天窗架支撑等因素时设在第二柱间。 2）两横向水平支撑间距）两横向水平支撑间距60M。 3）节间长度约为屋架节间距离的）节间长度约为屋架节间距离的2-4倍倍，见前面立体图或

16、上图。3 3、屋盖支撑布置：、屋盖支撑布置： 下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑当屋架间距当屋架间距12M12M尚尚应在屋架下弦设置下弦横向水平支撑，但当屋应在屋架下弦设置下弦横向水平支撑，但当屋架跨度较小架跨度较小L18ML18M时又无起重机和吊车、无较时又无起重机和吊车、无较大振动设备时可不设，否则均应设置。大振动设备时可不设，否则均应设置。 设置位置：设置位置：下弦横向水平支撑应与上弦横下弦横向水平支撑应与上弦横向水平支撑设置在同一柱间。向水平支撑设置在同一柱间。成对的横向水成对的横向水平支撑是形成空间稳定区格的基本部分。平支撑是形成空间稳定区格的基本部分。纵向水平支撑纵向水平支撑一般情况

17、下，屋架可不设置纵向水平支撑，只有在房屋有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车等较大振动设备，以及房屋高度或跨度较大或空间刚度要求较大时，才设置纵向水平支撑。设置位置：设置位置：）当屋架间距）当屋架间距L L12M12M时，布置在时，布置在下弦下弦平面，但三角平面，但三角形屋架及端斜杆为下降式且主要支座设在上弦的梯形屋架及端斜杆为下降式且主要支座设在上弦的梯形屋架和人字形屋架形屋架和人字形屋架也可布置在上弦也可布置在上弦平面，平面，）L12ML12M时，布置在上弦平面（见图时，布置在上弦平面（见图7.187.18，P182P182）。）。 沿两纵向柱列设置，沿房屋全长布置，以便与上、沿两纵向柱列设置

18、，沿房屋全长布置，以便与上、下弦横向水平支撑形成封闭的支撑体系，同时还可下弦横向水平支撑形成封闭的支撑体系，同时还可承受和传递山墙水平风荷载或地震力。承受和传递山墙水平风荷载或地震力。 垂直支撑垂直支撑是形成稳定、几何不变的屋盖结构不可缺少的有效构件，凡是设置横向支撑的柱间都沿房屋纵向设置垂直支撑。 设置位置：设置位置：位于上、下弦横向水平支撑同一开位于上、下弦横向水平支撑同一开间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁架，一般采用架，一般采用W W形或形或V V形。形。具体布置如下：具体布置如下： 梯形屋架：梯形屋架：除屋架两端各设一道外，当除屋架两端各设一

19、道外，当L30ML30M时，中时，中部加设一道部加设一道L L30M30M时，中部设二道。（见下图时，中部设二道。（见下图a a、b b）三角形屋架：三角形屋架：除屋架两端各设一道外，除屋架两端各设一道外，L18ML18M时，跨时，跨中坚杆平面内设一道，中坚杆平面内设一道，L L18M18M时，跨中坚杆平面内设二道。（见图时，跨中坚杆平面内设二道。（见图c c、d d）天窗支撑：天窗支撑：一般设置在天窗架两侧，一般设置在天窗架两侧，当天窗宽度当天窗宽度12M12M时，还应在中央设置一道垂直支时，还应在中央设置一道垂直支撑。）撑。）（见上图（见上图a a、b b）12m30m12m30m18m1

20、8ma)b)c)d)llll系杆系杆对于未设横向支撑的开间，相邻屋对于未设横向支撑的开间，相邻屋架由系杆连接。架由系杆连接。设置位置：设置位置：）在上弦平面内，无）在上弦平面内，无檁檁屋盖中应设在屋脊处和屋架端屋盖中应设在屋脊处和屋架端部处；有部处；有檁檁屋盖只在有天窗下的屋脊处。屋盖只在有天窗下的屋脊处。）下弦平面内，当屋架间距为）下弦平面内，当屋架间距为6m6m时，应在屋架端部处、时，应在屋架端部处、下弦杆有弯折处等。下弦杆有弯折处等。 系杆的作用是对屋架上、下弦杆提供侧向支撑，系杆的作用是对屋架上、下弦杆提供侧向支撑，特别是未设横向支撑的弦杆。分：特别是未设横向支撑的弦杆。分：柔性系杆柔

21、性系杆只能承受拉力的系杆叫柔性系杆。只能承受拉力的系杆叫柔性系杆。 =150=150；刚性系杆刚性系杆还能承受压力的系杆叫刚性系杆。还能承受压力的系杆叫刚性系杆。 =200=200。1 1）一般在屋架下弦端部及上弦屋架屋脊处设）一般在屋架下弦端部及上弦屋架屋脊处设刚性系杆，其它设柔性系杆。刚性系杆，其它设柔性系杆。2 2）当房屋两端有山墙时，上、下弦横向水平）当房屋两端有山墙时，上、下弦横向水平支撑及垂直支撑可设在第二柱间，这时第一支撑及垂直支撑可设在第二柱间，这时第一开间的所有系杆均应设为刚性柔杆。开间的所有系杆均应设为刚性柔杆。3 3）其它情况设置柔性系杆。）其它情况设置柔性系杆。对于有对

22、于有檁檁屋盖，屋盖，檁檁条可兼作系杆，此时在上弦条可兼作系杆，此时在上弦不再设置系杆。不再设置系杆。 4 4、屋盖支撑形式和设计、屋盖支撑形式和设计 1 1）形式：）形式：支撑体系一般均为平行弦桁架，腹支撑体系一般均为平行弦桁架，腹杆布置形式如下：杆布置形式如下： 斜腹杆一般采用十字交叉式（如斜腹杆一般采用十字交叉式（如P219P219图），斜腹杆和弦杆的交角值在图），斜腹杆和弦杆的交角值在30306060之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋之间。通常横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节间距离架上弦节间距离2 24 4倍，纵向水平支撑的宽倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度。一般为度取屋

23、架端节间的长度。一般为6m6m左右。左右。2 2）设计：）设计：屋盖支撑因受力较小，一般不进行屋盖支撑因受力较小，一般不进行内力计算，其尺寸由杆件容许长细比和构造内力计算，其尺寸由杆件容许长细比和构造要求确定。要求确定。）交叉斜腹杆的斜杆（即）交叉斜腹杆的斜杆（即a)a)、b b）的斜腹杆）的斜腹杆）按拉杆设计按拉杆设计。常采用单角钢做。常采用单角钢做。 设计时，假定设计时，假定N N作用下压杆屈曲失稳退出作用下压杆屈曲失稳退出工作：工作： ）而对单腹杆系：则不同，）而对单腹杆系：则不同，N N方向不同，腹方向不同，腹杆有可能受拉也有可能受压，设计时杆有可能受拉也有可能受压，设计时一律按一律按

24、压杆设计。压杆设计。规定：非交叉斜杆、弦杆、横杆及刚性系杆规定：非交叉斜杆、弦杆、横杆及刚性系杆按压杆设计按压杆设计a a）、）、c c）的坚杆、弦杆及）的坚杆、弦杆及b b）、）、d d）的所有杆）的所有杆件均按压杆设计。件均按压杆设计。3 3）杆件截面形式：）杆件截面形式： 5 5、屋架主要尺寸、屋架主要尺寸指指屋架跨度屋架跨度、跨中高度跨中高度及及端部高度端部高度（书上没）（书上没） （1 1）跨度跨度取决于柱网布置；标志跨度标志跨度 指柱网轴线的横向间距，以3m为模数。计算跨度计算跨度 指屋架两端支座反力的距离。 ）当屋架简支于钢筋混凝土或砖柱，且柱网封闭）当屋架简支于钢筋混凝土或砖柱

25、，且柱网封闭结合时：结合时：考虑到屋架支座处需一定的构造尺寸，取 ，。 ）当屋架支承于钢筋混凝土柱上，柱网采用非封）当屋架支承于钢筋混凝土柱上，柱网采用非封闭结合时闭结合时， ）当屋架与柱刚接时）当屋架与柱刚接时，其计算跨度 取与钢柱内侧面之间的距离。l0l)400300(0ll ll 00l（2 2）高度）高度指跨中最大高度。指跨中最大高度。 取决于经取决于经济、刚度、建筑要求及运输界限、屋面坡度济、刚度、建筑要求及运输界限、屋面坡度等。等。 hminhmin取决于刚度条件，即取决于刚度条件，即vvvv hman hman取决于运输界限，如铁路运输界取决于运输界限，如铁路运输界限为限为3.8

26、5m3.85m。 经济高度经济高度据屋架杆件的总用钢量最少据屋架杆件的总用钢量最少的条件确定。的条件确定。高度的确定方法高度的确定方法：（见 P178、179中间）据屋架形式和设计经验确定端高： =0（三角形） =0.51.0m (陡坡梯形) =1.82.1m（缓坡梯形） 且满足：当与柱刚接时： =(1/101/16)， 常取1.82.4m 当与柱铰接时： 1/18， 常取1.82.4m0h0h0hll）然后，据屋面材料所要求的屋面坡度计算）然后，据屋面材料所要求的屋面坡度计算出屋架的跨中高度：出屋架的跨中高度： ，一般可在下列范围内采用：一般可在下列范围内采用：ilhh210梯形和平行弦屋架

27、三角形屋架）（lhlh)61101(4161下弦一点起拱：下弦一点起拱： 较大时，产生挠度较大，较大时，产生挠度较大，对对 15 m15 m的三角形和的三角形和 24m24m的梯形和平行弦屋架，的梯形和平行弦屋架，当下弦无向上折时，宜采用起拱，即预先给当下弦无向上折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度，起拱高约产生的部分挠度，起拱高约/500/500，但当采用但当采用图解法和屋架杆件内力时，可不考虑起拱高图解法和屋架杆件内力时，可不考虑起拱高度度。llll 四、屋架荷载和内力计算：四、屋架荷载和内力计算： （一）屋架

28、荷载计算与荷载组合（一）屋架荷载计算与荷载组合1 1、屋架荷载：、屋架荷载： 屋架荷载有：屋架荷载有：永久荷载：永久荷载：屋面材料（保屋面材料（保温层、防水层、屋面板等）、温层、防水层、屋面板等）、檁檁条、支撑、天条、支撑、天窗等自重）；窗等自重）； 可变荷载：可变荷载：（屋面活荷载、风荷载、积灰、风（屋面活荷载、风荷载、积灰、风雪等）。雪等）。 各种材料的荷载可以查规范，如各种材料的荷载可以查规范，如 青平瓦、挂瓦条青平瓦、挂瓦条: :可查出可查出0.539KN/m0.539KN/m2 2；油毡油毡:0.098KN/m:0.098KN/m2 2；砼砼檁檁条（条（18cm18cm6cm6cm）

29、:0.32KN/m:0.32KN/m2 2；屋架自重屋架自重经验公式经验公式=0.12+0.011=0.12+0.011 （7.13）l计算时沿屋面斜面分布的永久荷载换计算时沿屋面斜面分布的永久荷载换算成为水平投影面上分布的荷载计算，即算成为水平投影面上分布的荷载计算，即。 akq为屋面倾角）(cos/akkqq cosAqAqakk2 2、节点荷载计算：、节点荷载计算：作用于屋架作用于屋架上弦节点的集中上弦节点的集中荷载荷载P P可按各种均可按各种均布荷载对节点汇布荷载对节点汇集进行计算。集进行计算。2 . 1G标准值：标准值：(s(s屋架间距屋架间距) )，设计值：设计值： saqpksa

30、qpkQG),(式中：式中： 荷载分项系数，荷载分项系数，永久荷载永久荷载 ； 可变荷载可变荷载 ； 按屋面水平投影面分布按屋面水平投影面分布的荷载标准值；的荷载标准值； ).(QG4 . 1Gkq2 . 1G3 3、荷载组合：、荷载组合：设计屋架时，应根据使用和施设计屋架时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架杆件的内力。一般情况下，对平行弦、梯形等杆件的内力。一般情况下，对平行弦、梯形等钢屋架应考虑以下钢屋架应考虑以下三种荷载组合三种荷载组合：1 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；2 2）全跨永久荷载）

31、全跨永久荷载+ +半跨可变荷载；半跨可变荷载；3 3）全跨屋架、天窗架和支撑自重）全跨屋架、天窗架和支撑自重+ +半跨屋面板半跨屋面板 自重自重+ +半跨屋面活荷载。半跨屋面活荷载。 在考虑荷载组合时，屋面活载和雪载不考在考虑荷载组合时，屋面活载和雪载不考虑同时作用，可取两者中的较大值计算。虑同时作用，可取两者中的较大值计算。 多数情况下按第一种组合计算的杆件内力多数情况下按第一种组合计算的杆件内力最不利，但在后两种组合下，屋架在跨中部分最不利，但在后两种组合下，屋架在跨中部分的斜腹杆内力可能变号，会由拉杆变成压杆，的斜腹杆内力可能变号，会由拉杆变成压杆，而且可能是最大，故须给予考虑。而且可能

32、是最大，故须给予考虑。 同学在做同学在做课程设计时，按满跨布置计算内课程设计时，按满跨布置计算内力，但中部腹杆一律按压杆设计。力，但中部腹杆一律按压杆设计。（二）杆件内力计算 屋架杆件内力可用数解法、图解法或借助电算求得，对三角形和梯形屋架一般用图解法较简便。 1 1、力图：、力图：当求某指定杆件内力时，用数解法，当求全部杆件内力时用图解法，虽有误差，但在工程中允许，屋架设计时，先作单位荷载作用下的单位力图。例1：先求反力：先求反力：按一定比例尺求出桁架的按一定比例尺求出桁架的几何图形，并用数解法求几何图形，并用数解法求出其支座反力。出其支座反力。( (如如R R左左=3.5KN=R=3.5K

33、N=R右右) ) 编号：编号：在桁架图中，外力（荷载和反力）的作用线、在桁架图中，外力（荷载和反力）的作用线、和各杆轴线将平面划分为若干区域；对每个区域标一和各杆轴线将平面划分为若干区域；对每个区域标一个字母或数字作记号，如图中：个字母或数字作记号，如图中：外力之间的区域用编号：外力之间的区域用编号：a a、b b、c c、d d、e e；杆件之间的区域用编号：杆件之间的区域用编号：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5按一定的比例尺画出已知外力的力多边形按一定的比例尺画出已知外力的力多边形（如按（如按1cm=1kN1cm=1kN的比例）的比例） ）结点）结点A A：先作先作R R左、左、R

34、R右右的平行线的平行线并取长为并取长为3.5cm3.5cm，方向，方向abab；再过；再过a a及及b b各作一各作一线段平行于线段平行于ADAD和和ABAB，交点记为，交点记为1 1，则得力多边，则得力多边形形ab1ab1；线段；线段b-1b-1及及1-a1-a分别代表和，分别代表和，方向：方向：在力多边形中应首尾相连。由图知，只在力多边形中应首尾相连。由图知，只须把力须把力b1b1放到原屋架图中即可，判别是拉还是放到原屋架图中即可，判别是拉还是压，压，N NABAB指向结点指向结点A A，故为压力。，故为压力。N NADAD背离背离A A，故为，故为拉，拉，大小：大小：可用尺量出，可用尺量

35、出，如为如为4.2cm4.2cm和和2.7cm2.7cm。）再看结点）再看结点B B： 先作出已知力先作出已知力b-cb-c为为1 1，1-b1-b为为4.24.2，再过，再过C C及及1 1分别作分别作BCBC的平行线和的平行线和BDBD的平行线，交点为的平行线，交点为2 2，据力的首尾相连性定出方向，再用尺量出，据力的首尾相连性定出方向，再用尺量出大小，如为大小，如为3.7cm3.7cm和和0.5cm0.5cm。注：注：图应画在图应画在b-cb-c的的左边，若画右边，左边，若画右边，则力多边形不封闭；则力多边形不封闭；是拉还是压将力放到原是拉还是压将力放到原图即知，图即知，3.73.7为压

36、，为压，0.50.5为拉。为拉。 ）结点）结点C C：同样可作同样可作c-dc-d为为1 1，c-2c-2为为3.73.7，再作，再作d-3d-3，3-23-2量出，并定出方量出，并定出方向。向。 以上我们是把每个结点分开做的，由于每以上我们是把每个结点分开做的，由于每一根杆件联系两个结点，其内力都要在图中出一根杆件联系两个结点，其内力都要在图中出现两次，且指向相反，为减少画图工作量，可现两次，且指向相反，为减少画图工作量，可以将重复出现的内力合并，则上述各力多边形以将重复出现的内力合并，则上述各力多边形图即可合并为一个图。但是由于各内力的指向图即可合并为一个图。但是由于各内力的指向都有两个不

37、同方向，故合并以后易搞错，都有两个不同方向，故合并以后易搞错，故规定：故规定：每个力从顺时针方向的区域记号读力每个力从顺时针方向的区域记号读力（如（如A A点，点，R R左左读作读作a-ba-b， N NABAB读读b-1b-1，b-1b-1指向指向A A，为压力，反之对为压力，反之对B B点则读点则读1-b1-b，也指向，也指向B B），），该力指向结点则为压力；背离结点，则为拉力。该力指向结点则为压力；背离结点，则为拉力。 在画结点在画结点D D时注意：时注意：34a1234a12力力1-21-2和和2-32-3第二次用到，原来力第二次用到，原来力3-23-2在结点在结点C C中中指向指向

38、C C，即，即3232为压力，故在结点为压力，故在结点D D中也应指向中也应指向D D，故方向应为，故方向应为2323，同样力，同样力1-21-2原来为拉力原来为拉力2121，故结点，故结点D D中中也为拉力也为拉力1212。 A A、B B、C C、D D的顺序作图：的顺序作图：注注意先意先D D后后E E。 合成的力多边形称为合成的力多边形称为克马图克马图。 a-b-1a-b-1，bc21bc21，cd32cd32把每个结点都画出，即得把每个结点都画出，即得克克马图马图，详细见结构力学教材。，详细见结构力学教材。 例例2 2：再分式的处理：再分式的处理 对于这种联合桁架，用图解法时，画出三

39、对于这种联合桁架，用图解法时，画出三个结点后画不下去了。以后每个结点都至少有个结点后画不下去了。以后每个结点都至少有三个未知力，三个未知力，此时必须将下弦杆（中间一段）此时必须将下弦杆（中间一段）的内力用截面法先算出的内力用截面法先算出(1-1(1-1截面切开截面切开, ,对对C C点取点取矩得矩得) )，以后再用图解法画下去，再作第二个，以后再用图解法画下去，再作第二个上弦结点的内力图。上弦结点的内力图。 2 2、局部弯矩、局部弯矩( (由节间荷载引起由节间荷载引起) )的计算的计算有有节间荷载作用的桁架：节间荷载作用的桁架：(1)(1)先把节间荷载分配先把节间荷载分配在相邻的两个节点上，并

40、按节点荷载求出各杆在相邻的两个节点上，并按节点荷载求出各杆件的轴心力，件的轴心力，(2)(2)然后计算由节间荷载引起的然后计算由节间荷载引起的局部弯矩。局部弯矩。局部弯矩的计算方法：局部弯矩的计算方法： 先按不动支座算出简支跨的先按不动支座算出简支跨的M M0 0：)cos410dQM（然后再考虑节点位移的影响，再乘以调整系数，然后再考虑节点位移的影响，再乘以调整系数，作为有节间荷载作用的屋架上弦的局部弯矩：作为有节间荷载作用的屋架上弦的局部弯矩：第一跨间正弯矩：第一跨间正弯矩：M M1 1=0.8M=0.8M0 0；其它跨正、负弯矩：其它跨正、负弯矩：M M2 2=0.6M=0.6M0 0。

41、（见。（见P185P185图图7.22a7.22a）3 3、风荷载、风荷载一般不予考虑，一般不予考虑，与其它与其它主要荷载引起的内力符号相反，有利。主要荷载引起的内力符号相反，有利。 五、屋架杆件的计算长度和容许长细比五、屋架杆件的计算长度和容许长细比在理想的铰接桁架中，在理想的铰接桁架中，压杆在桁架平面内的计算压杆在桁架平面内的计算长度应等节点中心间的距长度应等节点中心间的距离，即为几何长度。离，即为几何长度。llx0 但实际上屋架各杆件通过节点板用焊缝连接在一但实际上屋架各杆件通过节点板用焊缝连接在一起，每根杆件的变形都受到节点中其它杆件的约束，起，每根杆件的变形都受到节点中其它杆件的约束

42、，必须考虑每个节点的弹性嵌固作用以后再确定各节必须考虑每个节点的弹性嵌固作用以后再确定各节点的计算长度，而且约束节点转动的主要因素是拉点的计算长度，而且约束节点转动的主要因素是拉杆，杆，节点上拉杆数量愈多，嵌固作用就越大。据节点上拉杆数量愈多，嵌固作用就越大。据此，可定出各杆件的计算长度：此，可定出各杆件的计算长度： 1 1、屋架平面内的计算长度、屋架平面内的计算长度 弦杆、支座斜杆、支座竖杆弦杆、支座斜杆、支座竖杆，其本身刚度较大，且两端相连的拉杆少，嵌固作用小，可忽略，。其它腹杆其它腹杆，虽然上端相连的拉杆少，嵌固小，但下端相连的拉杆多，且刚度大，嵌固大，。xl0llx0llx0llx0l

43、lx8 . 00llx8 . 00 2 2、弦杆在屋架平面外的计算长度、弦杆在屋架平面外的计算长度（而腹杆则）（而腹杆则） 为弦杆侧向支承点之间的距离。（即上弦横向水平支撑节点间距）1l110llly：其中1 1）有檩屋盖中）有檩屋盖中a)a)当檩条与支撑的交叉点不相连时：当檩条与支撑的交叉点不相连时： （为支撑节点的间距）b)b)当檩条与支撑的交叉点用节点板焊牢时：当檩条与支撑的交叉点用节点板焊牢时： （ 为檩条间距）lly02/10llyyl010lly2/1l2 2）无檩屋盖中）无檩屋盖中i)i)上弦杆：上弦杆： 当不能保证所有大型屋面板都能三点焊牢时：当不能保证所有大型屋面板都能三点焊

44、牢时：-仍取支撑节点间的距离 当能保证三点焊牢时：当能保证三点焊牢时：可取两块屋面板宽，但不能大于等于3myl0yl0ii)ii)下弦杆：下弦杆： 为侧向支承点间距，视下为侧向支承点间距，视下弦杆支撑及系杆的设置而定弦杆支撑及系杆的设置而定注注：当屋架弦杆侧向支承点的距离为节间长度的2倍，且间的压力有变化时，计算这种压杆在屋架平面外的稳定时，均用较大轴压力，但把适当缩小以考虑上述因素。（越短承载力越大），计算长度按下式计算：10lly力为正计算时取拉力为负、压较小压力或拉力，正值较大压力计算时取式中：且211012105 . 0)6 . 7()25. 075. 0(NNllNNllyy1l1l

45、3 3屋架杆件的容许长细比：屋架杆件的容许长细比： 屋架中有些杆件，N很小0。故按理截面很小，导致长细比太大。自重作用下挠度太大而弯曲，振动过大。故规范要求各类杆件的。其值见表4.1-4.2（p77）yx六屋架杆件的截面选择和计算六屋架杆件的截面选择和计算(p187(p187189)189)1.1.截面形式：截面形式：一般采用两角钢组成的T形或十字形截面。由夹在两角钢之间的节点板连接，并且两角钢组合时，近似地满足等稳定即。自H型钢在我国生产后，可用H型钢剖开而形成T型钢，来代替双角钢组成的T 型截面。（见p188图7.26 f. g. h）yx上弦杆上弦杆：(1)(1)无节间荷载时无节间荷载时

46、。两不等边角钢短边。两不等边角钢短边相连或相连或TWTW型。图型。图f fxyyxxxyyxxyxxyiiililililll22,2000000为满足平面内：(2)(2)有节间荷载时有节间荷载时或两等肢，为增或两等肢，为增强上弦在平面内的抗弯刚度。强上弦在平面内的抗弯刚度。 支座端斜杆：支座端斜杆： ，可选为满足xyyyxxyxyxyxiiililllllll000000,其他腹杆：其他腹杆：两两等边等边 可选，为满足xyyxxxyyxxyxxyyxiiililililllllll25. 125. 1,25. 1,8 . 000000000两两等边等边 中央竖杆及端竖杆：中央竖杆及端竖杆：

47、： 下弦杆：下弦杆：常为或或常为或或TWTW型截面型截面( (见见p188p188图图7.26 f.)7.26 f.)（由于受轴向拉力作用，（由于受轴向拉力作用，截面一般由强度条件确定）截面一般由强度条件确定）2.2.填板：填板：在由两角钢组成的在由两角钢组成的T T型或十型截面的组合杆型或十型截面的组合杆件，为保证两个角钢共同工作，必须件，为保证两个角钢共同工作，必须每隔一定每隔一定间距设置填板，并与角钢焊牢间距设置填板，并与角钢焊牢 在填板宽度在填板宽度：按构造要求确定：按构造要求确定, ,一般为一般为505080 80 mmmm垫填长度：垫填长度：T T型截面应型截面应伸出伸出肢尖：肢尖

48、：101020 mm20 mm 十字型截面应十字型截面应缩进缩进肢尖：肢尖：101015 15 mm mm ，以便焊住，以便焊住且在受压杆件中，两个侧向支承点之间填且在受压杆件中，两个侧向支承点之间填板数不宜少于两个。板数不宜少于两个。111140 (80 (diTiiiL压杆）对 形 为一个角钢对平行于填板的形心轴的回转半径拉杆）对十字形 为一个角钢的最小回转半径间距：间距：3.3.杆件截面选择的一般原则：杆件截面选择的一般原则： 优先选用在相同截面面积下宽肢薄壁的角钢，以增优先选用在相同截面面积下宽肢薄壁的角钢，以增加截面的回转半径加截面的回转半径板件或肢件的厚度板件或肢件的厚度t t 4

49、 mm4 mm（书上为（书上为5 mm5 mm，但小跨度，但小跨度时有，如时有，如P224P224屋架可取屋架可取4 mm4 mm） 。规格。规格 45454 4或或565636364 4 一榀屋架不超过一榀屋架不超过5 56 6种角钢规格，以便订货。种角钢规格，以便订货。若每根杆件选一种，则形式有很多，若每根杆件选一种，则形式有很多，当你选好当你选好后还应加以调整，使其满足上述要求，且为避免出后还应加以调整，使其满足上述要求，且为避免出错，错，不要用肢宽相同而厚度相差小于不要用肢宽相同而厚度相差小于2mm2mm的角钢。的角钢。 弦杆截面一般按：弦杆截面一般按：i i）最大内力选择）最大内力选

50、择（当跨度（当跨度L24m L24m 的三角形，的三角形，L30m L30m 的梯形）的梯形） ）据内力变化选择）据内力变化选择（当（当L L24m24m的三角形，的三角形， L L30m30m的梯形）但在半跨的梯形）但在半跨内只宜变一次，且只变肢宽，而保持厚度不变，以便内只宜变一次，且只变肢宽，而保持厚度不变，以便拼接构造。拼接构造。如如: :书上例题：书上例题：L=30mL=30m的梯形也不变，对比的梯形也不变，对比p204p204图图7.497.49和和p207p207表表7.7:7.7:上弦杆上弦杆: :最大内力最大内力NIK=-1123.5KN,NIK=-1123.5KN,按按112

51、3.51123.5设计设计, ,各杆不改变截面各杆不改变截面下弦杆下弦杆: :最大内力最大内力Ned=+1099.7KN,Ned=+1099.7KN,最小最小NAD=+299.7KN,NAD=+299.7KN,按按1099.71099.7设计设计腹杆腹杆分别按各杆内力计算选择截面分别按各杆内力计算选择截面 常用角钢有：常用角钢有：等边等边 L14140L12140L10100L8100L875L675L556 L550L12125 L10125 L890 L880 L663 L660 L445是三角形里最小的是三角形里最小的 不等不等边边L1280125L1080125L880125任选一种。

52、 L863100L663100L1080100L880100L1075100L875100 对于上下弦杆应扣紧一点用量大，而腹杆对于上下弦杆应扣紧一点用量大，而腹杆可松一点。可松一点。4 4、节点板厚度、节点板厚度 节点板内应力大小与所连构件内力大小有节点板内应力大小与所连构件内力大小有关，设计时一般不作计算。关，设计时一般不作计算。1)1)同一榀屋架中所有中间节点板均采用同一同一榀屋架中所有中间节点板均采用同一种厚度。种厚度。2)2)支座节点板由于受力大且重要，厚度比中支座节点板由于受力大且重要，厚度比中间增大间增大2mm2mm3)3)节点板厚度：节点板厚度： 梯形屋架按梯形屋架按最大腹杆内

53、力最大腹杆内力确定确定. . 三角形屋架则按其三角形屋架则按其弦杆最大内力弦杆最大内力确定，确定，详见详见p189p189表表7.47.45 5、杆件截面设计（计算）、杆件截面设计（计算）-p189 p189 较简较简单，没详细讲单，没详细讲（1 1）轴心拉杆）轴心拉杆 ：根据强度条件确定所需的净：根据强度条件确定所需的净截面面积截面面积An , An , 即即 fNAn再根据再根据AnAn（查型钢（查型钢 附表附表7.47.47.6 p3277.6 p327）选择合适的角钢再验算：强度、刚度选择合适的角钢再验算：强度、刚度 查附表4.24.4 求出由 得 所需 的截面积 及两主轴方向的两主轴

54、方向的回转半径：回转半径： 据 查型钢表选 择型钢截面（并查出实际的A、 ）验算强度： 及 刚度：验算整体稳定据 和 验算： 是否满足？fNATyyTxxTlili00;yTxTTiiA,yxii 、fANfANxyyxfANmin（2 2）轴心压杆）轴心压杆 ：根据稳定条件确定所需截面面积根据稳定条件确定所需截面面积 假设假设（弦杆 60100，腹杆 80100）七、屋架的节点设计七、屋架的节点设计 P191P191由前面知识，屋架杆件内力已算好，杆件由前面知识，屋架杆件内力已算好，杆件截面也选好，现在我们要把这些杆件焊在节点截面也选好，现在我们要把这些杆件焊在节点板上，形成桁架的结点，各杆

55、件内力通过各自板上，形成桁架的结点，各杆件内力通过各自的杆端焊缝传至结点板，并汇交于节点中心而的杆端焊缝传至结点板，并汇交于节点中心而取得平衡。取得平衡。（一）节点设计的基本要求（一）节点设计的基本要求1 1、布置桁架杆件时原则上应使杆件形心线与桁、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，以免偏心受力但由于架几何轴线重合，以免偏心受力但由于o o往往往往是小数，如是小数，如1001001010的的o o. .cmcm. .mm mm ，实际很难做出来，实际很难做出来，故为了安装方便，通故为了安装方便，通常取角钢的肢背至形心距离为常取角钢的肢背至形心距离为mmmm的倍数的倍数。2

56、2、当屋架弦杆截面沿长度方向有改变时，截、当屋架弦杆截面沿长度方向有改变时，截面改变的位置应设在节点处，且为搁置屋面构面改变的位置应设在节点处，且为搁置屋面构件方便，采用肢背平齐，此时形心线必然错件方便，采用肢背平齐，此时形心线必然错开，此时宜采用受力较大的杆件形心线为轴线开，此时宜采用受力较大的杆件形心线为轴线p225 p225 图图8.30a)8.30a)。或让几何轴线与两形心线的。或让几何轴线与两形心线的中心线重合。中心线重合。 3 3、焊接屋架节点时，腹杆与腹杆或腹杆、焊接屋架节点时，腹杆与腹杆或腹杆与弦杆端缘间的焊缝净距与弦杆端缘间的焊缝净距10mm10mm，或者杆件之，或者杆件之间

57、的空隙间的空隙151520mm20mm，以便制作且以便施焊节，以便制作且以便施焊节点板伸出下弦肢背点板伸出下弦肢背c110c1101515以便施以便施焊，但上弦节点为焊，但上弦节点为便于搁置屋面及构便于搁置屋面及构件，缩进上弦肢背件，缩进上弦肢背（0.5t+20.5t+2）mmmm且且tt（t t为节点板厚）为节点板厚）4、一般角钢端部切割面应垂直于杆件轴线，但有时为了减小节点板尺寸，也可以把角钢切成斜角。5、节点板外形尺寸根据所连杆件及所需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，但是形状力求规则，一般至少两边平行，如矩形，直角梯形等，以便下料和节约钢材，不得有凹角，

58、以免应力集中。6 6、节点板的布置应尽量使焊缝中心受力，如、节点板的布置应尽量使焊缝中心受力，如图所示，不能图所示，不能L L1 1 L L2 2否则偏心严重否则偏心严重7 7、节点板边缘与杆件轴线之间的夹角、节点板边缘与杆件轴线之间的夹角15158 8、支承大型屋面板的上弦杆，当支承处的、支承大型屋面板的上弦杆，当支承处的N N超超过表过表8.58.5的数值时弦杆的伸出肢易弯曲，应采的数值时弦杆的伸出肢易弯曲，应采用图用图8.338.33的做法之一予以加强。的做法之一予以加强。（二）节点设计（二）节点设计1 1、一般节点、一般节点指无集中荷载指无集中荷载，同时弦，同时弦杆在该处连续通过（无拼

59、接）的节点，其构造杆在该处连续通过（无拼接）的节点，其构造如上图所示，（如前页图中节点如上图所示，（如前页图中节点A A）（1 1）计算腹杆焊接长度：每根腹杆与节点板）计算腹杆焊接长度：每根腹杆与节点板之间的连接角焊缝长为：（一般用侧焊缝）：之间的连接角焊缝长为：（一般用侧焊缝）：（，如本次课程设计取两种（，如本次课程设计取两种两种）两种）wffwfhNNNl7 . 02)(543或8fhmmmmhf85和fwwhll21背fwwhll22尖（2 2）通过作图确定节点板尺寸：）通过作图确定节点板尺寸：作图步骤如下作图步骤如下画出节点处的几何轴线；画出节点处的几何轴线；按杆件形心线与几何轴线重合

60、的要求，定出按杆件形心线与几何轴线重合的要求，定出角钢杆件轴心线，并画出其轮廓线角钢杆件轴心线，并画出其轮廓线按杆件交汇于节点时其间隙按杆件交汇于节点时其间隙c15c152020的要的要求切除杆端求切除杆端根据、根据、 ；布置焊缝；布置焊缝；并确定该方向节点板尺寸，且其形状应较规并确定该方向节点板尺寸，且其形状应较规则，且则，且c110c1101515背wl尖wl（3 3）弦杆与节点的连接焊缝：）弦杆与节点的连接焊缝： 由于弦杆在节点处没断开（即通长）连接由于弦杆在节点处没断开（即通长）连接焊缝是接焊缝是接N1N1，还是，还是N2 N2 来算呢？应该是内力差来算呢？应该是内力差N = N1N