《建筑钢结构设计原理第2版》 课件 第7章：普通钢屋架设计

7.2屋盖支撑体系7.1屋架的选型及结构特点屋架第7章：普通钢屋架设计7.3普通钢屋架设计7.4钢屋架设计实例（1）满足使用要求：

上弦坡度要适合屋面防水材料的要求。7.1屋架的选型及结构特点建筑钢结构设计原理7.1.1确定屋架形式的原则

(2)受力合理：弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。

腹杆：

应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。(3)施工要求·

杆件夹角30°～60°；

·

杆件与节点数量少；杆件尺寸划一及节构造简单。

·

分段制造，便于运输与安装；1)三角形屋架①特点②适用范围外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点③按腹杆布置方式分类：

特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，便于运输。·

芬克式建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点

杆件数量少，腹杆总长度较小，节点数量少，减少了制造工作量·单斜式

腹杆和节点数量较多，长杆受压，短杆受拉，只用于下弦设置天棚的屋架，需要下弦节间长度较小的情况。

·人字式建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点2)梯形屋架①特点②适用范围适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的屋盖结构。

外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点③按腹杆布置方式分类：特点：腹杆总长度短，节点少。按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦又可分为下承式和上承式两种。上承式下承式·

人字式建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点·

再分式特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。·单斜杆式

特点：多数腹杆受压，杆件数量多，总长大，应用少。建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点3)平行弦屋架上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。一般用于托架和支撑体系。建筑钢结构设计原理7.1.2屋架的外形及结构特点1）横向水平支撑7.2.1支撑的种类7.2屋盖支撑体系建筑钢结构设计原理2）纵向水平支撑3）垂直支撑4）系杆

1）保证屋盖结构的几何稳定性。

7.2.2支撑的作用建筑钢结构设计原理2）避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的震动3）承担并传递纵向水平力

4）保证结构安装和架设过程中的稳定性1.上弦横向水平支撑所有屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。

7.2.3屋盖支撑的布置建筑钢结构设计原理设置在房屋的两端或温度区段两端

一般设在第一个柱间有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。支撑间距

L0≤60m。建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置2.下弦横向水平支撑当跨度L≥18m；设有悬挂式吊车起重量大于5吨；厂房内设有较大的振动设备时设置与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置3.纵向水平支撑厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时。建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置4.垂直支撑：

所有房屋中均应设置垂直支撑。

梯形屋架跨度L≤30m在跨中增设一道两端各设置一道L≤30mL＞30m跨度L＞30m宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱外设置两道建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置跨度L≤24m时，仅在跨中设一道。三角形屋架

垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。跨度L＞24m宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱外设置两道建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置5.系杆

刚性系杆：柔性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。只能承受拉力的系杆作用：

为没有参与组成空间稳定体的屋架提供上下弦的侧向支承点。保证其上弦杆平面外的稳定和安装时屋架的稳定

第一柱间的刚性系杆能将山墙的风荷载传到横向水平支撑。建筑钢结构设计原理7.2.3屋盖支撑的布置

各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆。竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆

支撑桁架

斜腹杆：支撑7.2.4屋盖支撑的形式与构造建筑钢结构设计原理7.3普通钢屋架设计建筑钢结构设计原理7.3.1钢屋架设计内容与步骤(1)屋架的选型：屋架形式及尺寸(2)荷载计算计算永久荷载、屋面均布活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载等。(3)内力计算(4)内力组合：确定各杆件的最不利内力。(5)屋架的杆件设计确定杆件的计算长度；选取杆件截面形式；初选截面尺寸；根据杆件的最不利内力按轴心受拉、轴心受压或拉压弯构件进行杆件截面设计

(6)节点设计(7)绘制屋架施工图并编制材料表H=(1/6～1/4)L三角形屋架：

屋架高度由经济条件、刚度条件、运输界限、屋架坡度等因素决定。梯形屋架：

H=(1/10～1/6)LH0=(1/16～1/10)L常取1.8——2.1米等较整齐的数据建筑钢结构设计原理7.3.2钢屋架主要尺寸(1/6～1/4)LL(1/10～1/6)L(1/16～1/10)L屋架上的荷载包括：（1）永久荷载：屋架、屋面材料、支撑结构自重建筑钢结构设计原理7.3.3屋架荷载计算与组合1.荷载计算(2)可变荷载：屋面活荷载、雪荷载、风荷载、积灰荷载及悬挂荷载等。屋架及支撑自重，用经验公式计算（水平投影面）风荷载一般不考虑，但对于轻型屋面材料，考虑风的吸力引起杆件变号。计算竖向荷载时，按水平投影面计算屋面及水平面夹角屋架设计时应考虑以下三种荷载组合组合一：全跨永久荷载＋全跨可变荷载组合二：全跨永久荷载＋半跨可变荷载组合三：全跨屋架及支撑自重＋半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷载

屋架中部某些杆件在全跨可变荷载作用时受拉，而在半跨可变荷载作用时可能受压。

保证施工阶段屋架安全建筑钢结构设计原理7.3.3屋架荷载计算与组合2.内力组合P

屋面荷载一般是通过屋面板或檩条以集中力的形式传递给屋架。ldPPP建筑钢结构设计原理7.3.4内力计算按铰接平面桁架分析内力

假定屋架各杆均为理想直杆，各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。(1）只有节点荷载作用下pppppppp/2ppppp/2建筑钢结构设计原理7.3.4内力计算(2）有节间荷载作用的屋架

将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。

p2P2P2Pppppp建筑钢结构设计原理7.3.4内力计算直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。

M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。建筑钢结构设计原理7.3.4内力计算常用的内力分析方法有图解法解析法电算1110.50.511建筑钢结构设计原理7.3.4内力计算计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想

轴心压杆。杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高。建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计影响钢屋架杆端约束大小的因素：1）杆件轴力性质拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆件弯曲，约束作用微不足道。2）杆件线刚度大小

线刚度越大，约束作用越大；反之，约束作用越小。

建筑钢结构设计原理1.杆件计算长度的确定7.3.5杆件设计上弦杆计算长度：

在桁架平面内

本身线刚度大，但两端节点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件。lox=l建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计在桁架平面外

取决于弦杆侧向支承点间距离。无檩方案:有檩方案:能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:lOy=l¹1（l¹1≤3m）l¹1—

两块屋面板宽度檩条与支撑点交叉不连接时：lOy=l1檩条与支撑点交叉连接时：lOy=l1/2下弦杆计算长度：

在桁架平面内

在桁架平面外

取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。lox=l建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计端竖杆、端斜杆计算长度：

在桁架平面内

lox=l在桁架平面外

由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接。loy=l建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计其他腹杆计算长度：

在桁架平面内

lox=0.8l在桁架平面内

由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视为铰接两端或一端嵌固程度较大，视为弹性嵌固lOy=l单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计3.杆件截面形式

等稳定设计：单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效应的换算长细比。宽肢薄壁

承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济.通常选用角钢和T型钢等稳定性外表平整压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计两角钢的拼接方式不等肢角钢长肢相拼等肢角钢相拼不等肢角钢短肢相拼建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计1）上弦杆：有节间荷载时建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计2）下弦杆：建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计3）支座斜腹杆及竖杆：考虑到扭转效应，等肢角钢更容易做到等稳定建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计4）其他腹杆：连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，方便吊装。建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计屋架杆件中的填板。

作用：保证两角钢共同工作。

间距：压杆拉杆不小于2个建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种最小角钢L45X4L56X36X4L<18m

的小角钢屋架不受此限。4.节点板厚度确定屋架的一般构造要求腹杆最大内力上弦杆最大内力建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计1）拉杆：强度刚度强度，刚度建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计强度刚度整体稳定2）压杆：强度，刚度，稳定建筑钢结构设计原理7.3.5杆件设计建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计1.画轴线比例：1:20；1：302.布置截面比例：1:10；1：153.焊缝计算4.验算建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计1. 一般节点内力差肢背焊缝：肢尖焊缝：建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计2.有集中荷载的节点a）角钢背凹槽的塞焊缝可按下式计算其强度：b）角钢肢尖焊缝建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计3.弦杆的拼接节点a）上弦中央拼接节点（屋脊节点）拼接角钢长度两弦杆杆端空隙弦杆肢尖与节点板的角焊缝建筑钢结构设计原理7.3.6节点设计3.弦杆的拼接节点b）下弦拼接拼接角钢长度