《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理第2版》 課件 第7章：普通鋼屋架設(shè)計

7.2屋蓋支撐體系7.1屋架的選型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)屋架第7章：普通鋼屋架設(shè)計7.3普通鋼屋架設(shè)計7.4鋼屋架設(shè)計實(shí)例（1）滿足使用要求：

上弦坡度要適合屋面防水材料的要求。7.1屋架的選型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.1確定屋架形式的原則

(2)受力合理：弦桿：使各節(jié)間弦桿的內(nèi)力相差不太大。

腹桿：

應(yīng)使長桿受拉短桿受壓，且腹桿數(shù)量宜少，腹桿總長度也應(yīng)較小。(3)施工要求·

桿件夾角30°～60°；

·

桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)量少；桿件尺寸劃一及節(jié)構(gòu)造簡單。

·

分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；1)三角形屋架①特點(diǎn)②適用范圍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，以改善受力和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造?？缍刃?，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③按腹桿布置方式分類：

特點(diǎn)：長腹桿受拉，短腹桿受壓，受力合理，便于運(yùn)輸。·

芬克式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

桿件數(shù)量少，腹桿總長度較小，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，減少了制造工作量·單斜式

腹桿和節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，長桿受壓，短桿受拉，只用于下弦設(shè)置天棚的屋架，需要下弦節(jié)間長度較小的情況。

·人字式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2)梯形屋架①特點(diǎn)②適用范圍適用于屋面坡度平緩且跨度較大時的屋蓋結(jié)構(gòu)。

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。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③按腹桿布置方式分類：特點(diǎn)：腹桿總長度短，節(jié)點(diǎn)少。按支座斜桿與弦桿組成的支承點(diǎn)在下弦或在上弦又可分為下承式和上承式兩種。上承式下承式·

人字式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)·

再分式特點(diǎn)：可避免節(jié)間直接受荷（非節(jié)點(diǎn)荷載）?！涡睏U式

特點(diǎn)：多數(shù)腹桿受壓，桿件數(shù)量多，總長大，應(yīng)用少。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3)平行弦屋架上、下弦桿水平，桿件和節(jié)點(diǎn)規(guī)格化、便于制造。屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內(nèi)力分布不均勻。一般用于托架和支撐體系。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）橫向水平支撐7.2.1支撐的種類7.2屋蓋支撐體系建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理2）縱向水平支撐3）垂直支撐4）系桿

1）保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性。

7.2.2支撐的作用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理2）避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的震動3）承擔(dān)并傳遞縱向水平力

4）保證結(jié)構(gòu)安裝和架設(shè)過程中的穩(wěn)定性1.上弦橫向水平支撐所有屋蓋中都應(yīng)設(shè)置屋架上弦橫向水平支撐，當(dāng)有天窗架時，天窗架上弦也應(yīng)設(shè)置橫向水平支撐。

7.2.3屋蓋支撐的布置建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理設(shè)置在房屋的兩端或溫度區(qū)段兩端

一般設(shè)在第一個柱間有時可將其布置在第二個柱間，但在第一個柱間要設(shè)置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風(fēng)力。支撐間距

L0≤60m。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置2.下弦橫向水平支撐當(dāng)跨度L≥18m；設(shè)有懸掛式吊車起重量大于5噸；廠房內(nèi)設(shè)有較大的振動設(shè)備時設(shè)置與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置3.縱向水平支撐廠房內(nèi)設(shè)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(shè)備；以及當(dāng)房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置4.垂直支撐：

所有房屋中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。

梯形屋架跨度L≤30m在跨中增設(shè)一道兩端各設(shè)置一道L≤30mL＞30m跨度L＞30m宜在跨度1／3附近或天窗架側(cè)柱外設(shè)置兩道建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置跨度L≤24m時，僅在跨中設(shè)一道。三角形屋架

垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間?？缍萀＞24m宜在跨度1／3附近或天窗架側(cè)柱外設(shè)置兩道建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置5.系桿

剛性系桿：柔性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。只能承受拉力的系桿作用：

為沒有參與組成空間穩(wěn)定體的屋架提供上下弦的側(cè)向支承點(diǎn)。保證其上弦桿平面外的穩(wěn)定和安裝時屋架的穩(wěn)定

第一柱間的剛性系桿能將山墻的風(fēng)荷載傳到橫向水平支撐。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.2.3屋蓋支撐的布置

各種支撐都是一個平面桁架，桁架的腹桿一般采用交叉斜桿。豎腹桿：豎桿弦桿：相鄰屋架弦桿兼作橫向支撐桁架的弦桿腹桿

支撐桁架

斜腹桿：支撐7.2.4屋蓋支撐的形式與構(gòu)造建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3普通鋼屋架設(shè)計建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.1鋼屋架設(shè)計內(nèi)容與步驟(1)屋架的選型：屋架形式及尺寸(2)荷載計算計算永久荷載、屋面均布活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載等。(3)內(nèi)力計算(4)內(nèi)力組合：確定各桿件的最不利內(nèi)力。(5)屋架的桿件設(shè)計確定桿件的計算長度；選取桿件截面形式；初選截面尺寸；根據(jù)桿件的最不利內(nèi)力按軸心受拉、軸心受壓或拉壓彎構(gòu)件進(jìn)行桿件截面設(shè)計

(6)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(7)繪制屋架施工圖并編制材料表H=(1/6～1/4)L三角形屋架：

屋架高度由經(jīng)濟(jì)條件、剛度條件、運(yùn)輸界限、屋架坡度等因素決定。梯形屋架：

H=(1/10～1/6)LH0=(1/16～1/10)L常取1.8——2.1米等較整齊的數(shù)據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.2鋼屋架主要尺寸(1/6～1/4)LL(1/10～1/6)L(1/16～1/10)L屋架上的荷載包括：（1）永久荷載：屋架、屋面材料、支撐結(jié)構(gòu)自重建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.3屋架荷載計算與組合1.荷載計算(2)可變荷載：屋面活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載及懸掛荷載等。屋架及支撐自重，用經(jīng)驗(yàn)公式計算（水平投影面）風(fēng)荷載一般不考慮，但對于輕型屋面材料，考慮風(fēng)的吸力引起桿件變號。計算豎向荷載時，按水平投影面計算屋面及水平面夾角屋架設(shè)計時應(yīng)考慮以下三種荷載組合組合一：全跨永久荷載＋全跨可變荷載組合二：全跨永久荷載＋半跨可變荷載組合三：全跨屋架及支撐自重＋半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷載

屋架中部某些桿件在全跨可變荷載作用時受拉，而在半跨可變荷載作用時可能受壓。

保證施工階段屋架安全建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.3屋架荷載計算與組合2.內(nèi)力組合P

屋面荷載一般是通過屋面板或檁條以集中力的形式傳遞給屋架。ldPPP建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.4內(nèi)力計算按鉸接平面桁架分析內(nèi)力

假定屋架各桿均為理想直桿，各桿軸線在同一平面內(nèi)且匯交于節(jié)點(diǎn)中心，各節(jié)點(diǎn)均為理想鉸接，忽略實(shí)際節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的次應(yīng)力。(1）只有節(jié)點(diǎn)荷載作用下pppppppp/2ppppp/2建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.4內(nèi)力計算(2）有節(jié)間荷載作用的屋架

將節(jié)間荷載分配到相鄰的節(jié)點(diǎn)上，按只有節(jié)點(diǎn)荷載作用的屋架計算各桿內(nèi)力。

p2P2P2Pppppp建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.4內(nèi)力計算直接承受節(jié)間荷載的弦桿為壓彎構(gòu)件（N，M）。

M0為將上弦節(jié)間視為簡支梁所得跨中彎矩。簡化計算：0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0局部彎矩M理論上應(yīng)按彈性支座上的連續(xù)梁計算。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.4內(nèi)力計算常用的內(nèi)力分析方法有圖解法解析法電算1110.50.511建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.4內(nèi)力計算計算長度概念：將端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的理想

軸心壓桿。桿端約束越強(qiáng)，桿件計算長度越短，臨界荷載越高。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計影響鋼屋架桿端約束大小的因素：1）桿件軸力性質(zhì)拉力使桿拉直，約束作用大，壓力使桿件彎曲，約束作用微不足道。2）桿件線剛度大小

線剛度越大，約束作用越大；反之，約束作用越小。

建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理1.桿件計算長度的確定7.3.5桿件設(shè)計上弦桿計算長度：

在桁架平面內(nèi)

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建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計在桁架平面外

取決于弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距離。無檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點(diǎn)與上弦桿焊接時:lOy=l11（l11≤3m）l11—

兩塊屋面板寬度檁條與支撐點(diǎn)交叉不連接時：lOy=l1檁條與支撐點(diǎn)交叉連接時：lOy=l1/2下弦桿計算長度：

在桁架平面內(nèi)

在桁架平面外

取縱向水平支撐節(jié)點(diǎn)與系桿或系桿與系桿之間的距離。lox=l建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計端豎桿、端斜桿計算長度：

在桁架平面內(nèi)

lox=l在桁架平面外

由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接。loy=l建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計其他腹桿計算長度：

在桁架平面內(nèi)

lox=0.8l在桁架平面內(nèi)

由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接兩端或一端嵌固程度較大，視為彈性嵌固lOy=l單角鋼腹桿和雙角鋼十字形腹桿，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計3.桿件截面形式

等穩(wěn)定設(shè)計：單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長細(xì)比。寬肢薄壁

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型鋼等穩(wěn)定性外表平整壓桿對截面主軸具有相等或接近的穩(wěn)定性。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計兩角鋼的拼接方式不等肢角鋼長肢相拼等肢角鋼相拼不等肢角鋼短肢相拼建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計1）上弦桿：有節(jié)間荷載時建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計2）下弦桿：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計3）支座斜腹桿及豎桿：考慮到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，等肢角鋼更容易做到等穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計4）其他腹桿：連接垂直支撐的豎桿：垂直支撐傳力時豎桿不致產(chǎn)生偏心，方便吊裝。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計屋架桿件中的填板。

作用：保證兩角鋼共同工作。

間距：壓桿拉桿不小于2個建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計同一榀屋架中，角鋼的規(guī)格不超過5～6種最小角鋼L45X4L56X36X4L<18m

的小角鋼屋架不受此限。4.節(jié)點(diǎn)板厚度確定屋架的一般構(gòu)造要求腹桿最大內(nèi)力上弦桿最大內(nèi)力建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計1）拉桿：強(qiáng)度剛度強(qiáng)度，剛度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計強(qiáng)度剛度整體穩(wěn)定2）壓桿：強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.5桿件設(shè)計建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計1.畫軸線比例：1:20；1：302.布置截面比例：1:10；1：153.焊縫計算4.驗(yàn)算建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計1. 一般節(jié)點(diǎn)內(nèi)力差肢背焊縫：肢尖焊縫：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計2.有集中荷載的節(jié)點(diǎn)a）角鋼背凹槽的塞焊縫可按下式計算其強(qiáng)度：b）角鋼肢尖焊縫建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計3.弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)a）上弦中央拼接節(jié)點(diǎn)（屋脊節(jié)點(diǎn)）拼接角鋼長度兩弦桿桿端空隙弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計3.弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)b）下弦拼接拼接角鋼長度