本章主要讲述钢屋盖结构的组成和分类.ppt

1、21钢屋架，本章主要讲述钢屋架结构的组成和分类，普通钢屋架的形式、尺寸和设计计算方法以及钢屋架的施工图，并简要介绍轻钢屋架的基本知识。在学习过程中，我们应主要掌握以下内容：(1)掌握钢屋盖结构的组成，各构件的分类、功能和布置；(2)掌握常用钢屋架的形式和尺寸，区分不同形式屋架的性能和适用范围；本章摘要，(3)了解钢屋盖支架的布置方法和作用；(4)掌握普通钢屋架的设计计算方法和结构要求；(5)能理解钢屋架施工图纸，并能绘制简单的施工图纸；(6)了解轻钢屋架的基本知识。本章内容，21.1钢屋盖结构的组成和分类，21.2钢屋盖桁架的形式和尺寸，21.3钢屋盖桁架的支撑体系，21.4钢屋盖桁架的设计计

2、算，21.6普通钢屋盖桁架的设计计算实例，21.7轻钢屋盖桁架，21.1钢屋盖结构的组成和分类，钢屋盖结构主要由屋顶、屋架和支撑组成，部分还配有支架和天窗框架等。(1)屋面主要由各种屋面板组成，平放在屋架上，承受外部荷载。(2)屋架主要由各种钢构件组成。(3)支撑：根据支撑的不同位置和功能，支撑可分为四种类型：上弦水平支撑、下弦水平支撑、垂直支撑和拉杆。21.1.1，(4)支架和天窗屋架的跨度和间距取决于柱网的布置，这是由建筑工艺要求和经济合理性等多种因素决定的。天窗有三种类型：纵向天窗、横向天窗和井式天窗，其中通常使用纵向天窗。对于纵向天窗，需要单独的天窗框架。几种常见的天窗框架见图21.2

3、。图21.1装配式钢筋混凝土单层厂房结构及图21.2天窗框架形式。根据屋面材料和屋面结构布置的不同，钢屋面可分为两种类型：无檩条屋面和檩条屋面(图21.3)。当屋面材料采用预应力大屋面板时，屋面荷载可通过大屋面板直接传递给屋架，称为无檩条屋面；当波纹铁皮、石棉瓦、波纹钢板和钢丝网水泥板用作屋面材料时，屋面荷载通过檩条传递给屋架。这个系统被称为檩条屋顶。21.1.2分类，两种屋面系统各有优缺点，具体设计应综合考虑建筑使用要求、结构特点、材料供应和施工条件。一般中型工厂，特别是重型工厂，对横向刚度要求较高，宜采用无檩条屋面的大型屋面板；对于中小型房屋，尤其是无保温层的房屋，应采用轻型屋面材料的檩条

4、屋面。图21.3屋面结构布置图，(一)带檩条屋面；(b)无檩条屋面、21.2钢屋架形式和尺寸、21.2.1钢屋架常用形式(见表21.1)、表21.1常用屋架形式对照表、屋架形状应与屋面材料要求的排水坡度相适应。屋架的形状尽可能适应其弯矩图，使弦杆之间的内力相差不大。腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，长的腹杆要拉，短的腹杆要压。节点结构应简单、合理且易于制造。对于有天窗或悬吊升降运输设备的房屋，有必要根据天窗的大小和悬吊吊点的位置划分节间并布置腹杆。21.2.2确定屋架形式的原则：(1)屋架跨度主要根据工艺和建筑要求确定，普通钢屋架的常见跨度有18米、21米、24米、27米、30米、

5、36米等。钢屋架计算跨度的确定：Th21.2.3屋架的主要尺寸和确定屋架高度的主要程序：根据屋架的形式和设计经验确定屋架的端部高度；根据屋面材料对屋面坡度的要求，确定屋架的跨中高度；考虑其他影响因素，最终确定屋架高度。当屋架的形状和主要尺寸(跨度和高度)确定后，每个桁架杆的几何长度可以根据三角函数或投影关系得到。图21.4屋架计算跨度。从经济性和刚度的要求来看，三角形屋架的中跨高度一般为1/4L/6；梯形屋架的中跨高度一般为l/6l/10，其中l为屋架的跨度。跨度越大，比率越小。屋顶负荷越大，比率越大。从运输条件来看，屋架高度一般不应超过3.8m。梯形屋架的端部高度一般不应小于l/18。陡坡梯

6、形屋架端部高度一般为5001000毫米，平坡一般为18002100毫米。当屋架跨度较小时，取其极限值。屋架跨度越大，其端部高度值应越大。21.2.4结构要求，21.3钢屋盖支撑系统，(1)保证屋盖结构的几何稳定性，(2)保证屋盖的空间刚度和整体性，(3)为受压弦杆提供横向支撑点，(4)承受和传递纵向水平力(风荷载、吊机纵向制动力、地震荷载等)。)，(5)在安装和架设期间确保结构的稳定性，21.3.1屋顶支撑功能，(1)上弦横向支撑，(2)下弦横向水平支撑，(3)下弦纵向水平支撑，(4)垂直(5)系杆，21.3.2屋顶支撑布置(图21.5)，以及图21.5无檩条的屋顶支撑布置的示例。下弦杆水平和

7、纵向的水平支撑布置；天窗框架上弦的横向水平支撑；屋架支撑和中跨垂直支撑；(e)当荷载反向(如风荷载反向)时，斜腹杆的应力发生变化，一个构件仍参与应力工作，而另一个构件弯曲和扭转以屈曲并退出工作。对于支撑和刚性拉杆的计算，采用双角钢形成十字形或丁字形截面。顶板支撑的应力通常很小，一般不需要计算，截面尺寸大多根据构件的允许长细比和结构要求来确定。支撑构件与屋架之间的连接应结构简单，安装方便。21.3.3支撑的计算和构造，21.4钢屋架的设计和计算，(1)屋架的所有节点都是理想铰接的。(2)屋架各构件的轴线均为直线，均在同一平面内，并在节点中心相交。(3)荷载全部作用在节点上，并在屋架平面内。21.

8、4.1屋架杆件内力计算，21.4.1.1基本假设，作用在屋架节点上的荷载，有檩条屋面通过檩条，无檩条屋面通过大屋面板纵肋传递到桁架节点(屋面荷载在标清阴影范围内，如图21.6所示)。(1)永久荷载包括屋面材料、檩条、支撑、屋架、天窗框架等结构的自重。(2)可变载荷包括活载荷、灰尘载荷、雪载荷、风载荷、起重机载荷等。屋面活载和雪荷载不同时考虑，取两者中较大值。21.4.1.2屋顶桁架上的荷载和屋顶桁架的内力应根据使用或施工期间可能出现的最不利荷载组合进行计算。屋架设计应考虑以下三种荷载组合：永久荷载可变荷载永久荷载半跨可变荷载屋架、支撑及天窗桁架、自重半跨屋面板、重半跨活荷载屋架、上下弦杆及支撑

9、附近腹杆按第一种荷载组合计算；中跨附近的腹杆根据第二和第三荷载组合计算，取较大值。图21.6。节点负载收集图。(1)轴力屋架各构件的轴力可用图解法或数值法(节点法或截面法)求得。(2)局部弯矩当有21.4.1.3内力计算，角钢屋架的构件由两个角组成，截面有两个弯曲轴，即X轴和Y轴(图21.7)，因此有两种弯曲失稳的可能：一种是屋架平面内的屈曲；二是屋架平面外屈曲。(1)平面内弦杆、斜撑和竖撑的计算长度为l0l(l为构件的几何长度，即节点中心之间的距离)，因为其截面尺寸一般较大，节点板的影响相对较小；对于其他压杆，考虑节点板的约束作用，计算长度为L00.8L.21.4.2、屋架杆件的设计，(2)

10、计算出的弦长出平面l0y等于横向固定点之间的距离。腹杆平面外的计算长度被视为节点中心之间的距离。当弦杆横向支撑点之间的距离为节间长度的两倍，且两个节间的内力不相等时，弦杆平面外的计算长度应按以下公式计算：l0y=L1(0.750.25 N1/N2)，屋架弦杆和腹杆的计算长度详见钢结构设计规范，见表21.2。屋架平面外的计算长度应按下列规定采用。压杆：当另一根交叉杆处于受拉状态，且两根杆的交点不中断时，l0=0.5l；当另一根交叉杆受拉时，两根杆中的一根在交点处中断，并与节点板重叠：l0=0.7l；其他情况：l0=1。拉杆：l0=1，图21.7杆件截面主轴，表21.2桁架弦杆和单腹杆的计算长度l

11、0，杆件的21.4.2.2许用长细比，压杆和拉杆的许用最大长细比在钢结构设计规范中有规定，称为许用长细比，见表21.3。屋架构件一般是由双角钢组成的丁字截面，截面的两个主轴在屋架的平面内和平面外。检查两个主轴的长细比：当屋架腹杆为单角钢或双角钢组成的截面构件时，斜平面上构件的最大长细比应取截面的最小回转半径计算，即表21.3桁架构件的允许长细比、21.4.2.3截面形式和构件结构，(1)为方便选择，见表21.4 (2)截面。为了防止在运输和安装过程中弯曲和损坏，角钢的尺寸不应小于454或56364；宜选用宽肢薄壁角钢，以增加回转半径，更有利于受压；屋架弦杆一般采用等截面；当使用可变截面时，在半

12、跨内只能改变一次，且肢厚应保持不变，肢宽应改变，以便于拼接。(3)截面计算(表21.5)，表21.4钢屋架杆件截面形式，表21.5钢屋架截面计算对照表，(1)节点结构要求屋架各杆件的质心线与屋架几何轴线重合，并移交给节点中心，使实际应力与计算图一致，减少附加偏心弯矩。为了节省连接板的材料，钢筋应尽可能紧凑，但考虑到下料和焊缝的质量，上腹杆和弦杆之间以及腹杆之间的间隙不应小于20毫米。考虑到焊接质量，连接板一般应伸出弦杆后部1015毫米，焊缝中心应尽可能受力(图21.8)。21 . 4 . 3屋架的节点设计，节点板的形状应尽可能简单规则，最好设计成矩形、梯形或平行四边形等。以避免凹角和防止严重的

13、应力集中。(2)节点计算节点设计时，首先根据连接杆的内力确定焊缝的圆角尺寸和长度，然后根据节点上各杆的焊缝长度确定节点板的合理形式和平面尺寸。下弦中间节点(图21.9)上弦中间节点不同于弦杆与拼接角钢之间的焊缝计算见图21.12。图21.13显示了下弦杆和节点板之间连接焊缝的计算。图21.14显示了上弦杆和节点板之间连接焊缝的计算。承重节点(图21.15)屋架和柱之间的连接可以简单支撑或直接连接。钢筋混凝土柱或砖柱支撑的屋架一般为简支。支撑在钢柱上的屋架通常是刚性的。承重节点包括节点板、加强筋、承重底板和地脚螺栓。加劲肋的作用是加强支座底板的刚度，从而均匀传递支座的反力，提高节点板的横向刚度。

14、承重节点的传力途径是屋架构件的内力通过连接焊缝传至节点板，然后通过节点板和加劲肋传至底板，最后传至柱子。底板计算：轴承底板所需的净面积为安=R/fcc总面积为A=An，轴承底板厚度为t6M/f，加劲肋厚度与连接板厚度相同；高度由节点板和结构的尺寸决定。加劲肋与连接板的连接焊缝：每个加劲肋承受屋架支座反力r的1/4，即偏心力。焊接剪切：v=r/4；焊接弯曲：M=Rlw/8。各加劲肋与承重节点板之间的连接焊缝按下式计算：承重节点板、加劲肋与承重底板之间的水平连接焊缝按下式计算：节点板与底板、加劲肋与底板、屋架与柱之间的刚性连接结构如图21.16所示。图21.8连接板形状对焊接应力的影响，(a)正确

15、；不令人满意。图21.9为下弦杆中间节点，图21.10为檩条屋架上弦杆无中间节点，图21.11为檩条屋架上弦杆中间节点，图21.12为弦杆与拼接角钢连接，图21.13为下弦杆与节点板连接，图21.14为上弦杆与节点板连接，图21.15为屋架支撑节点。当屋架对称时，可以画出屋架的一半。图21.17是钢屋架的详图。绘制钢屋架施工图的主要内容和基本要求：(1)在图纸左上角绘制整个屋架的草图，标明左半跨屋架的几何尺寸，并标明右半跨杆件的设计内力。(2)图的中心是屋架详图、上弦和下弦平面图、必要数量的侧视图和零件图。(3)在右上角画一张材料清单，在清单中填写所有杆件和零件的数量、规格、尺寸、数量和重量以及整个屋架的重量。(4)钢屋架施工图可按两种比例绘制，屋架轴线比例为120，130，构件截面及节点尺寸比例为110，115。(5)屋架和构件的主要几何尺寸应在施工图上标明。(6)施工图中应注明所有部件的型号和尺寸。(7)大跨度屋架在自重和外荷载的作用下会产生较大的挠度，特别是当屋架下弦承受吊平屋顶或吊吊车的荷载时，挠度会较大，影响