钢结构设计课件

第1章轻型门式刚架结构1.1概述1.2结构形式和布置1.3刚架设计1.4压型钢板设计1.5檁条设计1.6墙梁设计1.7支撑及构造设计

轻型门式刚架结构与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：

1.结构构件的横截面尺寸较小，可以有效地利用建筑空间，降低房屋的高度，建筑造型美观。

2.门式刚架的刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，为制作、运输、安装提供了有利条件。

3.屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5-1/10，是一种经济可靠的结构形式。

1.1概述

工程实例一：青岛南车集团，2004年4月投资新建了一座轻钢结构生产车间，建筑面积5000平方米。于2004年7月竣工。主体结构采用轻型单跨门式刚架形式，吊车最大起重量为20吨，中级工作制。

为使立面效果简洁美观，屋面采用有组织内排水形式。外墙面和屋面板均采用双层压型钢板，两层压型钢板之间放置了耐火性能较好的岩棉保温隔热层。正在建设的门式刚架工程实例山墙抗风柱吊车梁天窗架轻钢结构工业厂房

工程实例二：

青岛永源体育用品有限公司加工车间，是由韩国投资建设的2万平方米轻钢结构多层工业厂房。主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用钢－混凝土组合楼板。屋面板采用压型钢板，波浪造型的轻钢结构屋面梁轻盈、活泼，克服了工业建筑造型单一、立面造型呆板的缺点。

正在建设中的多层轻钢结构厂房压型钢板外墙板主要承重骨架－门式刚架檩条、墙梁

－冷弯薄壁型钢

屋面、墙面

－压型金属板、彩钢夹芯板屋面及墙面保温芯材

－聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等支撑

－屋面支撑、柱间支撑

1.1.1门式刚架结构的组成单层轻型钢结构房屋的组成

1.1.2门式刚架结构的特点

重量轻工业化程度高、施工周期短柱网布置灵活综合经济效益高门式刚架结构性能：1.门式刚架屋面体系的整体性可以依靠檩条、隅撑来保证，从而减少了屋盖支撑的数量，同时支撑多用张紧的圆钢做成，很轻便。2.门式刚架的梁、柱多采用变截面杆件，可以节省材料。3.组成构件的杆件较薄，对制作、涂装、运输、安装的要求高。4.构件的抗弯刚度、抗扭刚度比较小，结构的整体刚度也比较柔。

1.1.3门式刚架结构的应用情况

1.我国门式刚架设计规程：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)

2.应用范围：轻型厂房、物流中心、大型超市、体育馆、展览厅、活动房屋、加层建筑等。

3.应用规模：国内每年有一千万平方米的轻钢结构建筑物竣工。4.轻型门式刚架的适用范围及截面形式：(1).屋面荷载较小，横向跨度为9～24m，柱高为4.5～9m，(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。(3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。5.变截面刚架与等截面刚架的对比:柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。6.柱脚形式:

门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。

刚接柱脚详图

铰接柱脚详图

刚接柱脚门式刚架

铰接柱脚门式刚架变截面梁变截面梁、柱加劲板地脚螺栓

刚接柱脚工程实例单跨单坡单跨双坡多跨（中间摇摆柱）高底跨双坡双跨门式刚架的各种结构形式多跨（梁柱刚结）四坡双跨摇摆柱摇摆柱梁柱节点铰接连接梁柱节点刚性连接1.2.2门式刚架的结构布置1.刚架的建筑尺寸和布置

跨度：一般为9-24m

高度：取地坪柱轴线与斜梁轴线交点高度，宜取

4.5-9m

柱距：应综合考虑刚架跨度、荷载条件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m

挑檐长度：根据使用要求确定，宜为0.5—1.2m

温度分区：纵向温度区段<300m

横向温度区段<150m2.檩条和墙梁的布置

檩条：应等间距布置。在屋脊处，应沿屋脊两侧各布置一道檩条，使得屋面板的外伸宽度不要太长(一般小于<200mm)，在天沟附近应布置一道檩条，以便于天沟的固定。确定檩条间距时，应综合考虑屋面材料、檩条规格等因素按计算确定。

屋面檁条布置实例屋面檁条布置实例

墙梁：墙梁的布置，应考虑设置门窗、挑檐、遮雨篷等构件和围护材料的要求。墙梁布置实例3.屋面支撑和刚性系杆的布置原则：在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。在设置柱间支撑的开间，应同时设置屋盖横向支撑，以构成几何不变体系。端部支撑宜设在温度区段端部的第一或第二个开间。永久荷载：包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。

可变荷载：屋面活荷载、屋面雪荷载和积灰荷载吊车荷载、地震作用、风荷载。1.3.1荷载及荷载组合

荷载组合原则：屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑；多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定；当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑。

在进行刚架内力分析时，荷载效应组合主要有：组合（1）：

1.2×永久荷载+0.9×1.4×[积灰荷载+max{屋面均布活荷载、雪荷载}]+0.9×1.4×(风荷载+吊车竖向及水平荷载)组合（2）：

1.0×永久荷载+1.4×风荷载

组合(1)－用于截面强度和构件稳定性计算，组合(2)－用于锚栓抗拉计算。内力计算原则：

根据不同荷载组合下内力分析结果，找出控制截面的内力组合，控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处及梁端、梁跨中等截面。控制截面的内力组合主要有：最大轴压力Nmax和同时出现的M及V的较大值。最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。最大弯矩Mmax和同时出现的V及N的较大值。最小轴压力Nmin和相应的M及V，出现在永久荷载和风荷载共同作用下，当柱脚铰接时M=0。1.3.2刚架内力和侧移计算侧移计算原则：

变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。计算时荷载取标准值，不考虑荷载分项系数。如果最后验算时刚架的侧移不满足要求，即需要采用下列措施之一进行调整：放大柱或梁的截面尺寸；改铰接柱脚为刚接柱脚；把多跨框架中的摇摆柱改为上端和梁刚接的节点连接形式。梁、柱板件的宽厚比限值：

工字形截面构件受压翼缘板的宽厚比：工字形截面梁、柱构件腹板的宽厚比：

1.3.3刚架柱和梁的设计腹板屈曲后强度利用：

在进行刚架梁、柱截面设计时，为了节省钢材，允许腹板发生局部构件的屈曲，并利用其屈曲后强度。腹板的有效宽度：

当工字形截面梁、柱构件的腹板受弯及受压板幅利用屈曲后强度时，应按有效宽度计算其截面几何特性。有效宽度取值：当腹板全部受压时：当腹板部分受拉时，受拉区全部有效，受压区有效宽度为：he：腹板受压区有效宽度；ρ：有效宽度系数；hc:腹板受压区高度。刚架梁、柱构件的强度计算刚架内力分析在横向均布荷载作用下，刚架弯矩图如下刚架弯矩图刚架荷载计算简图在水平风荷载作用下，刚架弯矩图如下：荷载计算简图

刚架弯矩图轻型钢结构是以构件边缘最大压应力达到钢材屈服点作为临界状态，没有考虑塑性发展的影响，所以门式刚架一般按弹性理论设计。考虑各种荷载组合内力分析结果，取出最大荷载值控制设计，对初选截面梁柱按压弯构件进行验算。正应力验算：剪应力验算：

式中：

—构件有效净截面面积；、—对主轴x和y的有效净截面抵抗矩；、—对主轴x和y的弯矩。弯矩作用平面内：弯矩作用平面外：工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M

共同作用下的强度应符合下列要求：

当时当时当截面为双轴对称时工字形截面受弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N

共同作用下的强度应符合下列要求：

当时当时当截面为双轴对称时

梁腹板加劲肋的配置:

梁腹板应在中柱连接处、较大固定集中荷载作用处和翼缘转折处设置横向加劲肋。其他部位是否设置中间加劲肋，根据计算需要确定。但《规程》规定,当利用腹板屈曲后抗剪强度时，横向加劲肋间距a宜取hw～2hw。

当梁腹板在剪应力作用下发生屈曲后，将以拉力带的方式承受继续增加的剪力，亦即起类似桁架斜腹杆的作用，而横向加劲肋则相当于受压的桁架竖杆。因此，中间横向加劲肋除承受集中荷载和翼缘转折产生的压力外，还要承受拉力场产生的压力。拉力场

加劲肋稳定性验算按规范规定进行，计算长度取腹板高度hw，截面取加劲肋全部和其两侧各宽度范围内的腹板面积，按两端铰接轴心受压构件进行计算。变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算:

变截面柱在刚架平面内的整体稳定按下列公式计算：对于变截面柱，变化截面高度的目的是为了适应弯矩的变化，合理的截面变化方式应使两端截面的最大应力纤维同时达到限值。但是实际上往往是大头截面用足，其应力大于小头截面，故公式左端第二项的弯矩M1，和有效截面模量We1应以大头为准。公式第一项源自等截面的稳定计算。根据分析，小头稳定承载力的小于大头，且刚架柱的最大轴力就作用在小头截面上，故第一项按小头运算比按大头运算安全。

变截面柱在刚架平面内的计算长度

截面高度呈线形变化的柱，在刚架平面内的计算长度应取为，式中为柱的几何高度，为计算长度系数。可由下列三种方法确定：查表法（适合于手算）一阶分析法（普遍适用于各种情况，并且适合上机计算)二阶分析法（要求有二阶分析的计算程序）查表法柱脚铰接单跨刚架楔形柱的可由表1-2查得。柱的线刚度K1和梁的线刚度K2分别按下列公式计算：

表中和式中、—分别为柱小头和大头的截面惯性矩；

—梁最小截面的惯性矩；

—半跨斜梁长度；

—斜梁换算长度系数，见图1-9。当梁为等截面时=1。

在图1-9中，λ1和λ分别为第一、二楔形段的斜率。

图19楔形梁在刚架平面内的换算长度系数柱脚铰接楔形柱的计算长度系数，表1—2K2／Kl0.10.2O.3O.50.751.02.0≥10.00.0l0.428O.368O.3490.3310.3200.3180.3150.3100.020.6000.5020.4700.4400.4280.420O.411O.4040.03O.7290.599O.5580.5200.50l0.4920.4830.473O.050.931O.756O.6940.6440.6180.6060.5890.5800.071.075O.8730.8010.7420.7110.697O.672O.6500.101.2521.0270.9350.857O.8170.801O.7900.7390.151.5181.2351.1091.021O.965O.938O.8950.8720.201.7451.3951.2541.1401.0801.0451.0000.969多跨刚架的中间柱为摇摆柱时，边柱的计算长度应取为

式中

——放大系数；

——计算长度系数，由表1．2查得，但公式(1．26)中的取与边柱相连的一跨横梁的坡面长度，如图1-10所示；

——摇摆柱承受的荷载；

——边柱承受的荷载；

——摇摆柱高度；

——刚架边柱高度。

引进放大系数的原因是：当框架趋于侧移或有初始侧倾时，不仅框架柱上的荷载Pfi对框架起倾覆作用，摇摆柱上的荷载Pli也同样起倾覆作用。这就是说，图1-10框架边柱除承受自身荷载的不稳定效应外，还要加上中间摇摆柱荷载效应。因此需要根据比值Σ(Pli／hli)／Σ(Pfi／hfi)对边柱计算长度做出调整。

图1-10计算边柱时的斜梁长度

摇摆柱的计算长度系数取1.0。对于屋面坡度大于1：5的情况，在确定刚架柱的计算长度时应考虑横梁轴向力对柱刚度的不利影响。此时应按刚架的整体弹性稳定分析通过电算来确定变截面刚架柱的计算长度。框架有侧移失稳的临界状态和它的侧移刚度有直接关系。框架上的荷载使此刚度逐渐退化，荷载加到一定程度时刚度完全消失，框架随即不能保持稳定。因此框架柱的临界荷载或计算长度可以由侧移刚度得出。当刚架利用一阶分析计算程序得出柱顶水平荷载作用下的侧移刚度K：H／u时，柱计算长度系数可由下列公式计算：一阶分析法对柱脚为铰接和刚接的单跨对称刚架(图1-11a)当柱脚铰接时当柱脚刚接时中间为非摇摆柱的多跨刚架(图1--11b)当柱脚铰接时当柱脚刚接时图1-11一阶分析时的柱顶位移当采用计入竖向荷载一侧移效应(即P-u效应)的二阶分析程序计算内力时，如果是等截面柱，取μ=1，即计算长度等于几何长度。对于楔形柱，其计算长度系数可由下列公式计算：二阶分析法式中:—构件的楔率；、—分别为柱小头和大头的截面高度(图1.12)。图1-12变截面构件的楔率

变截面柱在刚架平面外的整体稳定计算

应分段按公式计算：

公式不同于规范中压弯构件在弯矩作用平面外的稳定计算公式之处有两点：截面几何特性按有效截面计算；

考虑楔形柱的受力特点，轴力取小头截面，弯矩取大头截面。

斜梁和隅撑的设计斜梁的设计

当斜梁坡度不超过1：5时，因轴力很小可按压弯构件计算其强度和刚架平面外的稳定，不计算平面内的稳定。实腹式刚架斜梁的平面外计算长度，取侧向支承点的间距。当斜梁两翼缘侧向支承点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支承点间的距离。斜梁不需要计算整体稳定性的侧向支承点间最大长度，可取斜梁下翼缘宽度的倍。当斜梁上翼缘承受集中荷载处不设横向加劲肋时，除应按规范规定验算腹板上边缘正应力、剪应力和局部压应力共同作用时的折算应力外，尚应满足下列公式的要求：隅撑设计

当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘两侧布置隅撑(山墙处刚架仅布置在一侧)作、为斜梁的侧向支承，隅撑的另一端连接在檩条上。

隅撑间距不应大于所撑梁受压翼缘宽度的倍。隅撑应根据规范规定按轴心受压构件的支撑来设计。隅撑截面选用单根等边角钢，轴向压力按下式计算：当隅撑成对布置时，每根隅撑的计算轴压力可取上式计算值的一半。需要注意的是，单面连接的单角钢压杆在计算其稳定性时，不用换算长细比，而是对f值乘以相应的折减系数。刚架横梁刚度和柱顶水平位移验算横梁容许挠度：柱顶水平容许位移：

式中、分别为刚架横梁的跨度和柱的高度。

刚架节点设计刚架横梁与柱拼装节点刚架横梁屋脊拼装节点柱脚设计牛腿设计

斜梁与柱的连接及斜梁拼接

一般采用高强螺栓－端板连接，按刚接节点设计，其形式：

端板竖放端板斜放端板平放h1Me（a）端板竖放（b）端板斜放（c）端板平放（d）斜梁拼接刚架斜梁与柱的连接及斜梁间的拼接高强螺栓计算验算最不利螺栓的拉力：

—横梁与柱在连接处传递的弯矩；

—最远一排螺栓至承压点的距离；

—螺栓列数；

—任意一排螺栓至承压点的距离；

—一个螺栓所能承受的抗拉容许承载力。

分析研究表明，外伸式连接转动刚度可以满足刚性节点的要求。外伸式连接在节点负弯矩作用下，可假定转动中心位于下翼缘中心线上。上翼缘两侧对称设置4个螺栓时，每个螺栓承受下面公式表达的拉力，并依此确定螺栓直径：

当受拉翼缘两侧各设一排螺栓不能满足承载力要求时，可以在翼缘内侧增设螺栓。

螺栓排列应符合构造要求，下图的，应满足扣紧螺栓所用工具的净空要求，通常不小于35mm，螺栓端距不应小于2倍螺栓孔径，两排螺栓之间的最小距离为3倍螺栓直径，最大距离不应超过400mm。端板的厚度t可根据支承条件按下列公式计算，但不应小于16mm，和梁端板相连的柱翼缘部分应与端板等厚度。

(a)伸臂类端板

(b)无加劲肋类端板(c)两边支承类端板当端板外伸时当端板平齐时(d)三边支承类端板在门式刚架斜梁与柱相交的节点域，应按下列公式验算剪应力：刚架构件的翼缘与端板的连接应采用全熔透对接焊缝，腹板与端板的连接应采用角焊缝。在端板设置螺栓处，应按下列公式验算构件腹板的强度：当时，当时，

节点构造设计

节点有加腋与不加腋两种基本形式。在加腋形式中又有梯形加腋与曲线加腋之分，一般采用梯形加腋并在加腋部分的两端设置加劲肋及侧向支撑，以保证该加腋部分的稳定性，防止侧向压屈。加腋连接可使截面的变化符合弯矩图形的要求，并大大提高了刚架的承载能力。下图为加腋节点图。横梁屋脊拼装节点图柱脚设计根据受力要求，柱脚分刚接柱脚和铰接柱脚两类，当吊车起重量≥5吨时应考虑设置刚性柱脚。本工程实例：吊车吨位20吨，柱脚形式为刚接柱脚，主要用来传递吊车荷载、风荷载和结构自重。柱脚形式平板式铰接柱脚刚接柱脚一般情况当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时平板式铰接柱脚刚接柱脚柱脚的计算一、底板的计算1、底板的平面尺寸底板面积：式中

—柱轴心压力设计值；

—基础混凝土轴心抗压强度设计值；

—锚栓孔面积。按构造要求确定底板宽度：式中

—柱截面宽度或高度；

—靴梁厚度；

—底板悬臂长度。再根据底板面积确定底板长度。2、底板的厚度底板的厚度决定于板的抗弯强度。式中：为底板承受的最大弯矩值。

柱脚锚栓应采用Q235或Q345钢材制作。锚栓的锚固长度应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007--2002)的规定，锚栓端部按规定设置弯钩或锚板。计算风荷载作用下柱脚锚栓的上拔力时，应计入柱间支撑的最大竖向分力，此时，不考虑活荷载(或雪荷载)、积灰荷载和附加荷载的影响，同时永久荷载的分项系数1.0。锚栓直径不宜小于24mm，且应采用双螺帽以防松动。柱脚锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力。此水平剪力可由底板与混凝土基础之间的摩擦力(摩擦系数可取0.4)或设置抗剪键承受。靴梁的构造与计算(1)靴梁的高度由靴梁与柱的连接焊缝长度决定。(2)靴梁厚度可取与柱翼缘的厚度相同。(3)靴梁与底板间的水平焊缝计算按承受全部轴压力N计算。(4)靴梁的抗弯和抗剪强度验算，按双悬臂简支梁计算。柱脚构造详图铰接柱脚刚接柱脚加劲板加劲板地脚螺栓浇入素混凝土保护地脚锚栓

牛腿

当有桥式吊车时，需在刚架柱上设置牛腿，牛腿与柱焊接连接，其构造见下图。牛腿根部所受剪力V、弯矩M根据下式确定：牛腿截面一般采用焊接工字形截面，根部截面尺寸根据V和m确定，做成变截面牛腿时，端部截面高度h不宜小于日／2。在吊车梁下对应位置应设置支承加劲肋。吊车梁与牛腿的连接宜设置长圆孔。高强度螺栓的直径可根据需要选用，通常采用M16-24螺栓。牛腿上翼缘及下翼缘与柱的连接焊缝均采用焊透的对接焊缝。牛腿腹板与柱的连接采用角焊缝，焊脚尺寸由剪力V确定。摇摆柱与斜梁的连接构造摇摆柱与斜梁的连接比较简单，构造图如下：

压型钢板特点：自重轻、强度高、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便，易于维护更新，便于商品化、工业化生产的特点。具有简洁、美观的外观，丰富多彩的色调以及灵活的组合方式，是一种较为理想围护结构用材。1.4.1压型钢板的材料和截面形式

压型钢板的定义：压型钢板是将薄钢板(彩色薄钢板）经辊压冷弯成V型、U型、W型等类似形状，用于建筑屋面、墙面和楼板的建筑材料。压型钢板按波高分高波板、中波板和低波板三种板型。屋面宜采用波高和波距较大的压型钢板，墙角宜选用波高和波距较小的压型钢板。

彩色钢卷板彩钢板外墙面应用在组合楼板的镀锌压型钢板

压型钢板的应用：广泛用于工业建筑、公共建筑物的屋面、墙面等围护结构及建筑物内部的隔断；还大量用作组合楼板或混凝土楼板，并作为承载构件或永久性模板使用；在大中型工业厂房、仓库以及体育馆、影剧院、展览馆、住宅、别墅、高层建筑、活动房屋等工业与民用建筑中，压型钢板的使用正日趋广泛。

彩色压型钢板的构成：由基材、镀层和涂层三部分组成基材：由板厚度为0.5mm～2.0mm的薄钢板经冷轧或冲压成型。镀层：热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝和热镀锌等。涂层：聚脂涂料、有机硅改性聚脂涂料等。

压型钢板的使用寿命：压型钢板的使用寿命涉及钢板质量、成品保护、建筑物使用环境等多种因素。一般压型钢板使用期限在8-15年左右。我国使用进口彩钢板的建筑工程，至今已有20年的历史。

压型钢板截面及涂层示意图钢板基材镀锌层初涂层精涂层

压型钢板的选用原则:优先选用带有彩色涂层和镀锌、铝的钢卷板。优先采用压型钢板定型产品。应在满足建筑功能、承载要求和方便施工的前提下，注意节约材料，提高压型钢板的覆盖率和使用寿命。压型钢板通常不适用于受有强烈侵蚀作用的场合。对处于有较强侵蚀作用环境的压型钢板，应进行有针对性的特殊防腐处理。压型钢板的类型及应用：

按表面处理方法分

镀锌钢板

彩色镀锌钢板

彩色镀铝锌钢板

仅适用于组合楼板

适用于屋面和墙面

压型钢板的截面形式：压型钢板的截面形式（板型）较多，国内生产的轧机已能生产几十种板型，但真正在工程中应用较多的板型也就十几种。下图给出了几种压型钢板的截面形式。（a）（b）（c）（d）（e）（f）压型钢板的截面形式上图（a）、（b）是早期的压型钢板板型，截面形式较为简单，板和檩条、墙梁的固定采用钩头螺栓和自攻螺钉、拉铆钉。当作屋面板时，因板需开孔，所以防水问题难以解决，目前已不在屋面上采用。（c）、（d）是属于带加劲的板型，增加了压型钢板的截面刚度，用作墙板时加劲产生的竖向线条还可增加墙板的美感。(e)、(f)是近年来用在屋面上的板型，其特点是板和板、板与檩条的连接通过支架咬合在一起，板上无需开孔，屋面上没有明钉，从而有效地解决了防水、渗漏问题。

压型钢板的表示方法：

压型钢板板型的表示方法为：YX波高－波距－有效覆盖宽度。

如YX15-380-760即表示：

波高为15mm、波距为380mm、板的有效覆盖宽度为760mm的板型；压型钢板的厚度需另外注明。

YX15-380-760X型压型钢板根据波高的不同，一般分为低波板(波高<30ram)、中波板(波高为30—70ram)和高波板(波高>70mm)。波高越高，截面的抗弯刚度就越大，承受的荷载也就越大。屋面板一般选用中波板和高波板，中波在实际采用的最多。墙板常采用低波板弘因高波板、中波板的装饰效果较差，一般不在墙板中采用。计算单元:采用单槽口作为计算单元1.4.2压型钢板截面几何特性线性元件算法:

压型钢板的厚度较薄且各板段厚度相等，因此可用其板厚的中线来计算截面特性。这种计算法称为线性元件算法以此算得的截面特性A、I，乘以板厚t，便是单槽截面的各几何特性值。

用∑b代表单槽口中线总长则：

∑b=b1+b2+2b3这样，形心轴x与受压翼缘b1中线之间的距离是：单槽口对于上翼缘边和下翼缘边的截面模量抵抗矩分别为：上翼缘：下翼缘:线性元件法计算是按折线截面原则进行的，略去了各转折处圆弧过渡的影响。精确计算表明，其影响在0.5％-4.5％，可以略去不计。当板件的受压部分为部分有效时，应采用有效宽度代替它的实际宽度。

压型钢板用作屋面板的荷载：永久荷载—压型钢板自重，采用保温板尚需考虑保温层和防水层等自重；可变荷载—雪荷载、屋面均布活荷载、屋面检修集中荷载、积灰荷载、风荷载等；偶然荷载—地震作用、爆炸或其他意外荷载。1.4.3压型钢板的荷载和荷载组合当屋面板为单层压型钢板构造时，永久荷载仅为压型钢板的自重；当屋面板为双层板构造时(中间设置玻璃棉保温层)，作用在底板(下层压型钢板)上的永久荷载除其自重外，还需考虑保温材料和龙骨的重量。设计或选用屋面压型钢板时，应考虑风吸力引起截面应力反号的影响，此时，不计入风吸力外所有可变荷载效应的影响，构件自重的荷载分项系数取作1.0。压型钢板通常仅限于用于不上人屋面，此类屋面活荷载标准值可取0.3KN/m2

。屋面检修集中荷载标准值取0.5KN，作用于压型钢板跨中。可变荷载：在计算屋面压型钢板的可变荷载时，与刚架荷载计算类似，需要考虑屋面均布活荷载、雪荷载和积灰荷载，施工检修集中荷载一般取情况下取1.0kN，当施工检修集中荷载大于1.0kN时，应按实际情况取用。

当按单槽口截面受弯构件设计屋面板时，需要将作用在一个波距上的集中荷载折算成板宽度方向上的线荷载：

η－折算系数取0.5进行上述换算，主要是考虑到相邻槽口的共同工作作用提高了板承受集中荷载的能力。折算系数取η=0.5，相当于在单槽口的连续梁上，作用了一个0.5F的集中荷载。屋面板和墙板的风荷载体型系数不同于刚架计算，应按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102-2002取用。压型钢板的荷载组合:

计算内力时，应主要考虑以下两种荷载组合：1.2×永久荷载+1.4×max{屋面均布活荷载，雪荷载}；1.2×永久荷载+1.4×施工检修集中荷载换算值。

当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时，还应进行下式的荷载组合：1.0×永久荷载+1.4×风吸力荷载。

允许板件受压屈曲：压型钢板和用于檩条、墙梁的卷边槽钢和Z形钢都属于冷弯薄壁构件，这类构件允许板件受压屈曲并利用其屈曲后强度。在其强度和稳定性计算公式中截面特性一般以有效截面为准。但对于对于翼缘宽厚比较大的压型钢板，设置尺寸适当的中间纵向加劲肋，就可以保证翼缘受压时全部有效。1.4.4薄壁构件的板件有效宽度加劲肋尺寸包括两方面要求：

要求1：中间加劲肋应符合以下公式要求：

Iis:中间加劲肋截面对平行于被加劲肋之重心轴的惯性矩；bs：子板件的宽度；b：板件的厚度对边缘加劲肋：其惯性矩Ies要求不小于中间加劲肋的一半，计算时在以上公式中用b代替bs要求2：中间加劲肋的间距不能过大，即满足：对于设置边加劲肋的受压翼缘宽厚比应满足下式：

计算原则：压型钢板的强度和挠度取单槽口的有效截面，按受弯构件计算。内力分析时把檁条视为压型钢板的支座，考虑不同荷载组合，按多跨连续梁进行计算。压型钢板腹板的剪应力计算：当时当时1.4.5压型钢板的强度和挠度计算压型钢板支座处腹板的局部受压承载力计算压型钢板同时承受弯矩M和支座反力R的截面，应满足下列要求：压型钢板同时承受弯矩和剪力的截面，应满足下列要求：压型钢板的挠度限值

压型钢板的挠度与跨度之比不应超过下列限值：屋面板：墙面板：屋面坡度<1/20时

1/250屋面坡度≥1/20时

1/2001/150腹板与翼缘水平面之间的夹角不宜小于45°。宜采用长尺寸板材，以减少板长度方向的搭接。长度方向的搭接端必须与支撑构件(如檩条、墙梁等)有可靠的连接部位应设置防水密封胶带。压型钢板的搭接长度不宜小于下列限值：高波（波高<70mm）压型钢板：275mm

低波（波高>70mm）压型钢板：375mm

屋面坡度<1/10时：250mm

屋面坡度>1/10时：200mm

墙面：压型钢板：120mm

屋面：1.4.6压型钢板的构造规定搭接式扣和式咬合式压型钢板的搭接方式：

墙面压型钢板之间的侧向连接：一般采用搭接连接，搭接宽度通常为半波。屋面压型钢板之间的侧向连接：有搭接和咬边连接两种搭接宽度视压型钢板规格而定，可仅搭接半波，也可搭接一波半。屋面、墙面压型钢板的侧向搭接方向应与主导风向一致，如下图所示。压型钢板的侧向搭接示意图

屋面压型钢板的长向搭接：

应将靠近屋脊方向的板件置于上方，并在搭接部位设置防水密封带，以利防水。压型钢板的构造设置：屋面高波压型钢板用单向固定螺栓与固定支架连接，通常每波设置一个；屋面低波压型钢板及墙面压型钢板采用钩头螺栓或自攻螺钉直接与檩条或墙梁连接，可每波设置一个，也可每隔一波设置一个，但每块压型钢板不得少于3个连接件，搭接波处必须设置连接件；压型钢板与檩条或墙梁的连接示意图如下：

外墙板端部收边处理砌体0.9-1.0米为了延长压型钢板的使用寿命，防止硬物撞击，一般在地面以上0.9～1.0m的范围内砌筑砌体结构墙体。为提高压型钢板的保温、隔热性，可采用聚苯乙烯与两层压型钢板复合制成的夹心板，如EPS板等。

聚酯（墙面）彩钢夹芯（EPS）板

聚氨酯（屋面）彩钢夹芯板保温岩棉

截面形式实腹式格构式热轧型钢H型钢冷弯薄壁型钢下撑式平面桁架式空腹式1.5.1檁条的截面形式

实腹式檁条的截面形式热轧型钢H型钢

冷弯薄壁型钢

这两种檁条适用于荷载较大的屋面。适用于压型钢板的轻型屋面实腹式冷弯薄壁型钢截面在工程中的应用很普遍。其中，卷边槽钢(亦称C形钢)檩条适用于屋面坡度i≤1／3的情况。直边和斜卷边z形檩条适用于屋面坡度i>1／3的情况。斜卷边Z形钢存放时可叠层堆放，占地少。做成连续梁檩条时，构造上也很简单。适用于屋面坡度≤1/3适用于屋面坡度>1/3用于屋面的C型檁条

1．2×永久荷载+1．4×max{屋面均布活荷载，雪荷载}；

1.2×永久荷载+1．4×施工检修集中荷载换算值。当需考虑风吸力对屋面压型钢板的受力影响时，还应进行下式的荷载组合：1.0×永久荷载+1．4×风吸力荷载。1.5.2檩条的荷载和荷载组合

设置在刚架斜梁上的檩条在垂直于地面的均布荷载作用下，沿截面两个形心主轴方向都有弯矩作用，属于双向受弯构件（与一般受弯构件不同）。在进行内力分析时，首先要把均布荷载分解为沿截面形心主轴方向的荷载分量qx、qy。

1.5.3檩条的内力分析

C型檩条在荷载作用下计算简图如下：

q表示垂直向下重力荷载；α为屋面坡度当屋面坡度i≤1/3时，qx值较小，檁条近似为单向受弯构件。qqyqxXXYYαqqyqxYYXX当α=θ时

q=qyqx=0当屋面坡度：

i>1/3

α≈θ檁条近似为沿x主轴方向单向受弯。αY1θαθY1X1X1Z型檩条在荷载作用下计算简图如下：

θ为Z型檁条两个主轴的夹角；α为屋面坡度。当跨中设置一道拉条时檁条的计算简图及内力简支梁的跨中弯矩对X轴:连续梁的支座及跨间弯矩对Y轴：

檩条的内力计算表1-4

拉条设置情况由产生的内力由产生的内力

无拉条

跨中有一道拉条拉条处负弯矩拉条与支座间正弯矩

三分点处各有一道拉条拉条处负弯矩拉条与支座间正弯矩

强度计算

—按双向受弯构件计算当屋面能阻止檩条的失稳和扭转时，可按下列强度公式验算截面：

、——对截面x轴和y轴的弯距；、——对两个形心主轴的有效净截面模量

1.5.4檩条的截面验算

—强度、整体稳定、变形檩条在最大弯矩、作用下引起截面正应力符号如下图所示（正号表示拉应力，负号表示压应力）。截面1.2.3.4点正应力计算公式如下：（最大压应力）（最大拉应力）整体稳定计算

当屋面不能阻止檩条的侧向失稳和扭转时(如采用扣合式屋面板时)，应按稳定公式验算截面：

、—对两个形心主轴的有效截面模量；

—梁的整体稳定系数，按规范规定计算。变形计算实腹式檩条应验算垂直于屋面方向的挠度。对卷边槽形截面的两端简支檩条：对Z形截面的两端简支檩条：

容许挠度[v]按下表取值檩条的容许挠度限值仅支承压型钢板屋面（承受活荷载或雪荷载）有吊顶有吊顶且抹灰

当檩条跨度大于4m时，应在檩条间跨中位置设置拉条。当檩条跨度大6m时，应在檩条跨度三分点处各设置一道拉条。拉条的作用是防止檩条侧向变形和扭转并且提供x轴方向的中间支点。此中间支点的力需要传到刚度较大的构件为此，需要在屋脊或檐口处设置斜拉条和刚性撑杆。1.5.5檁条的构造要求拉条和撑杆的布置撑杆斜拉条拉条隅撑屋面横向水平支撑拉条檩条屋面拉条布置当风吸力超过屋面永久荷载时，横向力的指向相反。此时Z形钢檀条的斜拉条需要设置在屋脊处，而卷边槽钢檩条则需设在屋檐处。因此，为了兼顾两种情况，在风荷载大的地区或是在屋檐和屋脊处都设置斜拉条，或是把横拉条和斜拉条都做成可以既承拉力又承压力的刚性杆。拉条通常用圆钢做成，圆钢直径不宜小于10mm。圆钢拉条可设在距檩条上翼缘1／3腹板高度范围内。当在风吸力作用下檩条下翼缘受压时，屋面宜用自攻螺钉直接与檩条连接，拉条宜设在下翼缘附近。为了兼顾无风和有风两种情况，可在上、下翼缘附近交替布置。

拉条、撑杆与檩条的连接见图所示，斜拉条可弯折，也可不弯折。前一种方法要求弯折的直线长度不超过15mm，后一种方法则需要通过斜垫板或角钢与檩条连接。屋架横向水平支撑与刚架梁连接节点构造连接角钢实腹式檩条可通过檩托与刚架斜梁连接，檩托可用角钢和钢板做成，檩条与檩托的连接螺栓不应少于2个，并沿檩条高度方向布置，见下图。设置檩托的目的是为了阻止檩条端部截面的扭转，以增强其整体稳定性。

当采用扣合式屋面板时，拉条的设置根据檩条的稳定计算确定。刚性撑杆可采用钢管、方钢或角钢做成，通常按压杆的刚度要求选择截面:[λ]≤200

拉条的计算跨中设一道拉条

L≤6米跨中设二道拉条

L>6米拉条为檩条的平面外支承点，因此拉条所受拉力即为檩条承受的水平荷载。拉条支承处支座反力为：

当檩条跨中设一道拉条时：

当檩条跨间三分点处设二道拉条时：拉条所需要的截面面积计算公式：

—

拉条净截面面积；

—

钢材设计强度。

墙架系统主要由墙梁、拉条、斜拉条、撑杆、以及墙面板等组成。拉条的作用主要是承受墙梁竖向荷载，减小墙梁平面内竖向挠度。墙梁主要承受由墙板传递的风荷载。墙梁的截面主要是C型和Z型两种冷弯薄壁型钢截面形式。墙梁岩棉保温材料墙梁支架墙梁墙梁墙梁支架窗洞支架

通常墙梁的最大刚度平面在水平方向（槽口方向向下），墙梁主要承担水平风荷载。风荷载风荷载双侧挂板单侧挂板1.6.1墙梁的构造要求墙梁槽口的朝向应视具体情况而定：槽口向上，便于连接，但容易积灰积水，钢材易锈蚀；槽口向下，不易积灰积水，但连接不便。墙梁的间距取决于墙板的材料强度、尺寸、所受荷载的大小等，一般墙梁的间距取1－1.5米左右，遇有窗口位置等情况作特殊处理。

荷载

1.竖向荷载—墙板自重和墙梁自重

2.水平荷载－风荷载荷载组合

1.竖向荷载＋水平风荷载（迎风）

2.竖向荷载＋水平风荷载（背风）1.6.2墙梁荷载墙梁承担双向荷载，为一双向受弯构件。当荷载未通过截面弯曲中心时，尚应考虑因荷载偏心产生的双弯扭力矩B（单侧挂墙板）。在竖向荷载作用下，墙梁产生弯矩，拉条作为一个支承点，按连续梁计算，如下图所示。1.6.3墙梁内力计算墙架结构布置图在水平风荷载作用下（迎风或背风），墙梁产生弯矩的计算简图：当墙梁双侧挂墙板（图a），且墙板与墙梁牢固连接时，墙梁受荷不会发生扭转，此时双弯扭力矩B＝0；当墙梁单侧挂墙板时（图b），由于竖向荷载和水平风载均不通过墙梁中心A，且单侧挂墙板不能有效阻止墙梁的扭转，此时墙梁将产生双弯扭力矩B。

跨中最大双弯扭力矩为：

其中：

—B的计算系数；

—

计算截面双向荷载对弯曲中心的合扭矩，以绕弯曲中心逆时针方向为正；

—

墙梁跨度。在、、、B作用下，截面各点应力符号如下图所示。“－”表示拉应力，“＋”表示压应力。

首先根据墙梁跨度、荷载和拉条设置情况，初选墙梁截面，然后对墙梁截面进行验算。截面验算包括：正应力验算，剪应力验算，整体稳定验算以及刚度验算。1.6.4墙梁截面验算正应力验算

－对主轴x的有效净截面抵抗矩－对主轴y的有效净截面抵抗矩－截面的毛截面扇性抵抗矩。

剪应力验算

--钢材的抗剪设计强度；

--墙梁在x、y方向承担的剪力最大值；

--墙梁沿x、y方向的计算高度；

--墙梁壁厚。

整体稳定验算对于单侧挂墙板的墙梁在背风风载时，尚需计算其整体稳定性。

—

单向弯矩作用下墙梁的整体稳定系数。

刚度验算分别验算墙梁在竖向和水平方向的最大挠度均不大于墙梁的容许挠度，即：

—墙梁的容许挠度。十字型柱间支撑八字型支撑1.6.5柱间支撑的布置与计算返回下柱柱间支撑上柱柱间支撑柱间支撑的截面型式：采用两个角钢组成的T型截面、圆钢管截面。柱间支撑的布置:一般布置在厂房两端第一开间或者是第二开间，若厂房长度超过60米时，则需要在中部再加设一道支撑。柱间支撑的型式：根据厂房使用要求可以布置成十字型或者八字型。柱间支撑作用：主要传递山墙传来的风荷载，增加房屋整体刚度。十字型支撑八字型柱间支撑八字型柱间支撑节点构造节点板圆管支撑柱间支撑连接节点详图柱间支撑节点构造节点板圆管钢柱圆管支撑圆管支撑扁钢连接件柱间支撑受力分析

柱间支撑斜杆按拉杆设计，如图所示，当杆件受压时退出工作，另一个斜拉杆承载。

柱间支撑计算按拉杆设计，所受拉力为：强度验算:刚度验算:

——拉杆长细比容许值返回

天窗结构通常由天窗架、檩条（或太空轻质大型屋面板）、侧窗横档和天窗架支撑系统组成。天窗架的跨度和高度根据厂房的采光和通风要求确定。其跨度一般为屋架跨度的1/3～1/2，高度为其跨度的1/5～1/2。1.7.1天窗结构布置天窗锡铂纸刚架刚性系杆檩条

屋面天窗钢结构剖面图返回

为了防止外墙面压型钢板腐蚀以及被硬物碰撞，延长压型钢板使用寿命，在建筑构造上应采取以下措施：

1）在基础地梁上砌筑一段砌块墙体，高度一般为0.9～1.2m。

2）屋面采用有组织内排水。1.7.2地梁、地沟及落水管设置砌体0.9-1.0米墙板收边件地梁与基础的位置关系内排水落水管地梁钢筋现浇地梁支模地瓜石砖墙地梁厂房纵向定位轴线位置落水管地沟屋面落水管墙体地梁地沟落水管返回排水地沟雨水管

一般说明

屋架外形及腹杆形式

屋盖支撑

2.1结构形式和结构布置2.1.1一般说明

重型厂房的组成：

柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。（图2-1示）

重型厂房结构形式：

单层刚(框)架

多层刚架柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑

屋盖结构体系：钢屋架—大型屋面板结构体系钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系横梁—檩条—轻型屋面板结构体系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级

轻级

中级

重级

特重级

工作级别A1～A3A4,A5A6,A7A8（按照吊车使用的频繁程度）1.影响柱网布置因素：

1）生产工艺流程要求：

2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以利施工。

3）经济要求：

4）模数要求：柱距L的取值:一般地，在跨度不小于

30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于

50t时，柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取

6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距15m，18m及24m较适宜。2.1.1.1柱网布置和计算单元图2-2柱网布置计算单元

2.温度收缩缝:

超出表2-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响

结构情况

纵向温度区段(垂直屋架或构架跨度方向)横向温度区段(屋架或构架跨度方向)柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋露天结构

220120150180100125120----

温度区段长度表(m)表2-2拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图2．2中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。

托架与屋架的连接叠接：构造简单，便于施工，但托架（托梁）受扭。

平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的不利影响，较常用。托梁与屋架的连接2.1.1.2横向框架及其截面选择

横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（a)、（b）横梁与柱子的刚接连接铰接框架：（c）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）

柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，增大横向框架的刚度。铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起重量不很大的轻型维护结构。

刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有双层吊车，装备硬钩吊车等的单跨重型厂房。

阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。下段柱：缀条格构式。分离式柱：吊车肢,屋盖肢

优点：减小两肢在框架平面内的计算长度,

两肢分别单独承担荷载。

阶梯形下柱的常见截面形式：

图2-6双肢格构式柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量≤50t的中柱起重量＞50t的中柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱A6一A8级吊车的单跨厂房

柱子与基础刚性连接

纵向刚度

横向刚度

柱间支撑

屋架与柱子刚性连接

双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截面宽度较大（不小于900mm)的情形。

肩梁：将各阶柱段连在一起。肩梁

单臂肩梁（图2-7a）

双臂肩梁（图2-7a）构造要求：肩梁惯性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于25，其高跨比可控制在0.35～0.5之间。下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑2.1.1.3柱间支撑上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑上层柱间支撑垂直支撑1.柱间支撑的布置：

1）每列柱都要设柱间支撑。

2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。

3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，以减少纵向温度应力的影响。

4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。

5）每列柱顶均要布置刚性系杆。

吊车梁工程实例格构柱吊车梁格构柱吊车梁吊车梁2.柱间支撑的作用：

1）承受并传递纵向水平荷载：作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、纵向地震力等。

2）减少柱在平面外的计算长度。

3)保证厂房的纵向刚度。3.柱间支撑的形式：(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形;(d)双层十字形下层柱间支撑的形式(a)十字形；(b)人字形；(c)V字形上层柱间支撑的形式桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架。

2.1.2屋架外形及腹杆形式2.1.2.1桁架的应用2.1.2.2桁架的外形及腹杆形式

芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架2.1.2.3.确定桁架形式的原则

三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,

坡度一般在1/3～1/2

梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在1/2～1/8

1.满足使用要求：

2.受力合理：

1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。

单向斜杆式：

斜腹杆受拉竖腹杆受压合理

斜腹杆受压竖腹杆受拉不合理

再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸，避免节间的附加弯矩也减少了上弦杆在屋架平面内的长比。交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力的支撑体系。

再分式腹杆交叉式腹杆

3.制造简单及运输与安装方便

杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合上述要求。

4.综合技术经济效果好

三角形屋架下弦下沉，弦杆交角增大，方便制造，屋架重心降低，提高了稳定性。

可有效降低屋架对支撑结构的推力。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化

跨度

L—工艺及使用要求高度H—经济、刚度、运输、坡度等

各种屋架中部高度：

三角形屋架：中部高度H≈(1/6～1/4)L

梯形屋架：中部高度H≈(1/10～1/6)L

端部高度H0≈(1.8～2.1m)

2.1.2.4桁架主要尺寸的确定

2.1.3屋盖支撑

屋盖上弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑竖向支撑系杆图2．16屋盖支撑作用示意图

1.保证屋盖结构的几何稳定性。

几何可变体系屋架侧倾几何不变体系屋架稳定2.1.3.1屋盖支撑的作用

2.保证屋盖的刚度和空间整体性

横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑。纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。

3.为弦杆提供适当的侧向支承点

支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。

4.承担并传递水平荷载

如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。

5.保证结构安装时的稳定与方便

2.1.3.2屋盖支撑的布置

1.上弦横向水平支撑布置原则:在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。

设置在房屋的两端,一般设在第一个柱间或设在第二个柱间,间距L0≤60m。上弦横向水平支撑布置图2.下弦横向水平支撑布置原则：当跨度L≥18m；设有悬挂式吊车起重量大于5吨；厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。3.纵向水平支撑布置原则：厂房内设有托架，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；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时。下弦水平支撑布置图

4.垂直支撑布置原则：所有房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度L≤24m时，仅在跨度中央设置一道。当跨度大于上述数值时宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱外设置两道。梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道，当有托架时则由托架代替。垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。屋盖支撑布置图屋架的垂直支撑布置

5.系杆

刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：只能承受拉力的系杆。作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供上下弦的侧向支承点。布置原则：在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为刚性系杆。

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。2.1.3.3屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆

支撑桁架

斜腹杆：支撑计算单元简化单层房屋结构

平面桁架

1.永久荷载（恒载）屋面恒载檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重2.可变荷载（活载）

屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载。

3.施工荷载2.2.1荷载计算

风荷载：标准值：

μz–风压高度变化系数μs—体型系数βz—风振系数风荷载标准值Wk是沿垂直建筑物表面方向作用的，为方便将其投影到水平上。刚架计算单元宽b、跨度方向长为h范围内风荷载应合力为：

投影到水平面上的值Po为：

为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。

当量惯性矩：2.2.2刚架内力计算

Aα和Aβ—分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积

Xα和Xβ—格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到格构式柱截面中性轴的距离。

µ—反映剪力和几何形状的修正系数。µ=0.9平行弦µ=0.8上弦坡度i=0.1µ=0.7上弦坡度i=0.125对于屋架：其当量惯性矩为：

h—为上下两弦截面形心之间的距离。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。

Mmax—简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩。

f—弦杆抗拉强度设计值。内力分析：依叠加原理，内力分析只需针对几种基本类型进行。

单跨刚架：（1）永久荷载；（2）屋面活荷载；（3）左风（右风荷载）；（4）吊车左（右）刹车力；（5）吊车小车靠近左（右）时的重力。手算或电算

按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。2.2.3内力组合原则对于一般的刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式中的最不利值确定：SGK、SQK—按规范规定的标准值算得的永久荷载效应和可变荷载效应

γG、γQ—永久荷载分项系数和可变荷载分项系数

荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核。受弯构件：

压弯构件：1.荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷载规范》选取。2.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。2.3.1桁架内力计算

计算内力系数3.节点刚性影响

节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。4.杆件的内力变号屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。

半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工5.节间荷载作用的屋架将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。

直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：

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。

(a)

(b)

(c)

杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。

2.3.2桁架杆件的计算长度1.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。

2.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度

2.杆件计算长度：桁架平面内计算长度

弦杆支座斜杆(节件长度）支座竖杆

中间腹杆

屋架杆件的计算长度

桁架平面外计算长度弦杆（侧向支撑点间距离）

腹杆（节间长度）

单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，

绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。平面内计算长度:平面外计算长度：考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。

2.3.2.2变内力压杆的计算长度

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。

2.3.2.3交叉腹杆中压杆的计算长度

桁架平面内计算长度：

无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。

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。3）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。当此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时，式中，为节点之间的距离，为所计算杆内力，为相交另一杆内力，取绝对值。容许长细比，查规范（GB50017)。当另一杆受拉，且两杆拉压力相同时，不论此拉杆是否中断，压杆的计算长度均为,当另一杆受压时，若两杆压力相同且不中断，计算长度为，若另一杆断开，则压杆的计算长度将大于。刚度要求：

杆件截面选取的原则：

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

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。

2.3.3杆件截面型式截面伸展壁厚较薄外表平整

角钢杆件截面形式受压弦杆：有节间荷载时受拉弦杆：支座斜腹杆及竖杆：其他腹杆：连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，方便吊装。优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%～15%)。T型钢-屋架弦杆

屋架构造的一般要求

1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种最小角钢L45X4L56X36X4,L<18m的小角钢屋架不受此限。

2.3.4一般构造要求与截面选择2.屋架杆件中的填板。作用：保证两角钢共同工作。

间距：压杆拉杆数量：不小于2个。拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。压弯构件：强度，稳定，刚度。双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳时的换算长细比可以用简化公式（2-6a～2-9b)计算。

2.3.4.2桁架杆件截面选择任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，