第9章-桁架及屋架

1、第九章第九章 桁架及屋架桁架及屋架 9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系 9.2 屋盖的组成及主要平面尺寸 9.3 屋架的支撑系统 9.4 屋盖设计的内容和屋架的内力计算 9.5 桁架杆件的截面形式和节点板厚度 9.6 桁架杆件的计算长度和容许长细比 9.7 桁架杆件的截面射击 9.8 桁架的支点设计和角钢间的填板 9.9 支撑系统与屋架的连接节点 9.10 屋架的施工详图桁架主要是由桁架主要是由轴心受力构件（拉杆和压杆）轴心受力构件（拉杆和压杆）组成组成的的格构式扩大构件格构式扩大构件，用以，用以承受横向荷载和跨越较承受横向荷载和跨越较大的空间大的空间。当跨度比较大时采用实腹式受弯构件将造

2、成多费钢材时，当跨度比较大时采用实腹式受弯构件将造成多费钢材时，就需要采用桁就需要采用桁架架 。主要用途主要用途：房屋建筑中的房屋建筑中的屋盖、桥梁、各种塔架（起重、屋盖、桥梁、各种塔架（起重、输电、钻探）和水工结构如闸门输电、钻探）和水工结构如闸门等建筑中，用途极为广泛。等建筑中，用途极为广泛。桁架的基本概念桁架的基本概念根据承受荷载后的传力路径分为：根据承受荷载后的传力路径分为：空间桁架和平面桁架空间桁架和平面桁架桁架的基本概念桁架的基本概念上图所示的上图所示的钢网架钢网架和和各种塔架各种塔架等常为等常为空间钢桁架空间钢桁架，其内力分，其内力分析必需借助于空间力系的平衡条件！析必需借助于空

3、间力系的平衡条件！工程结构中的工程结构中的大部分钢桁架大部分钢桁架则常可按则常可按平面桁架平面桁架考虑；考虑；如下图所示的屋架体系，屋面荷载有檩条传给屋架后，如下图所示的屋架体系，屋面荷载有檩条传给屋架后，其内力即可借助于其内力即可借助于平面力系平面力系的平衡条件求解！的平衡条件求解！注：本章下面介绍的将限于平面桁架，主要是屋架注：本章下面介绍的将限于平面桁架，主要是屋架桁架的基本概念桁架的基本概念 根据根据用途用途和和跨度跨度不同，平面桁架可有不同的外形，按外不同，平面桁架可有不同的外形，按外形可分为形可分为三角形屋架三角形屋架、梯形屋架梯形屋架及及平行弦屋架平行弦屋架三种基本形式。三种基本

4、形式。 由三角形屋架变化而来的由三角形屋架变化而来的梭形屋架梭形屋架，则适用于较平屋面坡度但则适用于较平屋面坡度但又需加大屋又需加大屋架高度架高度时！时！桁架的外形桁架的外形A. 三角形屋架三角形屋架 适用于屋面材料要求较陡的屋盖结构。坡度适用于屋面材料要求较陡的屋盖结构。坡度 i1/5B.B. 梯形屋架梯形屋架 适用于屋面坡度平缓的屋盖结构，且跨度较大时多采用适用于屋面坡度平缓的屋盖结构，且跨度较大时多采用梯形屋架。梯形屋架。多角形屋架和人字形屋架均多角形屋架和人字形屋架均系由梯形屋架变化而来，可系由梯形屋架变化而来，可以以减少屋架在跨中的高度减少屋架在跨中的高度右图所示的屋架的适用坡度右图

5、所示的屋架的适用坡度i=1/101/20时时桁架的外形桁架的外形C.C. 平行弦屋架平行弦屋架 当屋架的上、下弦杆相平行时，称为平行弦屋架。当屋架的上、下弦杆相平行时，称为平行弦屋架。不但可用于屋架，而且还可以用于如屋架中的各种支不但可用于屋架，而且还可以用于如屋架中的各种支撑桁架、屋架和托架、皮带输送机下的支承桁架和各撑桁架、屋架和托架、皮带输送机下的支承桁架和各种栈桥桁架等。种栈桥桁架等。适用坡度适用坡度i=1/101/20桁架的外形桁架的外形A. 三角形屋架三角形屋架 ：当坡度和跨度一旦确定，屋架的高度也随之当坡度和跨度一旦确定，屋架的高度也随之确定！确定！B. 梯形屋架：梯形屋架：端部

6、高度常取跨度的端部高度常取跨度的1/101/18(常用端部高度常用端部高度Ho=2.0m左右左右)，跨度愈大，比值可取小些。，跨度愈大，比值可取小些。C. 平行弦屋架：平行弦屋架：经济高度主常为跨度的经济高度主常为跨度的1/15左右。左右。当然还要考虑运输条件，火车运送时，构件的运送单元当然还要考虑运输条件，火车运送时，构件的运送单元高度应小于高度应小于3.85m桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸屋架的高度屋架的高度主要是主要是屋面材料屋面材料、屋架的跨度屋架的跨度和和房屋的房屋的使用要求！使用要求！1. 波形石棉瓦屋面波形石棉瓦屋面要求坡度要求坡度i=1/2.51/3,瓦楞铁屋面要求瓦楞铁屋面要求

7、i大致为大致为1/5,这种这种屋面的坡度过小，易造成漏雨屋面的坡度过小，易造成漏雨，因此常，因此常选用三角形屋架；选用三角形屋架；2. 油毡防水屋面油毡防水屋面根据适用坡度选用坡度为根据适用坡度选用坡度为1/101/12的的梯梯形屋架形屋架等；等；3. 近来常被采用的近来常被采用的长尺压型钢板屋面长尺压型钢板屋面，则可用，则可用i=1/81/20时，因而常选用时，因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架梯形屋架和接近于平行弦的屋架。桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸屋架外形的选用屋架外形的选用受力合理受力合理。应使屋架的外形与弯矩图相近，杆件受力均。应使屋架的外形与弯矩图相近，杆件受力均匀；短杆受压、

8、长杆受拉；荷载布置在节点上，以减少弦杆匀；短杆受压、长杆受拉；荷载布置在节点上，以减少弦杆局部弯矩，屋架中部有足够高度，以满足刚度要求。局部弯矩，屋架中部有足够高度，以满足刚度要求。 两端简支的受弯构件在满两端简支的受弯构件在满跨均布荷载跨均布荷载作用下，弯矩图形作用下，弯矩图形为一抛物线，因此为一抛物线，因此屋架的外形屋架的外形若若接近抛物线接近抛物线，则，则弦杆各节间弦杆各节间中的内力最为均匀中的内力最为均匀。 桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸屋架外形的选用屋架外形的选用A. 三角形屋架三角形屋架外形与抛物线形差别大，外形与抛物线形差别大，内力分布不均内力分布不均匀匀，故跨度较大时选用三角形屋

9、架是不经济的，其，故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的，其常采用常采用跨度在跨度在2427m以下；以下；B. 梯形屋架梯形屋架外形较接近于抛物线，外形较接近于抛物线，弦杆各节间内力较弦杆各节间内力较为均匀为均匀，加之刚度也较三角形屋架为好，常用，加之刚度也较三角形屋架为好，常用跨度跨度可达可达36m左右左右；C. 平行弦屋架平行弦屋架弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其腹杆腹杆长度一致，杆件类型少，节点构造统一，便于制造长度一致，杆件类型少，节点构造统一，便于制造，是其优点。是其优点。桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸屋架外形的选用屋架外形的选用 平面屋架常两端简支于钢筋混凝

10、土或砌体柱顶，但在平面屋架常两端简支于钢筋混凝土或砌体柱顶，但在某些采用钢柱的厂房中，某些采用钢柱的厂房中，为了增加排架的侧向刚度为了增加排架的侧向刚度，需将，需将屋架与柱构成刚接屋架与柱构成刚接这对梯形屋架比较简单易行，而对三角形就必须设置这对梯形屋架比较简单易行，而对三角形就必须设置隅撑，隅撑，势必影响屋架下的有效净空势必影响屋架下的有效净空桁架的主要尺寸桁架的主要尺寸屋架外形的选用屋架外形的选用 桁架中的腹杆主要用以联系上、下弦杆构成节点并传桁架中的腹杆主要用以联系上、下弦杆构成节点并传递节点荷载，布置原则应是：递节点荷载，布置原则应是：1. 提供承受荷载的节点，尽可能使荷载都作用在节点

11、提供承受荷载的节点，尽可能使荷载都作用在节点上而使桁架的弦杆都是上而使桁架的弦杆都是轴心受拉构件轴心受拉构件；2. 使使荷载传递至支座的路线最短荷载传递至支座的路线最短，以减少腹杆的，以减少腹杆的总长度和节点数目；总长度和节点数目；3. 对非人字形的腹杆体系，应使对非人字形的腹杆体系，应使长腹杆受拉，短腹长腹杆受拉，短腹杆受压杆受压。桁架的腹杆体系桁架的腹杆体系对人字形腹杆体系，宜使对人字形腹杆体系，宜使斜腹杆的倾角在斜腹杆的倾角在3555范围范围内。内。目的都是减小腹杆的截面积目的都是减小腹杆的截面积。上述上述1和和2两点有时可能有矛盾，此时就需通判考虑而后作两点有时可能有矛盾，此时就需通判

12、考虑而后作出决定。出决定。上图所示上图所示芬克式芬克式和和扇式扇式三角形屋架三角形屋架，其腹杆体系完全做到了，其腹杆体系完全做到了长杆受拉和短杆受压长杆受拉和短杆受压，同时整个屋架在运输时可很方便地，同时整个屋架在运输时可很方便地分为左、右两个半屋架和中间一根下弦杆（或带吊杆）如图分为左、右两个半屋架和中间一根下弦杆（或带吊杆）如图中所示，因而当用中所示，因而当用三角形屋架三角形屋架时常采用之。时常采用之。桁架的腹杆体系桁架的腹杆体系下图所示下图所示人字形腹杆体系人字形腹杆体系的三角形屋架仅当下弦有悬吊设的三角形屋架仅当下弦有悬吊设备需要时才采用。备需要时才采用。桁架的腹杆体系桁架的腹杆体系梯

13、形和平行弦等桁架基本上都梯形和平行弦等桁架基本上都采用带竖杆的人字采用带竖杆的人字式腹杆体系式腹杆体系，同一节间两斜杆长度相同，其竖杆，同一节间两斜杆长度相同，其竖杆主要用以主要用以提供承受荷载的节点提供承受荷载的节点，并可，并可减小受减小受压上弦杆的节间长度压上弦杆的节间长度。屋盖的组成屋盖的组成由平面桁架所组成的屋盖主要由由平面桁架所组成的屋盖主要由屋面材料屋面材料、檩条檩条、屋架屋架和和支撑体系支撑体系等组成，必要时还应包括等组成，必要时还应包括因采光因采光或通风而设置的天窗架或通风而设置的天窗架及及因个别柱距增大而设置因个别柱距增大而设置的屋架托架的屋架托架等。等。注：无檩体系中过去曾

14、大量采用注：无檩体系中过去曾大量采用钢筋混凝土大型屋面板钢筋混凝土大型屋面板，由于由于不经济不经济，特别对房屋，特别对房屋抗震不利抗震不利，现如今已很少采用！，现如今已很少采用！屋盖结构屋盖结构 有檩体系有檩体系 无檩体系无檩体系 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件组成，有时还包括有天窗架和托架等构件 由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成支撑所组成屋盖的组成屋盖的组成有檩屋盖的平面布置基本形式如图有檩屋盖的平面布置基本形式如图屋盖的组成屋盖的组成 当屋架简支于钢筋混凝当屋架简支于钢筋混凝

15、土柱顶时，土柱顶时，边列柱边列柱的定的定位轴线为沿柱列的位轴线为沿柱列的外边外边缘缘，中列柱中列柱的定位轴线的定位轴线为沿柱截面的为沿柱截面的中线中线 两相邻柱列两相邻柱列定位轴线间定位轴线间的距离的距离为屋架的为屋架的名义跨名义跨度度 L 屋架左右两支座屋架左右两支座中心线中心线间的距离间的距离为屋架的为屋架的计算计算跨度跨度屋盖的主要平面尺寸屋盖的主要平面尺寸名义跨度和计算跨度名义跨度和计算跨度计算跨度常取名义跨度减去计算跨度常取名义跨度减去300mm，即假定屋架，即假定屋架支座节点处的底板宽小于支座节点处的底板宽小于300mm，使底板的外边缘不，使底板的外边缘不超过边列柱的外边和中列柱的

16、中线超过边列柱的外边和中列柱的中线 一般应由一般应由设计人员按经济要求设计人员按经济要求确定确定 。 当屋架间距增大，所有纵向构件如檩条等因跨度加大当屋架间距增大，所有纵向构件如檩条等因跨度加大而需增大其截面；但在一定建筑面积下，屋架和支柱而需增大其截面；但在一定建筑面积下，屋架和支柱（包括柱基础）数目则可减少，利用求极值的数学方（包括柱基础）数目则可减少，利用求极值的数学方法理论上可求得使整个屋盖和支柱用钢量最少或工料法理论上可求得使整个屋盖和支柱用钢量最少或工料最省时的屋架经济间距最省时的屋架经济间距 实际设计时屋架间距实际设计时屋架间距l约为约为屋架跨度的屋架跨度的1/31/5常用间距：

17、常用间距：6m，压型钢板屋面：压型钢板屋面：612m屋盖的主要平面尺寸屋盖的主要平面尺寸屋架的间距屋架的间距 当当房屋区段长度房屋区段长度超过某规定值时，需设置超过某规定值时，需设置伸缩缝伸缩缝。最常用的。最常用的设置方法是在伸缩缝处设置方法是在伸缩缝处设置双柱设置双柱。使每一温度区段相互隔开。使每一温度区段相互隔开可以自由伸缩，否则由于可以自由伸缩，否则由于纵向或横向构件纵向或横向构件的温度变化将使某的温度变化将使某些构件如支柱中些构件如支柱中产生较大的温度应力和变形产生较大的温度应力和变形。屋盖的主要平面尺寸屋盖的主要平面尺寸屋架的平面尺寸屋架的平面尺寸屋架的支撑系统屋架的支撑系统 屋架在

18、垂直于屋架平面方向，屋架在垂直于屋架平面方向，不设支撑体系不能是不不设支撑体系不能是不能保持其几何不变能保持其几何不变，如下图，虽有檩条和系杆的连系，如下图，虽有檩条和系杆的连系，但屋架相互间几何可变，在侧向力作用下屋架会倾斜但屋架相互间几何可变，在侧向力作用下屋架会倾斜 只有当设了垂直支撑桁架和系杆才能保持各个屋只有当设了垂直支撑桁架和系杆才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性！架在平面外的几何稳定性！屋架的支撑系统屋架的支撑系统 如果在房屋两端的柱间设置上弦横向支撑桁架，则如果在房屋两端的柱间设置上弦横向支撑桁架，则屋架屋架上弦将屈曲成一个上弦将屈曲成一个“半波半波”，从而提高了上弦杆的整体

19、，从而提高了上弦杆的整体稳定性，即提高了承载力稳定性，即提高了承载力！屋盖支撑包括上弦屋盖支撑包括上弦横向水平支撑横向水平支撑、下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑、纵向水平支撑纵向水平支撑、垂直支撑垂直支撑、纵向水平系杆纵向水平系杆、天窗架支撑天窗架支撑等。等。作用作用保证桁架结构的空间几何稳定性及几何形状不变保证桁架结构的空间几何稳定性及几何形状不变保证桁架结构的空间刚度和空间整体性保证桁架结构的空间刚度和空间整体性为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点承受并传递水平荷载承受并传递水平荷载保证结构安装的稳定和方便保证结构安装的稳定和方便防止构件在动力荷载作用下产生较大的振

20、动防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用A. 横向支撑：横向支撑：布置在屋架上下弦和天窗架上弦平面布置在屋架上下弦和天窗架上弦平面屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用作用：作用： 1.1. 对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要的作用；对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要的作用；2.2. 传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载的作用；传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载的作用；3.3. 在传力平面增加屋盖结构的刚度在传力平面增加屋盖结构的刚度 。 横向支撑一般应设置在横向支撑一般应设置在房屋两端（或温度伸缩缝区房屋两端（或温度伸缩缝区段两端）的第

21、一个柱间或第二柱间，两道横向支撑段两端）的第一个柱间或第二柱间，两道横向支撑的间距不宜超过的间距不宜超过60m60m。 当房屋长度较大，两端的横向支撑间距大于当房屋长度较大，两端的横向支撑间距大于60m时，时，每隔每隔60m左右还应增设一道横向支撑。左右还应增设一道横向支撑。 不设横向支撑的其他屋架不设横向支撑的其他屋架，其上弦的侧向稳定性由与，其上弦的侧向稳定性由与房屋两端设置的横向支撑架节点相连的系杆来保证。房屋两端设置的横向支撑架节点相连的系杆来保证。屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用B. 纵向支撑：纵向支撑：布置在屋架上弦或下弦布置在屋架上弦或下弦屋架的支撑系统屋架的支撑

22、系统种类和作用种类和作用作用：作用： 1.1. 与横向支撑一起形成一水平刚性盘，增加房与横向支撑一起形成一水平刚性盘，增加房屋的整体刚度；屋的整体刚度；2.2. 当房屋为工厂车间并设有吊车时，在吊车横当房屋为工厂车间并设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形；变形；3.3. 当有托架时，可保证托架的侧向稳定。当有托架时，可保证托架的侧向稳定。 布置位置布置位置：纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大：纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大 或房屋为或房屋为厂房并设有壁行吊

23、车或有较大振动设备（如锻压车间）因厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备（如锻压车间）因而对房屋的整体刚度要求较高时始设置之。对梯形屋架，而对房屋的整体刚度要求较高时始设置之。对梯形屋架，纵向支撑常设在屋架的下弦平面，而对三角形屋架则常设纵向支撑常设在屋架的下弦平面，而对三角形屋架则常设在上弦平面，与横向支撑构成环路。在上弦平面，与横向支撑构成环路。屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用作用：作用：1.1. 保持屋架侧向的几何稳定性；保持屋架侧向的几何稳定性；2.2. 下弦无下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的支点；横向支撑时，作为下弦系杆的支点；3.3. 传递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱

24、；传递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；4.4. 保证吊装屋架时的稳定和安全。保证吊装屋架时的稳定和安全。屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用C. 垂直支撑：垂直支撑：布置在屋架间和天窗架间布置在屋架间和天窗架间布置位置：布置位置：垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间的屋架上，对垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间的屋架上，对跨度跨度L30mL30m的梯形屋架和跨度的梯形屋架和跨度L24mL24m的三角形屋架，通的三角形屋架，通常只在跨度中点设置一道中间垂直支撑；常只在跨度中点设置一道中间垂直支撑；当跨度大于上述情况时，则需在跨度中间设置两道垂当跨度大于上述情况时，则需在跨度中间设置两道

25、垂直支撑；直支撑；在梯形屋架两端则不论跨度大小均需设置垂直支撑。在梯形屋架两端则不论跨度大小均需设置垂直支撑。 屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用垂直支撑是一个垂直支撑是一个平行弦桁架平行弦桁架，高度，高度h由由与其连接处的与其连接处的屋架高度屋架高度确定；确定；屋架间距加大后，屋盖支撑系统的作用就尤为重要，为增加整个屋屋架间距加大后，屋盖支撑系统的作用就尤为重要，为增加整个屋盖的空间刚度，常需多设置一些垂直支撑。盖的空间刚度，常需多设置一些垂直支撑。屋架的支撑系统屋架的支撑系统种类和作用种类和作用垂直支撑的形式垂直支撑的形式1.1. 结构方案的确定和结构布置：结构方案的确定和结

26、构布置：选定屋盖的组成，选定屋盖的组成，确定屋架的间距、形式和腹杆体系，布置各种支撑系确定屋架的间距、形式和腹杆体系，布置各种支撑系统等；统等；2.2. 檩条设计檩条设计；3.3. 屋架的内力分析：屋架的内力分析：包括屋架荷载的计算、内力分析包括屋架荷载的计算、内力分析及内力组合等；及内力组合等；4.4. 屋架杆件截面设计：屋架杆件截面设计：包括钢材牌号、杆件截面形式包括钢材牌号、杆件截面形式和尺寸的选用，强度和稳定计算等；和尺寸的选用，强度和稳定计算等；5.5. 屋架节点设计屋架节点设计：包括各个节点中的连接计算和构件包括各个节点中的连接计算和构件的拼接等；的拼接等；6.6. 施工详图的绘制

27、：施工详图的绘制：包括材料表的编制。包括材料表的编制。屋盖设计的内容屋盖设计的内容 永久荷载：永久荷载：包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架（包括支撑及天窗）的自重。（包括支撑及天窗）的自重。 其中屋面材料和保温材料的自重，荷载规范中所给的其中屋面材料和保温材料的自重，荷载规范中所给的q q（kN/mkN/m 2 2 ）常按屋面的实际面积计算，需除以屋面倾角）常按屋面的实际面积计算，需除以屋面倾角的余弦的余弦coscos方得按屋面水平投影面积计算的自重值。方得按屋面水平投影面积计算的自重值。所给估算屋架自重经验公式则是按屋面的水平投影面积所给估算屋架自重经验公式

28、则是按屋面的水平投影面积计算，常用估算公式为计算，常用估算公式为 0.12 +0.011L (kN/m 0.12 +0.011L (kN/m2 2) )式中，式中，L L是屋架的跨度，以是屋架的跨度，以m m计（式中未包括天窗架但已计（式中未包括天窗架但已包括支撑自重在内）。包括支撑自重在内）。屋架的内力计算屋架的内力计算屋架的荷载屋架的荷载 屋面均布可变荷载屋面均布可变荷载 雪荷载雪荷载 屋面水平投影面上的雪荷载标准值为屋面水平投影面上的雪荷载标准值为 式中，式中，SoSo为基本雪压，随地区不同而异，系以当地一般空旷为基本雪压，随地区不同而异，系以当地一般空旷平坦地面上统计所得平坦地面上统计

29、所得5050年遇的最大积雪自重确定，规范中给年遇的最大积雪自重确定，规范中给出了基本雪压的分布图。山区的基本雪压应通过实际调查确出了基本雪压的分布图。山区的基本雪压应通过实际调查确定；在无实际资料时，可按当地空旷平坦地面的基本雪压乘定；在无实际资料时，可按当地空旷平坦地面的基本雪压乘以系数以系数1.21.2采用。雪荷载的组合值系数采用。雪荷载的组合值系数c c，可取，可取0.70.7。荷载规范中规定，对不上人的屋面按屋面水平投影面积计算荷载规范中规定，对不上人的屋面按屋面水平投影面积计算为：标准值为：标准值qok=0.5 kN/m2qok=0.5 kN/m2组合值系数组合值系数c c=0.7=

30、0.7。屋架的内力计算屋架的内力计算屋架的荷载屋架的荷载30荷载大于屋面均匀活荷载与雪荷载不同时考虑，取两荷载大于屋面均匀活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者之中较大值。者之中较大值。5030时，除瓦楞铁等轻型屋面外，可不考虑风荷载时，除瓦楞铁等轻型屋面外，可不考虑风荷载以及对瓦楞铁皮等轻型屋面、开敞式房屋和风以及对瓦楞铁皮等轻型屋面、开敞式房屋和风时，不考虑雪荷载；时，不考虑雪荷载；r是屋面积雪分布系数，随屋面的坡度和形式而变化是屋面积雪分布系数，随屋面的坡度和形式而变化屋架的内力计算屋架的内力计算屋架的荷载屋架的荷载 风荷载风荷载 风荷载系指空气流动对建筑物所产生的流体压力或吸力，风荷载系指空

31、气流动对建筑物所产生的流体压力或吸力，因而风荷载必然垂直于受风表面。因而风荷载必然垂直于受风表面。风荷载的标准值为：风荷载的标准值为：屋架的内力计算屋架的内力计算屋架的荷载屋架的荷载ss为为风荷载体型系数，随房屋的体型、风荷载体型系数，随房屋的体型、风向等而变化风向等而变化。重要建筑物。重要建筑物ss值应通过风值应通过风洞试验确定。荷载规范中给出了一些常用洞试验确定。荷载规范中给出了一些常用房屋和构筑物的房屋和构筑物的ss值。值。右图摘录了其中两种情况的右图摘录了其中两种情况的ss值，其一为封闭式双值，其一为封闭式双坡屋面，另一为带天窗的封闭式双坡屋面。图中的坡屋面，另一为带天窗的封闭式双坡屋

32、面。图中的正值表示压力，负值表示吸力。由图可见对常用坡正值表示压力，负值表示吸力。由图可见对常用坡度的屋面不论足向风面或背风面，风荷载主要是吸度的屋面不论足向风面或背风面，风荷载主要是吸力，只在天窗架窗面向风面处为压力。力，只在天窗架窗面向风面处为压力。风荷载的组合值系数可取风荷载的组合值系数可取cc=0. 6=0. 6。屋架的内力计算屋架的内力计算屋架的荷载屋架的荷载 其他荷载（其他荷载（吊顶，积灰）吊顶，积灰）计算假定计算假定： 1.1. 所有荷载都作用在节点上；所有荷载都作用在节点上；2.2. 所有杆件都是等截面直杆；所有杆件都是等截面直杆；3.3. 各杆轴线在节点处都能相交于一点；各杆

33、轴线在节点处都能相交于一点；4.4. 所有节点均为理想铰接。在这些假设下，桁架所有节点均为理想铰接。在这些假设下，桁架杆件就只承受轴心拉力或压力。杆件就只承受轴心拉力或压力。 次弯矩：次弯矩：由于实际节点不是铰接而使杆件中产生的弯矩由于实际节点不是铰接而使杆件中产生的弯矩屋架的内力计算屋架的内力计算节间荷载及杆件内力节间荷载及杆件内力 屋架内力包括：屋架内力包括：构件的轴力和有节间荷载时的上弦弯矩构件的轴力和有节间荷载时的上弦弯矩A. 杆件轴力杆件轴力由节点荷载计算，节点荷载包括所有荷载，就由节点荷载计算，节点荷载包括所有荷载，就是屋面水平投影计算的荷载。是屋面水平投影计算的荷载。求桁架杆件轴

34、心内力时的节点荷载值为求桁架杆件轴心内力时的节点荷载值为q q为单位面积的荷载设计值接屋面水平投影面计，为单位面积的荷载设计值接屋面水平投影面计，kN/mkN/m2 2;l;l为屋架间距，为屋架间距，m mb b为所计算的节点荷载所在处屋架上弦左右两间长度水为所计算的节点荷载所在处屋架上弦左右两间长度水平投影的平均值，平投影的平均值，m m。屋架的内力计算屋架的内力计算节间荷载及杆件内力节间荷载及杆件内力B.B. 上弦弯矩：上弦弯矩：由节间荷由节间荷载计算，节间荷载应载计算，节间荷载应从屋面水平投影计算从屋面水平投影计算的荷载中应扣除屋架的荷载中应扣除屋架自重再加上屋架上弦自重再加上屋架上弦杆

35、的自重，在上弦杆杆的自重，在上弦杆的截面尚未知道时，的截面尚未知道时，可取上弦杆的自重为可取上弦杆的自重为屋架和支撑自重估计屋架和支撑自重估计值的值的1/41/51/41/5。屋架的内力计算屋架的内力计算节间荷载及杆件内力节间荷载及杆件内力三角形屋架荷载组合：三角形屋架荷载组合： 1.21.2全跨恒荷载全跨恒荷载+1.4+1.4全跨活荷载全跨活荷载梯形屋架荷载组合：梯形屋架荷载组合： 1.21.2全跨恒荷载全跨恒荷载+1.4+1.4全跨活荷载（左、右）全跨活荷载（左、右） 1.21.2全跨恒荷载全跨恒荷载+1.4+1.4半跨活荷载（左、右）半跨活荷载（左、右） 1.21.2全跨屋架及支撑自重全

36、跨屋架及支撑自重+ +（1.21.2半跨屋面板自重半跨屋面板自重+1.4+1.4半跨活半跨活荷载）（左、右）荷载）（左、右）内力组合的目的是内力组合的目的是求取各种不同荷载组合下求取各种不同荷载组合下屋架杆件的最不利内力设计值屋架杆件的最不利内力设计值屋架的内力组合屋架的内力组合 【例题】【例题】 某扇式三角形屋架如图某扇式三角形屋架如图9.15所示，支承于钢筋混凝土柱顶上。所示，支承于钢筋混凝土柱顶上。屋架名义跨度屋架名义跨度L=24m，实际跨度，实际跨度L0=23.7m，屋面坡度，屋面坡度i=1/2.5，屋架间距，屋架间距l=6m。采用有檩体系屋盖，屋面材料为波形石棉瓦（尺寸为。采用有檩体

37、系屋盖，屋面材料为波形石棉瓦（尺寸为1820 x 7258，下铺木丝板保温层，槽钢檩条，檩距水平投影，下铺木丝板保温层，槽钢檩条，檩距水平投影a= 658mm（即（即每一节间内有等距离的两个节间檩条每一节间内有等距离的两个节间檩条)。基本雪压。基本雪压so=0.45kNm2，基本，基本风压风压w0= 0.40kN/m2，风压高度变化系数因房屋不高取，风压高度变化系数因房屋不高取z=1.0。试求此。试求此屋架各杆件的内力设计值。屋架各杆件的内力设计值。屋架的内力组合屋架的内力组合例题例题多用于跨度较大和荷载较重因而桁架内力较大时，常用多用于跨度较大和荷载较重因而桁架内力较大时，常用于桥梁桁架节点

38、，在房屋建筑中只用于某些重型桁架于桥梁桁架节点，在房屋建筑中只用于某些重型桁架图示为图示为每个节点采用两块平行的相同节点板每个节点采用两块平行的相同节点板节点构造和桁架杆件的截面形式节点构造和桁架杆件的截面形式9.5 桁架杆件的截面形式和节点板厚度桁架杆件的截面形式和节点板厚度图示节点只用一块节点板图示节点只用一块节点板多用于一般钢结构屋架中，是最常用的节点板样式多用于一般钢结构屋架中，是最常用的节点板样式桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式双节点板双节点板的桁架杆件常用截面形的桁架杆件常用截面形式为式为H形和箱型形和箱型等截面等截面桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式单节点板的桁架杆件则主要

39、是上图所示的截面单节点板的桁架杆件则主要是上图所示的截面桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式我国目前最常用的是由我国目前最常用的是由双角钢双角钢组成组成的截面，屋架弦杆也常用的截面，屋架弦杆也常用T型钢型钢（左（左图），此时可把双角钢的腹杆直接图），此时可把双角钢的腹杆直接焊于焊于T型钢腹板的两侧而省去节点板，型钢腹板的两侧而省去节点板，节点构造上图节点构造上图桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式圆管截面圆管截面方管截面方管截面优点：优点：1、可以直接采用焊接而、可以直接采用焊接而不需要节点板不需要节点板； 2、与开口截面比，更好的、与开口截面比，更好的抗压稳定性、抗扭能力和抗锈蚀性抗压稳定性

40、、抗扭能力和抗锈蚀性； 3、还可以利用、还可以利用机械自动切割机械自动切割。桁架杆件的截面形式桁架杆件的截面形式单节点板桁架和屋架的节点板厚度（mm）注：表列厚度系按钢材为Q235钢考虑，当节点板为Q345钢或其它低合金高强度结构钢时，其厚度可较表列数值减小12mm，但板厚不得小于6mm。三角形屋架弦杆或梯形屋架（包括平行弦屋架）支座斜杆的最大内力设计值（kN）125mm时，为使传力均匀，宜将拼接角钢的时，为使传力均匀，宜将拼接角钢的两端各切去一角，焊缝沿斜边布置见图两端各切去一角，焊缝沿斜边布置见图9.33（b）2）下弦杆与节点板的连接角焊缝下弦杆与节点板的连接角焊缝 按两侧下弦杆按两侧下弦

41、杆较大内力较大内力的的15%和两侧下弦的和两侧下弦的内力差内力差 两者中的较大值来计算两者中的较大值来计算 3）工厂焊缝与工地焊缝工厂焊缝与工地焊缝 根据运输单元的划分，节点处的部分构件与节点板在工厂制根据运输单元的划分，节点处的部分构件与节点板在工厂制造时即需焊好；而在另一运送单元上的构件则必须在工地装配造时即需焊好；而在另一运送单元上的构件则必须在工地装配后才能与节点板焊接，应以工地焊缝的代号标明，如图后才能与节点板焊接，应以工地焊缝的代号标明，如图9.33(a)9.33(a)所示。为了在工地装配时易于定位，应设安装定位螺栓。为了所示。为了在工地装配时易于定位，应设安装定位螺栓。为了便于拼

42、接，拼接角钢与拼接两侧的下弦角钢均用工地焊缝连接，便于拼接，拼接角钢与拼接两侧的下弦角钢均用工地焊缝连接，但运送时宜利用接缝处下弦支撑的螺柃孔临时将其连接在某一但运送时宜利用接缝处下弦支撑的螺柃孔临时将其连接在某一运送单元上以免散失。运送单元上以免散失。桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计(4)屋脊节点屋脊节点 左右弦杆左右弦杆断开断开，需，需要拼接要拼接 拼接件与弦杆型号拼接件与弦杆型号相同相同 拼接拼接角钢要铲棱、角钢要铲棱、切边（切边（t+hf+5mmt+hf+5mm） 坡度较小坡度较小时拼接角时拼接角钢可钢可热弯成形热弯成形；坡坡度较大度较大时需将拼接时需将拼接角钢割口、冷弯、角钢割口

43、、冷弯、对焊，如图对焊，如图9.349.34（b b）桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计屋脊节点设计中需屋脊节点设计中需补充补充计算的内容有：计算的内容有：1)1)拼接角钢与弦杆的拼接角钢与弦杆的连接计算连接计算及拼接及拼接角钢角钢总长度总长度的确定的确定 拼接角钢与受压弦杆的连接可按拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆中的实际压力设计值弦杆中的实际压力设计值 进行计算，每边共有进行计算，每边共有4 4条焊缝平均承受此力，因而焊缝条焊缝平均承受此力，因而焊缝 长度为长度为 由此可得拼接角钢总长度为由此可得拼接角钢总长度为 当为开口后弯折的角钢，还需计入开口的宽度当为开口后弯折的角钢，还需计入开口

44、的宽度桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计2）弦杆与节点板的连接焊缝弦杆与节点板的连接焊缝内力：弦杆内力的内力：弦杆内力的竖向分力竖向分力与作用在屋脊节点弦杆上的与作用在屋脊节点弦杆上的节点荷载之差节点荷载之差节点每侧的焊缝按计算节点每侧的焊缝按计算 由于屋脊节点的节点板由于屋脊节点的节点板宽度相对较大宽度相对较大，V V值值一般不大一般不大，求得的焊缝焊脚尺寸求得的焊缝焊脚尺寸常较小常较小。与有拼接的下弦节点设计一样，。与有拼接的下弦节点设计一样，还需考虑焊缝必须有一必要的最小承载力，取为还需考虑焊缝必须有一必要的最小承载力，取为0.15N0.15N桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计（5

45、5）支座节点）支座节点 梯形和三角形桁架在钢筋混凝土柱顶或砌体上的支座节点梯形和三角形桁架在钢筋混凝土柱顶或砌体上的支座节点 支座节点包括支座节点包括节点板、加劲肋、支座底板和锚栓节点板、加劲肋、支座底板和锚栓等部件。等部件。桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计1）锚栓锚栓 锚栓用以固定锚栓用以固定屋架支座位置屋架支座位置，一般不用计算，按构造，一般不用计算，按构造采用采用2 2个取直径个取直径d=2025mmd=2025mm的锚栓。为了安装时便于调整，的锚栓。为了安装时便于调整，底板上的锚栓孔直径取锚栓直径的底板上的锚栓孔直径取锚栓直径的2.02.52.02.5倍，孔径稍大于倍，孔径稍大于锚

46、栓直径，屋架安装就位，并经调整正确后，将垫板与锚栓直径，屋架安装就位，并经调整正确后，将垫板与底板焊牢。底板焊牢。2)2)底板底板 支座底板所需净面积为支座底板所需净面积为 构造要求的底板的平面尺寸最小约为构造要求的底板的平面尺寸最小约为240240* *240mm240mm。桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计 底板厚度可按相邻两边支承的矩形板底板厚度可按相邻两边支承的矩形板a x ba x b由柱顶的均布由柱顶的均布反力反力q= R/Anq= R/An确定。板中单位宽度的弯矩为确定。板中单位宽度的弯矩为系数系数按比值按比值b1/a1 b1/a1 查第查第6 6章中的表章中的表6.66.6确

47、定，确定，a1a1和和b1b1的意的意义可参见图义可参见图9.35(b)9.35(b)。板的厚度为。板的厚度为 为了使底板有一定的刚性，底板的最小厚度一般为为了使底板有一定的刚性，底板的最小厚度一般为20mm20mm。 底板与节点板、加劲肋板底端的角焊缝连接可按下式计算：底板与节点板、加劲肋板底端的角焊缝连接可按下式计算： 桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计3）加劲肋板加劲肋板 用以增加节点板的平面外刚度和减小底板中的弯矩，用以增加节点板的平面外刚度和减小底板中的弯矩，其厚度可取与节点板相同其厚度可取与节点板相同桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计 双角钢杆件不论是双角钢杆件不论是T T形截

48、面或十字截面，角钢的两背面都分别形截面或十字截面，角钢的两背面都分别贴在节点板的两侧面有等于节点板厚度的空隙。为了使两角钢贴在节点板的两侧面有等于节点板厚度的空隙。为了使两角钢整体工作，在节点与节点间的两角钢间必须设置填板，如下图整体工作，在节点与节点间的两角钢间必须设置填板，如下图所示。所示。角钢间的填板角钢间的填板填板作用：格构式构件的缀板。填板作用：格构式构件的缀板。设计规范设计规范GB50017GB50017中规定：用填板连接的双角钢（或双槽钢）构件，可按中规定：用填板连接的双角钢（或双槽钢）构件，可按实腹式构件进行计算，但填板间的距离不应超过下列数值：实腹式构件进行计算，但填板间的距

49、离不应超过下列数值：受拉构件受拉构件 80i 80i，受压构件，受压构件 40i 40i受压构件除满足受压构件除满足 外，在构件的两个侧向支承点之间的填板数外，在构件的两个侧向支承点之间的填板数还应不得少于还应不得少于2 2个。个。填板的尺寸：填板的尺寸：厚度：厚度：t=t=节点板厚度节点板厚度宽度：宽度：b=5080mmb=5080mm，保证最小焊缝长度，可按构造要求采用。，保证最小焊缝长度，可按构造要求采用。高度：当为高度：当为T T形截面时，角钢连接边宽度形截面时，角钢连接边宽度+2+2（10151015）mmmm，即填板伸出角，即填板伸出角钢连接边每边钢连接边每边1015mm1015m

50、m；当为十字形截面时，填板不伸出角钢轮廓以外，；当为十字形截面时，填板不伸出角钢轮廓以外，每边缩进每边缩进1520mm1520mm，以布置焊缝。，以布置焊缝。il401桁架的节点板的设计桁架的节点板的设计一、上弦支撑与屋架的连接节点一、上弦支撑与屋架的连接节点支撑系统与屋架的连接节点支撑系统与屋架的连接节点 为避免支撑杆件与檩条或大型屋面板主肋等相碰，为避免支撑杆件与檩条或大型屋面板主肋等相碰，上弦支撑的交叉斜杆当采用单角钢时其角钢竖直边均上弦支撑的交叉斜杆当采用单角钢时其角钢竖直边均应朝下外伸，在两交叉轩相交处，一杆连续，另一杆应朝下外伸，在两交叉轩相交处，一杆连续，另一杆切断并以节点板相连。在上弦支撑的连接中，交叉斜切断并以节点板相连。在上弦支撑的连接中，