单层工业厂房屋盖结构-屋架形式和主要尺寸

屋盖结构的布置——屋架形式和主要尺寸屋架是由各种直杆相互连接组成的一种平面桁架：在横向节点荷载作用下，各杆件产生轴心压力或轴心拉力，因而杆件截面应力分布均匀，材料利用充分，具有用钢目小、自重轻、刚度大、便于加工成形和应用广泛的特点。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸屋架按外形可分为三角形屋架、梯形屋架及平行弦屋架三种形式。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸屋架的造型应符合以下原则：第一，满足使用要求，主要是满足排水坡度、建筑净空、天窗、天棚以及悬挂吊车的要求。第二，受力合理。应使屋架的外形与弯矩图相近，杆件受力均匀；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。第三，便于施工。屋架的杆件和节点宜减少数量和品种、构造简单、尺寸划一、夹角在30°～60°之间。跨度和高度避免超宽、超高。设计时应全面分析、具体处理，从而确定具体的合理形式。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（1）三角形屋架三角形屋架适用于屋面坡度较陡的有檩屋盖结构。坡度i=1/2～1/6；上、下弦交角小，端节点构造复杂；外形与弯矩图差别大，受力不均匀，横向刚度低，只适用于中、小跨度轻屋盖结构。三角形屋架的腹杆布置可有芬克式、单斜式和人字式三种。芬克式屋架受力合理、便于运输，多被采用；单斜式屋架只适用于下弦设置天棚的屋架，较少采用；人字式屋架只适用于跨度小于18m的屋架。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（2）梯形屋架。梯形屋架适用于屋面坡度平缓的无檩屋盖结构。坡度i<1/3，且跨度较大时多采用梯形屋架。梯形屋架外形与弯矩图接近，弦杆受力均匀；腹杆多采用人字式；当端斜杆与弦杆组成的支承点在下弦时称为下承式，多用于刚接支承节点，反之为上承式。梯形屋架上弦节间长度应与屋面板的尺寸配合，使荷载作用于节点上，当上弦节间太长时，应采用再分式腹杆。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸1.屋架的形式（3）平行弦屋架当屋架的上、下弦杆相平行时，称为平行弦屋架。多用于单坡屋整合双坡屋面，或用作托架、支撑体系。腹杆多为人字形或交叉式。平行弦屋架的同类杆件长度一致、节点类型少，符合工业化制造要求，有较好的效果。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是指屋架的跨度和高度，对梯形屋架尚有端部高度。（1）屋架的跨度。屋架的跨度应根据生产工艺和建筑使用要求确定，同时应考虑结构布置的经济合理。通常为18m、21m、24m、27m、30m、36m等，以3m为模数。对简支于柱顶的钢屋架，屋架的计算跨度为屋架两端支座反力的距离。屋架的标志跨度为柱网横向轴线间的距离。标志跨度应与大型屋面板的宽度(1.5m～3.0m)相一致。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（1）屋架的跨度屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（2）屋架的高度屋架的高度取决于建筑要求、屋面坡度、运输界限、刚度条件和经济高度等因素。屋架的大高度不能超过运输界限，小高度应满足屋架容许挠度的要求。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸2.屋架的主要尺寸（2）屋架的高度设计屋架尺寸时，首先根据屋架形式和工程经验确定端部尺寸h0；然后，根据屋面材料和屋面坡度确定屋架跨中高度；后综合考虑各种因素，确定屋架的高度。当屋架的外形和主要尺寸（跨度、高度）确定后，桁架各杆的几何尺寸即可根据三角函数或投影关系求得。一般常用桁架的各杆件几何长度可查阅有关设计手册或图集。屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸钢结构专业课件▶屋盖结构的布置-屋架形式和主要尺寸

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较几种平面桁架受力性能的比较平面桁架结构的计算假定：1、中心平面直杆假设

所有杆件均为直杆，所有杆件的中心线均在同一平面内。2、铰结点假设

所有杆件与杆件相连的节点均为光滑无摩擦的理想铰结点。3、节点荷载假设

假设荷载只作用在节点上。平面桁架结构在以上计算假定的基础上，杆件截面内力只有轴心拉力或轴心压力。

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较桁架的外形对桁架中各杆的受力情况会有很大的影响。从力学分析，桁架外形与简支梁的弯矩图相似时，上下弦杆的轴力分布均匀，腹杆轴力小，用料最省。几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较（b）（a）（c）（d）（e）（f）图1-1（a）~（e）各种桁架受力性能比较

（f）

简支梁弯矩图桁架外形与弯矩图相似度排名：d-抛物线桁架e-折线型桁架c-梯形桁架a-三角形桁架b-平行弦桁架几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较a-三角形桁架三角形桁架外形与对应简支梁弯矩图差别较大，其内力分布是不均匀的，弦杆内力中小端大，腹杆内力中大端小。

这种桁架的端结点处，上下弦杆之间夹角较小，构造复杂。但由于其两面斜坡的外形符合屋顶构造的要求，所以跨度较小，坡度要求较大的屋盖结构中多被采用。几种平面桁架受力性能的比较（a）（f）

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较b-平行弦桁架平行弦桁架外形与对应简支梁弯矩图差别很大，其内力分布很不均匀，弦杆内力中大端小，腹杆内力中小端大。

如各杆选用相同截面，则浪费材料，如各杆截面不同，则增加了结点拼接的困难。但由于平行弦桁架中杆件长度规格少，采用相同截面时，结点构造划一，腹杆标准化，便于下料制作，多用于轻型钢屋架、吊车梁、钢檩条及钢托架中。几种平面桁架受力性能的比较（b）（f）

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较c-梯形桁架在屋盖结构中，将平行弦桁架的上弦杆略微倾斜，改进成梯形桁架，外形与对应简支梁弯矩图较接近。其弦杆受力较三角形桁架、平行弦桁架均匀，构造与施工也较方便。利于屋面排水。可以更容易满足某些工业厂房的工艺要求。梯形桁架常被采用在中等跨度以上的钢结构厂房的屋盖中。几种平面桁架受力性能的比较（f）（c）

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较d-抛物线桁架抛物线形桁架的上弦节点在一条抛物线上，外形与对应简支梁弯矩图相似，其内力分布均匀，材料能被充分利用。从受力角度来看是比较好的桁架形式，但由于上弦杆在每一节点均转折，需装接头，构造复杂，制作与施工较麻烦，且两端上弦杆坡度较大，不利于防水材料的铺设。在大跨度的结构中，例如100~150m的桥梁和18~30m的屋架，节约材料的意义较大，常被采用。（d）（f）几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较e-折线形桁架折线形桁架是三角形桁架和抛物线桁架的一种中间形式。其端节间的上弦杆与其他节间的上弦杆不在一条直线上，形成一折线，且坡度较三角形桁架的大，同时整个上弦杆的转折也比抛物线桁架少，施工制作上要方便得多。这种桁架的内力比三角形桁架均匀，受力性能接近抛物线桁架，且避免了三角形桁架和抛物线桁架的某些不足。是钢筋混凝土屋架中常用的一种形式，在中等跨度18~24m的工业厂房中采用得较多。几种平面桁架受力性能的比较（f）（e）

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式钢屋盖结构中的屋架是由各种直杆相互连接组成的一种平面桁架：在横向节点荷载作用下，各杆件产生轴心压力或轴心拉力，因而杆件截面应力分布均匀，材料利用充分，具有用钢量小、自重轻、刚度大、便于加工成形和应用广泛的特点。

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式1、三角形屋架三角形屋架适用于屋面坡度较陡的有檩屋盖结构。坡度i=1/2～1/6；外形与弯矩图差别大，弦杆受力不均匀（支座处内力较大，而跨中内力较小），当弦杆采用同一规格截面时，其承载力得不到充分利用；上、下弦交角小，端节点构造复杂；横向刚度低，只适用于中、小跨度轻屋盖结构。图1-2三角形屋架

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式1、三角形屋架三角形屋架的腹杆布置可分为芬克式（a）、（b）和人字式（c）、（d）。芬克式屋架其腹杆数量较多，但受力合理、便于运输，多被采用；人字式屋架，节点构造较合理，腹杆与弦杆的夹角较适宜，便于布置吊顶龙骨和下弦支撑，但受压腹杆较长，适用于跨度小于18m的屋架。图1-2三角形屋架

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式2、梯形屋架梯形屋架适用于屋面坡度平缓（i=1/12~1/8）的无檩屋盖结构。当采用长压型钢板顺坡铺设屋面时，其坡度最缓可用到i=1/20甚至更小。梯形屋架的端部可以作成足够的高度，因而既可铰支于柱也可以通过两个结点与柱相连形成刚接框架。梯形屋架外形与弯矩图接近，弦杆受力均匀，用料经济。图1-3梯形屋架（a）（b）

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式2、梯形屋架梯形屋架的腹杆体系可采用人字式和再分式。多采用人字式，人字式腹杆体系的腹杆总长短，节点较少，其上弦节间距可达3m，如图1-2(a）。梯形屋架上弦节间长度应与屋面板的尺寸配合，使荷载作用于节点上，当上弦节间太长时，应采用再分式腹杆。例如当大型屋面板宽度为I.5m时，为避免上弦承受局部弯矩，可采用再分式腹杆将节间距减少至1.5m，如图1-2(b）图1-3梯形屋架（a）（b）

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式3、平行弦屋架

平行弦屋架可以作成不同大小的坡度，其端部可以铰接或刚接，并能用于单坡屋盖和双坡屋盖。近年来许多国家在工业厂房中多采用平行弦双坡屋架，或用作托架、支撑体系。图1-4平行弦形屋架

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式4、多边形钢桁架一般只在大跨度且荷载较重的钢桁架中采用。图1-5多边形钢桁架

屋盖结构的布置-钢屋架的形式常用的屋架形式5、拱形屋架适用于有檩体系屋盖。图1-6拱形屋架6、三角拱屋架图1-7三角拱屋架

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸是指它的跨度L和高度H（包括梯形屋架的端部高度H0）图1-8钢屋架的外形

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸(1)屋架的跨度：主要是根据工艺、建筑要求和柱网的布置来确定。屋架的标志跨度：

指柱网纵向轴线的间距，一般以3m为模数，普通钢屋架常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。

屋架的跨度：标志跨度和计算跨度。柱网纵向轴线图1-9钢屋架的组成

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸屋架的计算跨度：简支于柱顶的钢屋架，其计算跨度取决于屋架支反力间的距离。如图1-3所示。图1-10屋架的计算跨度

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸屋架的主要尺寸(2)屋架的高度：取决于经济、刚度要求和运输界限（铁路运输界限高度为3.85米）等三个方面，同时又和屋面坡度密切相关，有时还受到建筑要求的限制。

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸屋架高度确定的主要程序①根据屋架的形式和设计经验确定出屋架的端部高度；②按屋面材料对屋面坡度的要求确定出屋架的跨中高度；

③综合考虑其他各影响因素，最后确定屋架的高度。当屋架的外形和主要尺寸(跨度、高度)都确定之后，桁架各杆的几何长度即可根据三角函数或投影关系求得。

屋盖结构的布置-屋架的主要尺寸构造要求从经济和刚度的要求：

三角形屋架的跨中高度一般取（1/4-1/6）L;梯形屋架的跨中高度一般取=（1/6—1/10）L,其中L为屋架的跨度。跨度越大，此比值越小。屋面荷载越大，则此比值越大。从运输条件：屋架的高度一般不应超过3.8m。

梯形屋架端部高度一般不宜小于1/18L，陡坡梯形屋架的端部高度一般为500～1000mm，平坡梯形屋架端部高度一般为1800～2100mm，当屋架跨度较小时，取下限值。屋架跨度越大，其端部高度的取值应越大。钢结构专业课件▶屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较几种平面桁架受力性能的比较平面桁架结构的计算假定：1、中心平面直杆假设

所有杆件均为直杆，所有杆件的中心线均在同一平面内。2、铰结点假设

所有杆件与杆件相连的节点均为光滑无摩擦的理想铰结点。3、节点荷载假设

假设荷载只作用在节点上。平面桁架结构在以上计算假定的基础上，杆件截面内力只有轴心拉力或轴心压力。

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较桁架的外形对桁架中各杆的受力情况会有很大的影响。从力学分析，桁架外形与简支梁的弯矩图相似时，上下弦杆的轴力分布均匀，腹杆轴力小，用料最省。几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较（b）（a）（c）（d）（e）（f）图1-1（a）~（e）各种桁架受力性能比较

（f）

简支梁弯矩图桁架外形与弯矩图相似度排名：d-抛物线桁架e-折线型桁架c-梯形桁架a-三角形桁架b-平行弦桁架几种平面桁架受力性能的比较

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较a-三角形桁架三角形桁架外形与对应简支梁弯矩图差别较大，其内力分布是不均匀的，弦杆内力中小端大，腹杆内力中大端小。

这种桁架的端结点处，上下弦杆之间夹角较小，构造复杂。但由于其两面斜坡的外形符合屋顶构造的要求，所以跨度较小，坡度要求较大的屋盖结构中多被采用。几种平面桁架受力性能的比较（a）（f）

屋盖结构的布置-几种平面桁架受力性能的比较b-平行弦桁架平行弦桁架外形与对应简支梁弯矩图差别很大，其内力分布很不均匀，弦杆内力中大端小，腹杆内力中小端大。

如各杆选用相同截面，则浪费材料，如各杆截面不同，则增加了结点拼接的困难。但由于平行弦桁架中杆件长度规格少，采用相同截面时，结点构造划一，腹杆标准化，便于下料制作，多用于轻型