钢结构设计原理屋架

会计学1钢结构设计原理屋架7.3.1屋盖结构的形式7.3.1.1屋盖结构体系无檩屋盖：屋面板直接铺设在屋架或天窗架上，需另设支撑，屋盖刚度大，但自重大，对抗震不利。有檩屋盖：轻型屋面板、檩条、屋架、支撑自重轻，现应用越来越广泛。第1页/共40页三角形、梯形、平行弦。屋架选形应考虑：建筑物的用途及外观要 求；屋面材料对排水坡度的要求；经济 的要求；受力合理的要求，构造简单、 施工方便的要求等。7.3.1.2屋架的形式第2页/共40页（1）三角形屋架第3页/共40页梯形屋架第4页/共40页人字形屋架和平行弦桁架第5页/共40页7.3.1.3托架、天窗架形式

支承中间屋架的桁架称为托架，一般采用平行弦桁架。第6页/共40页天窗架的形式如图7.15天窗的作用是采光、通风。多采用纵向天窗第7页/共40页7.3.2屋盖支撑（1）支撑的作用①保证结构的空间整体性②为屋架弦杆侧向支撑点，减小其在屋架平面外的计算长度③承担和传递水平荷载④保证结构安装时的稳定与方便第8页/共40页（2）支撑的布置①上弦杆的水平支撑在屋架上弦和天窗架上弦均设间距不大于60m②下弦横向水平支撑屋架跨度小于18m且无吊车或其它振动设备时，可不设，其它情况应设③纵向水平支撑房屋较高、跨度较大，空间刚度要求较大时，设纵向水平支撑，与横向水平支撑形成封闭体系④垂直支撑：均应设⑤系杆：沿房屋通长设，分为刚性系杆和柔性系杆第9页/共40页第10页/共40页第11页/共40页第12页/共40页（3）支撑的计算和构造横向、纵向水平支撑均为平行弦桁架，计算简图见（图7.21）屋盖支撑杆内力较小，截面尺寸一般由长细比及构造要求控制第13页/共40页7.3.3简支屋架设计7.3.3.1屋架的内力分析基本假定：节点处所有杆件轴线在同一平面内相交于一点（节点中心）；节点均为理想铰接；荷载作用在节点上节间荷载引起的局部弯矩的处理第14页/共40页（3）内力计算与荷载组合内力组合：①解析法②图解法荷载组合：①全跨永久荷载+全跨屋面活载（雪载）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载②全跨永久荷载+半跨屋面活载（雪载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载（少数腹杆可能内力变号）采用大型屋面板的屋架，应考虑安装时可能的半跨荷载：屋架及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载第15页/共40页③对轻质屋面材料的屋架，一般应考虑负风压的影响④轻屋面的厂房，吊车起重量较大（Q≥300KN）应考虑按框架分析求得的柱顶水平力是否会使下弦内力增加引起下弦内力变号第16页/共40页7.3.3.2杆件的计算长度和容许长细比（1）杆件的计算长度第17页/共40页（2）杆件的容许长细比第18页/共40页7.3.3.3杆件的截面形式

要求：构造简单、施工方便、易于连接，具有一定的侧向刚度，取材方便，宜使杆件对两个主轴有相近的稳定性

（1）单壁式屋架杆件的截面形式第19页/共40页双壁式屋架杆件的截面形式双角钢杆件的填板第20页/共40页7.3.3.4杆件的截面选择（1）一般原则①优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面，但受压构件应满足局部稳定的要求，最小厚度为4mm②最小角钢∟45×4，当开有螺栓孔时，肢宽应满足相应要求③屋架节点版（或T型钢弦杆的腹板）厚度，据表7.4采用第21页/共40页④跨度较大的桁架（例如大于等于24m）与柱铰接时，弦杆应根据内力变化改变截面（半跨内一次）⑤同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货（2）杆件的截面选择轴心拉杆：强度、刚度轴心压杆、压弯杆：强度、整体稳定、局部稳定、刚度第22页/共40页7.3.3.5节点设计（1）节点设计的一般要求①杆件的形心线与桁架轴线重合，通常取角钢肢背至轴线的距离为5mm的倍数②杆件与杆件之间的空隙不小于15-20mm第23页/共40页③杆件端部的切割一般垂直与轴线④节点板的外形尽可能简单、规则⑤支承大型屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载（设计值）超过表7.5的数值时，支承处应加强第24页/共40页（2）角钢桁架的节点设计①一般节点：计算内容：肢件与节点板的连接焊缝弦杆与节点板的连接焊缝△N=N2-N1肢背：肢尖：第25页/共40页②有集中荷载的节点（如上弦节点）第26页/共40页第27页/共40页③拼接节点第28页/共40页④支座节点铰接：屋架支承于混凝土柱上或钢柱上刚接：屋架支承于钢柱铰接支座节点的传力路径：杆件→节点板→加劲肋↙→底板→支承柱顶第29页/共40页第30页/共40页第31页/共40页（3）T型钢作弦杆的屋架节点第32页/共40页7.3.3.6连接节点处板件的计算

（1）连接节点处的板件在拉、剪作用下的强度必要时按下式计算：第33页/共40页

（2）为保证桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性，受压腹杆连接肢断面中点沿腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离c应满足下列条件：①对有竖腹杆或无竖腹杆但自由边有加劲肋的节点板，②对无竖腹杆且自由边无加劲肋的节点板，第34页/共40页

（3）当采用上述方法计算节点板的强度和稳定时，尚应满足下列要求：①节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于15°；②斜腹杆与弦杆的夹角应在30°—60°之间；③节点板的自由边长度lf与厚度t之比不得大于，否则应沿自由边设加劲肋屋架设计例题详见教材7.3.3.7钢屋架施工图第35页/共40页7.3.4

刚接屋架（框架横梁）设计特点

与柱刚接的屋架端部弯矩效应可转化为一对水平为H=M/h0，此水平力有可能使屋架端部下弦杆受压

屋架与柱刚接构造如图7.58上弦最大内力由上盖板传递下弦拉力H由连接螺栓承受（偏心受拉）第36