钢结构设计课件

第1章輕型門式剛架結構1.1概述1.2結構形式和佈置1.3剛架設計1.4壓型鋼板設計1.5檁條設計1.6牆梁設計1.7支撐及構造設計

輕型門式剛架結構与一般普通钢结构相比具有以下技术特征：

1.結構構件的橫截面尺寸較小，可以有效地利用建築空間，降低房屋的高度，建築造型美觀。

2.門式剛架的剛度較好，自重輕，橫樑與柱可以組裝，為製作、運輸、安裝提供了有利條件。

3.屋面剛架用鋼量僅為普通鋼屋架用鋼量的1/5-1/10，是一種經濟可靠的結構形式。

1.1概述

工程實例一：青島南車集團，2004年4月投資新建了一座輕鋼結構生產車間，建築面積5000平方米。於2004年7月竣工。主體結構採用輕型單跨門式剛架形式，吊車最大起重量為20噸，中級工作制。

為使立面效果簡潔美觀，屋面採用有組織內排水形式。外牆面和屋面板均採用雙層壓型鋼板，兩層壓型鋼板之間放置了耐火性能較好的岩棉保溫隔熱層。正在建設的門式剛架工程實例山牆抗風柱吊車梁天窗架輕鋼結構工業廠房

工程實例二：

青島永源體育用品有限公司加工車間，是由韓國投資建設的2萬平方米轻钢结构多层工业厂房。主体结构采用轻钢结构框架体系。楼面板采用钢－混凝土组合楼板。屋面板採用壓型鋼板，波浪造型的輕鋼結構屋面梁輕盈、活潑，克服了工業建築造型單一、立面造型呆板的缺點。

正在建設中的多層輕鋼結構廠房壓型鋼板外牆板主要承重骨架－門式剛架檁條、牆梁

－冷彎薄壁型鋼

屋面、牆面

－壓型金屬板、彩鋼夾芯板屋面及牆面保溫芯材

－聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、岩棉等支撐

－屋面支撐、柱間支撐

1.1.1門式剛架結構的組成單層輕型鋼結構房屋的組成

1.1.2門式剛架結構的特點

重量輕工業化程度高、施工週期短柱網佈置靈活綜合經濟效益高門式剛架結構性能：1.門式剛架屋面體系的整體性可以依靠檁條、隅撐來保證，從而減少了屋蓋支撐的數量，同時支撐多用張緊的圓鋼做成，很輕便。2.門式剛架的梁、柱多採用變截面杆件，可以節省材料。3.組成構件的杆件較薄，對製作、塗裝、運輸、安裝的要求高。4.構件的抗彎剛度、抗扭剛度比較小，結構的整體剛度也比較柔。

1.1.3門式剛架結構的應用情況

1.我國門式剛架設計規程：《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS102:2002)

2.應用範圍：輕型廠房、物流中心、大型超市、體育館、展覽廳、活動房屋、加層建築等。

3.應用規模：國內每年有一千萬平方米的輕鋼結構建築物竣工。4.輕型門式剛架的適用範圍及截面形式：(1).屋面荷載較小，橫向跨度為9～24m，柱高為4.5～9m，(2).沒有吊車或設有中、輕級工作制吊車的廠房。(3).當廠房橫向跨度不超過15m，柱高不超過6m時，屋面剛架梁宜採用等截面剛架形式。當廠房橫向跨度大於15m，柱高超過6m時，宜採用變截面剛架形式。5.變截面剛架與等截面剛架的對比:柱和梁採用變截面形式時，截面形狀與內力圖形附合較好，受力合理、節省材料。變截面剛架在構造連接及加工製造方面不如等截面方便。6.柱腳形式:

門式剛架柱腳分為鉸接和剛接兩種連接形式。

剛接柱腳詳圖

鉸接柱腳詳圖

剛接柱腳門式剛架

鉸接柱腳門式剛架變截面梁變截面梁、柱加勁板地腳螺栓

剛接柱腳工程實例單跨單坡單跨雙坡多跨（中間搖擺柱）高底跨雙坡雙跨門式剛架的各種結構形式多跨（梁柱剛結）四坡雙跨搖擺柱搖擺柱梁柱節點鉸接連接梁柱節點剛性連接1.2.2門式剛架的結構佈置1.剛架的建築尺寸和佈置

跨度：一般為9-24m

高度：取地坪柱軸線與斜梁軸線交點高度，宜取

4.5-9m

柱距：應綜合考慮剛架跨度、荷載條件及使用要求等因素，宜取6m、7.5m、或9m

挑簷長度：根據使用要求確定，宜為0.5—1.2m

溫度分區：縱向溫度區段<300m

橫向溫度區段<150m2.檁條和牆梁的佈置

檁條：應等間距佈置。在屋脊處，應沿屋脊兩側各佈置一道檁條，使得屋面板的外伸寬度不要太長(一般小於<200mm)，在天溝附近應佈置一道檁條，以便於天溝的固定。確定檁條間距時，應綜合考慮屋面材料、檁條規格等因素按計算確定。

屋面檁條佈置實例屋面檁條佈置實例

牆梁：牆梁的佈置，應考慮設置門窗、挑簷、遮雨篷等構件和圍護材料的要求。牆梁佈置實例3.屋面支撐和剛性系杆的佈置原則：在每個溫度區段或分期建設的區段中，應分別設置能獨立構成空間穩定結構的支撐體系。在設置柱間支撐的開間，應同時設置屋蓋橫向支撐，以構成幾何不變體系。端部支撐宜設在溫度區段端部的第一或第二個開間。永久荷載：包括結構構件的自重和懸掛在結構上的非結構構件的重力荷載，如屋面、檁條、支撐、吊頂、牆面構件和剛架自重等。

可變荷載：屋面活荷載、屋面雪荷載和積灰荷載吊車荷載、地震作用、風荷載。1.3.1荷載及荷載組合

荷載組合原則：屋面均布活荷載不與雪荷載同時考慮，應取兩者中的較大值；積灰荷載應與雪荷載或屋面均布活荷載中的較大值同時考慮；施工或檢修集中荷載不與屋面材料或檁條自重以外的其他荷載同時考慮；多臺吊車的組合應符合《荷載規範》的規定；當需要考慮地震作用時，風荷載不與地震作用同時考慮。

在進行剛架內力分析時，荷載效應組合主要有：組合（1）：

1.2×永久荷載+0.9×1.4×[積灰荷載+max{屋面均布活荷載、雪荷載}]+0.9×1.4×(風荷載+吊車豎向及水準荷載)組合（2）：

1.0×永久荷載+1.4×風荷載

組合(1)－用於截面強度和構件穩定性計算，組合(2)－用於錨栓抗拉計算。內力計算原則：

根據不同荷載組合下內力分析結果，找出控制截面的內力組合，控制截面位置一般在柱底、柱頂、柱牛腿連接處及梁端、梁跨中等截面。控制截面的內力組合主要有：最大軸壓力Nmax和同時出現的M及V的較大值。最大彎矩Mmax和同時出現的V及N的較大值。最大彎矩Mmax和同時出現的V及N的較大值。最小軸壓力Nmin和相應的M及V，出現在永久荷載和風荷載共同作用下，當柱腳鉸接時M=0。1.3.2剛架內力和側移計算側移計算原則：

變截面門式剛架柱頂側移應採用彈性分析方法確定。計算時荷載取標準值，不考慮荷載分項係數。如果最後驗算時剛架的側移不滿足要求，即需要採用下列措施之一進行調整：放大柱或梁的截面尺寸；改鉸接柱腳為剛接柱腳；把多跨框架中的搖擺柱改為上端和梁剛接的節點連接形式。梁、柱板件的寬厚比限值：

工字形截面構件受壓翼緣板的寬厚比：工字形截面梁、柱構件腹板的寬厚比：

1.3.3剛架柱和梁的設計腹板屈曲後強度利用：

在進行剛架梁、柱截面設計時，為了節省鋼材，允許腹板發生局部構件的屈曲，並利用其屈曲後強度。腹板的有效寬度：

當工字形截面梁、柱構件的腹板受彎及受壓板幅利用屈曲後強度時，應按有效寬度計算其截面幾何特性。有效寬度取值：當腹板全部受壓時：當腹板部分受拉時，受拉區全部有效，受壓區有效寬度為：he：腹板受壓區有效寬度；ρ：有效寬度係數；hc:腹板受壓區高度。剛架梁、柱構件的強度計算剛架內力分析在橫向均布荷載作用下，剛架彎矩圖如下剛架彎矩圖剛架荷載計算簡圖在水準風荷載作用下，剛架彎矩圖如下：荷載計算簡圖

剛架彎矩圖輕型鋼結構是以構件邊緣最大壓應力達到鋼材屈服點作為臨界狀態，沒有考慮塑性發展的影響，所以門式剛架一般按彈性理論設計。考慮各種荷載組合內力分析結果，取出最大荷載值控制設計，對初選截面梁柱按壓彎構件進行驗算。正應力驗算：剪應力驗算：

式中：

—構件有效淨截面面積；、—對主軸x和y的有效淨截面抵抗矩；、—對主軸x和y的彎矩。彎矩作用平面內：彎矩作用平面外：工字形截面受彎構件在剪力V和彎矩M

共同作用下的強度應符合下列要求：

當時當時當截面為雙軸對稱時工字形截面受彎構件在剪力V、彎矩M和軸力N

共同作用下的強度應符合下列要求：

當時當時當截面為雙軸對稱時

梁腹板加勁肋的配置:

梁腹板應在中柱連接處、較大固定集中荷載作用處和翼緣轉折處設置橫向加勁肋。其他部位是否設置中間加勁肋，根據計算需要確定。但《規程》規定,當利用腹板屈曲後抗剪強度時，橫向加勁肋間距a宜取hw～2hw。

當梁腹板在剪應力作用下發生屈曲後，將以拉力帶的方式承受繼續增加的剪力，亦即起類似桁架斜腹杆的作用，而橫向加勁肋則相當於受壓的桁架豎杆。因此，中間橫向加勁肋除承受集中荷載和翼緣轉折產生的壓力外，還要承受拉力場產生的壓力。拉力場

加勁肋穩定性驗算按規範規定進行，計算長度取腹板高度hw，截面取加勁肋全部和其兩側各寬度範圍內的腹板面積，按兩端鉸接軸心受壓構件進行計算。變截面柱在剛架平面內的整體穩定計算:

變截面柱在剛架平面內的整體穩定按下列公式計算：對於變截面柱，變化截面高度的目的是為了適應彎矩的變化，合理的截面變化方式應使兩端截面的最大應力纖維同時達到限值。但是實際上往往是大頭截面用足，其應力大於小頭截面，故公式左端第二項的彎矩M1，和有效截面模量We1應以大頭為准。公式第一項源自等截面的穩定計算。根據分析，小頭穩定承載力的小於大頭，且剛架柱的最大軸力就作用在小頭截面上，故第一項按小頭運算比按大頭運算安全。

變截面柱在剛架平面內的計算長度

截面高度呈線形變化的柱，在剛架平面內的計算長度應取為，式中為柱的幾何高度，為計算長度係數。可由下列三種方法確定：查表法（適合於手算）一階分析法（普遍適用於各種情況，並且適合上機計算)二階分析法（要求有二階分析的計算程式）查表法柱腳鉸接單跨剛架楔形柱的可由表1-2查得。柱的線剛度K1和梁的線剛度K2分別按下列公式計算：

表中和式中、—分別為柱小頭和大頭的截面慣性矩；

—梁最小截面的慣性矩；

—半跨斜梁長度；

—斜梁換算長度係數，見圖1-9。當梁為等截面時=1。

在圖1-9中，λ1和λ分別為第一、二楔形段的斜率。

圖19楔形梁在剛架平面內的換算長度係數柱腳鉸接楔形柱的計算長度係數，表1—2K2／Kl0.10.2O.3O.50.751.02.0≥10.00.0l0.428O.368O.3490.3310.3200.3180.3150.3100.020.6000.5020.4700.4400.4280.420O.411O.4040.03O.7290.599O.5580.5200.50l0.4920.4830.473O.050.931O.756O.6940.6440.6180.6060.5890.5800.071.075O.8730.8010.7420.7110.697O.672O.6500.101.2521.0270.9350.857O.8170.801O.7900.7390.151.5181.2351.1091.021O.965O.938O.8950.8720.201.7451.3951.2541.1401.0801.0451.0000.969多跨剛架的中間柱為搖擺柱時，邊柱的計算長度應取為

式中

——放大係數；

——計算長度係數，由表1．2查得，但公式(1．26)中的取與邊柱相連的一跨橫樑的坡面長度，如圖1-10所示；

——搖擺柱承受的荷載；

——邊柱承受的荷載；

——搖擺柱高度；

——剛架邊柱高度。

引進放大係數的原因是：當框架趨於側移或有初始側傾時，不僅框架柱上的荷載Pfi對框架起傾覆作用，搖擺柱上的荷載Pli也同樣起傾覆作用。這就是說，圖1-10框架邊柱除承受自身荷載的不穩定效應外，還要加上中間搖擺柱荷載效應。因此需要根據比值Σ(Pli／hli)／Σ(Pfi／hfi)對邊柱計算長度做出調整。

圖1-10計算邊柱時的斜梁長度

搖擺柱的計算長度係數取1.0。對於屋面坡度大於1：5的情況，在確定剛架柱的計算長度時應考慮橫樑軸向力對柱剛度的不利影響。此時應按剛架的整體彈性穩定分析通過電算來確定變截面剛架柱的計算長度。框架有側移失穩的臨界狀態和它的側移剛度有直接關係。框架上的荷載使此剛度逐漸退化，荷載加到一定程度時剛度完全消失，框架隨即不能保持穩定。因此框架柱的臨界荷載或計算長度可以由側移剛度得出。當剛架利用一階分析計算程式得出柱頂水準荷載作用下的側移剛度K：H／u時，柱計算長度係數可由下列公式計算：一階分析法對柱腳為鉸接和剛接的單跨對稱剛架(圖1-11a)當柱腳鉸接時當柱腳剛接時中間為非搖擺柱的多跨剛架(圖1--11b)當柱腳鉸接時當柱腳剛接時圖1-11一階分析時的柱頂位移當採用計入豎向荷載一側移效應(即P-u效應)的二階分析程式計算內力時，如果是等截面柱，取μ=1，即計算長度等於幾何長度。對於楔形柱，其計算長度係數可由下列公式計算：二階分析法式中:—構件的楔率；、—分別為柱小頭和大頭的截面高度(圖1.12)。圖1-12變截面構件的楔率

變截面柱在剛架平面外的整體穩定計算

應分段按公式計算：

公式不同於規範中壓彎構件在彎矩作用平面外的穩定計算公式之處有兩點：截面幾何特性按有效截面計算；

考慮楔形柱的受力特點，軸力取小頭截面，彎矩取大頭截面。

斜梁和隅撐的設計斜梁的設計

當斜梁坡度不超過1：5時，因軸力很小可按壓彎構件計算其強度和剛架平面外的穩定，不計算平面內的穩定。實腹式剛架斜梁的平面外計算長度，取側向支承點的間距。當斜梁兩翼緣側向支承點間的距離不等時，應取最大受壓翼緣側向支承點間的距離。斜梁不需要計算整體穩定性的側向支承點間最大長度，可取斜梁下翼緣寬度的倍。當斜梁上翼緣承受集中荷載處不設橫向加勁肋時，除應按規範規定驗算腹板上邊緣正應力、剪應力和局部壓應力共同作用時的折算應力外，尚應滿足下列公式的要求：隅撐設計

當實腹式剛架斜梁的下翼緣受壓時，必須在受壓翼緣兩側佈置隅撐(山牆處剛架僅佈置在一側)作、為斜梁的側向支承，隅撐的另一端連接在檁條上。

隅撐間距不應大於所撐梁受壓翼緣寬度的倍。隅撐應根據規範規定按軸心受壓構件的支撐來設計。隅撐截面選用單根等邊角鋼，軸向壓力按下式計算：當隅撐成對佈置時，每根隅撐的計算軸壓力可取上式計算值的一半。需要注意的是，單面連接的單角鋼壓杆在計算其穩定性時，不用換算長細比，而是對f值乘以相應的折減係數。剛架橫樑剛度和柱頂水準位移驗算橫樑容許撓度：柱頂水準容許位移：

式中、分別為剛架橫樑的跨度和柱的高度。

剛架節點設計剛架橫樑與柱拼裝節點剛架橫樑屋脊拼裝節點柱腳設計牛腿設計

斜梁與柱的連接及斜梁拼接

一般採用高強螺栓－端板連接，按剛接節點設計，其形式：

端板豎放端板斜放端板平放h1Me（a）端板豎放（b）端板斜放（c）端板平放（d）斜梁拼接剛架斜梁與柱的連接及斜梁間的拼接高強螺栓計算驗算最不利螺栓的拉力：

—橫樑與柱在連接處傳遞的彎矩；

—最遠一排螺栓至承壓點的距離；

—螺栓列數；

—任意一排螺栓至承壓點的距離；

—一個螺栓所能承受的抗拉容許承載力。

分析研究表明，外伸式連接轉動剛度可以滿足剛性節點的要求。外伸式連接在節點負彎矩作用下，可假定轉動中心位於下翼緣中心線上。上翼緣兩側對稱設置4個螺栓時，每個螺栓承受下麵公式表達的拉力，並依此確定螺栓直徑：

當受拉翼緣兩側各設一排螺栓不能滿足承載力要求時，可以在翼緣內側增設螺栓。

螺栓排列應符合構造要求，下圖的，應滿足扣緊螺栓所用工具的淨空要求，通常不小於35mm，螺栓端距不應小於2倍螺栓孔徑，兩排螺栓之間的最小距離為3倍螺栓直徑，最大距離不應超過400mm。端板的厚度t可根據支承條件按下列公式計算，但不應小於16mm，和梁端板相連的柱翼緣部分應與端板等厚度。

(a)伸臂類端板

(b)無加勁肋類端板(c)兩邊支承類端板當端板外伸時當端板平齊時(d)三邊支承類端板在門式剛架斜梁與柱相交的節點域，應按下列公式驗算剪應力：剛架構件的翼緣與端板的連接應採用全熔透對接焊縫，腹板與端板的連接應採用角焊縫。在端板設置螺栓處，應按下列公式驗算構件腹板的強度：當時，當時，

節點構造設計

節點有加腋與不加腋兩種基本形式。在加腋形式中又有梯形加腋與曲線加腋之分，一般採用梯形加腋並在加腋部分的兩端設置加勁肋及側向支撐，以保證該加腋部分的穩定性，防止側向壓屈。加腋連接可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，並大大提高了剛架的承載能力。下圖為加腋節點圖。橫樑屋脊拼裝節點圖柱腳設計根據受力要求，柱腳分剛接柱腳和鉸接柱腳兩類，當吊車起重量≥5噸時應考慮設置剛性柱腳。本工程實例：吊車噸位20噸，柱腳形式為剛接柱腳，主要用來傳遞吊車荷載、風荷載和結構自重。柱腳形式平板式鉸接柱腳剛接柱腳一般情況當有橋式吊車或剛架側向剛度過弱時平板式鉸接柱腳剛接柱腳柱腳的計算一、底板的計算1、底板的平面尺寸底板面積：式中

—柱軸心壓力設計值；

—基礎混凝土軸心抗壓強度設計值；

—錨栓孔面積。按構造要求確定底板寬度：式中

—柱截面寬度或高度；

—靴梁厚度；

—底板懸臂長度。再根據底板面積確定底板長度。2、底板的厚度底板的厚度決定於板的抗彎強度。式中：為底板承受的最大彎矩值。

柱腳錨栓應採用Q235或Q345鋼材製作。錨栓的錨固長度應符合現行國家標準《建築地基基礎設計規範》(GB50007--2002)的規定，錨栓端部按規定設置彎鉤或錨板。計算風荷載作用下柱腳錨栓的上拔力時，應計入柱間支撐的最大豎向分力，此時，不考慮活荷載(或雪荷載)、積灰荷載和附加荷載的影響，同時永久荷載的分項係數1.0。錨栓直徑不宜小於24mm，且應採用雙螺帽以防鬆動。柱腳錨栓不宜用於承受柱腳底部的水準剪力。此水準剪力可由底板與混凝土基礎之間的摩擦力(摩擦係數可取0.4)或設置抗剪鍵承受。靴梁的構造與計算(1)靴梁的高度由靴梁與柱的連接焊縫長度決定。(2)靴梁厚度可取與柱翼緣的厚度相同。(3)靴梁與底板間的水準焊縫計算按承受全部軸壓力N計算。(4)靴梁的抗彎和抗剪強度驗算，按雙懸臂簡支梁計算。柱腳構造詳圖鉸接柱腳剛接柱腳加勁板加勁板地腳螺栓澆入素混凝土保護地腳錨栓

牛腿

當有橋式吊車時，需在剛架柱上設置牛腿，牛腿與柱焊接連接，其構造見下圖。牛腿根部所受剪力V、彎矩M根據下式確定：牛腿截面一般採用焊接工字形截面，根部截面尺寸根據V和m確定，做成變截面牛腿時，端部截面高度h不宜小於日／2。在吊車梁下對應位置應設置支承加勁肋。吊車梁與牛腿的連接宜設置長圓孔。高強度螺栓的直徑可根據需要選用，通常採用M16-24螺栓。牛腿上翼緣及下翼緣與柱的連接焊縫均採用焊透的對接焊縫。牛腿腹板與柱的連接採用角焊縫，焊腳尺寸由剪力V確定。搖擺柱與斜梁的連接構造搖擺柱與斜梁的連接比較簡單，構造圖如下：

壓型鋼板特點：自重輕、強度高、剛度較大、抗震性能較好、施工安裝方便，易於維護更新，便於商品化、工業化生產的特點。具有簡潔、美觀的外觀，豐富多彩的色調以及靈活的組合方式，是一種較為理想圍護結構用材。1.4.1壓型鋼板的材料和截面形式

壓型鋼板的定義：壓型鋼板是將薄鋼板(彩色薄鋼板）經輥壓冷彎成V型、U型、W型等類似形狀，用於建築屋面、牆面和樓板的建築材料。壓型鋼板按波高分高波板、中波板和低波板三種板型。屋面宜採用波高和波距較大的壓型鋼板，牆角宜選用波高和波距較小的壓型鋼板。

彩色鋼卷板彩鋼板外牆面應用在組合樓板的鍍鋅壓型鋼板

壓型鋼板的應用：廣泛用於工業建築、公共建築物的屋面、牆面等圍護結構及建築物內部的隔斷；還大量用作組合樓板或混凝土樓板，並作為承載構件或永久性範本使用；在大中型工業廠房、倉庫以及體育館、影劇院、展覽館、住宅、別墅、高層建築、活動房屋等工業與民用建築中，壓型鋼板的使用正日趨廣泛。

彩色壓型鋼板的構成：由基材、鍍層和塗層三部分組成基材：由板厚度為0.5mm～2.0mm的薄鋼板經冷軋或衝壓成型。鍍層：熱鍍鋅、熱鍍鋅鋁合金、熱鍍鋁和熱鍍鋅等。塗層：聚脂塗料、有機矽改性聚脂塗料等。

壓型鋼板的使用壽命：壓型鋼板的使用壽命涉及鋼板品質、成品保護、建築物使用環境等多種因素。一般壓型鋼板使用期限在8-15年左右。我國使用進口彩鋼板的建築工程，至今已有20年的歷史。

壓型鋼板截面及塗層示意圖鋼板基材鍍鋅層初塗層精塗層

壓型鋼板的選用原則:優先選用帶有彩色塗層和鍍鋅、鋁的鋼卷板。優先採用壓型鋼板定型產品。應在滿足建築功能、承載要求和方便施工的前提下，注意節約材料，提高壓型鋼板的覆蓋率和使用壽命。壓型鋼板通常不適用於受有強烈侵蝕作用的場合。對處於有較強侵蝕作用環境的壓型鋼板，應進行有針對性的特殊防腐處理。壓型鋼板的類型及應用：

按表面處理方法分

鍍鋅鋼板

彩色鍍鋅鋼板

彩色鍍鋁鋅鋼板

僅適用於組合樓板

適用於屋面和牆面

壓型鋼板的截面形式：壓型鋼板的截面形式（板型）較多，國內生產的軋機已能生產幾十種板型，但真正在工程中應用較多的板型也就十幾種。下圖給出了幾種壓型鋼板的截面形式。（a）（b）（c）（d）（e）（f）壓型鋼板的截面形式上圖（a）、（b）是早期的壓型鋼板板型，截面形式較為簡單，板和檁條、牆梁的固定採用鉤頭螺栓和自攻螺釘、拉鉚釘。當作屋面板時，因板需開孔，所以防水問題難以解決，目前已不在屋面上採用。（c）、（d）是屬於帶加勁的板型，增加了壓型鋼板的截面剛度，用作牆板時加勁產生的豎向線條還可增加牆板的美感。(e)、(f)是近年來用在屋面上的板型，其特點是板和板、板與檁條的連接通過支架咬合在一起，板上無需開孔，屋面上沒有明釘，從而有效地解決了防水、滲漏問題。

壓型鋼板的表示方法：

壓型鋼板板型的表示方法為：YX波高－波距－有效覆蓋寬度。

如YX15-380-760即表示：

波高為15mm、波距為380mm、板的有效覆蓋寬度為760mm的板型；壓型鋼板的厚度需另外注明。

YX15-380-760X型壓型鋼板根據波高的不同，一般分為低波板(波高<30ram)、中波板(波高為30—70ram)和高波板(波高>70mm)。波高越高，截面的抗彎剛度就越大，承受的荷載也就越大。屋面板一般選用中波板和高波板，中波在實際採用的最多。牆板常採用低波板弘因高波板、中波板的裝飾效果較差，一般不在牆板中採用。計算單元:採用單槽口作為計算單元1.4.2壓型鋼板截面幾何特性線性元件演算法:

壓型鋼板的厚度較薄且各板段厚度相等，因此可用其板厚的中線來計算截面特性。這種計算法稱為線性元件演算法以此算得的截面特性A、I，乘以板厚t，便是單槽截面的各幾何特性值。

用∑b代表單槽口中線總長則：

∑b=b1+b2+2b3這樣，形心軸x與受壓翼緣b1中線之間的距離是：單槽口對於上翼緣邊和下翼緣邊的截面模量抵抗矩分別為：上翼緣：下翼緣:線性元件法計算是按折線截面原則進行的，略去了各轉折處圓弧過渡的影響。精確計算表明，其影響在0.5％-4.5％，可以略去不計。當板件的受壓部分為部分有效時，應採用有效寬度代替它的實際寬度。

壓型鋼板用作屋面板的荷載：永久荷載—壓型鋼板自重，採用保溫板尚需考慮保溫層和防水層等自重；可變荷載—雪荷載、屋面均布活荷載、屋面檢修集中荷載、積灰荷載、風荷載等；偶然荷載—地震作用、爆炸或其他意外荷載。1.4.3壓型鋼板的荷載和荷載組合當屋面板為單層壓型鋼板構造時，永久荷載僅為壓型鋼板的自重；當屋面板為雙層板構造時(中間設置玻璃棉保溫層)，作用在底板(下層壓型鋼板)上的永久荷載除其自重外，還需考慮保溫材料和龍骨的重量。設計或選用屋面壓型鋼板時，應考慮風吸力引起截面應力反號的影響，此時，不計入風吸力外所有可變荷載效應的影響，構件自重的荷載分項係數取作1.0。壓型鋼板通常僅限於用於不上人屋面，此類屋面活荷載標準值可取0.3KN/m2

。屋面檢修集中荷載標準值取0.5KN，作用於壓型鋼板跨中。可變荷載：在計算屋面壓型鋼板的可變荷載時，與剛架荷載計算類似，需要考慮屋面均布活荷載、雪荷載和積灰荷載，施工檢修集中荷載一般取情況下取1.0kN，當施工檢修集中荷載大於1.0kN時，應按實際情況取用。

當按單槽口截面受彎構件設計屋面板時，需要將作用在一個波距上的集中荷載折算成板寬度方向上的線荷載：

η－折算係數取0.5進行上述換算，主要是考慮到相鄰槽口的共同工作作用提高了板承受集中荷載的能力。折算係數取η=0.5，相當於在單槽口的連續梁上，作用了一個0.5F的集中荷載。屋面板和牆板的風荷載體型係數不同於剛架計算，應按《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102-2002取用。壓型鋼板的荷載組合:

計算內力時，應主要考慮以下兩種荷載組合：1.2×永久荷載+1.4×max{屋面均布活荷載，雪荷載}；1.2×永久荷載+1.4×施工檢修集中荷載換算值。

當需考慮風吸力對屋面壓型鋼板的受力影響時，還應進行下式的荷載組合：1.0×永久荷載+1.4×風吸力荷載。

允許板件受壓屈曲：壓型鋼板和用於檁條、牆梁的卷邊槽鋼和Z形鋼都屬於冷彎薄壁構件，這類構件允許板件受壓屈曲並利用其屈曲後強度。在其強度和穩定性計算公式中截面特性一般以有效截面為准。但對於對於翼緣寬厚比較大的壓型鋼板，設置尺寸適當的中間縱向加勁肋，就可以保證翼緣受壓時全部有效。1.4.4薄壁構件的板件有效寬度加勁肋尺寸包括兩方面要求：

要求1：中間加勁肋應符合以下公式要求：

Iis:中間加勁肋截面對平行於被加勁肋之重心軸的慣性矩；bs：子板件的寬度；b：板件的厚度對邊緣加勁肋：其慣性矩Ies要求不小於中間加勁肋的一半，計算時在以上公式中用b代替bs要求2：中間加勁肋的間距不能過大，即滿足：對於設置邊加勁肋的受壓翼緣寬厚比應滿足下式：

計算原則：壓型鋼板的強度和撓度取單槽口的有效截面，按受彎構件計算。內力分析時把檁條視為壓型鋼板的支座，考慮不同荷載組合，按多跨連續梁進行計算。壓型鋼板腹板的剪應力計算：當時當時1.4.5壓型鋼板的強度和撓度計算壓型鋼板支座處腹板的局部受壓承載力計算壓型鋼板同時承受彎矩M和支座反力R的截面，應滿足下列要求：壓型鋼板同時承受彎矩和剪力的截面，應滿足下列要求：壓型鋼板的撓度限值

壓型鋼板的撓度與跨度之比不應超過下列限值：屋面板：牆面板：屋面坡度<1/20時

1/250屋面坡度≥1/20時

1/2001/150腹板與翼緣水平面之間的夾角不宜小於45°。宜採用長尺寸板材，以減少板長度方向的搭接。長度方向的搭接端必須與支撐構件(如檁條、牆梁等)有可靠的連接部位應設置防水密封膠帶。壓型鋼板的搭接長度不宜小於下列限值：高波（波高<70mm）壓型鋼板：275mm

低波（波高>70mm）壓型鋼板：375mm

屋面坡度<1/10時：250mm

屋面坡度>1/10時：200mm

牆面：壓型鋼板：120mm

屋面：1.4.6壓型鋼板的構造規定搭接式扣和式咬合式壓型鋼板的搭接方式：

牆面壓型鋼板之間的側向連接：一般採用搭接連接，搭接寬度通常為半波。屋面壓型鋼板之間的側向連接：有搭接和咬邊連接兩種搭接寬度視壓型鋼板規格而定，可僅搭接半波，也可搭接一波半。屋面、牆面壓型鋼板的側向搭接方向應與主導風向一致，如下圖所示。壓型鋼板的側向搭接示意圖

屋面壓型鋼板的長向搭接：

應將靠近屋脊方向的板件置於上方，並在搭接部位設置防水密封帶，以利防水。壓型鋼板的構造設置：屋面高波壓型鋼板用單向固定螺栓與固定支架連接，通常每波設置一個；屋面低波壓型鋼板及牆面壓型鋼板採用鉤頭螺栓或自攻螺釘直接與檁條或牆梁連接，可每波設置一個，也可每隔一波設置一個，但每塊壓型鋼板不得少於3個連接件，搭接波處必須設置連接件；壓型鋼板與檁條或牆梁的連接示意圖如下：

外牆板端部收邊處理砌體0.9-1.0米為了延長壓型鋼板的使用壽命，防止硬物撞擊，一般在地面以上0.9～1.0m的範圍內砌築砌體結構牆體。為提高壓型鋼板的保溫、隔熱性，可採用聚苯乙烯與兩層壓型鋼板複合製成的夾心板，如EPS板等。

聚酯（牆面）彩鋼夾芯（EPS）板

聚氨酯（屋面）彩鋼夾芯板保溫岩棉

截面形式實腹式格構式熱軋型鋼H型鋼冷彎薄壁型鋼下撐式平面桁架式空腹式1.5.1檁條的截面形式

實腹式檁條的截面形式熱軋型鋼H型鋼

冷彎薄壁型鋼

這兩種檁條適用於荷載較大的屋面。適用於壓型鋼板的輕型屋面實腹式冷彎薄壁型鋼截面在工程中的應用很普遍。其中，卷邊槽鋼(亦稱C形鋼)檁條適用於屋面坡度i≤1／3的情況。直邊和斜卷邊z形檁條適用於屋面坡度i>1／3的情況。斜卷邊Z形鋼存放時可疊層堆放，占地少。做成連續梁檁條時，構造上也很簡單。適用於屋面坡度≤1/3適用於屋面坡度>1/3用於屋面的C型檁條

1．2×永久荷載+1．4×max{屋面均布活荷載，雪荷載}；

1.2×永久荷載+1．4×施工檢修集中荷載換算值。當需考慮風吸力對屋面壓型鋼板的受力影響時，還應進行下式的荷載組合：1.0×永久荷載+1．4×風吸力荷載。1.5.2檁條的荷載和荷載組合

設置在剛架斜梁上的檁條在垂直於地面的均布荷載作用下，沿截面兩個形心主軸方向都有彎矩作用，屬於雙向受彎構件（與一般受彎構件不同）。在進行內力分析時，首先要把均布荷載分解為沿截面形心主軸方向的荷載分量qx、qy。

1.5.3檁條的內力分析

C型檁條在荷載作用下計算簡圖如下：

q表示垂直向下重力荷載；α為屋面坡度當屋面坡度i≤1/3時，qx值較小，檁條近似為單向受彎構件。qqyqxXXYYαqqyqxYYXX當α=θ時

q=qyqx=0當屋面坡度：

i>1/3

α≈θ檁條近似為沿x主軸方向單向受彎。αY1θαθY1X1X1Z型檁條在荷載作用下計算簡圖如下：

θ為Z型檁條兩個主軸的夾角；α為屋面坡度。當跨中設置一道拉條時檁條的計算簡圖及內力簡支梁的跨中彎矩對X軸:連續梁的支座及跨間彎矩對Y軸：

檁條的內力計算表1-4

拉條設置情況由產生的內力由產生的內力

無拉條

跨中有一道拉條拉條處負彎矩拉條與支座間正彎矩

三分點處各有一道拉條拉條處負彎矩拉條與支座間正彎矩

強度計算

—按雙向受彎構件計算當屋面能阻止檁條的失穩和扭轉時，可按下列強度公式驗算截面：

、——對截面x軸和y軸的彎距；、——對兩個形心主軸的有效淨截面模量

1.5.4檁條的截面驗算

—強度、整體穩定、變形檁條在最大彎矩、作用下引起截面正應力符號如下圖所示（正號表示拉應力，負號表示壓應力）。截面1.2.3.4點正應力計算公式如下：（最大壓應力）（最大拉應力）整體穩定計算

當屋面不能阻止檁條的側向失穩和扭轉時(如採用扣合式屋面板時)，應按穩定公式驗算截面：

、—對兩個形心主軸的有效截面模量；

—梁的整體穩定係數，按規範規定計算。變形計算實腹式檁條應驗算垂直於屋面方向的撓度。對卷邊槽形截面的兩端簡支檁條：對Z形截面的兩端簡支檁條：

容許撓度[v]按下表取值檁條的容許撓度限值僅支承壓型鋼板屋面（承受活荷載或雪荷載）有吊頂有吊頂且抹灰

當檁條跨度大於4m時，應在檁條間跨中位置設置拉條。當檁條跨度大6m時，應在檁條跨度三分點處各設置一道拉條。拉條的作用是防止檁條側向變形和扭轉並且提供x軸方向的中間支點。此中間支點的力需要傳到剛度較大的構件為此，需要在屋脊或簷口處設置斜拉條和剛性撐杆。1.5.5檁條的構造要求拉條和撐杆的佈置撐杆斜拉條拉條隅撐屋面橫向水準支撐拉條檁條屋面拉條佈置當風吸力超過屋面永久荷載時，橫向力的指向相反。此時Z形鋼檀條的斜拉條需要設置在屋脊處，而卷邊槽鋼檁條則需設在屋簷處。因此，為了兼顧兩種情況，在風荷載大的地區或是在屋簷和屋脊處都設置斜拉條，或是把橫拉條和斜拉條都做成可以既承拉力又承壓力的剛性杆。拉條通常用圓鋼做成，圓鋼直徑不宜小於10mm。圓鋼拉條可設在距檁條上翼緣1／3腹板高度範圍內。當在風吸力作用下檁條下翼緣受壓時，屋面宜用自攻螺釘直接與檁條連接，拉條宜設在下翼緣附近。為了兼顧無風和有風兩種情況，可在上、下翼緣附近交替佈置。

拉條、撐杆與檁條的連接見圖所示，斜拉條可彎折，也可不彎折。前一種方法要求彎折的直線長度不超過15mm，後一種方法則需要通過斜墊板或角鋼與檁條連接。屋架橫向水準支撐與剛架梁連接節點構造連接角鋼實腹式檁條可通過檁托與剛架斜梁連接，檁托可用角鋼和鋼板做成，檁條與檁托的連接螺栓不應少於2個，並沿檁條高度方向佈置，見下圖。設置檁托的目的是為了阻止檁條端部截面的扭轉，以增強其整體穩定性。

當採用扣合式屋面板時，拉條的設置根據檁條的穩定計算確定。剛性撐杆可採用鋼管、方鋼或角鋼做成，通常按壓杆的剛度要求選擇截面:[λ]≤200

拉條的計算跨中設一道拉條

L≤6米跨中設二道拉條

L>6米拉條為檁條的平面外支承點，因此拉條所受拉力即為檁條承受的水準荷載。拉條支承處支座反力為：

當檁條跨中設一道拉條時：

當檁條跨間三分點處設二道拉條時：拉條所需要的截面面積計算公式：

—

拉條淨截面面積；

—

鋼材設計強度。

牆架系統主要由牆梁、拉條、斜拉條、撐杆、以及牆面板等組成。拉條的作用主要是承受牆梁豎向荷載，減小牆梁平面內豎向撓度。牆梁主要承受由牆板傳遞的風荷載。牆梁的截面主要是C型和Z型兩種冷彎薄壁型鋼截面形式。牆梁岩棉保溫材料牆梁支架牆梁牆梁牆梁支架窗洞支架

通常牆梁的最大剛度平面在水準方向（槽口方向向下），牆梁主要承擔水準風荷載。風荷載風荷載雙側掛板單側掛板1.6.1牆梁的構造要求牆梁槽口的朝向應視具體情況而定：槽口向上，便於連接，但容易積灰積水，鋼材易銹蝕；槽口向下，不易積灰積水，但連接不便。牆梁的間距取決於牆板的材料強度、尺寸、所受荷載的大小等，一般牆梁的間距取1－1.5米左右，遇有窗口位置等情況作特殊處理。

荷載

1.豎向荷載—牆板自重和牆梁自重

2.水準荷載－風荷載荷載組合

1.豎向荷載＋水準風荷載（迎風）

2.豎向荷載＋水準風荷載（背風）1.6.2牆梁荷載牆梁承擔雙向荷載，為一雙向受彎構件。當荷載未通過截面彎曲中心時，尚應考慮因荷載偏心產生的雙彎扭力矩B（單側掛牆板）。在豎向荷載作用下，牆梁產生彎矩，拉條作為一個支承點，按連續梁計算，如下圖所示。1.6.3牆梁內力計算牆架結構佈置圖在水準風荷載作用下（迎風或背風），牆梁產生彎矩的計算簡圖：當牆梁雙側掛牆板（圖a），且牆板與牆梁牢固連接時，牆梁受荷不會發生扭轉，此時雙彎扭力矩B＝0；當牆梁單側掛牆板時（圖b），由於豎向荷載和水準風載均不通過牆梁中心A，且單側掛牆板不能有效阻止牆梁的扭轉，此時牆梁將產生雙彎扭力矩B。

跨中最大雙彎扭力矩為：

其中：

—B的計算係數；

—

計算截面雙向荷載對彎曲中心的合扭矩，以繞彎曲中心逆時針方向為正；

—

牆梁跨度。在、、、B作用下，截面各點應力符號如下圖所示。“－”表示拉應力，“＋”表示壓應力。

首先根據牆梁跨度、荷載和拉條設置情況，初選牆梁截面，然後對牆梁截面進行驗算。截面驗算包括：正應力驗算，剪應力驗算，整體穩定驗算以及剛度驗算。1.6.4牆梁截面驗算正應力驗算

－對主軸x的有效淨截面抵抗矩－對主軸y的有效淨截面抵抗矩－截面的毛截面扇性抵抗矩。

剪應力驗算

--鋼材的抗剪設計強度；

--牆梁在x、y方向承擔的剪力最大值；

--牆梁沿x、y方向的計算高度；

--牆梁壁厚。

整體穩定驗算對於單側掛牆板的牆梁在背風風載時，尚需計算其整體穩定性。

—

單向彎矩作用下牆梁的整體穩定係數。

剛度驗算分別驗算牆梁在豎向和水準方向的最大撓度均不大於牆梁的容許撓度，即：

—牆梁的容許撓度。十字型柱間支撐八字型支撐1.6.5柱間支撐的佈置與計算返回下柱柱間支撐上柱柱間支撐柱間支撐的截面型式：採用兩個角鋼組成的T型截面、圓鋼管截面。柱間支撐的佈置:一般佈置在廠房兩端第一開間或者是第二開間，若廠房長度超過60米時，則需要在中部再加設一道支撐。柱間支撐的型式：根據廠房使用要求可以佈置成十字型或者八字型。柱間支撐作用：主要傳遞山牆傳來的風荷載，增加房屋整體剛度。十字型支撐八字型柱間支撐八字型柱間支撐節點構造節點板圓管支撐柱間支撐連接節點詳圖柱間支撐節點構造節點板圓管鋼柱圓管支撐圓管支撐扁鋼連接件柱間支撐受力分析

柱間支撐斜杆按拉杆設計，如圖所示，當杆件受壓時退出工作，另一個斜拉杆承載。

柱間支撐計算按拉杆設計，所受拉力為：強度驗算:剛度驗算:

——拉杆長細比容許值返回

天窗結構通常由天窗架、檁條（或太空輕質大型屋面板）、側窗橫檔和天窗架支撐系統組成。天窗架的跨度和高度根據廠房的採光和通風要求確定。其跨度一般為屋架跨度的1/3～1/2，高度為其跨度的1/5～1/2。1.7.1天窗結構佈置天窗錫鉑紙剛架剛性系杆檁條

屋面天窗鋼結構剖面圖返回

為了防止外牆面壓型鋼板腐蝕以及被硬物碰撞，延長壓型鋼板使用壽命，在建築構造上應採取以下措施：

1）在基礎地梁上砌築一段砌塊牆體，高度一般為0.9～1.2m。

2）屋面採用有組織內排水。1.7.2地梁、地溝及落水管設置砌體0.9-1.0米牆板收邊件地梁與基礎的位置關係內排水落水管地梁鋼筋現澆地梁支模地瓜石磚牆地梁廠房縱向定位軸線位置落水管地溝屋面落水管牆體地梁地溝落水管返回排水地溝雨水管

一般說明

屋架外形及腹杆形式

屋蓋支撐

2.1結構形式和結構佈置2.1.1一般說明

重型廠房的組成：

柱、屋架、吊車梁、天窗架、支撐。（圖2-1示）

重型廠房結構形式：

單層剛(框)架

多層剛架柱屋架吊車梁天窗架柱間支撐

屋蓋結構體系：鋼屋架—大型屋面板結構體系鋼屋架—檁條—輕型屋面板結構體系橫樑—檁條—輕型屋面板結構體系吊車的工作制等級與工作級別的對應關係工作制等級

輕級

中級

重級

特重級

工作級別A1～A3A4,A5A6,A7A8（按照吊車使用的頻繁程度）1.影響柱網佈置因素：

1）生產工藝流程要求：

2）結構上的要求：在保證廠房具有必需的剛度和強度的同時，注意柱距和跨度的類別儘量少些，以利施工。

3）經濟要求：

4）模數要求：柱距L的取值:一般地，在跨度不小於

30m、高度不小於14m、吊車額定起重量不小於

50t時，柱距取12m較為經濟;參數較小的廠房取

6m柱距較為合適。如果採用輕型圍護結構，則取大柱距15m，18m及24m較適宜。2.1.1.1柱網佈置和計算單元圖2-2柱網佈置計算單元

2.溫度收縮縫:

超出表2-2中數值時,應考慮溫度應力和溫度變形的影響

結構情況

縱向溫度區段(垂直屋架或構架跨度方向)橫向溫度區段(屋架或構架跨度方向)柱頂為剛接柱頂為鉸接採暖房屋和非採暖地區的房屋熱車間和採暖地區的非採暖房屋露天結構

220120150180100125120----

溫度區段長度表(m)表2-2拔柱：由於工藝要求或其他原因，有時需要將柱距局部加大。如圖2．2中，在縱向軸線B與橫向軸線L相交處不設柱子，因而導致軸線k和m之間的柱距增大，這種情形有時形象地稱為拔柱。托架（托梁）：上承屋架，下傳柱子。

托架與屋架的連接疊接：構造簡單，便於施工，但托架（托梁）受扭。

平接：可以有效地減輕托架（托梁）受扭的不利影響，較常用。托梁與屋架的連接2.1.1.2橫向框架及其截面選擇

橫向框架梁與柱的連接形式：剛接框架：（a)、（b）橫樑與柱子的剛接連接鉸接框架：（c）橫樑與柱子的鉸接連接。（a）（b）（c）

柱腳剛接：可以削減上柱柱頂的彎矩值，增大橫向框架的剛度。鉸接框架：橫樑與柱子鉸接，適用於吊車起重量不很大的輕型維護結構。

剛接框架：橫樑與柱子剛接。適用於設有雙層吊車，裝備硬鉤吊車等的單跨重型廠房。

階梯形柱：上段柱：實腹式,格構式。下段柱：綴條格構式。分離式柱：吊車肢,屋蓋肢

優點：減小兩肢在框架平面內的計算長度,

兩肢分別單獨承擔荷載。

階梯形下柱的常見截面形式：

圖2-6雙肢格構式柱階形柱的上柱起重量較小的邊柱起重量≤50t的中柱起重量＞50t的中柱起重量較大的邊柱特大型廠房的下柱A6一A8級吊車的單跨廠房

柱子與基礎剛性連接

縱向剛度

橫向剛度

柱間支撐

屋架與柱子剛性連接

雙臂肩梁：剛度大，整體性好，適宜用於柱截面寬度較大（不小於900mm)的情形。

肩梁：將各階柱段連在一起。肩梁

單臂肩梁（圖2-7a）

雙臂肩梁（圖2-7a）構造要求：肩梁慣性矩宜大於上柱的慣性矩，其線剛度與下柱單肢線剛度之比一般宜不小於25，其高跨比可控制在0.35～0.5之間。下層柱間支撐：吊車梁下部的柱間支撐2.1.1.3柱間支撐上層柱間支撐：吊車梁上部的柱間支撐剛性系杆剛性系杆下層柱間支撐上層柱間支撐垂直支撐1.柱間支撐的佈置：

1）每列柱都要設柱間支撐。

2）多跨廠房的中列柱的柱間支撐要與邊列柱的柱間支撐佈置在同一柱間。

3）下層柱間支撐一般宜佈置在溫度區段的中部，以減少縱向溫度應力的影響。

4）上層柱間支撐除了要在下層柱間支撐佈置的柱間設置外,還應當在每個溫度區段的兩端設置。

5）每列柱頂均要佈置剛性系杆。

吊車梁工程實例格構柱吊車梁格構柱吊車梁吊車梁2.柱間支撐的作用：

1）承受並傳遞縱向水準荷載：作用於山牆上的風荷載、吊車縱向水準荷載、縱向地震力等。

2）減少柱在平面外的計算長度。

3)保證廠房的縱向剛度。3.柱間支撐的形式：(a)單層十字形；(b)人字形；(c)門形;(d)雙層十字形下層柱間支撐的形式(a)十字形；(b)人字形；(c)V字形上層柱間支撐的形式桁架是指由直杆在端部相互連接而組成的格子式結構。桁架中的杆件大部分情況下只受軸線拉力或壓力。應力在截面上均勻分佈，桁架用料經濟，結構的自重小，易於構成各種外形以適應不同的用途。在工業與民用房屋建築中，當跨度比較大時用梁作屋蓋的承重結構是不經濟的，這時都要用桁架。

2.1.2屋架外形及腹杆形式2.1.2.1桁架的應用2.1.2.2桁架的外形及腹杆形式

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2.1.2.3.確定桁架形式的原則

三角形屋架：適合於波形石棉瓦、瓦楞鐵皮,

坡度一般在1/3～1/2

梯形屋架：壓型鋼板和大型鋼筋混凝土屋面板，坡度一般在1/2～1/8

1.滿足使用要求：

2.受力合理：

1）弦杆：使各節間弦杆的內力相差不太大。簡支屋架外形與均布荷載下的拋物線形彎矩圖接近時，各處弦杆內力才比較接近。2）腹杆：應使長杆受拉短杆受壓，且腹杆數量宜少，腹杆總長度也應較小。

單向斜杆式：

斜腹杆受拉豎腹杆受壓合理

斜腹杆受壓豎腹杆受拉不合理

再分式腹杆∶減少受壓上弦節間尺寸，避免節間的附加彎矩也減少了上弦杆在屋架平面內的長比。交叉式腹杆∶主要用於可能從不同方向受力的支撐體系。

再分式腹杆交叉式腹杆

3.製造簡單及運輸與安裝方便

杆件數量少，節點少，杆件尺寸劃一及節點構造形式劃一。平行弦桁架最容易符合上述要求。

4.綜合技術經濟效果好

三角形屋架下弦下沉，弦杆交角增大，方便製造，屋架重心降低，提高了穩定性。

可有效降低屋架對支撐結構的推力。根據不同的條件桁架形式可以有很多變化

跨度

L—工藝及使用要求高度H—經濟、剛度、運輸、坡度等

各種屋架中部高度：

三角形屋架：中部高度H≈(1/6～1/4)L

梯形屋架：中部高度H≈(1/10～1/6)L

端部高度H0≈(1.8～2.1m)

2.1.2.4桁架主要尺寸的確定

2.1.3屋蓋支撐

屋蓋上弦橫向水準支撐屋蓋下弦橫向水準支撐屋蓋下弦縱向水準支撐豎向支撐系杆圖2．16屋蓋支撐作用示意圖

1.保證屋蓋結構的幾何穩定性。

幾何可變體系屋架側傾幾何不變體系屋架穩定2.1.3.1屋蓋支撐的作用

2.保證屋蓋的剛度和空間整體性

橫向水準支撐是一個水準放置(或接近水準放置)的桁架,支座是柱或垂直支撐。縱向水準支撐：提高屋架平面內（橫向）抗彎剛度，使框架協同工作，形成空間整體性，減少橫向水準荷載作用下的變形。

3.為弦杆提供適當的側向支承點

支撐可作為屋架弦杆的側向支承點，減小弦杆在屋架平面外的計算長度，保證受壓上弦杆的側向穩定，並使受拉下弦保持足夠的側向剛度。

4.承擔並傳遞水準荷載

如傳遞風荷載、懸掛吊車水準荷載和地震荷載。

5.保證結構安裝時的穩定與方便

2.1.3.2屋蓋支撐的佈置

1.上弦橫向水準支撐佈置原則:在有檁條或只採用大型屋面板的屋蓋中都應設置屋架上弦橫向水準支撐，當有天窗架時，天窗架上弦也應設置橫向水準支撐。

設置在房屋的兩端,一般設在第一個柱間或設在第二個柱間,間距L0≤60m。上弦橫向水準支撐佈置圖2.下弦橫向水準支撐佈置原則：當跨度L≥18m；設有懸掛式吊車起重量大於5噸；廠房內設有較大的振動設備。與上弦橫向水準支撐佈置在同一柱間。3.縱向水準支撐佈置原則：廠房內設有托架，或有較大噸位的重級、中級工作制的橋式吊車；或有壁行吊車，或有鍛錘等大型振動設備；以及當房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時。下弦水準支撐佈置圖

4.垂直支撐佈置原則：所有房屋中均應設置垂直支撐。梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度L≤24m時，僅在跨度中央設置一道。當跨度大於上述數值時宜在跨度1／3附近或天窗架側柱外設置兩道。梯形屋架不分跨度大小，其兩端還應各設置一道，當有托架時則由托架代替。垂直支撐與上、下弦橫向水準支撐佈置在同一柱間。屋蓋支撐佈置圖屋架的垂直支撐佈置

5.系杆

剛性系杆：能承受拉力也能承受壓力的系杆。柔性系杆：只能承受拉力的系杆。作用：為沒有參與組成空間穩定體的屋架提供上下弦的側向支承點。佈置原則：在垂直支撐的平面內一般設置上下弦系杆；屋脊節點及主要支承節點處需設置剛性系杆，天窗側柱處及下弦跨中或跨中附近設置柔性系杆；當屋架橫向支撐設在端部第二柱間時，第一柱間所有系杆均應為剛性系杆。

各種支撐都是一個平面桁架，桁架的腹杆一般採用交叉斜杆。2.1.3.3屋蓋支撐的杆件及支撐的計算原則豎腹杆：豎杆弦杆：相鄰屋架弦杆兼作橫向支撐桁架的弦杆腹杆

支撐桁架

斜腹杆：支撐計算單元簡化單層房屋結構

平面桁架

1.永久荷載（恒載）屋面恒載檁條自重屋架、其他構件自重和圍護結構自重2.可變荷載（活載）

屋面活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載及吊車荷載。

3.施工荷載2.2.1荷載計算

風荷載：標準值：

μz–風壓高度變化係數μs—體型係數βz—風振係數風荷載標準值Wk是沿垂直建築物表面方向作用的，為方便將其投影到水準上。剛架計算單元寬b、跨度方向長為h範圍內風荷載應合力為：

投影到水平面上的值Po為：

為簡化計算，引入當量慣性矩將格構式拄和屋架換算為實腹式構件進行內力分析。

當量慣性矩：2.2.2剛架內力計算

Aα和Aβ—分別為格構柱兩肢（或屋架上下兩弦）截面積

Xα和Xβ—格構式柱兩肢（屋架上下兩弦）的截面形心到格構式柱截面中性軸的距離。

µ—反映剪力和幾何形狀的修正係數。µ=0.9平行弦µ=0.8上弦坡度i=0.1µ=0.7上弦坡度i=0.125對於屋架：其當量慣性矩為：

h—為上下兩弦截面形心之間的距離。屋架尺寸未定時，可按下式估算其當量慣性矩。

Mmax—簡支屋架在屋面荷載作用下的跨中彎矩。

f—弦杆抗拉強度設計值。內力分析：依疊加原理，內力分析只需針對幾種基本類型進行。

單跨剛架：（1）永久荷載；（2）屋面活荷載；（3）左風（右風荷載）；（4）吊車左（右）刹車力；（5）吊車小車靠近左（右）時的重力。手算或電算

按照《建築結構荷載規範》(GB50009)的規定，結構設計應根據使用過程中在結構上可能同時出現的荷載，按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態，依照組合規則進行荷載效應的組合，並取最不利組合進行設計。2.2.3內力組合原則對於一般的剛(框)架，按承載能力極限狀態設計時，構件和連接可取下列簡化公式中的最不利值確定：SGK、SQK—按規範規定的標準值算得的永久荷載效應和可變荷載效應

γG、γQ—永久荷載分項係數和可變荷載分項係數

荷載效應組合的目的：找到最不利組合情形對構件和連接進行校核。分別按校核構件中出現的內力，尋求它們分別取可能的最大值時的組合進行校核。受彎構件：

壓彎構件：1.荷載分項係數及荷載組合係數按《建築結構荷載規範》選取。2.按節點荷載作用下的鉸接平面桁架分析內力，常用的內力分析方法有圖解法、解析法、電算。具體分析時，可先分別計算全跨和半跨單位節點荷載作用下的內力，根據不同的荷載組合，列表計算。2.3.1桁架內力計算

計算內力係數3.節點剛性影響

節點剛性引起杆件次應力，次應力一般較小，不予考慮。但荷載很大的重型桁架有時需要計入次應力的影響。4.杆件的內力變號屋架中部某些杆件在全跨荷載時受拉，而在半跨荷載時可能受壓。

半跨荷載：活荷載、雪荷載、積灰荷載、單側施工5.節間荷載作用的屋架將節間荷載分配到相鄰的節點上，按只有節點荷載作用的屋架計算各杆內力。

直接承受節間荷載的弦杆為壓彎構件（N，M）。局部彎矩M理論上應按彈性支座上的連續梁計算。M0為將上弦節間視為簡支梁所得跨中彎矩。簡化計算：

計算長度概念：將端部有約束的壓杆化作等效的兩端鉸接的理想軸心壓杆。

(a)

(b)

(c)

杆端約束越強，杆件計算長度越短，臨界荷載越高。

2.3.2桁架杆件的計算長度1.影響鋼屋架杆端約束大小的因素：

1）杆件軸力性質拉力使杆拉直，約束作用大，壓力使杆件彎曲，約束作用微不足道。

2）杆件線剛度大小線剛度越大，約束作用越大，反之，約束作用越小。

3）與所分析杆直接剛性相連的杆件作用大，較遠的杆件作用小。

2.3.2.1受壓弦杆和單系腹杆的計算長度

2.杆件計算長度：桁架平面內計算長度

弦杆支座斜杆(節件長度）支座豎杆

中間腹杆

屋架杆件的計算長度

桁架平面外計算長度弦杆（側向支撐點間距離）

腹杆（節間長度）

單角鋼腹杆和雙角鋼十字形腹杆，

繞最小主軸彎曲時杆軸處於斜平面內，其端部所受約束介於屋架平面內外的兩種情況之間。平面內計算長度:平面外計算長度：考慮受力較小的杆件對受力大的杆件的“援助”作用。

2.3.2.2變內力壓杆的計算長度

交叉腹杆中交叉點處構造：

1）兩杆不斷開。

2）一杆不斷開，另一杆斷開用節點板拼接。

2.3.2.3交叉腹杆中壓杆的計算長度

桁架平面內計算長度：

無論另一杆為拉杆或壓杆，兩杆互為支承點。

桁架平面外計算長度：拉杆可作為壓杆的平面外支承點，壓杆除非受力較小且不斷開，否則不起側向支點的作用。

GB50017規範中交叉腹杆中壓杆的平面外計算長度計算公式：

1）相交另一杆受壓，兩杆截面相同並在交叉點不中斷2)相交另一杆受壓，此另一杆在交叉點中斷但以節點板搭接。3）相交另一杆受拉，兩杆截面相同並在交叉點不中斷。4）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉點中斷但以節點板搭接。當此拉杆連續而壓杆在交叉點中斷但以節點板搭接。若或拉杆在桁架平面外的抗彎剛度時，式中，為節點之間的距離，為所計算杆內力，為相交另一杆內力，取絕對值。容許長細比，查規範（GB50017)。當另一杆受拉，且兩杆拉壓力相同時，不論此拉杆是否中斷，壓杆的計算長度均為,當另一杆受壓時，若兩杆壓力相同且不中斷，計算長度為，若另一杆斷開，則壓杆的計算長度將大於。剛度要求：

杆件截面選取的原則：

承載能力高，抗彎強度大，便於連接，用料經濟通常選用角鋼和T型鋼

等強設計：

壓杆對截面主軸具有相等或接近的穩定性。單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時考慮扭轉效應的換算長細比。

2.3.3杆件截面型式截面伸展壁厚較薄外表平整

角鋼杆件截面形式受壓弦杆：有節間荷載時受拉弦杆：支座斜腹杆及豎杆：其他腹杆：連接垂直支撐的豎杆：垂直支撐傳力時豎杆不致產生偏心，方便吊裝。優點：耐腐蝕，經濟性好（節省鋼材12%～15%)。T型鋼-屋架弦杆

屋架構造的一般要求

1.同一榀屋架中，角鋼的規格不超過5～6種最小角鋼L45X4L56X36X4,L<18m的小角鋼屋架不受此限。

2.3.4一般構造要求與截面選擇2.屋架杆件中的填板。作用：保證兩角鋼共同工作。

間距：壓杆拉杆數量：不小於2個。拉杆：強度，剛度壓杆：強度，穩定，剛度。壓彎構件：強度，穩定，剛度。雙角鋼壓杆和軸對稱放置的單角鋼壓杆繞對稱軸失穩時的換算長細比可以用簡化公式（2-6a～2-9b)計算。

2.3.4.2桁架杆件截面選擇任務：確定節點的構造，連接焊縫及節點承載力的計算。節點的構造應傳力路線明確、簡捷、製作安裝方便。注意：節點板只在弦杆與腹杆之間傳力，不直接參與傳遞弦杆內