建筑钢结构设计培训课件.ppt

1、1.4屋顶构造，一、屋顶构造形式1 .屋顶构造体系a .无屋顶：一般用于预应力混凝土大型屋面板等大型屋面，将屋面板直接放置在屋顶或天窗架上。 优点：屋顶横向刚性大，整体性好，耐久性高的缺点：重大，抗震不利。 没有主屋盖，b .主屋盖经常用于轻量屋顶材料。 有主屋盖，优点：自重轻，材料省，设置方便缺点：构件多，结构复杂。 二、房屋框架形式确定房屋框架形式的原则：1.满足使用要求的房屋框架外形必须符合屋顶材料的排水要求。 2 .满足经济要求的房屋外形应尽可能接近角图，使上下弦棒内力在跨度方向上均匀分布，腹棒的力应减小腹棒的配置压迫短棒，希望拉长棒的负荷被配置在节点上，减少弦的部分弯曲。 3 .满足

2、制造、安装和运输要求的结构简单，构件角度为3060的构件和节点数量少，阶段性制造，运输和设置容易(1)三角形屋顶背面，芬克式：拉杆长，拉杆短，力合理，人字式：构件数量少，诺单斜式：构件数量少，节点数量少，受压杆长，但耐震性能比芬克式建筑物好，适用于跨度不到18m的建筑物。 人字式房屋架、单斜式房屋架，特征：外形与弯曲角图不匹配，弦棒内力分布不均匀，在近支撑台内力大，在近跨中小，横向刚性小。 上下弦交角小，端节点结构复杂。 通过将上弦和下弦线变成折线和陡峭的梯形，能够改善受力和节点结构。 适用范围：采用跨度小、坡度大、重量轻的屋顶材料的檩条系统。 (2)梯形的屋顶骨因腹棒的配置方式而异：人字式：

3、腹棒的总长短，节点少。 下承式：支撑台由斜棒和弦棒构成的支撑点处于下弦式：支撑台由斜棒和弦棒构成的支撑点上弦，再分割：避免非节点负荷的单斜式：多个腹部被压迫，部件数量多，总成长，应用少。 特征：外形和弯曲角图比较接近，弦杆内力沿跨度均匀分布，材料经济得到广泛应用。 适用范围：屋顶坡度平缓、跨度宽时的无主屋顶结构。 屋顶高度：梯形屋顶高度：中部高度一般为(1/101/8)L； a .刚接触柱子的梯形小屋，端部的高度一般为(1/161/12)L，通常为2.02.5m。 b .连接柱子的梯形房子的架子，端部的高度可以由中经济的高度和上弦的斜率决定。 房架和柱刚接合，(3)山形房架(4)平行弦桁架：支

4、架、起重机制动桁架、栈桥和支撑构件等。 三、屋顶支撑1 .需要设置支撑系统平面在屋顶平面外的刚性和稳定性差，不能承受水平载荷。 因此，为了使阁楼结构具有足够的空间刚性和稳定性，必须在阁楼之间设置支撑系统。主屋顶板、上弦横水平支撑下弦横水平支撑纵水平支撑系杆，未设置支撑体系，屋顶端面图，屋顶端部两屋顶之间未设置纵支撑桁架，主屋顶和系杆连接，但屋顶相互之间几何可变，只有在设置因横力而使屋顶倾斜的垂直支撑桁架和系杆的情况下，才设置各屋顶2 .支撑的作用1 )保证钢结构屋顶的空间稳定性2 )保证屋顶在屋顶平面外稳定3 )受到屋顶纵向水平力的传递4 )提高建筑物整体刚性5 )保证结构安装时的稳定性和便利

5、性3 .支撑屋顶的配置屋顶支撑系统的做法(参照下图) :在屋顶两端的两个结构的相邻平面的屋顶所对应的上弦棒之间、下弦棒之间、端部的纵棒(或斜棒)之间以及中间的几个纵棒(或斜棒)之间，使用水平、垂直和倾斜方向其他房屋通过少数上弦杆与上述空间桁架结构体系相连接，使整个屋顶成为了具有充分空间几何不变性、稳定性和刚性的屋顶结构体系。 4 .支撑的构成a .上弦横向水平支撑即使具有没有檩条和檩条的系统，也必须在檩条的上弦平面中设置横向水平支撑。 一般来说，应该设置在房子两端或温度狭缝两端的第一柱之间，在山壁封闭耦合或与天窗合作的情况下，最好设置在第二柱之间。 支撑和屋顶是用普通螺栓连接起来的。 支撑间距

6、60m、 60m时，请在区间中间追加上弦横向支撑。 b .下弦横向水平支撑当家架跨度 18m或家架跨度18m，但在家架下弦上设有吊车或者在现场内设有吊车时，或者下弦弯曲的屋顶或山壁的防风柱被屋顶支撑时，必须横向水平地支撑弦。 配置在与上弦横向支承相同的柱间。 c .纵向水平支撑一般房屋的屋顶不纵向水平支撑：家里有支架时，必须在支架范围和其端部各法庭柱子之间的下弦端之间的平面内纵向水平支撑。 纵向水平支撑设置情况：屋顶背面的间隔30m时，在两端及跨度l/3处或天窗框架侧柱上共计设置4根。l30ma、L30m、三角形骨架的跨度l18m时，在跨度中央设置1根，l18m时，在跨度1/3或天窗的骨架侧柱

7、上设置2根。 垂直支撑的上下弦通常为双角钢t形截面。 垂直支撑、垂直支撑的腹棒体系取决于高跨度尺寸和比例：中跨度垂直支撑的高跨度比例约为0.5，常用双节间交叉承受斜腹棒体系两端垂直支撑的高跨度比例约为0.3，常用的w形腹棒体系，腹棒截面取决于构件的长度和受力情况(拉伸或推压)。 垂直支承形式，e .天窗框架支承屋顶被天窗框架复盖时，天窗框架也必须和屋顶框架一样配置天窗框架的上弦水平支承和垂直支承和系杆。 垂直支承通常设置在两个相邻的喀什天窗框架的侧柱间平面内，在天窗框架跨度12m的情况下，也设置在中心轴间平面内。 d-天窗框架上弦横向水平支承g-天窗框架的垂直支承，f .拉杆不设置水平支承桁架

8、，上、下弦的侧方支承点由拉杆保证。 连接杆通常设置在具有屋顶背面两端和垂直支承位置的上弦节点上，以及屋顶和天窗架侧柱位置的上弦节点上。 f-柔性连接杆k-刚性连接杆，连接杆结构：连接杆可以根据力和结构的要求设计成柔性连接杆或刚性连接杆。 一般大跨度房屋的系杆力量小，柔性系杆设计可由=350，400控制，常用单角钢截面刚性系杆设计可由=200控制，常用的双角钢十形截面。 两端和阁楼可靠连接的主屋，在其纵横比满足要求时，可以同时作为上弦杆。 横向支承为端部的第二开放部时，端部开放部的所有连接杆可能被正反水平载荷拉拽或压迫，因此必须用刚性连接杆设计。其他连接杆，即位于两个横向支撑之间的连接杆，原则上

9、可以设计成柔性连接杆，水平载荷仅传递到连接杆的拉伸侧，但通常将其中的屋顶上弦连接杆、底座下弦连杆和其他重要连接杆设计成刚性连接杆。 5 .支撑的连接模式图上，下弦横方向和纵向水平支撑的交叉斜棒通常与阁楼、下弦棒连接，其横棒始终与刚性系杆完全相同，连接也相同。 a .上弦支撑、b .下弦支撑、系杆连接模式图、支撑连接模式图、6 .支撑计算和结构1 )屋顶骨架由平行弦桁架支撑，其弦棒可兼作支撑桁架的弦棒，斜腹棒一般采用十字交叉式，与弦棒的交角在30o60o之间。 通常，横向水平支撑节点间的距离是屋顶板的上弦节间的距离的24倍，纵向的水平支撑的宽度是屋顶板的端节间的长度，一般为6m左右。 2 )支撑

10、中的交叉斜棒及柔性拉杆的拉杆设计，通常由单角钢制成的非交叉斜棒、弦棒、横棒及刚性拉杆的压杆的设计，优选采用双角钢制成的t形截面或十字形截面。 其中横杆和刚性拉杆经常使用十字形截面，使两个方向具有等稳定性。 3 )屋顶支撑力小，截面尺寸一般取决于棒材的允许长度细比和结构要求。 四、简支屋架设计(一)屋架的主要尺寸1 .屋架跨度铰链，封闭耦合Lo=L-(300400mm )铰链，非封闭耦合-l2.屋顶高度； a .三角形桁架的高度大，一般取中高度h=(1/41/6)L。 b .梯形桁架屋顶的坡度平坦，上弦的坡度为1/81/12的情况下，跨度的高度一般为(1/61/10)L。 梯形桁架端部的高度：桁

11、架和柱铰链时为1.62.2m，刚接合后为1.82.4m。 (2)房架的载荷和内力1 .载荷定载荷：房架(包括支撑)自重、屋顶定载荷(檩条等的重量)活载荷、雪载荷、灰载荷等。 a .定荷屋顶定荷-根据屋顶的实际做法和屋顶的面板、主屋的规格等和建筑结构荷载规范或材料的规格、厚度进行计算。 房屋架(包括支撑)的自重房屋架自重的一半作用于上弦平面，另一半作用于下弦平面。 如果屋顶下弦没有其他载荷，为了简化起见，可以假定所有载荷都作用于上弦平面。 b .活荷载：根据国家规范取值c .雪荷载：根据国家规范取值d .风荷载和积灰荷载等：根据国家规范取值。 2 .载荷简化各种平均分布载荷聚合到节点载荷上的计算

12、公式为：3 .载荷组合桁架内力必须根据使用和施工中可能遇到的同时作用最不利的载荷组合来计算。 不利载荷的组合一般有： (1)全跨度永久载荷全跨度可变载荷(2)全跨度永久载荷半跨度可变载荷(3)全跨屋、支撑和天窗自重半跨屋面板重量半跨屋顶活性载荷4 .内力计算1 )基本假设(1)各构件的轴线都在同一平面内， 与节点中心相交的(2)各节点被视为铰链，实际节点上产生的二次应力被忽略(3)因为载荷作用于桁架平面内的节点，所以只能对各杆作用推力。 必须按比例将作用于节点之间的载荷分配给左右节点，但是在计算上弦杆时，必须考虑局部弯曲的影响。 计算内力系数时，(3)框架构件的计算长度1 .桁架平面内的计算长

13、度Loxa .弦棒、支撑杆、支撑杆斜棒：虽然自己的线刚性大，但两端节点的嵌合程度低，视为两端的铰链构件。 Lox=Lb .其他腹部：两端或一端的嵌合程度大，视为弹性嵌合。 Lox=0.8L，2 .桁架平面外的计算长度Loy依赖于弦棒的侧方支点间距离。 上弦杆：无主屋顶-考虑到大型屋顶板的一定支撑作用，一般取两张屋顶板的宽度，3.0m。 有主房盖-主房与支撑点不交叉时： 檩条和支点交叉连接的情况。 下弦棒：纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间保持距离的腹棒：节点在平面外的刚性小，对构件的嵌合作用小，因此腹棒的两端被视为铰链。3 .连接在斜平面的单面上的由单角钢和双角钢构成的十字棒的腹棒，受到力

14、的话，有可能向斜方向压曲，因为两端的节点有一定的嵌固作用，所以斜平面的计算长度稍微减少(支撑台斜棒和支撑台纵棒除外)。 4 .变内力压杆桁架的受压弦棒侧支点间的距离为2倍节间的长度，2个弦棒的内力不同时，该弦棒在桁架平面外的计算长度用下式计算(其中 0.5L1 ) :式中： n1-大压力，计算时取正值的n2-小压力or张力、(4-1)、桁架再分式腹棒系的受压主斜棒和k型腹棒系的纵棒等桁架平面外的计算长度也必须由式(4-1)来决定，桁架平面内的计算长度取节点的中心间距离。 4 .交叉腹棒计算长度平面内的计算长度：从节点中心到交点的距离平面外的计算长度： a .拉杆设计时，取节点中心间的距离(交点

15、不作为节点来考虑)。 b .杆设计时：1)交叉的其他杆受到压力，两杆的截面相同，在交叉点没有中断的情况：2)交叉的其他杆受到压力，其他杆在交叉点中断，但在节点板上重叠的情况：3)交叉的其他杆被拉伸如果交叉点没有中断：4)交叉的其他杆拉伸，该杆在交叉点中断但被节点板重叠：公式中： l为桁架中心间距离(交叉点不作为节点考虑)，n为计算的构件内力，N0为交叉的其他杆的内侧两端杆均为压力(四)构件截面形式、构件面的选择原则：承载能力高、弯曲强度大、连接容易，材料经济通常选择山形钢和t型钢，截面伸展壁厚薄外观平坦，等强设计：杆对截面主轴具有同等或接近的稳定性。 当单轴对称截面围绕对称轴弯曲时，考虑扭转效应的换算长细比。 构件截面形式，山形钢构件截面形式，t型钢-屋架弦棒，优点：耐腐蚀，经济性好(节约钢材12%15% )。 (四)构