鋼屋蓋結構課件

鋼屋蓋結構鋼屋蓋的類別包括：概述平面鋼屋架空間桁架：網(wǎng)架§7.1

鋼屋蓋的組成鋼屋蓋由屋面、屋架和支撐組成。

7.1.1屋蓋結構體系屋面板屋架檁條其它：托架、天窗、檁條等。

房屋橫向剛度大，整體性、耐久性好；屋面板自重大，屋蓋及下部結構用料多，對抗震不利。屋架間距靈活，構件重量輕、施工、安裝方便；屋蓋構件數(shù)量多，整體剛度差。無檁體系：有檁體系：一般用于預應力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架上。常用于輕型屋面材料的情況。3.滿足制造、安裝和運輸要求·構造簡單，桿件夾角30°～60°；·桿件與節(jié)點數(shù)量少；·分段制造，便于運輸與安裝；確定屋架形式的原則：1.滿足使用要求屋架外形應與屋面材料的排水要求相適應。7.1.2屋架的形式2.滿足經(jīng)濟要求·

屋架外形應盡量和彎矩圖接近，使上下弦桿內(nèi)力沿跨度方向分布較均勻，腹桿受力較??；·腹桿的布置宜使短桿受壓，長桿受拉；·荷載布置在節(jié)點上，減少弦桿局部受彎。①按腹桿布置方式不同有：

·芬克式特點：長腹桿受拉，短腹桿受壓，受力合理，應用廣泛。1．三角形屋架桿件數(shù)量少，節(jié)點數(shù)量少，受壓桿較長，但抗震性能優(yōu)于芬克式屋架，適用于跨度小于18m的屋架。·單斜式腹桿和節(jié)點數(shù)量較多，長腹桿受拉，但夾角小，適用于下弦設置天棚的屋架。·人字式③適用范圍：跨度小，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。②特點：·外形和彎矩圖不相適應，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)點構造復雜?？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)點構造。①按腹桿布置方式不同有：·人字式2．梯形屋架特點：腹桿總長度短，節(jié)點少。按支座斜桿與弦桿組成的支承點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·再分式特點：可避免節(jié)間直接受荷（非節(jié)點荷載）。·單斜桿式

特點：多數(shù)腹桿受壓，桿件數(shù)量多，總長大，應用少。②特點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，應用廣泛。③適用范圍適用于屋面坡度平緩且跨度較大時的無檁屋蓋結構。④屋架高度梯形屋架的中部高度一般為（1/10～1/8）L，與柱剛接的梯形屋架，端部高度一般為（1/16～1/12）L，通常取為2.0～2.5m。

與柱鉸接的梯形屋架，端部高度可按跨中經(jīng)濟高度和上弦坡度決定。3.人字形桁架上、下弦可為平行，坡度為1/20～1/10，節(jié)點構造較為統(tǒng)一；上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情況?？缰懈叨纫话銥?.0～2.5m，跨度大于36m時可取較大高度但不宜超過3m；端部高度一般為跨度的1/18～1/12。4.平行弦屋架

上、下弦桿水平，桿件和節(jié)點規(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。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，為使屋架結構有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設置支撐系統(tǒng)。§7.2屋蓋支撐

上弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐下弦縱向水平支撐垂直支撐系桿

組成檁條屋面板①保證屋蓋的整體性，提高空間剛度

僅由平面桁架、檁條及屋面材料組成的屋蓋結構，是一個不穩(wěn)定的體系，如果將某些屋架在適當部位用支撐連系起來，成為穩(wěn)定的空間體系，其余屋架再由檁條或其他構件連接在這個空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個屋蓋結構的穩(wěn)定。②避免壓桿側向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過大的振動支撐可作為屋架弦桿的側向支撐點，減小弦桿出平面外的計算長度。③承擔和傳遞水平荷載（如縱向和橫向風荷載、懸掛吊車水平荷載和地震作用等）。④保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來組成一個基本空間穩(wěn)定體，在此基礎上即可順序進行其他構件的安裝。7.2.1支撐的作用7.2.2支撐的布置上弦橫向水平支撐一般應設置在房屋兩端或縱向溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間，其最大間距為60m，否則在中間應增設一道或幾道支撐。有時可將其布置在第二個柱間，但在第一個柱間要設置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風力。1．上弦橫向水平支撐2．下弦橫向水平支撐當屋架間距<12m時，尚應在屋架下弦設置橫向水平支撐，一般和上弦橫向水平支撐布置在同一柱間以形成空間穩(wěn)定體系的基本組成部分。但當屋架跨度比較小（<18m）又無吊車或其他振動設備時，可不設下弦橫向水平支撐。3．縱向水平支撐當房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高時，設有支承中間屋架的托架，或設有重級或大噸位的中級工作制橋式吊車等較大振動設備時，均應在屋架端節(jié)間平面內(nèi)設置縱向水平支撐。

一般情況可以省掉。屋架間距<12m時，通常布置在屋架下弦平面。屋架間距≥12m時，宜布置在屋架的上弦平面內(nèi)。下弦縱向水平支撐垂直支撐聯(lián)系屋架上、下弦水平支撐，并和屋架水平支撐一起形成幾何不變的屋蓋空間結構，是上弦橫向水平支撐的支承點，在屋蓋安裝過程中保證屋蓋穩(wěn)定。屋架的垂直支撐應與上、下弦橫向水平支撐設置在同一柱間。4．垂直支撐5．系桿

作用：系桿能保證無橫向水平支撐的所有屋架在上弦桿平面外的穩(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荷載傳到橫向水平支撐。

設置：在橫向支撐或垂直支撐節(jié)點處應沿房屋通長設置系桿。在屋架上弦平面內(nèi)，對無檁體系屋蓋應在屋脊處和屋架端部處設置系桿；對有檁體系只在有縱向天窗下的屋脊處設置系桿。系桿分剛性系桿（既能受拉也能受壓）和柔性系桿（只能承受拉力）兩種。屋架主要支承節(jié)點處的系桿，屋架上弦脊節(jié)點處的系桿均宜用剛性系桿。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30o～60o之間。通常橫向水平支撐節(jié)點間的距離為屋架上弦節(jié)間距離的2～4倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節(jié)間的長度，一般為6m左右。

支撐中的交叉斜桿以及柔性系桿按拉桿設計，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計，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方向具有等穩(wěn)定性。屋蓋支撐受力較小，截面尺寸一般由桿件容許長細比和構造要求決定。7.2.3支撐的計算和構造§7.3

簡支屋架設計7.3.1

屋架的內(nèi)力分析

屋架上的荷載包括恒載、活荷載、雪荷載、風荷載、積灰荷載及懸掛荷載等。

（1）基本假定

通常將荷載集中到節(jié)點上，并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)點中心，各節(jié)點均為理想鉸接，忽略實際節(jié)點產(chǎn)生的次應力。

（2）節(jié)間荷載引起的局部彎矩節(jié)間荷載作用的屋架，除把節(jié)間荷載分配到相鄰節(jié)點外，還應計算節(jié)間荷載引起的局部彎矩。0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0（3）內(nèi)力計算與荷載組合①全跨恒載+全跨活載：即全跨永久荷載+全跨屋面活載或雪荷載（取較大值）+全跨積灰荷載+懸掛吊車荷載。②全跨恒載+半跨活載：即全跨永久荷載+半跨屋面活載（或半跨雪荷載）+半跨積灰荷載+懸掛吊車荷載。③采用大型混凝土屋面板的屋架，尚應考慮安裝時可能的半跨荷載：即屋架、支撐和天窗自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載。

屋架上、下弦桿和靠近支座的腹桿由①作用時會引起桿件的最不利內(nèi)力；跨中附近的腹桿可能由②③兩種荷載組合控制。B.中間腹桿：兩端或一端嵌固程度較大，視為彈性嵌固。lox=0.8l(1)在桁架平面內(nèi)A.弦桿、支座斜桿、支座豎桿：本身線剛度大，但兩端節(jié)點嵌固程度較低，視為兩端鉸接桿件。

lox=l7.3.2桿件的計算長度和容許長細比1.桿件的計算長度下弦桿：取縱向水平支撐節(jié)點與系桿或系桿與系桿之間的距離。腹桿：由于節(jié)點在平面外剛度很小，對桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接，則lOy=l(2)在桁架平面外取決于弦桿側向支承點間距離。上弦桿無檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點與上弦桿焊接時:lOy=l11（l11≤3m）l11—

兩塊屋面板寬度。檁條與支撐點交叉不連接時：lOy=l1檁條與支撐點交叉連接時：lOy=l1/2

單面連接的單角鋼和雙角鋼組成的十字形桿件，受力后有可能斜向失穩(wěn)，由于兩端節(jié)點有一定的嵌固作用，故斜平面計算長度略作折減(支座斜桿和支座豎桿除外），l0=0.9l(4)其他如桁架受壓弦桿側向支承點間的距離為兩倍節(jié)間長度，且兩節(jié)間弦桿內(nèi)力不等時，該弦桿在桁架平面外的計算長度按下式計算：

，

式中：Nl——較大的壓力，計算時取正值；N2——較小的壓力或拉力，計算時壓力取正值，拉力取負值但不小于0.5ll(3)腹桿在斜平面內(nèi)的計算長度確定桁架弦桿和單系腹桿的長細比時，其計算長度應按下表規(guī)定采用。項次彎曲方向弦桿腹桿支座斜桿和支座豎桿其他腹桿1在桁架平面內(nèi)ll0.8l2在桁架平面外l1ll3斜平面－l0.9ll—

構件的幾何長度（節(jié)點中心間距離）；l1—

桁架弦桿側向支承點間的距離；2.桿件的容許長細比規(guī)范中對拉桿和壓桿都規(guī)定了容許長細比。7.3.3桿件的截面形式對軸心受壓桿件，宜使桿件對兩個主軸有相近的穩(wěn)定性，即可使兩方向的長細比接近相等。基本上采用由兩個角鋼組成的T形截面或十字形截面形式的桿件，也可用H型鋼剖開而成的T形鋼代替雙角鋼組成的T形截面。受力較小的次要桿件可采用單角鋼。當=時，可采用兩個等邊角鋼截面或TM截面；通常采用不等邊角鋼短肢相連的截面，或TW型截面以滿足長細比要求。上弦桿：有節(jié)間荷載時，可采用不等邊角鋼長肢相連或TN型截面。無節(jié)間荷載時，宜采用不等邊角鋼短肢相連的截面；下弦桿：受力很小的腹桿（如再分桿等次要桿件），可采用單角鋼截面。支座斜桿：其他一般腹桿：宜采用等邊角鋼相并的截面；連接垂直支撐的豎腹桿宜采用兩個等邊角鋼組成的十字形截面；=時，宜采用不等邊角鋼長肢相連或等邊角鋼的截面。由雙角鋼組成的T形或十字形截面桿件按實腹式桿件進行計算，必須每隔一定距離在兩個角鋼間加設填板。雙角鋼桿件的填板：填板的間距對壓桿l1≤40i1，拉桿l1≤80i1；在T形截面中，i1為一個角鋼對平行于填板自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑；在十字形截面中，填板應沿兩個方向交錯放置，i1為一個角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑，在壓桿的桁架平面外計算長度范圍內(nèi)，至少應設置兩塊填板。填板的寬度一般取50～80mm；填板的長度：對T形截面應比角鋼肢伸出10～20mm，對十字形截面則從角鋼肢尖縮進10～15mm。填板的厚度與桁架節(jié)點板相同。7.3.4桿件的截面選擇1.一般原則①應優(yōu)先選用肢寬而薄的板件或肢件組成的截面，一般板件或肢件的最小厚度為5mm。②角鋼桿件或T型鋼的懸伸肢寬不得小于45mm。直接與支撐或系桿相連的最小肢寬，應根據(jù)連接螺栓的直徑d而定。③屋架節(jié)點板（或T型鋼弦桿的腹板）的厚度，對單壁式屋架，可根據(jù)腹桿的最大內(nèi)力（對梯形和人字形屋架）或弦桿端節(jié)間內(nèi)力（對三角形屋架），按教材表7-3選用。④跨度較大的桁架（≥24m）與柱鉸接時，弦桿宜根據(jù)內(nèi)力變化改變截面，半跨內(nèi)一般只改變一次。⑤同一屋架的型鋼規(guī)格不宜太多，以便訂貨。⑥當連接支撐等的螺栓孔在節(jié)點板范圍內(nèi)且距節(jié)點板邊緣距離≥100mm時，計算桿件強度可不考慮截面的削弱。軸心受拉桿件應驗算強度和長細比要求。軸心受壓桿件和壓彎構件要計算強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和長細比。⑦單面連接的單角鋼桿件，在按軸心構件計算其強度或穩(wěn)定以及連接時，鋼材和連接的強度設計值應乘以相應的折減系數(shù)。2.桿件的截面選擇7.3.5鋼桁架的節(jié)點設計1.節(jié)點設計的一般要求①以桁架桿件的形心線為軸線并在節(jié)點處相交于一點，肢背至軸線的距離為5mm的倍數(shù)。②節(jié)點處，腹桿與弦桿或腹桿與腹桿之間焊縫的凈距，不宜小于10mm，或者桿件之間的空隙不小于15～20mm。③角鋼端部的切割一般垂直于其軸線。有時允許切去一肢的部分，但不允許將一個肢完全切去而另一肢伸出的斜切。④節(jié)點板的外形應簡單而規(guī)則，至少宜有兩邊平行，如矩形、平行四邊形和直角梯形等。節(jié)點板邊緣與桿件軸線的夾角不應小于15°。2.角鋼桁架的節(jié)點設計①一般節(jié)點一般節(jié)點是指無集中荷載和無弦桿拼接的節(jié)點

節(jié)點板的平面尺寸，一般應根據(jù)桿件截面尺寸和腹桿端部焊縫長度畫出大樣圖