建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)培訓(xùn)教學(xué)課件(共49張)

1、1.4 屋蓋結(jié)構(gòu)一、屋蓋結(jié)構(gòu)形式 1.屋蓋結(jié)構(gòu)體系 a.無檁屋蓋：一般用于預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架或天窗架上。 優(yōu)點(diǎn)：屋面橫向剛度大，整體性好，耐久性高；缺點(diǎn)：自重大，抗震不利。無檁屋蓋第1頁(yè)，共50頁(yè)。b.有檁屋蓋常用于輕型屋面材料。有檁屋蓋優(yōu)點(diǎn)：自重輕，用料省，安裝方便；缺點(diǎn)：構(gòu)件多，構(gòu)造較復(fù)雜。第2頁(yè)，共50頁(yè)。二、屋架形式確定屋架形式的原則：1.滿足使用要求屋架外形應(yīng)與屋面材料的排水要求相適應(yīng)。2.滿足經(jīng)濟(jì)要求屋架外形應(yīng)盡量和彎矩圖接近，使上下弦桿內(nèi)力沿跨度方向分布較均勻，腹桿受力較?。桓箺U的布置宜使短桿受壓，長(zhǎng)桿受拉；荷載布置在節(jié)點(diǎn)上，減少弦桿局部受彎。

2、3.滿足制造、安裝和運(yùn)輸要求構(gòu)造簡(jiǎn)單，桿件夾角3060；桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)量少；分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；第3頁(yè)，共50頁(yè)。（1）三角形屋架 按腹桿布置方式不同有： 芬克式：拉桿長(zhǎng)、壓桿短，受力合理第4頁(yè)，共50頁(yè)。人字式：桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，受壓桿較長(zhǎng)，但抗震性能優(yōu)于芬克式屋架，適用于跨度小于18m的屋架。單斜式：桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，受壓桿較長(zhǎng)，但抗震性能優(yōu)于芬克式屋架，適用于跨度小于18m的屋架。人字式屋架單斜式屋架第5頁(yè)，共50頁(yè)。特點(diǎn)：外形和彎矩圖不相適應(yīng)，弦桿內(nèi)力分布不均勻，近支座處內(nèi)力大，近跨中處小，橫向剛度小。 上下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜?？蓪⑸舷一蛳孪腋淖?yōu)檎劬€形或陡坡梯形

3、，以改善受力和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。適用范圍：跨度小，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。第6頁(yè)，共50頁(yè)。（2）梯形屋架按腹桿布置方式不同有：人字式：腹桿總長(zhǎng)度短，節(jié)點(diǎn)少。下承式：支座斜桿與弦桿組成的支撐點(diǎn)在下弦；上承式：支座斜桿與弦桿組成的支撐點(diǎn)在上弦；上承式下承式第7頁(yè)，共50頁(yè)。再分式：避免非節(jié)點(diǎn)荷載；單斜式：多數(shù)腹桿受壓，桿件數(shù)量多，總長(zhǎng)大，應(yīng)用少。特點(diǎn)：外形和彎矩圖比較接近，弦桿內(nèi)力沿跨度分布較均勻，用料經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用廣泛。適用范圍：屋面坡度平緩且跨度較大時(shí)的無檁屋蓋結(jié)構(gòu)。屋架高度：梯形屋架：中部高度一般為（1/101/8）L；第8頁(yè)，共50頁(yè)。 a.與柱剛接的梯形屋架，端部高度一般為（1/161

4、/12）L，通常取為2.02.5m。 b.與柱鉸接的梯形屋架，端部高度可按跨中經(jīng)濟(jì)高度和上弦坡度決定。屋架與柱剛接第9頁(yè)，共50頁(yè)。（3）人字形屋架（4）平行弦桁架：托架、吊車制動(dòng)桁架、棧橋和支撐構(gòu)件等。第10頁(yè)，共50頁(yè)。三、屋蓋支撐1.設(shè)置支撐系統(tǒng)的必要性平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。檁條屋面板組成上弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐縱向水平支撐垂直支撐系桿第11頁(yè)，共50頁(yè)。未設(shè)支撐體系設(shè)置支撐體系第12頁(yè)，共50頁(yè)。 屋架的端視圖，當(dāng)在屋架端部?jī)晌菁荛g未設(shè)垂直支撐桁架時(shí)，雖有檁條和系桿的連系，

5、屋架相互間仍是幾何可變的，在側(cè)向力作用下屋架會(huì)傾斜；僅當(dāng)設(shè)了垂直支撐桁架和系桿，才能保持各個(gè)屋架在平面外的幾何穩(wěn)定性。第13頁(yè)，共50頁(yè)。2.支撐的作用 1）保證鋼屋蓋的空間穩(wěn)定性 2）保證屋架受壓上弦桿在屋架平面外穩(wěn)定 3）承受并傳遞屋架的縱向水平力 4）增加房屋的整體剛度 5）保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便3.支撐的布置屋蓋支撐系統(tǒng)做法（見下圖所示）： 在屋蓋兩端的兩榀相鄰平面屋架對(duì)應(yīng)的上弦桿間、下弦桿間、端部豎桿(或斜桿)間、以及跨中某些豎桿(或斜桿）間，用水平、垂直和傾斜方向的支撐桿件互相聯(lián)系。第14頁(yè)，共50頁(yè)。11112222上弦平面下弦平面第15頁(yè)，共50頁(yè)。 其它的屋架則用較少數(shù)量

6、的上、下弦系桿與上述空間桁架架結(jié)構(gòu)體系相連，使整個(gè)屋蓋成為具有足夠空間幾何不變性、穩(wěn)定性和剛度的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。第16頁(yè)，共50頁(yè)。4.支撐的組成a.上弦橫向水平支撐無論有檁和無檁體系均應(yīng)在屋架上弦平面內(nèi)設(shè)置橫向水平支撐。一般設(shè)置房屋兩端或溫度縫區(qū)段兩端的第一柱間，當(dāng)山墻采用封閉結(jié)合或與天窗配合，宜設(shè)在第二柱間。支撐與屋架用普通螺栓連接。支撐間距60m，60m時(shí)應(yīng)在區(qū)段中間增加上弦橫向水平支撐。111222第17頁(yè)，共50頁(yè)。b.下弦橫向水平支撐 當(dāng)屋架跨度18m或屋架跨度雖18m，但屋架下弦設(shè)有懸掛吊車；或廠房?jī)?nèi)設(shè)有橋式吊車或采用下弦彎折的屋架以及山墻抗風(fēng)柱支承于屋架下弦時(shí)；必須設(shè)下弦橫向水平

7、支撐。與上弦橫向水平支撐布置同一柱間。下弦平面第18頁(yè)，共50頁(yè)。c.縱向水平支撐 一般房屋的屋蓋不設(shè)縱向水平支撐：當(dāng)房屋設(shè)有托架時(shí)，必須在托架范圍及其此端各廷伸一個(gè)柱間的下弦端節(jié)間平面內(nèi)設(shè)置下弦縱向水平支撐。虛線為柔性桿；實(shí)線為剛性桿第19頁(yè)，共50頁(yè)?？v向水平支撐設(shè)置情況： 屋架間距12m，通常布置在屋架的下弦平面內(nèi)。屋架間距12m，宜布置在屋架的上弦平面內(nèi)。其他特殊情況，可布置在上弦平面內(nèi)。縱向水平支撐與橫向水平支撐構(gòu)造上相同，共同組成封閉的支撐體系。大大加強(qiáng)了屋蓋的縱、橫向水平剛度和整體性。具體設(shè)置情況:1.有硬鉤吊車，抓斗、夾鉗式和剛性料耙等特種吊車。2.設(shè)有壁行吊車或雙層吊車。3.

8、設(shè)有5t以上鍛錘的廠房。4.屋蓋設(shè)有托架和中間屋架。5.屋架跨度=30m,軌頂標(biāo)高=15m起重噸位較大的橋式吊車（輕、中級(jí)工作制Q=30t，重級(jí)工作制Q=10t)。第20頁(yè)，共50頁(yè)。d.垂直支撐 垂直支撐即在相鄰兩榀桁架的對(duì)應(yīng)豎桿(或斜桿)間平面內(nèi)設(shè)置的作為支撐的垂直桁架。通常情況下，當(dāng)梯形屋架跨度l30m時(shí)在兩端和跨度中央共設(shè)三道。當(dāng)l30m時(shí)在兩端以及跨度 l3處或天窗架側(cè)柱處共設(shè)四道。l /3l /3l /3L30mL30m第21頁(yè)，共50頁(yè)。三角形屋架跨度l18m時(shí)在跨度中央設(shè)一道， l18m時(shí)在跨度13處或天窗架側(cè)柱處設(shè)兩道。垂直支撐的上、下弦通常用雙角鋼T形截面。l /3l /3

9、l /3垂直支撐第22頁(yè)，共50頁(yè)。 垂直支撐的腹桿體系取決于高跨尺寸和比例：跨中垂直支撐的高跨比例約0.5，常用雙節(jié)間交叉受拉斜腹桿體系；兩端垂直支撐的高跨比例約0.3，常用W形腹桿體系、腹桿截面根據(jù)桿件長(zhǎng)度和受力情況(拉或壓)而采用單角鋼或雙角鋼T形截面。垂直支撐形式第23頁(yè)，共50頁(yè)。e.天窗架支撐 當(dāng)屋蓋有天窗架時(shí)，對(duì)天窗架也應(yīng)與屋架一樣布置天窗架上弦橫向水平支撐和垂直支撐以及相應(yīng)系桿。垂直支撐通常設(shè)于相鄰兩榀天窗架的側(cè)柱間平面內(nèi)，天窗架跨度12m時(shí)還設(shè)于中央豎桿間平面內(nèi)。d 天窗架上弦橫向水平支撐;g 天窗架垂直支撐；第24頁(yè)，共50頁(yè)。f.系桿 未設(shè)水平支撐的桁架，其上、下弦的側(cè)向

10、支承點(diǎn)由系桿來保證。系桿通常設(shè)于屋架兩端以及有垂直支撐位置的上、下弦節(jié)點(diǎn)，并設(shè)于屋脊和天窗架側(cè)柱位置的上弦節(jié)點(diǎn)。f柔性系桿K剛性系桿第25頁(yè)，共50頁(yè)。系桿構(gòu)造： 系桿按受力和構(gòu)造要求可設(shè)計(jì)成柔性系桿或剛性系桿。一般跨度房屋的系桿受力很小，柔性系桿的設(shè)計(jì)可按350，400控制，常用單角鋼截面；剛性系桿的設(shè)計(jì)可按=200控制，常用雙角鋼十形截面。兩端與屋架可靠連固的檁條，當(dāng)其長(zhǎng)細(xì)比滿足要求時(shí)，可同時(shí)作為上弦系桿。 當(dāng)橫向支撐做在端部第二開間時(shí)，端部開間的所有系桿在正反水平荷裁下可能受拉或受壓，應(yīng)按剛性系桿設(shè)計(jì)。其它系桿，即位于兩個(gè)橫向支撐間的系桿，原則上可設(shè)計(jì)成柔性系桿，水平荷載只向系桿受拉一方

11、傳遞；但通常把其中的屋脊上弦系桿、支座下弦系扦和其它較重要系桿設(shè)計(jì)成剛性系桿。第26頁(yè)，共50頁(yè)。5.支撐的連接示意圖 上、下弦橫向和縱向水平支撐的交叉斜桿通常連于屋架上、下弦桿，其橫桿則常做成與剛性系桿完全相同，連接也相同。a.上弦支撐b.下弦支撐第27頁(yè)，共50頁(yè)。柔性系桿剛性系桿系桿連接示意圖第28頁(yè)，共50頁(yè)。柔性系桿剛性系桿支撐連接板支撐連接示意圖第29頁(yè)，共50頁(yè)。6.支撐的計(jì)算和構(gòu)造 1）屋架支撐為平行弦桁架，其弦桿可兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿一般采用十字交叉式，與弦桿的交角在30o60o之間。通常橫向水平支撐節(jié)點(diǎn)間的距離為屋架上弦節(jié)間距離的24倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節(jié)間

12、的長(zhǎng)度，一般為6m左右。 2）支撐中的交叉斜桿以及柔性系桿按拉桿設(shè)計(jì)，通常用單角鋼做成；非交叉斜桿、弦桿、橫桿以及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，宜采用雙角鋼做成的T形截面或十字形截面，其中橫桿和剛性系桿常用十字形截面使在兩個(gè)方向具有等穩(wěn)定性。 3）屋蓋支撐受力較小，截面尺寸一般由桿件容許長(zhǎng)細(xì)比和構(gòu)造要求決定。 第30頁(yè)，共50頁(yè)。四、簡(jiǎn)支屋架設(shè)計(jì)（一）屋架主要尺寸 1.屋架跨度; 鉸接、封閉結(jié)合Lo=L-(300400mm) 鉸接、非封閉結(jié)合L 2.屋架高度; a.三角形桁架高度較大，一般取跨中高度h=(1/4 1/6) L。 b.梯形桁架的屋面坡度較平坦，當(dāng)上弦坡度為1/8 1/12時(shí)， 跨中高度一般

13、為(1/6 1/10) L 。 梯形桁架的端部高度： 當(dāng)桁架與柱鉸接時(shí)為1.6 2.2m， 剛接時(shí)為1.8 2.4m。第31頁(yè)，共50頁(yè)。（二）屋架的荷載和內(nèi)力 1.荷載 恒荷載：屋架(包括支撐)自重、屋面恒荷載(檁條等重量）； 活荷載； 雪荷載； 風(fēng)荷載和積灰荷載等。 a.恒荷載 屋面恒荷載應(yīng)按屋面實(shí)際做法和屋面板、檁條規(guī)格等與建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范或由材料規(guī)格、厚度算得。 屋架(包括支撐)自重第32頁(yè)，共50頁(yè)。 屋架自重的一半作用在上弦平面，另一半作用在下弦平面。當(dāng)屋架下弦無其它荷載時(shí)，為簡(jiǎn)化可假定全部作用在上弦平面。b.活荷載：按國(guó)家規(guī)范取值；c.雪荷載：按國(guó)家規(guī)范取值；d.風(fēng)荷載和積灰荷載

14、等：按國(guó)家規(guī)范取值。2.荷載簡(jiǎn)化各種均布荷載匯集成節(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算式為：第33頁(yè)，共50頁(yè)。3.荷載組合 桁架內(nèi)力應(yīng)根據(jù)使用和施工過程中可能遇到的同時(shí)作用的最不利荷載組合情況進(jìn)行計(jì)算。不利荷載組合一般考慮下列三種情況：(1)全跨永久荷載+全跨可變荷載；(2)全跨永久荷載+半跨可變荷載；(3)全跨屋架、支撐和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載；4.內(nèi)力計(jì)算 1）基本假定(1)各桿件的軸線均居于同一平面內(nèi)且相交于節(jié)點(diǎn)中心；(2)各節(jié)點(diǎn)均視為鉸接，忽略實(shí)際節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的次應(yīng)力； (3)荷載均作用于桁架平面內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上，因此各桿只受軸向力作用。第34頁(yè)，共50頁(yè)。 對(duì)作用于節(jié)間處的荷載需按比例分配到相近的

15、左、右節(jié)點(diǎn)上，但計(jì)算上弦桿時(shí)，應(yīng)考慮局部彎曲影響。計(jì)算內(nèi)力系數(shù) 第35頁(yè)，共50頁(yè)。（三）屋架桿件的計(jì)算長(zhǎng)度1.桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度Lox a.弦桿、支座豎桿、支座斜桿：本身線剛度大，但兩端節(jié)點(diǎn)嵌固程度較低，視為兩端鉸接桿件。 Lox = L b.其他腹桿：兩端或一端嵌固程度較大，視為彈性嵌固。Lox=0.8L第36頁(yè)，共50頁(yè)。2.桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度Loy 取決于弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距離。 上弦桿：無檁屋蓋考慮大型屋面板一定的支撐作用，故一般取兩塊屋面板的寬度，但3.0m。 有檁屋蓋檁條與支撐點(diǎn)交叉不連接時(shí)： ； 檁條與支撐點(diǎn)交叉連接時(shí)： 。 下弦桿：取縱向水平支撐節(jié)點(diǎn)與系桿或系桿與系桿之間的

16、距離； 腹桿：由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對(duì)桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接，則 。3.斜平面 單面連接的單角鋼和雙角鋼組成的十字形桿件腹桿，受力后有可能第37頁(yè)，共50頁(yè)。斜向失穩(wěn)，由于兩端節(jié)點(diǎn)有一定的嵌固作用，故斜平面計(jì)算長(zhǎng)度略作折減(支座斜桿和支座豎桿除外）， 。4.變內(nèi)力壓桿 若桁架受壓弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間的距離為兩倍節(jié)間長(zhǎng)度，且兩節(jié)間弦桿內(nèi)力不等時(shí)，該弦桿在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度按下式計(jì)算（但應(yīng)0.5L1)：式中：N1較大的壓力，計(jì)算時(shí)取正值； N2較小的壓力or拉力，計(jì)算時(shí)壓力取正值，拉力取負(fù)值。（4-1）第38頁(yè)，共50頁(yè)。 桁架再分式腹桿體系的受壓主斜桿及K形腹桿體系的豎桿等，在桁

17、架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度也應(yīng)按公式（4-1）確定（受拉主斜桿仍取L1）；桁架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度則取節(jié)點(diǎn)中心間距離。4.交叉腹桿計(jì)算長(zhǎng)度 平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度：節(jié)點(diǎn)中心到交叉點(diǎn)間的距離； 平面外的計(jì)算長(zhǎng)度： a.拉桿設(shè)計(jì)時(shí)，取節(jié)點(diǎn)中心間的距離（交叉點(diǎn)不作為節(jié)點(diǎn)考慮）； b.壓桿設(shè)計(jì)時(shí)： 1）相交另一桿受壓，兩桿截面相同并在交叉點(diǎn)均不中斷，則：第39頁(yè)，共50頁(yè)。 2）相交另一桿受壓，此另一桿在交叉點(diǎn)中斷但以節(jié)點(diǎn)板搭接，則： 3）相交另一桿受拉，兩桿截面相同并在交叉點(diǎn)均不中斷，則： 4）相交另一桿受拉，此拉桿在交叉點(diǎn)中斷但以節(jié)點(diǎn)板搭接，則：式中：L為桁架中心間距離（交叉點(diǎn)不作為節(jié)點(diǎn)考慮），N為所計(jì)算桿件內(nèi)力，

18、N0為相交另一桿的內(nèi)力，均為絕對(duì)值。兩桿均受壓時(shí)，取N0N，兩桿截面均相同。第40頁(yè)，共50頁(yè)。（四）桿件的截面形式桿件面選取的原則：承載能力高，抗彎強(qiáng)度大， 便于連接，用料經(jīng)濟(jì)通常選用角鋼和T型鋼截面伸展壁厚較薄外表平整等強(qiáng)設(shè)計(jì)：壓桿對(duì)截面主軸具有相等或接近的穩(wěn)定性。單軸對(duì)稱截面繞對(duì)稱軸屈曲時(shí)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長(zhǎng)細(xì)比。桿件的截面形式第41頁(yè)，共50頁(yè)。角鋼桿件截面形式第42頁(yè)，共50頁(yè)。受壓弦桿：有節(jié)間荷載時(shí)第43頁(yè)，共50頁(yè)。受拉弦桿：支座斜腹桿及豎桿：第44頁(yè)，共50頁(yè)。其他腹桿：連接垂直支撐的豎桿：垂直支撐傳力時(shí)豎桿不致產(chǎn)生偏心，方便吊裝。第45頁(yè)，共50頁(yè)。 T型鋼-屋架弦桿優(yōu)點(diǎn)：耐

19、腐蝕，經(jīng)濟(jì)性好（節(jié)省鋼材12%15%)。第46頁(yè)，共50頁(yè)。（四）桿件的構(gòu)造和截面選擇 屋架構(gòu)造的一般要求： 1.同一榀屋架中，角鋼的規(guī)格不超過56種，最小角鋼 L45X4、 L56X36X4,L18m 的小角鋼屋架不受此限。 2.屋架桿件中的填板。 作用：保證兩角鋼共同工作。 間距：壓桿 拉桿 數(shù)量：2個(gè)。屋架構(gòu)造的一般要求第47頁(yè)，共50頁(yè)。 屋架的截面選擇： 拉桿：強(qiáng)度、剛度 壓桿：強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度。 壓彎構(gòu)件：強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度。 雙角鋼壓桿和軸對(duì)稱放置的單角鋼壓桿繞對(duì)稱軸失穩(wěn)時(shí)的換算長(zhǎng)細(xì)比可以用簡(jiǎn)化公式（2-6a2-9b)計(jì)算。屋架的截面選擇第48頁(yè)，共50頁(yè)。第49頁(yè)，共50頁(yè)。激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的名言格言220、每一個(gè)成功者都有一個(gè)開始。勇于開始，才能找到成功的路。221、世界會(huì)向那些有目標(biāo)和遠(yuǎn)見的人讓路（馮兩努香港著名推銷商）222、絆腳石乃是進(jìn)身之階。223、銷售世界上第一號(hào)的產(chǎn)品不是汽車，而是自己。在你成功地把自己推銷給別人之前，你必須百分之百的把自己推銷給自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能腳踏實(shí)地地邁一步。225、積極思考造成積極人生，消極思考造成消極人生。226、人之所以有一張嘴，而有兩只耳朵，原因是聽的要比說的多一倍。227、別想一下造出大海，必須先由小河川開始。228、有事者