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1、工学钢结构基础第九章 桁架及屋盖 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望9 9.1.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天窗架柱间支撑柱间支撑第9章 桁架及屋盖q桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济
2、，结构桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途各种外形以适应不同的用途 。q在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架要用桁架 。9 9.1.1.1 1 桁架的应用桁架的应用第9章 桁架及屋盖芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三三角角形形屋屋架架梯梯形形屋屋架架平平行行弦弦屋屋架架9 9.1.1.2 2 桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹
3、杆形式第9章 桁架及屋盖 三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在坡度一般在1/31/31/2 1/2 梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1.1.满足使用要求：满足使用要求：9 9.1.1.3 3 确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则第9章 桁架及屋盖 2.2.受力合理：受力合理：1 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内
4、力才比形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数）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。量宜少，腹杆总长度也应较小。第9章 桁架及屋盖q 单向斜杆式：单向斜杆式：斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 第9章 桁架及屋盖q再分式腹杆再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比弦杆在屋架平面内的长比 。q交叉式腹杆交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力主要用于可
5、能从不同方向受力 的支撑体系。的支撑体系。再分式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆 第9章 桁架及屋盖 3.3.制造简单及运输与安装方便制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。上述要求。4.4.综合技术经济效果好综合技术经济效果好 第9章 桁架及屋盖q 三角形屋架下三角形屋架下弦下沉，弦杆交弦下沉，弦杆交角增大，方便制角增大，方便制造，屋架重心降造，屋架重心降低，提高了稳定低，提高了稳定性。性。q 可有效降低屋可有效降低屋架对支撑结构的架对支撑结构的推
6、力。推力。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化根据不同的条件桁架形式可以有很多变化第9章 桁架及屋盖 跨度跨度 L L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度：三角形屋架：三角形屋架：中部高度中部高度H(1/6H(1/61/4)L1/4)L 梯形屋架梯形屋架 ：中部高度中部高度H(1/10H(1/101/6)L1/6)L 端部高度端部高度H H0 0(1.8(1.82.1m)2.1m)9 9.1.1.3 3桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定第9章 桁架及屋盖屋盖结屋盖结构构 有檩体系有檩体系 无檩体系无
7、檩体系 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋盖支撑组成，有时还包括有天窗架盖支撑组成，有时还包括有天窗架和托架等构件和托架等构件 由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑所组成支撑所组成 屋盖结构屋盖结构9 9.2 2 屋盖的组成屋盖的组成第9章 桁架及屋盖1 1、无檩体系、无檩体系 这是常用的一种做法。其做法是将大型屋面板直接这是常用的一种做法。其做法是将大型屋面板直接放置在屋架或屋面梁上，屋架（屋面梁）放在柱子上。放置在屋架或屋面梁上，屋架（屋面梁）放在柱子上。这种做法的整体性好，刚度大，可以保证厂房的稳定这种做法的整体性好，刚度大，可以保证
8、厂房的稳定性，而且构件大、类别少，数量少，施工速度快，便性，而且构件大、类别少，数量少，施工速度快，便于工业化施工，但要求施工吊装能力强。于工业化施工，但要求施工吊装能力强。第9章 桁架及屋盖2 2、有檩体系、有檩体系这种做法是将各种小型屋面板或瓦直接放在檩条上，檩条这种做法是将各种小型屋面板或瓦直接放在檩条上，檩条可以采用钢筋混凝土或型钢做成。可以采用钢筋混凝土或型钢做成。这种体系构件小、重量轻、吊装容易，但构件数量多，施这种体系构件小、重量轻、吊装容易，但构件数量多，施工烦琐，工期长，多用在施工机械起吊能力较小的施工现工烦琐，工期长，多用在施工机械起吊能力较小的施工现场。场。檩条支承在屋架
9、或屋面梁上。檩条支承在屋架或屋面梁上。有檩体系的整体刚度较差，有檩体系的整体刚度较差，适用于吊车吨位小的中小型适用于吊车吨位小的中小型 厂房厂房。第9章 桁架及屋盖（1）上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑 屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。构成构成：沿厂房跨度方向用交叉角沿厂房跨度方向用交叉角钢钢、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平、直腹杆和屋架上弦杆构成的水平 桁架。桁架。作用作用：保保证证屋架上弦的屋架上弦的侧侧向向稳稳定性；增定性；
10、增强强屋盖的整体屋盖的整体刚刚度；作度；作为为山山墙墙抗抗风风柱的柱的顶顶端水平支座，承受由山端水平支座，承受由山墙传墙传来的来的风风荷荷载载和其他和其他纵纵向水平荷向水平荷载载，并，并传传至厂房至厂房纵纵向柱列。向柱列。布置布置：当当屋盖屋盖为为有有檩檩体系，或屋盖体系，或屋盖为为无无檩檩体系，但屋面板与屋架的体系，但屋面板与屋架的连连接接质质量不能保量不能保证证且抗且抗风风柱与屋架上弦柱与屋架上弦连连接，接，每一伸每一伸缩缝缩缝区段端部第一区段端部第一或第二柱或第二柱间间布置布置；当当设设有天窗，且天窗通有天窗，且天窗通过过厂房端部的第二柱厂房端部的第二柱间间或通或通过过伸伸缩缝缩缝，应应
11、在第一或第二柱在第一或第二柱间间的天窗范的天窗范围围内内设设置置，并在天窗范，并在天窗范围围内内沿沿纵纵向向设设置置13道通道通长长的受的受压压系杆，将天窗范系杆，将天窗范围围内各榀屋架与上弦横内各榀屋架与上弦横向水平支撑向水平支撑连连系起来。系起来。9 9.3 3 屋盖的支撑系统屋盖的支撑系统第9章 桁架及屋盖 上弦横向水平支撑布置上弦横向水平支撑布置第9章 桁架及屋盖（2）下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑构成构成：沿厂房跨度方向用交叉角沿厂房跨度方向用交叉角钢钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的、直腹杆和屋架下弦杆构成的水平桁架水平桁架。作用作用：将山将山墙风墙风荷荷载载及及纵纵向水平向水平荷荷载
12、传载传至至纵纵向柱列；防止屋架下向柱列；防止屋架下弦弦侧侧向振向振动动。布置布置：当当屋架下弦屋架下弦设设有有悬悬挂吊挂吊车车，或厂房内有或厂房内有较较大振大振动动，或山，或山墙风墙风荷荷载载通通过过抗抗风风柱柱传传至屋架下弦，至屋架下弦，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段两端的第一区段两端的第一或第二柱或第二柱间设间设置置，宜与上弦横向，宜与上弦横向水平支撑水平支撑设设置在同一柱置在同一柱间间。下弦横向水平支撑布置下弦横向水平支撑布置第9章 桁架及屋盖屋盖屋盖支撑支撑第9章 桁架及屋盖（3）纵向水平支撑纵向水平支撑构成构成：由交叉角由交叉角钢钢、直杆和屋架下弦第一、直杆和屋架下弦第一节间组节间
13、组成的成的纵纵向水平桁架向水平桁架。作用作用：加加强强屋盖屋盖结结构的横向水平构的横向水平刚刚度；保度；保证证横向水平荷横向水平荷载载的的纵纵向分布，向分布，加加强强厂房的空厂房的空间间工作；保工作；保证证托架上弦的托架上弦的侧侧向向稳稳定。定。布置布置：当当设设有有软钩桥软钩桥式吊式吊车车且厂房高度大、且厂房高度大、吊吊车车起重量起重量较较大，大，应应在屋架下弦端在屋架下弦端节间节间沿沿厂房厂房纵纵向通向通长长或局部或局部设设置一道置一道；当当已已设设有有下弦横向水平支撑下弦横向水平支撑时时，为为保保证证厂房空厂房空间刚间刚度，度，应应尽可能与横向水平尽可能与横向水平支撑支撑连连接接，以形成
14、封，以形成封闭闭的水平支撑系的水平支撑系统统。纵向水平支撑布置纵向水平支撑布置第9章 桁架及屋盖（4）垂直支撑垂直支撑构成构成：由角由角钢钢杆件与屋架直腹杆杆件与屋架直腹杆组组成的垂直桁架，形式成的垂直桁架，形式为为十字交叉形十字交叉形或或W形。形。作用作用：保保证证屋架受荷后在平面外的屋架受荷后在平面外的稳稳定；定；传递纵传递纵向水平力。向水平力。布置布置：应应与下弦横向水平支撑布置在同一柱与下弦横向水平支撑布置在同一柱间间内。内。当当厂房跨度小于厂房跨度小于18m且无天窗且无天窗时时，一般可不，一般可不设设垂直支撑和水垂直支撑和水平系杆；平系杆；当当厂房跨度厂房跨度1830m、屋架、屋架间
15、间距距为为6m、采用大型屋面板、采用大型屋面板时时，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段端部的第一或第二柱区段端部的第一或第二柱间间，屋架跨中，屋架跨中设设置置一道垂直支撑；一道垂直支撑；当当屋架跨度大于屋架跨度大于30m时时，应应在每一伸在每一伸缩缝缩缝区段端部的第一或区段端部的第一或第二柱第二柱间间，屋架跨度，屋架跨度1/3左右的左右的节节点点处设处设置两道垂直支撑。置两道垂直支撑。第9章 桁架及屋盖 垂直支撑和水平系杆布置图垂直支撑和水平系杆布置图第9章 桁架及屋盖（5）水平系杆水平系杆构成构成：分分为为上弦水平系杆和下弦水平系杆上弦水平系杆和下弦水平系杆。作用作用：上弦水平系杆是上弦水平系
16、杆是为为保保证证屋架上弦或屋面梁受屋架上弦或屋面梁受压压翼翼缘缘的的侧侧向向稳稳定；定；下弦水平系杆是下弦水平系杆是为为防止在吊防止在吊车车或有其它水平振或有其它水平振动时动时屋架下弦屋架下弦侧侧向向颤动颤动。布置布置：当当屋盖屋盖设设置垂直支撑置垂直支撑时时，未，未设设置垂直支撑的屋架置垂直支撑的屋架间间，在相，在相应应于于垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节节点点处处，设设置通置通长长的水平系杆。的水平系杆。刚刚性系杆（性系杆（压压杆）杆）：凡：凡设设在屋架端部主要支承在屋架端部主要支承节节点点处处和屋架上弦和屋架上弦屋脊屋脊节节点点处处的通的通长长水平系杆，均水
17、平系杆，均应应采用采用刚刚性系杆；当屋架横向水性系杆；当屋架横向水平支撑平支撑设设在伸在伸缩缝缩缝区段两端的第二柱区段两端的第二柱间间内内时时，第一柱，第一柱间间内的水平内的水平系杆均系杆均应应采用采用刚刚性系杆。性系杆。柔性系杆（拉杆）柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。：其余均可采用柔性系杆。第9章 桁架及屋盖（6）天窗架支撑天窗架支撑构成构成：包括：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间间的垂直支撑和水平系杆。的垂直支撑和水平系杆。作用作用：保保证证天窗架上弦的天窗架上弦的侧侧向向稳稳定定；将天窗端壁上的；将天窗端壁上的风风荷荷载传给载传给屋架屋架。布置布
18、置：纵纵向位置（柱向位置（柱间间）：一般一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设设置在天窗端部第一柱置在天窗端部第一柱间间内。内。横向位置（道）横向位置（道）：一般一般垂直支撑垂直支撑设设置在天窗两置在天窗两侧侧。水平系杆水平系杆：在未：在未设设置上弦横向水平支撑的天窗架置上弦横向水平支撑的天窗架间设间设置；置；应应在上弦在上弦节节点点处设处设置柔性系杆；置柔性系杆；对对有有檩檩屋盖体系，屋盖体系，檩檩条可以代替柔性系杆。条可以代替柔性系杆。第9章 桁架及屋盖天窗架支撑布置天窗架支撑布置第9章 桁架及屋盖 柱间支撑布置柱间支撑布置 构成构成：由交叉由交叉钢钢杆
19、件杆件组组成，交叉成，交叉倾倾角宜取角宜取45，支撑，支撑钢钢构件的截构件的截面尺寸需面尺寸需经经承承载载力和力和稳稳定定计计算确定算确定。柱间支撑柱间支撑是是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。作用作用：提高厂房的提高厂房的纵纵向向刚刚度和度和稳稳定性；将吊定性；将吊车车纵纵向水平制向水平制动动力、山力、山墙墙及天窗端壁的及天窗端壁的风风荷荷载载、纵纵向水平地震作用等向水平地震作用等传传至基至基础础。柱间支撑作用示意图柱间支撑作用示意图第9章 桁架及屋盖柱间柱间支撑支撑第9章 桁架及屋盖分分类类：对对于有吊于有吊车车的厂房，按其位置可分的厂房，按其位置可分为为上
20、柱柱上柱柱间间支撑和下支撑和下柱柱柱柱间间支撑。支撑。上柱上柱柱柱间间支撑支撑：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系杆；杆；承受作用在山承受作用在山墙墙及天窗壁端的及天窗壁端的风风荷荷载载，并保，并保证证厂房上部厂房上部的的纵纵向向刚刚度。度。下柱下柱柱柱间间支撑支撑：位于牛腿下部；位于牛腿下部；承受上部支撑承受上部支撑传传来的内力、来的内力、吊吊车纵车纵向制向制动动力和力和纵纵向水平地震作用等，并将其向水平地震作用等，并将其传传至基至基础础。形式形式：十字交叉形；当柱十字交叉形；当柱间间要通行或放置要通行或放置设备设备，或，或柱距柱距较较大而不宜采用交
21、叉大而不宜采用交叉支撑支撑时时，可采用，可采用门门架式支架式支撑。撑。门架式柱间支撑门架式柱间支撑柱间支撑布置柱间支撑布置 第9章 桁架及屋盖布置布置：当当设有设有A6A8的吊车，或的吊车，或A1A5的吊车起重量的吊车起重量10t时或时或厂房跨度厂房跨度18m，或柱高，或柱高8m时或厂房每列纵向柱总数时或厂房每列纵向柱总数7根时或根时或设有设有3t以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应以上的悬挂吊车时或露天吊车栈桥的柱列，应设设置柱置柱间间支支撑撑。上柱上柱柱柱间间支撑支撑设设置置：一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平一般在伸缩缝区段两端与屋盖横向水平支撑相对应的柱间支撑相对应的柱间以及伸以及
22、伸缩缝缩缝区段中央或区段中央或临临近中央的柱近中央的柱间间。下柱下柱柱柱间间支撑支撑设设置置：在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应在伸缩缝区段中部与上柱柱间支撑相应的位置的位置。柱间支撑布置柱间支撑布置 第9章 桁架及屋盖优优点点：纵纵向水平荷向水平荷载载作用下作用下传传力路力路线较线较短；短；厂房两端的温度伸厂房两端的温度伸缩缩变变形形较较小；厂房小；厂房纵纵向向构件的伸构件的伸缩缩受柱受柱间间支支撑的撑的约约束束较较小，所引小，所引起的起的结结构温度构温度应应力也力也较较小。小。柱间支撑与伸缩变形的关系柱间支撑与伸缩变形的关系 柱间支撑布置柱间支撑布置 第9章 桁架及屋盖结构方案确定和结构布
23、置结构方案确定和结构布置檩条设计檩条设计屋架内力分析屋架内力分析屋架杆件截面设计屋架杆件截面设计屋架节点设计屋架节点设计绘制施工图，编制材料表绘制施工图，编制材料表9 9.4 4 屋盖设计内容和屋架内力计算屋盖设计内容和屋架内力计算第9章 桁架及屋盖一一.杆件计算长度杆件计算长度1.桁架平面内桁架平面内 理想桁架压杆在理想桁架压杆在平面内计算长度为节点中心距平面内计算长度为节点中心距，考虑到拉，考虑到拉杆对节点转动的约束作用，一般可根据节点的嵌固程度确定。杆对节点转动的约束作用，一般可根据节点的嵌固程度确定。如下所示，如下所示，弦杆、支座斜杆和支座竖杆计算长度不折减弦杆、支座斜杆和支座竖杆计算
24、长度不折减，其，其他受压腹杆计算长度他受压腹杆计算长度l0 x0.8l09 9.4.14.1 屋盖设计内容和屋架内力计算屋盖设计内容和屋架内力计算第9章 桁架及屋盖2.桁架平面外桁架平面外 取侧向支承点之间的距离。取侧向支承点之间的距离。上弦：上弦：上弦横向水平支撑的节间长度上弦横向水平支撑的节间长度（1）有檩屋盖如檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊）有檩屋盖如檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊牢，可取檩条间距。牢，可取檩条间距。（2）无檩屋盖，横向）无檩屋盖，横向支撑由屋面板代替时取支撑由屋面板代替时取两块屋面板的宽度。一两块屋面板的宽度。一般不大于般不大于3.0m。第9章 桁架及屋盖下
25、弦：下弦：取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。距离。腹杆：腹杆：节点在桁架平面外的刚度很小，取节点在桁架平面外的刚度很小，取l0yl0。3.斜平面斜平面 单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，斜平面计算长度取斜平面计算长度取l00.9l，支撑斜杆和支座竖杆不，支撑斜杆和支座竖杆不变。变。第9章 桁架及屋盖第9章 桁架及屋盖4.其他杆件其他杆件 桁架受压弦杆侧向支承点距离为两倍节间长度且两节桁架受压弦杆侧向支承点距离为两倍节间长度且两节间弦杆内力不等时，则该弦杆在间弦杆内力不等时，则该弦杆在 桁架
26、平面外的计算长度桁架平面外的计算长度可按下式计算：可按下式计算：N1较大的压力，计算时取较大的压力，计算时取正值；正值；N2较小的压力或拉力，计较小的压力或拉力，计算时压力取正值，拉力取负值。算时压力取正值，拉力取负值。第9章 桁架及屋盖 桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆在桁架平面内的计桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆在桁架平面内的计算长度取节点中心间距，在算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度桁架平面外的计算长度按上式计按上式计算。算。压力有变化的受压腹杆平面外计算长度压力有变化的受压腹杆平面外计算长度（a）再分式腹杆体系的受压主斜杆）再分式腹杆体系的受压主斜杆 （b）K形腹杆体系的竖杆形
27、腹杆体系的竖杆第9章 桁架及屋盖第9章 桁架及屋盖项次构 件 名 称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受动力荷载的结构一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑3002003其他拉杆支撑系杆等（张紧的圆钢除外）400350受拉构件的容许长细比受拉构件的容许长细比第9章 桁架及屋盖项次构 件 名 称容许长细比1柱、桁架和天窗架杆件150柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑2支撑（吊车梁梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）200用以减少受压构件长细比的杆件受压构件的容许长细比受压构件的容许长细比第9章 桁架及屋盖二、截面形式二、截面形式
28、1.单壁式屋架杆件的截面形式单壁式屋架杆件的截面形式第9章 桁架及屋盖确定原则等稳定u上弦杆：节间无荷载：满足计算长度loy2lox，要使y=x 应使iy2ix，宜采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截面；当loy=lox时，可采用两个等边角钢截面或TM截面。节间有荷载：为加强桁架平面内的抗弯能力，可采用不等边角钢长肢相连的截面或TN截面。u下弦杆：一般loylox，采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截面。第9章 桁架及屋盖u支座斜杆：支座斜杆：一般一般loy=lox，采用不等边角钢长肢相连的截面或，采用不等边角钢长肢相连的截面或等边角钢截面，连有再分式杆件的斜腹杆因等边角钢截面，连有再分式杆件
29、的斜腹杆因loy=2lox，可采用等边角钢相连的截面。，可采用等边角钢相连的截面。u腹杆：腹杆：一般一般loy=lo，lox=0.8l即即loy=1.25lox，采用等边，采用等边角钢相连的截面，连接垂直支撑的竖腹杆，宜采用两角钢相连的截面，连接垂直支撑的竖腹杆，宜采用两个等边角钢组成的十字形截面，受力很小的腹杆，可个等边角钢组成的十字形截面，受力很小的腹杆，可采用单角钢截面。采用单角钢截面。第9章 桁架及屋盖 2.双壁式屋架杆件的截面形式双壁式屋架杆件的截面形式 屋架跨度较大时，弦杆等杆件较长，单榀屋屋架跨度较大时，弦杆等杆件较长，单榀屋架的横向刚度比较低。为保证安装时屋架的侧向架的横向刚度
30、比较低。为保证安装时屋架的侧向刚度，对跨度刚度，对跨度42m的屋架宜设计成双壁式。其的屋架宜设计成双壁式。其中由（中由（a）和（）和（b）适用于弦杆和腹杆，（）适用于弦杆和腹杆，（c）适）适用于大跨度的重型双壁式屋架的弦杆和腹杆。用于大跨度的重型双壁式屋架的弦杆和腹杆。第9章 桁架及屋盖双角钢T形截面填板3.双角钢杆件的填板双角钢杆件的填板第9章 桁架及屋盖双角钢十字形截面填板第9章 桁架及屋盖填板宽度：填板宽度：5080mm填板长度：填板长度：T形截面比角钢肢伸出形截面比角钢肢伸出1020mm 十字形截面从角钢肢尖缩进十字形截面从角钢肢尖缩进10 15mm。填板厚度：与桁架节点板相同。填板厚
31、度：与桁架节点板相同。填板间距：压杆填板间距：压杆l140i1，拉杆，拉杆l180i1，压，压 杆平面外计算长度范围内，至少杆平面外计算长度范围内，至少 设两块。设两块。第9章 桁架及屋盖第9章 桁架及屋盖三三.截面选择截面选择1.一般原则一般原则应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面以增加截应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面以增加截面的回转半径，但受压构件应满足局部稳定要求。一般面的回转半径，但受压构件应满足局部稳定要求。一般情况下，板件或肢件的最小厚度为情况下，板件或肢件的最小厚度为5mm，对小跨度屋架，对小跨度屋架可用到可用到4mm。角钢杆件或角钢杆件或T型钢的悬伸肢宽不得小于型
32、钢的悬伸肢宽不得小于45mm。开螺栓孔。开螺栓孔时，尚应满足孔径要求。时，尚应满足孔径要求。屋架节点板屋架节点板(或或T型钢弦杆的腹板型钢弦杆的腹板)的厚度，对单壁式屋架，的厚度，对单壁式屋架，可根据腹杆的最大内力可根据腹杆的最大内力(梯形和人字形屋架梯形和人字形屋架)或弦杆端节间或弦杆端节间内力内力(三角形屋架三角形屋架)，按表选用；对双壁式屋架，则可按上，按表选用；对双壁式屋架，则可按上述内力的一半选用述内力的一半选用第9章 桁架及屋盖跨度较大的桁架跨度较大的桁架(例如例如24m)与柱铰接时，弦杆宜根与柱铰接时，弦杆宜根据内力变化而改变截面，但半跨内一般只改变一次。据内力变化而改变截面，但
33、半跨内一般只改变一次。变截面位置宜在节点处或其附近，通常是变肢宽而保变截面位置宜在节点处或其附近，通常是变肢宽而保持厚度不变，以便处理弦杆的拼接。持厚度不变，以便处理弦杆的拼接。同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货，同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货，一般不超一般不超过过5 56 6种种。同时应尽量避免选用相同边长或肢宽而厚。同时应尽量避免选用相同边长或肢宽而厚度相差很小的型钢，以免施工时产生用料错误。度相差很小的型钢，以免施工时产生用料错误。第9章 桁架及屋盖当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且距节点当连接支撑等的螺栓孔在节点板范围内且距节点板边缘距离板边缘距离100mm时，计算杆件强度可
34、不考虑截时，计算杆件强度可不考虑截面削弱。面削弱。单面连接的单角钢杆件，单面连接的单角钢杆件，在按轴心受拉或轴心受在按轴心受拉或轴心受压计算其强度或稳定以压计算其强度或稳定以及连接时，钢材和连接及连接时，钢材和连接的强度设计值应乘以相的强度设计值应乘以相应的折成系数，考虑受应的折成系数，考虑受力偏心的影响。力偏心的影响。第9章 桁架及屋盖9 9.5 5 桁架节点设计桁架节点设计第9章 桁架及屋盖1.一般要求一般要求1）各杆的重心线应与屋架轴线重合，汇交于节点中心；角钢）各杆的重心线应与屋架轴线重合，汇交于节点中心；角钢肢背至重心线的距离取肢背至重心线的距离取5mm的倍数，小角钢可取的倍数，小角
35、钢可取1mm的倍的倍数；数；2）弦杆截面有改变时，）弦杆截面有改变时，一般将拼接处弦杆肢背对齐，屋架一般将拼接处弦杆肢背对齐，屋架轴轴线在两个杆件形心线中间，如形心线偏移距离超过较大弦线在两个杆件形心线中间，如形心线偏移距离超过较大弦杆截面高度杆截面高度5，应考虑由此引起的偏心弯矩，杆件弯矩按，应考虑由此引起的偏心弯矩，杆件弯矩按下式计算：下式计算：式中：式中：M节点偏心弯矩；节点偏心弯矩；Ki所计算杆件线刚度；所计算杆件线刚度；Ki汇交于节点的各杆件线刚度之和。汇交于节点的各杆件线刚度之和。第9章 桁架及屋盖3）节点处腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的净距不小于）节点处腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的
36、净距不小于1520mm；角钢端部切割宜垂直于轴线，为减小节点板尺寸；角钢端部切割宜垂直于轴线，为减小节点板尺寸可采用可采用(b)和和(c)，不允许一肢完全切去而另一肢伸出的斜切。，不允许一肢完全切去而另一肢伸出的斜切。第9章 桁架及屋盖4）节点板的形状应尽量简单规则，宜采用矩形，也可采用节点板的形状应尽量简单规则，宜采用矩形，也可采用平行四边形和梯形等，一般至少有两条边平行；平行四边形和梯形等，一般至少有两条边平行；节点板节点板不允许有凹角；不允许有凹角；节点板尺寸尽量使焊缝中心受力，节点节点板尺寸尽量使焊缝中心受力，节点板边缘与杆件轴线夹角不应小于板边缘与杆件轴线夹角不应小于150；节点板应
37、伸出角节点板应伸出角钢肢背钢肢背1015mm，也可缩进（上弦搁置屋面板、檩体需要），也可缩进（上弦搁置屋面板、檩体需要）t1/2t1，t1为节点板厚度；为节点板厚度；同一屋架采用相同节点板厚度。同一屋架采用相同节点板厚度。第9章 桁架及屋盖5）支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载支承大型混凝土屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷载(设计值设计值)超过表超过表8.5的数值时、弦杆的伸出肢容易弯曲，应对的数值时、弦杆的伸出肢容易弯曲，应对其加强。其加强。第9章 桁架及屋盖2.节点设计步骤节点设计步骤1）根据腹杆内力计算各杆所需焊缝长度和焊脚尺寸。）根据腹杆内力计算各杆所需焊缝长度和焊脚
38、尺寸。2）画出屋架轴线。画出屋架轴线。3）按比例画出各杆件的角钢轮廓线）按比例画出各杆件的角钢轮廓线(表示角钢厚度的线可示意表示角钢厚度的线可示意画出画出)，满足要求，满足要求1、2。4）切断角钢，）切断角钢，满足要求满足要求3。5）进行焊缝布置。）进行焊缝布置。6）定出节点板的外形，适当考虑制作和装配误差。）定出节点板的外形，适当考虑制作和装配误差。第9章 桁架及屋盖7）标注尺寸：）标注尺寸：腹杆端部至节点中心的距离。数字准确到腹杆端部至节点中心的距离。数字准确到mm b节点板的平面尺寸。节点中心至节点板边的长度。节点板的平面尺寸。节点中心至节点板边的长度。各杆件轴线至角钢各杆件轴线至角钢肢
39、背的距离。肢背的距离。每条角焊缝的焊脚每条角焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度。尺寸和焊缝长度。8）验算弦杆与节点板）验算弦杆与节点板的连接焊缝。的连接焊缝。第9章 桁架及屋盖3.屋架上弦节点屋架上弦节点第9章 桁架及屋盖u腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两侧焊腹杆与节点板的连接焊缝一般采用两侧焊u为便于大型屋面板或檩条连接角钢的放置，常将节点板缩为便于大型屋面板或檩条连接角钢的放置，常将节点板缩进上弦角钢背，缩进距离不宜小于进上弦角钢背，缩进距离不宜小于t1/2t1，也不宜大于，也不宜大于t1，t1为节点板厚度。角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受屋面集为节点板厚度。角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受屋面集中荷裁
40、，按两条角焊缝计算：中荷裁，按两条角焊缝计算：Q节点集中荷载垂直于屋面的分量；节点集中荷载垂直于屋面的分量；hf1焊脚尺寸，取焊脚尺寸，取hf1 0.5t；f正面角焊缝强度增大系数。正面角焊缝强度增大系数。第9章 桁架及屋盖u弦杆角钢肢尖与节点板连接焊缝承受相邻杆的内力差弦杆角钢肢尖与节点板连接焊缝承受相邻杆的内力差N及引起的弯矩及引起的弯矩M=Ne，计算：，计算：式中式中,hf2肢尖焊缝的焊脚尺寸。肢尖焊缝的焊脚尺寸。第9章 桁架及屋盖 式中式中,hf1、lw1肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度；肢背的焊缝焊脚尺寸和计算长度；hf2、lw2肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度。肢尖焊缝的焊脚尺寸和计算长度
41、。当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置，或因相当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置，或因相邻弦杆节间内力差邻弦杆节间内力差N较大，胶尖焊缝按上式不满足时，较大，胶尖焊缝按上式不满足时，节点板部分向上伸出或全部向上伸出，弦杆与节点板的节点板部分向上伸出或全部向上伸出，弦杆与节点板的连接焊缝计算：连接焊缝计算：肢背：肢尖：第9章 桁架及屋盖肢背肢尖4.下弦节点u节点上无集中荷载时：一般内力差很小，实际的焊缝焊脚尺寸按构造确定，并沿节点板全长满焊。第9章 桁架及屋盖u节点上有集中荷载时：节点上有集中荷载时：肢背：肢尖：第9章 桁架及屋盖5.屋脊节点u上弦在屋脊处断开，上弦在屋脊处断开，用角钢拼接。用
42、角钢拼接。u拼接角钢拼接角钢棱角铲去棱角铲去，切肢切肢=(t+hf+5)mmu拼接角钢一般热弯拼接角钢一般热弯成形，坡度较大成形，坡度较大或角钢肢较宽时，或角钢肢较宽时，切口后弯折焊成。切口后弯折焊成。第9章 桁架及屋盖式中，式中，N节点两侧弦杆内力较小值。节点两侧弦杆内力较小值。拼接角钢长度拼接角钢长度u弦杆与节点板的连接焊缝，按上弦节点，但弦杆与节点板的连接焊缝，按上弦节点，但N取取弦杆最大内力的弦杆最大内力的15，u拼接角钢长度由焊缝长度要求确定拼接角钢长度由焊缝长度要求确定,接头一侧的接头一侧的每条连接焊缝长度应为每条连接焊缝长度应为第9章 桁架及屋盖6.下弦拼接节点u当杆件长度不够或
43、弦杆截面有改变时，一般在工厂拼接，当杆件长度不够或弦杆截面有改变时，一般在工厂拼接，拼接位置通常在节点范围以外。当拼接位置通常在节点范围以外。当 屋架分为几个运送单屋架分为几个运送单元时在工地进行拼接，拼接位置一般在节点处，为减轻元时在工地进行拼接，拼接位置一般在节点处，为减轻节点板负担和保证整个屋架平面外刚度，通常不利用节节点板负担和保证整个屋架平面外刚度，通常不利用节点扳作为拼接材料，而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接点扳作为拼接材料，而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面，使弦杆在拼接处保持原角钢宜采用与弦杆相同的截面，使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚度。有的强度和刚度。u
44、拼接角钢的切角、截肢和长度计算同前。拼接角钢的切角、截肢和长度计算同前。u弦杆与节点板的连接焊缝，按下弦节点，但弦杆与节点板的连接焊缝，按下弦节点，但N取为相邻取为相邻节间弦节间弦杆杆内力之差和内力之差和弦杆最大内力弦杆最大内力15两者较大值。两者较大值。第9章 桁架及屋盖三角形屋架的支座节点7.支座节点支座节点 支承于混凝土支承于混凝土柱或砖柱的屋架柱或砖柱的屋架按铰接设计，支按铰接设计，支承于钢柱的屋架承于钢柱的屋架铰接或刚接。铰接或刚接。第9章 桁架及屋盖人字形或梯形屋架支座节点（a）上承式（b）下承式u 支于混凝土柱的支座节点由节点板、底板、加劲支于混凝土柱的支座节点由节点板、底板、加
45、劲肋和锚栓组成。支座节点的中心应在加劲肋上，加肋和锚栓组成。支座节点的中心应在加劲肋上，加劲肋起分布支承处支座反力的作用，保证支座节点劲肋起分布支承处支座反力的作用，保证支座节点板平面外刚度。板平面外刚度。第9章 桁架及屋盖u为便于施焊，屋架下弦角钢背与支座底板的距离不宜小于为便于施焊，屋架下弦角钢背与支座底板的距离不宜小于下弦角钢伸出肢的宽度及下弦角钢伸出肢的宽度及130mm。u屋架支座底板与柱顶预埋锚栓相连锚栓直径通常为屋架支座底板与柱顶预埋锚栓相连锚栓直径通常为2024mm。为便于安装时调整位置，底板上的锚栓孔径宜。为便于安装时调整位置，底板上的锚栓孔径宜为锚栓直径的为锚栓直径的22.5
46、倍，小垫扳上的孔径比锚径直径大倍，小垫扳上的孔径比锚径直径大(12)mm。u支座节点的传力路线是：桁架各杆件的内力通过杆端焊缝支座节点的传力路线是：桁架各杆件的内力通过杆端焊缝传给节点板，通过节点板与加劲肋之间的垂直焊缝，把一传给节点板，通过节点板与加劲肋之间的垂直焊缝，把一部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板的水平部分力传给加劲肋，再通过节点板、加劲肋与底板的水平焊缝把全部支座压力传给底板，最后传给支座。焊缝把全部支座压力传给底板，最后传给支座。第9章 桁架及屋盖式中，式中，R支座反力；支座反力；fc支座混凝土局部承压强度设计支座混凝土局部承压强度设计值；值；A0锚栓孔的面积。锚栓孔
47、的面积。一般短边不小于一般短边不小于200mm，考虑锚栓孔要求来确定底板平，考虑锚栓孔要求来确定底板平面尺寸。面尺寸。u底板厚度由柱顶反力作用产生的弯矩决定，计算方法同铰底板厚度由柱顶反力作用产生的弯矩决定，计算方法同铰接柱脚底板。不宜小于接柱脚底板。不宜小于1620mm。u加劲肋的高度由节点板尺寸和焊缝要求决定，其厚度取等加劲肋的高度由节点板尺寸和焊缝要求决定，其厚度取等于或略小于节点板的厚度。于或略小于节点板的厚度。u支座底板的毛面积为：支座底板的毛面积为：第9章 桁架及屋盖u加劲肋可视为支承于节点板上的悬臂梁，一个加劲肋通常假定传递支座反力的14，它与节点板的连接焊续承受剪力vR4和弯短
48、MVb4，加劲肋与节点板连接焊缝验算：底板与节点板、加劲肋的连接焊缝验算：底板与节点板、加劲肋的连接焊缝验算：lw2a+2(b-t-2c)-6cm，t和c分别为节点板厚度和加劲肋切口宽度。第9章 桁架及屋盖8.T型钢作弦杆的屋架节点u当腹杆也用当腹杆也用T型钢或单角钢时，腹杆与弦杆直接焊接，不需型钢或单角钢时，腹杆与弦杆直接焊接，不需要节点板；要节点板；u当腹杆采用双角钢时，有时需设节点板，节点板与弦杆采用当腹杆采用双角钢时，有时需设节点板，节点板与弦杆采用对接焊缝，此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差及产生的偏对接焊缝，此焊缝承受弦杆相邻节间的内力差及产生的偏心弯矩，可按下式进行计算：心弯矩，可按
49、下式进行计算：第9章 桁架及屋盖lw由斜腹杆焊缝确定的节点板长度，若无引弧板时要出由斜腹杆焊缝确定的节点板长度，若无引弧板时要出去弧坑；去弧坑；t节点板厚度，通常取与节点板厚度，通常取与T型钢腹板等厚或相差不超过型钢腹板等厚或相差不超过1mm；对接焊缝的抗剪强度设计值；对接焊缝的抗剪强度设计值；对接焊缝抗拉抗压强度设计值。对接焊缝抗拉抗压强度设计值。第9章 桁架及屋盖9.连接节点处板件的计算连接节点处板件的计算u连接节点处的板件在拉、剪作用下的强度连接节点处的板件在拉、剪作用下的强度第9章 桁架及屋盖u角钢桁架节点板的强度也可用有效宽度法按下式角钢桁架节点板的强度也可用有效宽度法按下式计算：计算：可取可取30度度第9章 桁架及屋盖u为了保证桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性，受压为了保证桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性，受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离c应满足下列条件：应满足下列条件：有竖腹杆的节点板有竖腹杆的节点板无竖腹杆的节点板无竖腹杆的节点板u节点板的自由边长度与厚度之比不得大于节点板的自由边长度与厚度之比不得大于 否则应沿自由边设加劲肋予以加强。否则应沿自由边设加劲肋予以加强。第9章 桁架及屋盖