普通钢屋架PPT课件

1、屋盖结构体系 钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系无檩体系无檩体系适用于大型屋面板适用于大型屋面板有檩体系有檩体系适用于轻型屋面板适用于轻型屋面板第1页/共106页组成：组成：无檩体系传力路线：传力路线：屋面荷载 大型屋面板 屋架（或天窗架）屋架、天窗架、支撑（水平和垂直支撑）、大型屋面板优点：优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久。缺点：缺点：屋面自重较大，抗震不利。第2页/共106页屋面荷载 屋面板 檩条 屋架 组成：组成：有檩体系传力路线：传力路线：轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架 优点：优点：构件自重轻，用料

2、省，运输安装轻便。缺点：缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多。第3页/共106页l 节点设计以及绘制施工图。节点设计以及绘制施工图。l 屋盖结构布置；屋盖结构布置；l 屋架形式的选择；屋架形式的选择；l 支撑布置；支撑布置；l 屋盖荷载计算；屋盖荷载计算；l 屋架各杆内力计算；屋架各杆内力计算；l 屋架杆件截面选择；屋架杆件截面选择；l 檩条、拉条和撑杆的计算；檩条、拉条和撑杆的计算；第4页/共106页一、屋架形式一、屋架形式1.1 屋架结构的形式及主要尺寸设计 (Form and Chief Size of Steel Roof Truss)芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆单向斜

3、杆式腹杆单向斜杆式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架平行弦屋架平行弦屋架第5页/共106页u确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则满足使用要求：满足使用要求：l 三角形屋架：三角形屋架：l 梯形屋架：梯形屋架： 满足满足排水坡度排水坡度、建筑净空建筑净空、天窗天窗、天棚天棚及及悬挂吊车悬挂吊车的要求。的要求。外形与排水要求（防水做法）相适应；外形与排水要求（防水做法）相适应；适合瓦楞铁、石棉瓦、短尺压型钢板和夹芯板屋面（有适合瓦楞铁、石棉瓦、短尺压型钢板和夹芯板屋面（有檩体系）檩体系） i= =1/31/31/

4、21/2 ， l= =15152424m 适合压型钢板（有檩）和大型钢筋混凝土屋面板（无檩）屋面适合压型钢板（有檩）和大型钢筋混凝土屋面板（无檩）屋面 i= =1/201/201/81/8， l=15=153636m 第6页/共106页受力合理受力合理弦杆：弦杆：屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近, , 弦杆内力均匀，不受弯。弦杆内力均匀，不受弯。腹杆：腹杆：应使长杆受拉应使长杆受拉, ,短杆受压，腹杆角度适中（短杆受压，腹杆角度适中（3030 6060）、腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。）、腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。减少受压上弦节间尺减

5、少受压上弦节间尺寸，避寸，避 免节间的附加弯免节间的附加弯矩也减少了上矩也减少了上 弦杆在屋弦杆在屋架平面内的长比架平面内的长比 。 主要用于可能主要用于可能从不同方向受力从不同方向受力 的支撑体系。的支撑体系。 第7页/共106页单向斜杆式单向斜杆式 斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 斜腹杆受压斜腹杆受压 竖腹杆受拉竖腹杆受拉 不合理不合理 第8页/共106页满足施工要求满足施工要求便于制作和安装便于制作和安装 杆件数量少，节点少，杆件数量少，节点少，规格少规格少杆件杆件，尺寸划一及节尺寸划一及节 点构造形式划一。点构造形式划一。综合技术经济效果好综合技术经济效果好 平行

6、弦桁架最容易符合上述要求。平行弦桁架最容易符合上述要求。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化根据不同的条件桁架形式可以有很多变化第9页/共106页二、天窗架形式二、天窗架形式 天窗的形式有天窗的形式有纵向天窗纵向天窗、横向天窗横向天窗和和井式天窗井式天窗等三种，等三种，一般一般常采用纵向天窗。常采用纵向天窗。 第10页/共106页三、托架形式三、托架形式 当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。 第11页/共106页三、托架形式三、托架形式 当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。 第12页

7、/共106页1.2 屋盖支撑(Bracing Systems of Steel Roof Truss)一、支撑的形式一、支撑的形式横向水平支撑横向水平支撑: :布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿沿屋架方向屋架方向布置的支撑。布置的支撑。纵向水平支撑纵向水平支撑: :布置在屋架上或下弦，是布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向垂直屋架方向布置布置的支撑。的支撑。垂直支撑垂直支撑: :布置在屋架间及天窗间，是布置在屋架间及天窗间，是竖向竖向布置的支撑。布置的支撑。系杆系杆: :布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。

8、第13页/共106页平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三角形的角形的几何不变铰接体系几何不变铰接体系而具有而具有较大的刚度较大的刚度，但在垂直于，但在垂直于屋架平面方向屋架平面方向( (通称屋架平面外通称屋架平面外) )，不设支撑体系的平面屋，不设支撑体系的平面屋架却架却不能保持其几何不变不能保持其几何不变。为什么需要设置屋盖支撑？为什么需要设置屋盖支撑？第14页/共106页屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设未设垂直支撑垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架

9、相互间仍是几何可几何可变变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了设了垂直支撑桁垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性几何稳定性。第15页/共106页图为屋架图为屋架上弦平面图上弦平面图，在未，在未设上弦平面内的支撑桁架设上弦平面内的支撑桁架时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失稳时，整个上弦会压而失稳时，整个上弦会屈曲屈曲成成一个一个“半波半波”。第16页/共106页如在房屋两端的柱间内如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架设置上弦横向支

10、撑桁架，则屋架上，则屋架上弦将屈曲成弦将屈曲成多个多个“半波半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面“扶持扶持”，将不能发挥它的承重作用。，将不能发挥它的承重作用。第17页/共106页 屋盖屋盖两端的两榀相邻平面屋架两端的两榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、下弦杆间、端部对应的上弦杆间、下弦杆间、端部竖杆竖杆( (或斜杆或斜杆) )间、以及跨中某些竖杆间、以及跨中某些竖杆( (或斜杆）间，用或斜杆）间，用水平水平、垂直垂直和和倾斜倾斜方向的支撑杆件互相联系；方向的支

11、撑杆件互相联系； 这样，在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多这样，在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多水平和垂直水平和垂直支撑桁支撑桁架架( (即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑) )，并与，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系空间桁架结构体系。屋盖支撑系统做法是：屋盖支撑系统做法是：第18页/共106页其它的屋架则用较少数量的其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆上、下弦系杆与上述空间桁与上述空间桁架架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够架架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够空间几何不变空间几何不变

12、性性、稳定性稳定性和和刚度刚度的屋盖结构体系。的屋盖结构体系。第19页/共106页二、支撑的作用二、支撑的作用1）保证钢屋盖的空间稳定性；保证钢屋盖的空间稳定性；2 2）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定（避免压杆的侧向）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定（避免压杆的侧向失稳），防治拉杆产生过大的振动；失稳），防治拉杆产生过大的振动；3 3）承受并传递屋架的纵向水平力（风荷载、悬挂吊车纵向制）承受并传递屋架的纵向水平力（风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等动力、地震荷载等4 4）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第20页/共106页三、支撑的布置三、支撑的布置支撑根据：支

13、撑根据：房屋跨度房屋跨度高度高度柱网布置柱网布置屋盖结构形式屋盖结构形式荷载作用情况进行布置荷载作用情况进行布置1 1、 上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑各种屋盖，包括天窗架各种屋盖，包括天窗架都要都要设置设置布置在房屋或纵向温度缝区布置在房屋或纵向温度缝区两端第一或第二柱间两端第一或第二柱间横向间距不超过横向间距不超过6060米，米，大于大于60m60m时应在区段中间时应在区段中间增加增加上弦横向水上弦横向水平支撑。平支撑。 抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架上弦计算长度。减小屋架上弦计算长度。第21页/共106页2 2、 下弦横向水平支撑下弦横

14、向水平支撑 抵抗端墙传来风载；抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小增加屋盖横向刚度；减小屋架下弦计算长度屋架下弦计算长度当屋架跨度当屋架跨度18m18m；有桥式吊车、屋架下弦有桥式吊车、屋架下弦有悬挂吊车、抗风柱支撑在有悬挂吊车、抗风柱支撑在屋架下弦时；屋架下弦时；采用下弦弯折的屋架以采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架下及山墙抗风柱支承于屋架下弦时。弦时。与上弦横向水平支撑同与上弦横向水平支撑同开间设置。开间设置。上弦平面上弦平面下弦平面下弦平面第22页/共106页3 3、 纵向水平支撑纵向水平支撑形成封闭体系，增加屋盖纵形成封闭体系，增加屋盖纵向刚度；承受和传递吊车横向水向刚度；

15、承受和传递吊车横向水平制动力。平制动力。有重级工作制或大吨位吊车或锻有重级工作制或大吨位吊车或锻锤等振动设备时设；锤等振动设备时设；屋架下弦有纵向或横向吊车轨屋架下弦有纵向或横向吊车轨道时设；道时设；有托架时设；有托架时设；屋架跨度或房屋高度较高时；屋架跨度或房屋高度较高时；设在下弦端节间，与下弦横向设在下弦端节间，与下弦横向水平支撑构成封闭支撑系统水平支撑构成封闭支撑系统；三角形屋架或某些特殊情况，纵三角形屋架或某些特殊情况，纵向水平支撑也可设于上弦平面。向水平支撑也可设于上弦平面。上弦平面上弦平面下弦平面下弦平面第23页/共106页4 4、 垂直支撑垂直支撑使相邻两屋架形成几何不变空间体系

16、，维持屋架端部及中间使相邻两屋架形成几何不变空间体系，维持屋架端部及中间截面的竖向稳定。截面的竖向稳定。设在有上弦横向支撑的柱间；设在有上弦横向支撑的柱间；对梯形屋架，至少设三道，跨度大于对梯形屋架，至少设三道，跨度大于3030米或有天窗时增设；米或有天窗时增设；对三角形屋架，跨度对三角形屋架，跨度18m18m时中间设一道，超过时中间设一道，超过18m18m设两道设两道第24页/共106页梯形屋架，当梯形屋架，当l30m时在两端以及跨度时在两端以及跨度 l3处处或天窗架侧柱处共设四道。或天窗架侧柱处共设四道。l /3l /3l /3第25页/共106页第26页/共106页当屋盖有天窗架时，对天

17、窗架也应与屋架一样布置天窗当屋盖有天窗架时，对天窗架也应与屋架一样布置天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑以及相应系杆。垂直支撑通架上弦横向水平支撑和垂直支撑以及相应系杆。垂直支撑通常设于相邻两榀天窗架的侧柱间平面内，天窗架跨度常设于相邻两榀天窗架的侧柱间平面内，天窗架跨度12m时还设于中央竖杆间平面内。时还设于中央竖杆间平面内。 g 天窗架垂直支天窗架垂直支撑；撑； d 天窗架上弦横天窗架上弦横向水平支撑向水平支撑;天窗架支撑：第27页/共106页5 5、 系杆系杆保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当屋架上保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当屋架上下弦的侧向支撑点。分为刚性系杆和柔性系杆

18、下弦的侧向支撑点。分为刚性系杆和柔性系杆上弦平面内上弦平面内，大型屋面板可为系杆（焊牢），因此一般在屋脊及，大型屋面板可为系杆（焊牢），因此一般在屋脊及两端设系杆。有檩屋盖中，檩条可以代替上弦系杆，但必须满足系两端设系杆。有檩屋盖中，檩条可以代替上弦系杆，但必须满足系杆要求。杆要求。；下弦平面内下弦平面内，在跨中或跨中附近设置设置一道或两道系杆。，在跨中或跨中附近设置设置一道或两道系杆。垂直支撑平面内垂直支撑平面内，一般设置上、下系杆；，一般设置上、下系杆；在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通常应设置通常刚性系杆刚性系杆，支，支座节点处如有钢筋混凝土圈梁，此

19、处刚性系杆可不考虑；座节点处如有钢筋混凝土圈梁，此处刚性系杆可不考虑；当横向支撑做在端部第二开间时，当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆端部开间的所有系杆应按应按刚刚性系杆性系杆设计设计；天窗侧柱处，下弦跨中或跨中附近天窗侧柱处，下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆。设置柔性系杆。设置原则：设置原则：第28页/共106页第29页/共106页屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置(a)(a)上弦横向水平支撑布置上弦横向水平支撑布置(b)(b)下弦横向与纵向水平支撑布置下弦横向与纵向水平支撑布置(c)(c)天窗架上弦横向水平支撑天窗架上弦横向水平支撑(d)(d)屋架支座与跨中垂直支撑屋架支座与跨中垂直

20、支撑(e)(e)天窗架侧竖杆垂直支撑天窗架侧竖杆垂直支撑 第30页/共106页四、屋盖支撑的计算和构造四、屋盖支撑的计算和构造各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。竖腹杆：竖腹杆：竖杆竖杆弦杆：弦杆：相邻屋架弦杆兼作相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆横向支撑桁架的弦杆腹杆腹杆 支撑支撑桁架桁架 斜腹杆：斜腹杆：支撑支撑第31页/共106页屋盖支撑的设计原则屋盖支撑的设计原则拉杆拉杆单角钢（交叉斜杆和柔性系杆）单角钢（交叉斜杆和柔性系杆）压杆压杆双角钢（非交叉斜杆、弦杆、刚性系杆）双角钢（非交叉斜杆、弦杆、刚性系杆）l一般不进

21、行内力计算，杆件截面常按容许长细容许长细比比来选。柔性系杆的设计可按柔性系杆的设计可按 350350，400400控制，控制，刚性系杆的设计可按刚性系杆的设计可按 =200=200控制控制第32页/共106页上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。a. 上弦支撑b .下弦支撑第33页/共106页柔性系杆刚性系杆支撑连接板第34页/共106页作业：作业： 某单跨厂房，跨度某单跨厂房，跨度36m36m，长，长180m180m，柱

22、距，柱距6m6m，厂房内设有一台，厂房内设有一台起重量为起重量为50t50t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为石棉瓦，屋面的中级工作制桥式吊车，屋面材料为石棉瓦，屋面坡度为坡度为1/41/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。，试绘出该屋盖的支撑布置图。36000第35页/共106页1.3 钢屋架设计 (Design of Steel Roof Truss)一、钢屋架设计内容及步骤一、钢屋架设计内容及步骤1 1、 屋架的选型：屋架的选型：外形、腹杆体系、主要尺寸外形、腹杆体系、主要尺寸2 2、荷载计算：永久荷载、活荷载、荷载计算：永久荷载、活荷载3 3、内力计算、内力计算4 4、内力组合、内力组合5 5

23、、屋架的杆件设计、屋架的杆件设计6 6、节点设计、节点设计7 7、绘制屋架施工图并编制材料表、绘制屋架施工图并编制材料表第36页/共106页二、二、屋架主要尺寸的确定屋架主要尺寸的确定跨度跨度18m、21m、24m、27m、30m、36m 封闭结合：封闭结合：Lo = L-(300400mm)非封闭结合：非封闭结合：Lo = L第37页/共106页高度高度三角形屋架三角形屋架:当上弦坡度为1/31/2时，跨中高度h=(1/61/4)l梯形屋架梯形屋架:当上弦坡度为1/81/12时，跨中高度一般为 h=(1/101/6)l 。梯形桁架的端部高度：当桁架与柱刚接时，一般为=(1/161/10)l，

24、通常取2.02.5m，铰接时为1.52.0m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。第38页/共106页节间宽度节间宽度第39页/共106页1、屋架分布荷载、屋架分布荷载三、三、屋架荷载计算与组合屋架荷载计算与组合建筑结构荷载规范GB50009-2001荷载都作用在节点上；荷载都作用在节点上；杆件等截面；杆件等截面；各杆件轴线均为直线，相各杆件轴线均为直线，相交于节点的中心；交于节点的中心；各节点均为理想的铰接。各节点均为理想的铰接。第40页/共106页1 1） 永久荷载：永久荷载：g g=0.12+0.

25、011l (1-1)l屋架的跨度屋架的跨度(m)(m)2 2）屋面均布活荷载或雪荷载：）屋面均布活荷载或雪荷载： 屋面均布活荷载，与雪荷载屋面均布活荷载，与雪荷载不同时不同时考虑，而取其中的考虑，而取其中的较大较大者。者。第41页/共106页l屋面水平投影面上的雪荷载标准值屋面水平投影面上的雪荷载标准值S S按下式按下式：)(21 orkss so基本雪压，见荷载规范；基本雪压，见荷载规范；r r屋面积雪分布系数，见荷载规范屋面积雪分布系数，见荷载规范, ,一般在屋面坡度一般在屋面坡度2525时取时取1 1，5050时取时取0,0,中间按直线插值；中间按直线插值；式中：式中：l屋面均布活荷载：

26、屋面均布活荷载：第42页/共106页3 3）积灰荷载：）积灰荷载：屋面积灰荷载屋面积灰荷载同时同时考虑考虑设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对于具有设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对于具有一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等厂的厂一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等厂的厂房屋面，按房屋面，按荷载规范荷载规范采用。采用。对于屋面上对于屋面上易形成灰堆处易形成灰堆处, ,当设计屋面板、檩条时，积灰荷当设计屋面板、檩条时，积灰荷载标准值可乘增大系数：载标准值可乘增大系数：l在高低跨处在高低跨处两倍于两倍于屋面高差但不大于屋面高差但不大于6m6m的分布宽度的分布宽

27、度, ,取取2.0;l在天沟处不大于在天沟处不大于3m3m的分布宽度内，取的分布宽度内，取1.41.4。第43页/共106页4 4）风荷载：）风荷载：)(31 ozszkww wo基本风压，见荷载规范；基本风压，见荷载规范；z z高度高度z z处的风振系数，钢屋架取处的风振系数，钢屋架取1.01.0； z z风压高度变化系数，和风压高度变化系数，和地面粗糙程度地面粗糙程度和和高度高度有关，钢屋架以有关，钢屋架以屋架高度中点离地面的高度屋架高度中点离地面的高度来查取；来查取；s s风荷载体型系数，和房屋风荷载体型系数，和房屋体型、风向体型、风向有关。有关。 式中：式中： 风荷载一般可不考虑风荷载

28、一般可不考虑对轻型屋面、开敞对轻型屋面、开敞式房屋或风荷载标准值式房屋或风荷载标准值大时，应根据房屋体形、大时，应根据房屋体形、坡度情况及封闭状况等，坡度情况及封闭状况等，按荷载规范的规定计算按荷载规范的规定计算风荷载的作用。风荷载的作用。第44页/共106页2、屋架节点荷载与局部弯矩、屋架节点荷载与局部弯矩1 1）仅有节点荷载时：）仅有节点荷载时：)(41qsaP 2 2）有节间荷载时：）有节间荷载时：)(/512qbsP 将节间荷载分配到相邻的将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。用的屋架计算各杆内力。aaaaaaaa第45页/共106

29、页直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。局部弯矩局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。理论上应按弹性支座上的连续梁计算。简化计算M0为将上弦节间为将上弦节间视为简支梁所得视为简支梁所得跨中弯矩。跨中弯矩。第46页/共106页3、内力计算的荷载组合、内力计算的荷载组合l永久荷载效应控制的组合：永久荷载效应控制的组合：)(61fn1iQikciQiKGG0 l可变荷载效应控制的组合：可变荷载效应控制的组合：)(71fn1iQikciQiK1Q1QKGG0 注意注意： G、Q的取值。的取值。G永久荷载效应对结构不利时，取永久荷载效应对结构不利时，取1.2

30、1.2，但对，但对1-71-7式，取式，取1.351.35；永久荷载效应对结构有利时，取永久荷载效应对结构有利时，取1.01.0；验算结构倾覆、滑移、漂浮时，取验算结构倾覆、滑移、漂浮时，取0.90.9；Q可变荷载效应对结构不利时，取可变荷载效应对结构不利时，取1.41.4；楼面活荷载大于楼面活荷载大于4.04.0kN/M2，取，取1.31.3；可变荷载效应对结构有利时，可变荷载效应对结构有利时， ，取，取1.01.0；预应力混凝土预应力混凝土大型屋面板屋大型屋面板屋面面轻型屋面轻型屋面第47页/共106页l与柱铰接采用的组合：与柱铰接采用的组合：150 第48页/共106页第49页/共106

31、页l与柱刚接采用的组合：与柱刚接采用的组合：第50页/共106页 桁架杆件内力一般按节点荷载作用下的铰接桁架计算。这时所有杆件为轴心受力，不承受弯矩，具体计算可用图解法、数解法、计算机法等。 四四、内力内力第51页/共106页第52页/共106页五、五、杆件截面设计杆件截面设计1、杆件计算长度、杆件计算长度u屋架分析模型屋架分析模型节点为铰接；节点为铰接；所有杆件轴线平直，且在同一平面内相交于节点中心；所有杆件轴线平直，且在同一平面内相交于节点中心；荷载均作用于节点上，且均在屋架平面内荷载均作用于节点上，且均在屋架平面内u实际屋架分析模型实际屋架分析模型实际节点具有焊缝刚度、拉力杆刚度，非理想

32、铰节点实际节点具有焊缝刚度、拉力杆刚度，非理想铰节点屋架杆件长宽比满足一定要求，可认为杆件间铰节点屋架杆件长宽比满足一定要求，可认为杆件间铰节点次弯矩：节点刚度、轴线不相交、荷载不在节点上次弯矩：节点刚度、轴线不相交、荷载不在节点上第53页/共106页1 1）屋架平面内的计算长度）屋架平面内的计算长度l0 x第54页/共106页2 2）屋架平面外的计算长度）屋架平面外的计算长度l0y上弦杆：上弦杆：l0y=l1腹杆：腹杆：l0y=l( (节件长度）节件长度）l0y=l1/2l0y=l1有檩有檩屋盖屋盖无檩无檩屋盖屋盖l0y=2b下弦杆：下弦杆：l0y=l1第55页/共106页变内力压杆变内力压

33、杆: :l1=2d112105 . 025. 075. 0lNNlly （1-8）第56页/共106页l0=0.9l3)3)斜平面的计算长度斜平面的计算长度l0第57页/共106页4)4)交叉腹杆中杆件的计算长度交叉腹杆中杆件的计算长度交叉腹杆中交叉点处构造：交叉腹杆中交叉点处构造：两杆不断开两杆不断开一杆不断开，另一杆断开一杆不断开，另一杆断开用节点板拼接。用节点板拼接。第58页/共106页杆件的交叉情况杆件的交叉情况桁架平面外的计算长度桁架平面外的计算长度压杆压杆相交另一杆受相交另一杆受压压，两杆截面相同，两杆截面相同并在交并在交叉点不中断叉点不中断相交另一杆受压，此另一杆在交相交另一杆受

34、压，此另一杆在交叉点叉点中断中断但以节点板搭接但以节点板搭接相交另一杆受相交另一杆受拉拉，两杆截面相同，两杆截面相同并在交并在交叉点不中断叉点不中断相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断中断但以节点板搭接但以节点板搭接当此当此拉杆拉杆连续，而连续，而压杆压杆在交叉点在交叉点中中断断但以节点板搭接，若但以节点板搭接，若N0N或拉或拉杆在桁架平面的抗弯刚度杆在桁架平面的抗弯刚度时时拉杆拉杆交叉腹杆中杆件在桁架平面的计算长度交叉腹杆中杆件在桁架平面的计算长度2NN1ll00/ )/( N12N1ll020/ l502N4N31ll00./)/( l50N4N31ll00.)

35、/( ll0 ) 1(430220NNlNEIyl50l0. 第59页/共106页2、杆件容许长细比、杆件容许长细比第60页/共106页u杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则：等稳定原则等稳定原则3、杆件截面形式、杆件截面形式xyi5131i).( xyi9262i).( xyi01750i).( 第61页/共106页上弦：上弦：垫板u无节间荷载时，无节间荷载时，在一般支撑布置下，在一般支撑布置下，l loyoy2 2l loxox；为满足；为满足x xy y；应使；应使i iy y2 2i ix x，故采用，故采用两不等边角钢短肢相并；两不等边角钢短肢相并；u有节间荷载时，两不等边角钢长肢

36、相并；有节间荷载时，两不等边角钢长肢相并；xyi9262i).( xyi01750i).( xyi5131i).( 第62页/共106页下弦：下弦： 下弦杆可采用下弦杆可采用双等肢角钢双等肢角钢或或两不等肢角钢短肢相并两不等肢角钢短肢相并的的T T形截面，以提高侧向刚度，利于满足运输、吊装的刚度要形截面，以提高侧向刚度，利于满足运输、吊装的刚度要求，且便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件求，且便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件决定，尚应满容许长细比要求。决定，尚应满容许长细比要求。垫板第63页/共106页支座斜杆及竖杆：支座斜杆及竖杆：两不等肢角钢长肢相并两不等肢角钢长肢相并

37、其它腹杆：其它腹杆：两等肢角钢相并两等肢角钢相并与竖向支撑相连的竖腹杆与竖向支撑相连的竖腹杆，用，用“”字截面字截面xyi90750i).( xyi51251i).( 第64页/共106页 为了保证双角钢共同作用为了保证双角钢共同作用，在双角钢之间至少设两块垫板，在双角钢之间至少设两块垫板，且使压杆中垫板间距且使压杆中垫板间距l040i，拉杆，拉杆l080i（i为单角钢绕为单角钢绕1-11-1轴回轴回转半径）转半径）4、填板、填板第65页/共106页5、节点板厚度、节点板厚度 中间节点板均采用一种厚度，支座节点板厚度比中间的增大2mm。节点板的厚度对于梯形普通钢桁架等可按受力最大的腹杆内力确定

38、，对于三角形普通钢桁架则按其弦杆最大内力确定。第66页/共106页应选用相同截面积下宽肢薄壁角钢，增加截面的回转半径，这对应选用相同截面积下宽肢薄壁角钢，增加截面的回转半径，这对压杆尤为重要。压杆尤为重要。拉杆：拉杆：强度，刚度强度，刚度压杆：压杆：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。压弯构件：压弯构件：强度，稳定，刚度。强度，稳定，刚度。6、杆件截面选择杆件截面选择u杆件截面选取的一般原则：杆件截面选取的一般原则：弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形桁架和的三角形桁架和跨度大于跨度大于30m的梯形桁架，可根据内力变化改变弦杆截面，但在半的

39、梯形桁架，可根据内力变化改变弦杆截面，但在半跨内跨内只宜改变一次只宜改变一次，且只改变肢宽而，且只改变肢宽而保持厚度不变保持厚度不变，以便拼接的构，以便拼接的构造处理。造处理。为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏，角钢的尺寸为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏，角钢的尺寸不宜小于不宜小于L454或或L56364（对焊接结构），或（对焊接结构），或L505（对螺（对螺栓连接的结构）。栓连接的结构）。角钢规格应尽量统一，宜调整到不超过角钢规格应尽量统一，宜调整到不超过56种种。同时应尽量避免同时应尽量避免使用同一肢宽而厚度相差不大的角钢，同一种规格的厚度之差不宜使用同一肢宽而厚度相

40、差不大的角钢，同一种规格的厚度之差不宜小于小于2mm，以便施工时辨认。，以便施工时辨认。第67页/共106页u杆件截面选择和计算：杆件截面选择和计算：轴心拉杆：轴心拉杆：AnNf强度强度（采用单角钢，（采用单角钢，f f乘以乘以0.85 0.85 折减）折减）强度，刚度强度，刚度轴心压杆：轴心压杆：验算强度，稳定，刚度验算强度，稳定，刚度假定长细此(弦杆=60100，腹杆=80120)AnNf选择角钢实际截面积A，回转半径ix,iy强度，稳定，刚度强度，稳定，刚度轴心压杆：轴心压杆：强度，强度，稳定，刚度稳定，刚度第68页/共106页【例题例题】桁架承受的荷载及内力如图，节点荷载设计值桁架承受

41、的荷载及内力如图，节点荷载设计值P=29.4kNP=29.4kN。节点板。节点板厚度厚度=10mm=10mm，试选择上弦杆截面。，试选择上弦杆截面。【解解】(1)(1)初选截面初选截面上弦杆在节间和节点处的正负弯矩为：上弦杆在节间和节点处的正负弯矩为：初选初选则：则：塑性发展系数塑性发展系数查附表得查附表得(2)(2)截面验算截面验算第69页/共106页桁架平面内稳定验算桁架平面内稳定验算验算验算2 2点处：点处：225632/215/3 .169)6 .6498/6698 . 01 (1060. 11082. 885. 06300898. 010669)8 . 0(mmNfmmNNN1WMA

42、NxE2xxxmxx 225632/215/4 .52)6 .6498/66925. 11 (1060. 11082. 885. 0630010669)25. 1(mmNfmmNNN1WMANxE2xxxmx 桁架架平面内的稳定性满足要求。桁架架平面内的稳定性满足要求。桁架平面外稳定验算桁架平面外稳定验算第70页/共106页查附表得查附表得22563/215/7 .19810298.11082.885.06300753.010669mmNfmmNWMANxbxtxy 验算验算2 2点处：点处：桁架架平面外的稳定性满足要求。桁架架平面外的稳定性满足要求。强度验算强度验算验算验算2 2点处：点处：

43、强度满足要求。强度满足要求。第71页/共106页桁架节点处设置桁架节点处设置节点板，节点板，交汇于节点的交汇于节点的各杆件各杆件均与节均与节点板连接。点板连接。符合计算简图符合计算简图传力明确、可靠传力明确、可靠构造简单构造简单制造、安装方便制造、安装方便六、屋架节点设计六、屋架节点设计第72页/共106页上弦中央拼接节点上弦中央拼接节点下弦中央拼接节点下弦中央拼接节点上弦节点上弦节点支座节点支座节点下弦节点下弦节点一般节点一般节点有集中荷载的节点有集中荷载的节点拼接节点拼接节点支座节点支座节点第73页/共106页1 1、节点设计的一般要求、节点设计的一般要求杆件的形心线：杆件的形心线：各杆件

44、的形心线与杆件轴线各杆件的形心线与杆件轴线重合重合，并汇，并汇交于节点中心，使实际受力与计算简图相一致，减少附加交于节点中心，使实际受力与计算简图相一致，减少附加偏心弯矩。通常将角钢肢背至轴线的距离取为偏心弯矩。通常将角钢肢背至轴线的距离取为5mm的倍数。的倍数。节点处各杆件的轴线节点处各杆件的轴线第74页/共106页弦杆变截面时，肢背平齐弦杆变截面时，肢背平齐，两角钢重心线之中线与轴线之距两角钢重心线之中线与轴线之距离小于较大肢宽的离小于较大肢宽的5 5时，不计偏心弯矩，否则计入偏心弯矩时，不计偏心弯矩，否则计入偏心弯矩M=(N1+N2)e，节点第节点第i i根杆件分担次弯矩根杆件分担次弯矩

45、M i=(K i / K i ）MM=(N1+N2)e第75页/共106页在节点板处在节点板处弦杆与腹杆弦杆与腹杆，或，或腹杆与腹杆腹杆与腹杆之间应留有之间应留有20mm的空隙，动载时的空隙，动载时50mm以利于拼接和施焊，且避免因焊缝过以利于拼接和施焊，且避免因焊缝过于密集而导致节点板钢材变脆。于密集而导致节点板钢材变脆。 第76页/共106页角钢端部的切断面一般应与角钢端部的切断面一般应与其轴线其轴线垂直垂直。 当杆件较大，为使当杆件较大，为使节点紧凑，斜切时，应节点紧凑，斜切时，应切去切去肢尖肢尖。 角钢端部的错误做法第77页/共106页节点板的形状和尺寸在绘制施工图时候决定，应该尽量节

46、点板的形状和尺寸在绘制施工图时候决定，应该尽量简单而有规则，至少有两条边平行，不应有凹角简单而有规则，至少有两条边平行，不应有凹角。 节点板与焊缝布节点板与焊缝布置对称于所传力。置对称于所传力。(a) 正确；(b) 不妥 第78页/共106页支承大型屋面板的上弦杆，当屋面节点荷载较大而角钢支承大型屋面板的上弦杆，当屋面节点荷载较大而角钢肢厚较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。肢厚较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。第79页/共106页2 2、节点的计算与构造、节点的计算与构造3)3)根据已计算出的各杆件与节根据已计算出的各杆件与节点板的连接焊缝尺寸，布置焊点板的连接焊缝尺寸，布置焊缝，并绘于图上；

47、缝，并绘于图上；1)1)按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线；按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线；2)2)按比例画出与各轴线相应的角钢轮廓线，并依据杆件间按比例画出与各轴线相应的角钢轮廓线，并依据杆件间距离要求，确定杆端位置；距离要求，确定杆端位置；4)4)确定节点板合理形状和尺寸。确定节点板合理形状和尺寸。l焊缝长度方向应多留焊缝长度方向应多留2h2hf f的长度；的长度；l垂直于焊缝长度方向应留出垂直于焊缝长度方向应留出1015mm的焊缝位置。的焊缝位置。注：注：节点设计的步骤：节点设计的步骤：5)5)适当调整。适当调整。6)6)绘制大样图。绘制大样图。第80页/共106页1)1)一般节

48、点一般节点节点节点无集中荷载无集中荷载也也无弦杆拼接无弦杆拼接计算内容计算内容N3N2N1N4N51015a）连接焊缝长度和焊脚尺寸；b）节点板形状和尺寸受力分析受力分析b）弦杆与节点板间角焊缝：21NNN a）腹杆与节点板间的传力 两侧角焊缝；下弦节点下弦节点第81页/共106页N3N2N1N4N51015“1”“2”计算计算a）对于焊缝“1”根据根据构造要求构造要求确定焊脚尺寸确定焊脚尺寸hf计算确定计算确定肢背和肢尖焊缝计算长度肢背和肢尖焊缝计算长度lw1 、lw2肢背焊缝：肢背焊缝：wffwfhNKl7 . 02311 肢尖焊缝：肢尖焊缝：wffwfhNKl7 . 02322 分配系数

49、分配系数肢背、肢尖焊缝内力肢背、肢尖焊缝内力 21,KK焊脚尺寸焊脚尺寸 fh角角焊焊缝缝强强度度设设计计值值 wff式中，式中，第82页/共106页wffwfhNKl 17 . 0211 肢背焊缝：肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：wffwfhNKl 27 . 0222 b）对于焊缝“2”N3N2N1N4N51015“1”“2”21NNN 由于弦杆与节点板间角焊缝传递是弦杆的内力差则，则， 当下弦节点处有悬挂荷载时，应如何计算焊缝？第83页/共106页2 2）上弦节点上弦节点节点板缩进节点板缩进（缩进深度（缩进深度( (t t/2+2)mm/2+2)mm，且，且t t，t t为节点板厚度）为节点

50、板厚度）上弦节点上弦节点受力分析受力分析a）腹杆与节点板间的传力 两侧角焊缝；b）上弦与节点板间的传力塞焊缝塞焊缝“K K” 假定只传递假定只传递P P力力“A A”焊缝焊缝 传递弦杆内力差传递弦杆内力差N=N1-N2 偏心力偏心力M=Ne。塞焊缝第84页/共106页按按两条角焊缝两条角焊缝（焊脚尺寸为（焊脚尺寸为0.5t0.5t）计算所需的长度）计算所需的长度: :2f2ffwfN2wfMwt2Nf2fMlh7 . 02Nlh7 . 02M6f)()( fwffwwff8 . 0h7 . 02Plf8 . 0lh7 . 02Pf1wf1 计算计算a）塞焊缝“K” 传递力传递力P Pb）焊缝“A” 传递传递N=N1-N2和和M=Ne第85页/共106页节点板部分伸出节点板部分伸出 当当“A A”焊缝强度不足焊缝强度不足时，采时，采用节点板部分伸出方案，用节点板部分伸出方案，NPN 一般一般P P较小，近似按只承受轴力时的肢尖和肢背的分配系数较小，近似按只承受轴力时的肢尖和肢背的分配系数将将”焊焊缝缝”和和“设设计计和和验验算算“分分配配到到肢肢尖尖和和肢肢背背，以以BAN 肢尖肢尖“A A”与肢背与肢背“B B”两条焊两条焊缝传递弦杆与节点板间内力：缝传递弦杆与节点板间内力：上弦节点上弦节点第86页/共106页节点板伸出节点板伸出上弦节点