平面承重大跨度钢结构

第二章平面承重的大跨度钢结构梁式结构体系框架结构体系拱式结构体系梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要的。

第一节梁式结构体系

大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般为1/6～1/8。

常用形式：（1）角钢（或T型钢）桁架（2）H型钢重型桁架*（3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*

桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力一般由屋架下弦的弹性变形产生。*

上海证卷大厦

连接两幢主楼的天桥桁架跨度63m，共支承着从17层至26层共8个楼层，采用了H型钢重型桁架。上海浦东国际机场

上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m，跨中高度超过11m，单榀屋架梁重55吨。为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。（1）角钢（或T型钢）桁架一般用节点板连接。随着热轧H型钢在我国投产，剖分T型钢用于桁架弦杆或腹杆的情况越来越多。T型钢桁架的优点是：无离缝、防腐易处理、用钢量省。问题：（1）节点施工不方便；（2）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加复杂。（2）H型钢重型桁架桁架节点铰接是一种近似，条件是杆件较细长，以H型钢作弦杆或腹杆的重型桁架，设计时应注意节点的次应力，或按刚接节点设计，对重要的节点还应进行有限元分析。

（3）钢管桁架（圆管或矩形管）钢管桁架节点受力复杂。直接焊接的平面圆钢管节点a)X型节点；b)T型或Y型节点；c）K型节点直接焊接的空间圆钢管节点e)TT型节点；f)KK型节点XX型管节点：

XX型管节点较少。直接焊接的矩形管（含方管）平面管节点

a)T、Y型节点；b)X型节点；c)K、N型节点，有间隙；d）K、N型节点，搭接。管结构的适用范围：不直接承受动力荷载。对于承受交变荷载的直接焊接钢管节点，其疲劳问题远较其它型钢杆件节点受力情况复杂。与梁式结构体系相比，框架式体系比较经济，且横梁高度可以取得比梁式结构的高度小，刚度也较大，常用于工业建筑。框架柱柱脚可以作成铰接，也可以作成刚接。无铰框架刚度更好，用钢量省、便于安装，但这种框架对温度作用比较敏感，对基础及地基的要求较高。主要有实腹式和格构式两大类。

第二节框架结构体系（1）实腹式框架结构体系

实腹式框架适用于跨度不太大（L=18～60m）的框架结构。它的优点是制作简单、便于运输，还能降低房屋高度。实腹框架常设计成铰接柱脚。由于框架支座弯矩的卸载作用使实腹框架的横梁高度不大，可取跨度的1/30～1/40。在我国得到大力发展的轻型门式刚架结构，是实腹式框架结构体系的一种，其特点是屋盖及墙体均采用压型钢板，结构主要承受自身的重量。

轻型门式刚架结构设计

门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小，房屋高度相应降低，减轻了建筑体积和重量。构件可以在工厂批量生产，工地安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短。同时，门式刚架造型简洁美观，在房屋建筑中可适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和各类公共建筑。1建筑特点（1）轻型化，屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻建筑自重；（2）吊车吨位：

A1~A5工作级别的桥式吊车

20t；悬挂式起重机

3t。（3）常用跨度：1830m，高度4.5~9m。规程规定跨度可作到36m。2结构特风点（1）主体结士构采用础门式刚渣架，刚雀架可以籍是单跨意、双跨纯或多跨拉，还可盾带附跨为。把中柱叶做成摇伸摆柱体工现了材朴料集中企使用的规原则。（2）采用变扛化构件窝截面的剃手段以奇适应弯特矩变化虹是门式翠刚架轻校型化的正技术措将施之一餐。柱脚运常用铰孕接，（当有住桥式挺吊车宏时用前等截详面、乞柱脚固定）。（3）刚架墓间距一锣般6m左右，罩亦可采惩用7.5轮~9m，间距畏太大将凉增加檩百条的用戏钢量。温度预区段展长度唇：纵向300膀m；浓横向锡150携m。当不超煎过以上晨数值时盾，一般确情况下链可不考野虑温度字应力和艺温度变理形的影金响。柱间支鼓撑的纵耽向水平括刚度较普单独柱哥大得多萍（约10～20倍），泥故厂房井纵向温腔度变形喝的不动责点接近平于柱间芽支撑的炕中点（件有两道朱柱间支溜撑时，昌为两支闷撑距离纹的中点仇）。当温度坏区段长滑度超过沫规范规炮定的数扩值时，陶应进行持温度应激力的计职算或设诊置温度差伸缩缝昨。温度揪伸缩边缝的防两种妹做法骆：a.在搭接谨檩条的便螺栓连注接处采岗用长圆劫孔；b.设置同双柱或。此外，梦吊车梁袍与柱的淡连接宜题采用长女圆孔。（4）刚活架斜虾梁的偶坡度闭取决秤于屋抱面排比水坡研度，愧一般i=1竞/8岗~1俘/2饼0。减小构出件腹板趴厚度，浇一般腹捆板壁厚哥在4扫~淘10宾mm，（4m懒m是规程观规定的固下限）猛，主要瞧利用腹胁板截面恢的屈曲烛后强度忽。《门式刚倡架轻型园房屋钢步结构技敌术规程》C锤EC项S忌10劲2：200炭2推荐愿采用Q23获5、Q34较5钢材摊。（5）檩呆条采腾用冷竖弯薄铃壁型梨钢，励截面莫一般慨为C型钢或Z型钢（塔坡度较犹大时，糖可以做耗到主轴厌与地面松平行）怖。檩条姨壁厚一加般1.差5谷~撞3.蛙0m聚m，1.5径mm为规彻范规渐定的麻下限锣。新修定狗的国家何标准《冷弯薄材壁型钢途结构技软术规范》GB航500坏18-考200促2已取消虾了壁厚6mm上限碗的规僵定，剩板厚笛由设艇计者艰自行瓶掌握气（未品试验份），尺我国姨目前卖已能垒生产12爹.5获mm厚的冷担弯薄壁拢型钢。（6）支撑侦体系：必须设屑屋盖支秒撑系统未和柱间饮支撑系承统。屋范盖支撑文布置在驻温度区铺段的两身端或端御部第二临开间（王此时第舞一开间题设刚性夕系杆）剃。柱间犁支撑除设在俗与屋虾盖支茎撑相敲同的里柱间燃，无屡吊车羡时，味间距蝇一般30~45m，不大围于60田m。有吊熟车时柱间观支撑烤宜设差在温姑度区定段中会部。支撑埋一般斤为十书字交贪叉，核截面根采用邮张紧致的圆存钢或屠小角籍钢。4檩条的压设计特逼点（1）檩条共为薄掘壁构叶件，换在受协力状总态其变组成蛙板件虽可能酸丧失举局部旁稳定提而产饶生屈访曲，距但屈具曲后河仍能反承载蚕（利棵用薄稳膜效粪应，垫即张延力场脊）。尽设计纤中利佛用其泥屈曲崇后强贫度，营一般雾采用贫有效惠截面循的方秃法进驳行强巾度计销算。（2）檩盏条的晋整体取稳定魄计算考分为浙两种耍情况键：a.风压稍力作诱用下射，一池般压段型钢释板（意条件绒是有伟足够慎的抗撕剪件诱）和氧受压脊区设肆置的杠檩间蓄拉条例能起主侧向粗约束使作用框。b.在风含吸力逃作用蜻下，竹下翼逼缘受速压（绕连续竿设置默的檩缩慧条在皱风压锈力作统用下盘也有理类似启情况这），桌受力繁状态恒类似妙弹性处地基溜梁，挂有研合究认护为可巾按弹宰性地疑基梁泄的压沉杆计甚算，策受拉瞒翼缘彩对其婶的约贩束作夺用视刷为弹具性地弹基梁疑的作含用，灶截面勤扭转立和侧怀向弯为曲效阴应等夫效转患化为惕作用霜于下院翼缘狠的侧肌向荷啊载，骨以简霞化计素算。也可遭采用万构造有要求翼，如谨设置嘱隅撑财。檩条艇的构食造处蔬理——加隅撑*5构件贱设计霉的特桐点（1）斜昏梁轴弊力较稻大，蜓一般似按压援弯构图件设裕计，煤须满勉足强仓度、征整体旁稳定荐、局赶部稳引定的汤要求树。工翼字形钻截面据的腹投板也宜可按出考虑皇屈曲帐后强陈度进忌行设泻计，更但最迈大高笑厚比带不宜田大于25当0。（2）当矩采用箱变截症面门泊式刚喊架时框，刚咸架柱僵为楔纪形，守其在钻刚架允平面逮内的宵计算黄长度蓝系数协、不爬能再隔套用《钢结堪构设绿计规听范》，*规程贯另有痛特殊主规定谷。6变形控含制适当菜放宽框架蜘梁的窑挠度盘及框搏架柱柱顶位移的竿限值戚，是门式扰刚架轻型化预的一项俭保证。如上：刚架柱容顶位移豪限值无吊车解、采用诉轻形墙柏板h/60（h/1剩50）无吊车代、采用佣砌体墙h/10葱0（h/15僚0）有吊瓣车、到吊车剑有驾甜驶室h/40疫0有吊车惨、地面扫操作h/18土0（h/40摸0）框架梯斜梁串挠度L/1找80（L/4欠00）7节点猫设计（1）门式宇刚架结饼构一般弟在梁柱畏节点及戚框架梁浪的跨中娘划分运长送和安偶装单元闻。门式刚令架斜梁席与柱的姨连接可差采用端润板竖放穿、端板焰横放和菌端板斜积放三种趋形式。（2）为保斯证节点石的刚度前，节点役应采用惭摩擦型图或承压挂型高强正度螺栓弱连接，亏一般成滑对布置扑。梁与伐柱的遵刚性题连接胖节点（3）门式额刚架的鞠柱脚构飞造（2）格构窃式框架般结构体槐系当跨北度大墨于60曾m时，识实腹赠式框共架不绕太经烟济，垦此时京可采童用格鸽构式养，最焦大可剂做到150忘m。通常设尼计成变独截面，棒框架横巴梁的高扬跨比在1/凤12～1/归20范围内佣选取。内力及胃变形的协计算当跨度绕不大时树，格构僚式普通谢框架可枪以取换济算刚度傻，折算蓄成与其信等效的饭实腹框奏架求解博内力。帽当跨度春较大时植，必须遗考虑全打部腹杆壶的变形鸣进行计央算。第三础节天拱式回结构旺体系拱式结仪构外形弃美观，王体现了愚结构受坑力与建粮筑造型挂的完美斑结合，靠是大跨田度钢结捧构中一制种重要汉的形式捐。拱的逗特点（1）拱身南主要承宏受轴力似，当跨怨度较大痰（如超夕过80~肠100屠m）时病，较句梁式嫩结构少和框软架式塔结构总更经食济。（2）形式舟有两铰遗拱、三稍铰拱和晋无铰拱砖。使用祥最多的没是双铰夏拱，优趴点是安肾装和制躬造较简总单，铰叠处可自懂由转动匀，温度诸应力也闭较低。小无铰拱勒跨中弯长矩分布叠最有利缠，但需宋要较强蒜的基础涛，温度愿应力也膏较大。双铰绍拱兰三狸铰拱北无铰咳拱（3）拱的隔水平推很力较大阀，对支乱座的要烘求较高舟。为减掏轻水平握推力，怎可设置营水平拉心杆或采亲用橡胶兼支座。在加蚂盖的惠体育参场、侦展览缝馆以熄及飞摘机库抛里，拣拱的娇支座服常常螺是房坦屋的冶墙体策、看疗台等省。没辛有横仔墙或昌看台豆的情史况下切则要浇求设远置拱带扶壁塑以承译受拱晶的水均平推筛力。（4）拱截忽面分实桨腹式和采桁架式找两种，搏一般为炕等截面特。拱身暮所受意弯矩阻较小骨，因剪而截霜面高革度不惹大，拌实腹怠式可话取l/50滔~l/8佛0，桁遮架式幼可取l/3指0~l/60。拱截面可含采用H型钢、就双角钢缓、T型钢、馋槽钢、假圆钢管群和方钢估管等。拱的字设计（1）拱轴壮线的形踢状应尽宫可能选生择与压姜力曲线及接近。就对称并层沿拱弦荣线均布枝的荷载鸣起主要守作用时券，宜采病用二次坟抛物线伟（与弯虹矩图接乏近）。俗为简化处拱的设训计与制独造，也幼可用圆座弧代替进，对扁社平拱不侮会引起辩内力实漠质性的陈变化。幼对于自刻重很大脆的高拱私，宜采次用悬桐链线向外形饱。在艇风荷载作奖用下，耕由于压停力线变化宽较大者，拱笨的外游形宜勒取两极限难压力线束的中间柏线。（2）风荷口载是拱边结构计目算中一古项非常辟重要的浊荷载，逢特别应红注意风童吸力对冈拱结构买的影响酷，还应识考虑侧线风压或图端风压掘作用在字建筑物擦上的情站况。（3）平邮面的愁拱式秆结构材为一手受压蜘曲杆号，应搂按压臣弯杆鄙件设肢计，犹拱在迷弯矩熊作用旦平面俗内需毯要验肢算强严度和咐稳定体性。溜因曲赖杆平俱衡微缠分方枕程的广求解房诚比较阻困难壤，目优前只碗能按眉弹性湾方法恩近似踩求解惑杆件道的临露界力糕，现妖行规坑范暂味时还耻没有栋曲杆健计算改长度气取值悠的规魂定。艰拱的免计算啄长度喘系数夫与拱奋的形乡丰状、情拱的拥矢高f与拱交跨l的比才值有盛关（4）拱帖在弯烤矩作辰用平宵面外碎的刚悬度如带果与鲁平面润内相薄差很从大，倡受压衡时容块易产镰生平挪面外的扶失稳算，应踢利用勒沿房瓣屋长毒度方向设置臭的横向励支撑系劲统及檩璃条体系作为被平面外听的支撑峰点。同虫时，还应根按压黄弯杆递件验葡算平物面外典的稳定。（5）拱的宜支座铰受可以有摊不同的形式裹。拱脚寒的构垃造（6）三练铰拱缴中的布拱顶夸铰是包构造礼设计爬的难它点，瞧格构写式拱烦在支传座铰碑和拱顶铰的津部位，混其截面需改变坐为实腹滑式，同时还葡需设副置适夫当的挠