单层厂房结构1032

1、2021-4-271 1 1 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置 2 2 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式 3 3 屋盖结构屋盖结构 4 4 框架柱设计特点框架柱设计特点 5 5 轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构 6 6 吊车梁设计特点吊车梁设计特点 7 7 墙架体系墙架体系 v 厂房结构的组成厂房结构的组成 v 厂房结构的设计步骤厂房结构的设计步骤 v 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置 1.1 厂房结构的形式和布置 1.1.1 1.1.1 厂房结构的组成厂房结构的组成 厂房的组成厂房的组成（图图1-11-1示示）及各个部分的作用：及各个部分的作用： 1 1、横向框架：柱

2、和屋架组成，承受风、自重、雪等荷载。、横向框架：柱和屋架组成，承受风、自重、雪等荷载。 2 2、屋盖结构：横梁、托架、屋架、天窗架、檩条等、屋盖结构：横梁、托架、屋架、天窗架、檩条等 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 3、支撑体系：屋盖和柱间支撑组成，承受水平荷载，保证厂房刚度和稳定 4、吊车梁和制动梁：承受吊车竖向和水平荷载 （按照吊车使用的频繁程度） 5、墙架：承受墙体自重和风荷载 q吊车的工作制等级与工作级别的对应关系 工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4

3、,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8 柱 屋架 吊车梁 天窗架 柱间支撑 1.1.2 厂房的设计步骤 l合理规划厂房的建筑和结构 l据工艺确定厂房的平面和立面的尺寸 l选择承重框架的主要形式并确定其主要尺寸 l布置屋盖，吊车道，支撑和墙架体系 l按设计资料进行静力计算、构件及连接件设 计 l绘制施工图 1.1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素： 1 1）满足生产工艺流程要求：）满足生产工艺流程要求： 2 2）满足结构上的要求：）满足结构上的要求：在保证厂房具有必需的在保证厂房具有必需的 刚度和强刚度和强 度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量 少些，以利施

4、工。少些，以利施工。 3 3）符合经济合理的要求：）符合经济合理的要求： 4 4）符合建筑模数要求：）符合建筑模数要求：柱距柱距L L的取值的取值: : 一般地，一般地， 在跨度不小于在跨度不小于30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊车额定起、吊车额定起 重量不小于重量不小于50t50t时，柱距取时，柱距取12m12m较为经济较为经济; ;参数较小参数较小 的厂房取的厂房取6m6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结柱距较为合适。如果采用轻型围护结 构，则取大柱距构，则取大柱距15m15m，18m18m及及24m24m较适宜。较适宜。 1.1.3 柱网和温度伸缩缝的布置 q拔柱：拔柱

5、：由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图1 12 2 中，在纵向轴线中，在纵向轴线B B与横向轴线与横向轴线L L相交处不设柱子，因而导致轴线相交处不设柱子，因而导致轴线k k和和m m之之 间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。 图1-2 柱网布置 计算单元 2.2.温度收缩缝温度收缩缝 : : 超出表超出表1-11-1中数值时中数值时, ,应考虑温度应力和温度应考虑温度应力和温度 变形变形 的影响的影响 结构情况结构情况 纵向温度区段纵向温度区段 ( (垂直屋架或构垂直屋架或构

6、架跨度方向架跨度方向) ) 横向温度区段横向温度区段( (屋架或构屋架或构 架跨度方向架跨度方向) ) 柱顶为刚接柱顶为刚接柱顶为铰接柱顶为铰接 采暖房屋和非采采暖房屋和非采 暖地区的房屋暖地区的房屋 热车间和采暖地热车间和采暖地 区的非采暖房屋区的非采暖房屋 露天结构露天结构 220220120120150150 180180100100125125 120120- 温度区段长度表(m) 表1-1 （可设置双柱和单柱伸缩缝） 1.2 1.2 厂房结构的框架形厂房结构的框架形 式式 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。

7、 （a） （b） （c） q 柱脚刚接：柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。增大横向框架的刚度。 q 铰接框架：铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车横梁与柱子铰接，适用于吊车 起起 重量不很大的轻型维护结构。重量不很大的轻型维护结构。 q 刚接框架：刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等双层吊车，装备硬钩吊车等 的的 单跨重型厂房。单跨重型厂房。 1.2.1 横向框架主要尺寸和计算简图 一、主要尺寸 SLLK20 2/ 1 bDBS 1、框架的跨度 LK：桥式吊车的跨度 S：吊车梁轴线到上柱轴线间

8、距 B:吊车桥架悬伸长度 D：吊车外缘与柱内缘必要空隙 b1:上柱宽度 321 hhhH 2、框架的高度 h3：地面至柱脚底面的距离 h2：柱脚底面至轨顶的高度 h1：吊车轨道顶至屋架下弦底面的距离 )200150(100 1 mmmmmmAh A:轨顶至小车顶距离 100mm为安装或制造误差 150200mm是考虑挠度等影响 二、计算简图 （a） （b） （c） 1、将空间框架简化为平面框架计算 2、考虑桁架式横梁和格构柱的腹杆和缀条变形，将 其刚度乘以折减系数0.9 3、横梁与柱的刚度比值大于4时可视横梁刚度为无 穷大 4、框架的高度根据横梁与柱连接形式（刚接、铰接） 确定，见教材p6图1

9、.5 v荷载计算荷载计算 v内力分析与组合内力分析与组合 1.2.2 横向框架的荷载与内力 计算单元 简化 单层房屋结构 平面 框架 1. 1.永久荷载（恒载）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，分项系数取1.2，计算锚栓的时候取1.0 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。活载分项系数取1.4 ：1、雪载与活载取较大者与积灰荷载组合 2、吊车荷载在不同情况下应考虑组合不同台数 3.施工荷载 1.2.2.1 荷载计算 风荷载风荷载：标准值：标准值： z z 风压高度变化系数风压高度变化系数 s s体型系数体型系数 z z风振

10、系数风振系数 风荷载标准值风荷载标准值W Wk k是沿垂直建筑物表面方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。向作用的，为方便将其投影到水平上。 0 WW szzk q为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋为简化计算，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。（选学）架换算为实腹式构件进行内力分析。（选学） 当量惯性矩：当量惯性矩： )( 22 AA yc 1.2.3 内力分析及组合 A和A分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 X和X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。 反映剪力和几何形 状的修正系数。 =0.9 平行弦

11、 =0.8 上弦坡度i = 0.1 =0.7 上弦坡度i = 0.125 对于屋架：对于屋架：其当量惯性矩为：其当量惯性矩为： h h为上下两弦截面形心之间的距离。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屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性 矩。矩。 M Mmax max简支屋架在屋面荷载作用下的跨中 简支屋架在屋面荷载作用下的跨中 弯矩。弯矩。 f f 弦杆抗拉强度设计值。弦杆抗拉强度设计值。 2 0 h AA AA II f hM II 2 max 0 内力分析内力分析： q依叠加原理，内力分析只需针对几种依叠加原理，内力分析只需针对几种 基本类型进行。基本

12、类型进行。 单跨框架：单跨框架： （1 1）永久荷载；）永久荷载； （2 2）屋面活荷载；）屋面活荷载； （3 3）左风（右风荷载）；）左风（右风荷载）； （4 4）吊车左（右）刹车力；）吊车左（右）刹车力； （5 5）吊车小车靠近左（右）时的重力。）吊车小车靠近左（右）时的重力。 q手算或电算手算或电算 按照按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB50009)(GB50009)的规定，的规定， 结构设计应根据使用过程中在结构上可能同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使用

13、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。的组合，并取最不利组合进行设计。 内力组合： 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 G、Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数 n i QikQiGkG kQQGkG SSS SSS 1 11 9.0 荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形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的

14、内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合 进行校核进行校核 。要特别注意：多台吊车参与组合时要特别注意：多台吊车参与组合时 要考虑折减系数。要考虑折减系数。 q 受弯构件：受弯构件： ),( :II),( : I maxmax VMVM 剪力；相应内力组合的弯矩和 最大正负剪力； 最大正负弯矩； VM VV MM , , , maxmax maxmax ),IV(),( :III maxmax MVMV q 压弯构件：压弯构件： 最大正负轴力； 最大正负弯矩； maxmax maxmax , , NN MM ),( :II),( : I maxmax NMNM ),IV(),( :III ma

15、xmax MNMN 压弯构件： max M 内力组合表 q 阶梯形柱：阶梯形柱：上段柱：实腹式上段柱：实腹式, ,格构式（一般用实腹柱。格构式（一般用实腹柱。 q下段柱：缀条式格构柱或者实腹柱（一般截面高度大于下段柱：缀条式格构柱或者实腹柱（一般截面高度大于1M1M时取格构柱否时取格构柱否 则选择实腹柱）。则选择实腹柱）。 q 分离式柱：分离式柱：吊车肢吊车肢, ,屋盖肢屋盖肢 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 。 1.2.4框架柱的类型 q 阶梯形下柱的常见截面形式：阶梯形下柱的常见截面形式： 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5

16、0t的中柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱 q A6 A6一一A8A8级吊车的单跨厂房级吊车的单跨厂房 宜采取下列措施宜采取下列措施 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 q下层柱间支撑：下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑吊车梁下部的柱间支撑 1.2.5 柱间支撑 q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. 1.柱间支撑的作用：柱间支撑的作用： 1 1）承受并传递纵向水平荷载：）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、作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。

17、纵向地震力等。 2 2）减少柱在平面外的计算长度。）减少柱在平面外的计算长度。 3) 3) 保证厂房的纵向刚度保证厂房的纵向刚度。 2. 2.柱间支撑的布置：柱间支撑的布置： 1 1）每列柱都要设）每列柱都要设柱间支撑柱间支撑。 2 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱）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。间支撑布置在同一柱间。 3 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，）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。以减少纵向温度应力的影响。 4 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置

18、的柱 间设置外间设置外, ,还应当在每个温度区段的两端设置。还应当在每个温度区段的两端设置。 5 5）每列柱顶均要布置）每列柱顶均要布置刚性系杆刚性系杆。 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 1.2.5框架柱的设计特点 框架柱计算长度（弹性理论） 上柱计算长度： 111 .HH x 临界力为： 2 11 1 2 1 )(H EI N 下柱计算长度： 222 .HH x 临界力为： 2 22 2 2 2 )(H EI N 公式中1和2可查附录5 柱截面验算

19、1、上柱工字形按压弯构件验算 2、下柱格构式按压弯构件平面内以及屋盖和吊 车肢单独验算 3、吊车肢单独承受最大吊车垂直轮压时进行验 算 4、突缘支座时，按轴心压力N1的单肢进行稳 定性验算 5、当为平板支座时，要考虑两支座的反力差 引起的平面外的弯矩。 1 1、无檩屋盖、无檩屋盖 用于预应力混凝土大型屋面板。由屋面板、天沟板、天窗架、屋架、托架、及屋盖用于预应力混凝土大型屋面板。由屋面板、天沟板、天窗架、屋架、托架、及屋盖 支撑组成。支撑组成。 2 2、无檩屋盖、无檩屋盖 用于压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。由小型屋面板、檩条及屋盖用于压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。由

20、小型屋面板、檩条及屋盖 支撑组成。支撑组成。 1.3屋盖结构 1.3.1屋盖结构的形式 1.3.1.1屋盖结构体系 无檩屋盖 柱 屋架 吊车梁 天窗架 柱间支撑 有檩屋盖 1.3.1.21.3.1.2屋架的形式屋架的形式 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 确定桁架形式的原则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1/31/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/21/8 1.满足使用要求： 2. 2.受力合理：受力合理： 1 1）弦杆：）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大

21、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简支屋架外形与均布荷载下的抛 物线物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力形弯矩图接近时，各处弦杆内力 才比才比 较接近。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。 q 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 q再分式腹杆再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比弦杆在屋架平面内的长比 。 q交叉式腹杆交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力主要用于可能从不同方向受力 的支撑体

22、系。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 q 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。 q 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 跨度跨度 L L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度： 三角形屋架：三角形屋架： 中部高度中部高度H(H(1/61/61/41/4)L)L 梯形屋架梯形屋架 ： 中

23、部高度中部高度H(H(1/101/101/61/6)L)L 端部高度端部高度H H0 0(1.81.82.1m2.1m) ) 桁架主要尺寸的确定 1.3.1.3 托架、天窗架的形 式 1、托架：支撑中间屋架的桁架，一般采用平行 弦桁架，腹杆采用带竖杆的人字形体系，高度 一般为跨度的1/51/10,跨度大于18m时，可做 成双壁式。 2、天窗：满足采光与通风。形式有：纵向、横 向、井式等，一般采用纵向天窗。 纵向天窗形式有：多竖杆式、三饺拱式和三支点 式等。见教材P13图1.12，宽度为厂房跨度的 1/3,高度为宽度的1/5-1/2。 1.3.3屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支

24、撑 屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑 系杆 图117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 1、屋盖支撑的作用 2.2.保证屋盖的刚度和空间整体性保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑是一个水平放置是一个水平放置( (或接近水平或接近水平 放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。 纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗 弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，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。减少横向水平荷载作用下的

25、变形。 3.3.为弦杆提供适当的侧向支承点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。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 4.4.承担并传递水平荷载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。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 5.5.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 2 2、屋盖支撑的布、屋盖支撑的布 置置 1.上弦横向水平支撑布置原则: 在有檩条或只

26、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L060m。 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L18m； 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 4.4.垂直支撑布置原则垂直支撑布置原则 ： q所有房

27、屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。 q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L L30m30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度 L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大 于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱 外设置两道外设置两道 。 q梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置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一道，当有托架时则由托架代替 。 q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间。一柱间。 屋盖支撑布置图 屋架的

28、垂直支撑布置 5.5.系杆系杆 刚性系杆：刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。能承受拉力也能承受压力的系杆。 柔性系杆：柔性系杆：只能承受拉力的系杆。只能承受拉力的系杆。 作用：作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供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。上下弦的侧向支承点。 布置原则：布置原则： q在在垂直支撑的平面内垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；一般设置上下弦系杆； q屋脊节点及主要支承节点处需设置屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆刚性系杆， 天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆柔性系杆； q当屋架横向支撑设在端部第二

29、柱间时，第一柱间当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间 所有系杆均应为所有系杆均应为刚性系杆刚性系杆。 各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采 用交叉斜杆用交叉斜杆 。 3、支撑的计算 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 q屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆 件件 截面常按截面常按容许长细比容许长细比来选来选 。 q拉杆拉杆单角钢单角钢 q压杆压杆双角钢双角钢 q当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内

30、力， 按按 图示拉杆（图示拉杆（压杆退出工作压杆退出工作）计算并据以选择截面。）计算并据以选择截面。 v桁架的内力计算 1.3.4 钢屋架设计 v桁架杆件的计算长度 v杆件截面型式 v一般构造要求与截面选择 v桁架的节点设计 v桁架施工图 1. 1. 荷载分项系数及荷载组合系数按荷载分项系数及荷载组合系数按建筑结构建筑结构 荷荷 载规范载规范选取。选取。 2. 2. 按节点荷载作用下的按节点荷载作用下的铰接平面桁架铰接平面桁架分析内力，分析内力， 常用的内力分析方法有常用的内力分析方法有图解法、解析法、图解法、解析法、 电电 算算。具体分析时，可先分别计算。具体分析时，可先分别计算全跨全跨和和

31、半半 跨跨单单 位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷 载组载组 合，列表计算。合，列表计算。 1.3.4.1 屋架内力分析 计算内力系数 3.3.节点刚性影响节点刚性影响 节点刚性节点刚性引起杆件引起杆件次应力次应力，次应力一般较，次应力一般较 小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时小，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。需要计入次应力的影响。 4.4.杆件的内力变号杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉受拉，而，而 在半在半 跨荷载时可能跨荷载时可能受压受压。 半跨荷载：半跨荷载：活荷载、雪荷载、

32、积灰荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、 单侧施工单侧施工 5.5.节间荷载作用的屋架节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载 作作 用的屋架计算各杆内力。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。等效的两端铰接的理想轴心压杆。 (a) (b) (c) 2 2 1 L EI crP 2 2 )5 . 0

33、( 2 L EI crP 2 2 )( 3 L EI crP 杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。 1.3.4.2桁架杆件的计算长度及长细比 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。 1、受压弦杆和单系腹杆的计算长度 2. 杆件计算长度： q 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 x l0 ll x 0 ll x 8 . 0 0 屋架杆件的计算

34、长度 q 桁架桁架平面外平面外计算长度计算长度 弦杆弦杆 （侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离） 腹杆腹杆 （节间长度（节间长度 ） 单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，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。所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。 ll y 0 ll y 9 . 0 0 oy l 10 ll y 平面内计算长度: 平面外计算长度： dl x 0 )25. 075. 0( 1 2 10 N N ll y dl2 1 考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。 2

35、、变内力压杆的计算长度 q 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。 3、交叉腹杆中压杆的计算长度 q 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。 q 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： ll x 5 . 0 0 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。 2)1 ( 0 N N lloy N N lloy 12 1 0 2

36、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。 l N N lloy5 . 0) 4 3 1 ( 2 1 0 l N N lloy5 . 0 4 3 1 0 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。 NN 0 ) 1( 4 3 0 2 2 0 N NlN EI y ll y 5 . 0 0 N 0 N l 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

37、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： l 5 . 0 l l 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。 )( yzyx yz 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。 1.3.4.3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： y y y x x x yx xy i l i l ll 0 0 00 2 yx ii2 有节间荷载时 受拉弦杆： xy ll 00 支座斜腹杆及竖杆：

38、 xy ll 00 yx yx ii 其他腹杆： yx ll 00 8 . 0 yx yx ii8 . 0 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56种 最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋 架不受此限。 1.3.4.4 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。 ilz40 ilz80 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

39、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（2-6a2-9b)计算。 yx max max 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，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。 1.3.4.5 桁架节点设计 1.节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。 角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。 双角钢截面杆件的节点 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。

40、 i K 节点板上各杆件之间的间距a: i i i K KM M eNNM)( 21 偏心力矩： -第i杆的线刚度 i i i l EI K 当偏心e0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩： 受静载时， 2010a 受动载时， 50a 2.节点板设计： 形状简单、规则，如矩形、梯形 梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点半板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板 厚度相同。 节点板的拉剪破坏： f A N ii )( i i 2 cos1 1 第i段的拉剪折算系数 i i 第i段破坏线与拉力轴线的夹角 ii tlA 第i段破坏

41、面的截面积 单根腹杆的节点板按下式计算： f tb N e e b 节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度 t 板件厚度， 应力扩散角，取30。 对无竖腹杆的节点板， y ftc23510 当 节点板的稳定承载力可取为 tfbe8 . 0 c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向 由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定： 对有竖腹杆的节点板，当 y ftc23515 在任何情况下 tc 不得大于 ， y f23522 至弦杆的净距离，t为节点板厚度。 可不计算稳定,否则应进行稳定计算。 时， 时， 1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30 2）斜腹杆与弦杆夹角应在3060 3

42、）节点板的自由边长度与厚度之比不得大于 y f23560 ，否则应沿自由边设加劲肋。 用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求 在任何情况下， tc 不得大于 y f2355 .17 当 y ftc23510 时，应进行稳定计算 3.节点的构造与计算 一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。 腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝 （L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 按下式计算其焊缝长度。 力分配系数角钢肢背、肢尖焊缝内 21,K K 寸肢背、肢尖焊缝焊脚尺 21 , ff hh 角焊缝强度设计值 w f f 21 NNN 1 1 1 2

43、 7 . 02 1 f w ff w h fh NK l 肢背焊缝： 肢尖焊缝： 2 2 2 2 7 . 02 2 f w ff w h fh NK l 有集中荷载的节点 q节点板伸出 槽焊缝“K”假定只传递P力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。 “A”焊缝传递弦杆两端内力差N=N1-N2和偏 心力矩M=Ne。焊缝两端的最大 合成应力： 22 22 7 . 02 7 . 02 6 )( 2 22 wf f wf f w tf f f lh N lh M f q 节点板部分伸出 当“A”焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案， 肢尖“A” 与肢背“B”两条焊缝传递弦杆 与节点板

44、间内力， NPN P较小，近似按只承受轴力时 ”焊缝”和“设计和验算“分配到肢尖和肢背，以BAN 的肢尖和肢背的分配系数将 下弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格， 切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓， 拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。 焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝（“C”焊缝），传递两侧弦杆 内力的较小值N,考虑到截面形心处的力与拼接 角钢两侧的焊缝近于等距，N力由两根拼接角钢 的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一 侧的焊缝长度为： f w ff h fh N l2 7 . 04 1 blL 1 2 拼接角钢长度为 内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差N,

45、如N过小则取弦杆较大内力的15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊缝参照传力一侧采用。 弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算： w f wf f lh NK 7 . 02 15. 0 max1 肢背焊缝： w f wf f lh NK 7 . 02 15. 0 max2 肢尖焊缝： 上弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2个。 计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。 支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。 屋架与柱的刚接： 刚接节点连接焊缝 传递内力由以下两 部分组成： 屋面荷载产生的 横梁端反力， 横梁端弯矩在上 下

46、弦轴线处产生的 附加水平力、附加 竖向反力，下弦处 的水平力中还应包 括框架内力组合的 相应水平剪力。 梯形屋架支座节点 节点板 加劲肋 底板 锚栓 加劲肋作用： 提高支座节点的侧向刚度，使支座底版受力均匀，减少底版弯矩 支座节点力的传递路线为： 节点板 H形焊缝 底板 屋架杆件 合力R L形焊缝 加劲肋 支座节点的计算： 底板： 底板面积： 00 A f R AAA c n 锚栓孔面积 0 A 底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将 基础反力看成均布荷载q,底板被节点板和加 劲肋分成4块两相邻边支撑的板，其单位宽度 的弯矩为： 2 1 qaM n A R q 底板下的平均压应力： fMt6底

47、板厚度： 加劲肋：按悬臂梁计算，固端截面的剪力 4 R V 固端截面弯矩 eVM 加劲肋与节点板间竖向焊缝L: 焊缝受力： 4 R V eVM wf f wf f w tf f f lh N lh M f 7 . 02 7 . 02 6 )( 2 22 焊缝验算： 支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝： 传递全部反力R。 w f wff f lh R 7 . 0 的水平焊缝总长度 节点板、加劲肋与底板 w l 屋架设计实例 1、读懂设计资料 2、确定计算尺寸与支撑布置 3、荷载、内力计算及内力组合 4、杆件截面选择，按拉杆或者压杆进行设计 5、节点设计 屋架弦杆的轴向力较大，不可忽略 下弦端

48、节间受压，长细比控制应按压杆考虑 下弦螺栓受力为： 1.3.5刚架屋架设计特点 b t i e N y yH n H N 2 1 max 2 下弦节点板与支撑端板的连接焊缝： w f wf wffwf f lh eH lh H lh R 2 2 111 2 2 ) 7 . 0*2 6 7 . 0*2 ( 1 ) 7 . 0*2 ( 支撑端板所需要的厚度为： Sf lN t 2 3 1max 在图纸左上部绘制索引图。对称桁架，一半注 明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形 屋架L24m，三角形L15m,应予起拱f=L/500。 施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面 图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特 殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为 1：201：30，节点为1：101：15。 定位尺寸：轴线至肢背的距离，节点中心至 腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、 下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距 表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。 1.3.4.7桁架节点施工图 各零件要进行详细编号，按主次、上下、左各零件要进行详细编号，按主次、上下、左 右顺序