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1、屋架屋架设计1.1屋架结构的形式及主要尺寸1.1.1屋架形式（e）三角形钢屋架梯形钢屋架2平行弦钢屋架1.1屋架结构的形式及主要尺寸3钢屋架的选型：满足使用要求 屋架坡度主要取决于屋面覆盖材料，并与建筑外形相配合。屋架节间划分是腹杆布置采用何种形式的决定因素。屋架端部高度和连接方法的选择是满足厂房结构刚度要求的关键。受力合理弦杆：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形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。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。1.1屋架结构的形式及主要尺寸4满足施工要求 屋架的节点数量少、杆件规格少、节点构造合理，便于制造。三
2、角形屋架：当跨度l15m时起拱，梯形屋架和平行弦屋架当跨度l24m时起拱。起拱高度为l/500，以5mm为模数。起拱：对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生很大的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。宜采用起拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后产生的部分挠度。1.1屋架结构的形式及主要尺寸图解法求内力时，不考虑起拱，几何尺寸计算时，考虑起拱图解法求内力时，不考虑起拱，几何尺寸计算时，考虑起拱.5芬克式腹杆人字式腹杆单斜式腹杆三角形屋架适用于坡度较陡的有檩屋盖，与柱铰接，跨度24m。缺点：它的外形与均布荷载的弯矩图不相适应，跨中M大，h大，杆力N小支座处M小，h更小，杆力N大支
3、座处，杆件间的夹角过小，节点难于处理。内力分布不均1.1屋架结构的形式及主要尺寸6人字式腹杆再分式腹杆梯形屋架 适用于坡度较为平缓的无檩屋盖，它的形状与简支受弯构件的弯矩图接近，弦杆内力分布均匀，可与柱铰接也可刚接。端斜杆与弦杆组成的支承节点在下弦称为下承式。端斜杆与弦杆组成的支承节点在上弦称为上承式。与柱刚接时采用下承式，与柱铰接时，两者均可。1.1屋架结构的形式及主要尺寸7人字式腹杆交叉式腹杆平行弦屋架 弦杆和腹杆分别等长，节点形式相同，杆件规格化，节点构造统一，但弦杆内力分布不均。主要用于单坡屋面、托架、吊车制动桁架、支撑构件等。1.1屋架结构的形式及主要尺寸交叉式腹杆81.2 屋盖支撑
4、 为使屋架具有足够的承载力和一定的空间刚度，应设置屋架支撑体系。（a）无支撑时（b）有支撑时91.2.1屋盖支撑的作用保证屋盖结构的空间整体性；为弦杆提供适当的侧向支撑点，避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动；承担并传递水平荷载；保证结构安装时的稳定与方便。1.2 屋盖支撑101.2.2屋盖支撑的种类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系杆屋盖支撑体系1.2 屋盖支撑11上弦横向水平支撑在有檩条或只采用大型屋面板的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；设置在房屋的两端或温度缝区段两端，一般设在第一个开间或设在第二个开间，当山墙承重
5、或纵向天窗未到温度缝区段尽端而退一个柱间断开时，设在第二柱间；间距L060m，否则沿纵向在中部增设一道或几道支撑。1.2 屋盖支撑12上弦平面上弦横向水平支撑60m屋架13上弦横向水平支撑天窗上弦上弦平面屋架14下弦横向水平支撑 设置位置：与上弦横向水平支撑设在同一柱间。设置条件a.跨度l18mc.采用下弦弯折的屋架；d.山墙抗风柱支承于屋架下弦；e.屋架下弦设有通长的纵向支撑。b.下弦设有悬挂吊车，内设较大 吨位的桥式吊车或有振动设备；1.2 屋盖支撑15下弦纵向水平支撑 设在屋架的端节间平面内设置条件b.厂房排架计算考虑空间作用；c.厂房内设有较大的振动设备；d.屋架下弦设有纵向或横向吊轨
6、；e.设有托架时。a.内设重级工作制吊车或起重量较 大的中、轻级工作制吊车；1.2 屋盖支撑16下弦平面屋架60m下弦横向水平支撑17下弦平面屋架下弦横向水平支撑18垂直支撑设置位置：有上弦横向支撑的柱间，每隔45个柱间应设置一道垂直支撑。梯形屋架：l30m，屋架跨中和两端各设一道；l30m无天窗，屋架跨度1/3处和两端；l30m有天窗，天窗两侧屋架竖杆平面内和屋架两端；三角形屋架：l24m时，仅在跨度中央设置一道。l24m时，跨度1/3附近或天窗架侧柱外设置两道。1.2 屋盖支撑上弦纵向水平支撑 一般不设，仅在屋面采用有檩体系轻质材料，而厂房内吊车吨位较大，又有较大疲劳动力作用时，为考虑改善
7、轻质屋面的整体性和空间刚度而设置。191122屋架60m上弦横向水平支撑1-12-2竖向支撑竖向支撑2021垂直支撑的形式34m6m3m6m3m6m4m6m22系杆系杆刚性系杆：既能承拉，又能承压柔性系杆：仅能承拉一般情况下，屋架垂直支撑平面内的屋架上下弦节点处设通长系杆；屋脊处、屋架支座节点处，设通长刚性系杆；当上、下弦横向水平支撑设在第二柱间时，应在第一柱间下弦平面内设刚性系杆，以传递山墙荷载。系杆必须连于支撑节点才能起作用。设置在横向支撑或垂直支撑节点处，保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当上、下弦的侧向支撑点。1.2 屋盖支撑231-12-2112260m上弦垂直支撑下弦241.2
8、.4屋盖支撑的计算和构造支撑受力较小，一般不计算，按容许长细比控制十字交叉杆、柔性系杆按拉杆设计，用单角钢 400 350（有重级工作制吊车梁）其它杆按压杆设计，用双角钢 200 1.2 屋盖支撑25当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，压杆退出工作，计算并据以选择截面。1.2 屋盖支撑261.3 钢屋架设计1.3.1钢屋架的设计内容及步骤 屋架的选型荷载计算内力计算内力组合屋架的杆件设计节点设计绘制屋架施工图并编制材料表271.3.2钢屋架主要尺寸的确定 屋架的主要尺寸有屋架跨度、高度、节间宽度。屋架高度h：指跨中的最大高度。屋架跨度l工艺及使用要求。通常跨度为12、15、18、21、2
9、4、27、30、36m等。有檩屋盖中的三角形屋架不受3m模数限值。标志跨度l：柱轴线间的距离；计算跨度l0：屋架支座反力点间的距离；决定于经济要求：总用钢量最少刚度要求：vmaxv确定hmin建筑要求：确定hmax运输界限：桥洞、铁路钢筋混凝土柱且柱网为封闭结合时：l 0=l-(300400mm)1.3 钢屋架设计28跨中高度：h=h0+1/2li （i为屋架上弦坡度，h0为屋架端部高度）铰接：h=(1/101/6)l 梯形、平行弦屋架(1/61/4)l 三角形屋架0 三角形屋架0.51.0m 陡坡梯形屋架1.62.2m 缓坡梯形屋架铰接：h0=刚接时：h=(1/101/8)l h0=1.82
10、.4m1.3 钢屋架设计节间距离：采用大型屋面板时，上弦节间长度等于屋面板宽度，一般为1.5m或 3m；采用檩条时，根据檩条的间距而定，一般取1.22m。291.3.3屋架荷载计算与组合永久荷载恒载屋架屋盖支撑天窗架屋面材料沿水平面分布，作用于上弦节点自重近似按屋架自重选取沿屋面坡向分布，计算时转化为沿水平面分布ggggg1.3 钢屋架设计30可变荷载活载屋面均布活荷载雪荷载积灰荷载悬挂吊车荷载风荷载考虑情况查荷载规范查荷载规范查荷载规范取大值屋面与水平面夹角大于30轻屋面开敞式房屋风荷载标准值大于0.49kN/m21.3 钢屋架设计31ssaaapp/2p/2pppppp每一节点受力为：q按
11、屋面水平投影面分布的荷载设计值；a上弦节间的水平投影长度；s桁架的间距。作用于桁架上弦节点的集中荷载P可按各种均布荷载对节点汇集进行计算：1.3 钢屋架设计32有节间荷载时：P/2PPPP+0.8M0+0.6M0-0.6M0+0.6M0-0.6M0-0.6M0-0.6M0+0.6M0PPPPPbP2P2P2P2PPM01.3 钢屋架设计33内力组合原则 按照建筑结构荷载规范(GB50009)的规定，设计屋架时，依照组合规则进行荷载效应的组合，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算桁架杆件的内力。1.3 钢屋架设计34荷载的基本组合：由活荷载效应控制的组合由恒荷载效应控制的组合1.3
12、 钢屋架设计35屋架内力应据使用和施工过程中可能遇到的最不利荷载组合情况（亦称工况）计算：全跨恒载全跨活载全跨恒载半跨活载屋架及支撑自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载说明：a、情况考虑跨中某些腹杆与情况受力方向相反 b、采用轻屋面或施工时两侧对称均匀铺设屋面板，可不考 虑情况1.3 钢屋架设计361.3.4结构内力分析一般按节点荷载作用下的铰接桁架计算。这时所有杆件为轴心受力，不承受弯矩，具体计算可用图解法、数解法、计算机法等。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。对于有节间荷载作用的桁架弦杆，可先将各节间荷载分配在相邻的两个节点上，与该节点原有
13、节点荷载叠加，解得桁架各杆轴力，然后按简支梁求受节间荷载作用的弦杆产生的弯矩，进行弯矩调整后加到受节间荷载的上弦杆上。1.3 钢屋架设计371.3 钢屋架设计38杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F第二种组合第三种组合计算杆件内力（kN）全跨左半跨右半跨F1+F2F1+F2F3+F4F3+F4上弦AB0.000.000.000.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00BC-8.69-6.22-2.47-123.66-108.10-84.47-92.04-58.29-123.66 下弦ac4.703.451.2566.88 59.01 45.15 50.56 30.76 66.8
14、8 ce11.507.983.52163.65 141.47 113.37 119.55 79.41 163.65 eg14.629.325.30208.04 174.65 149.33 144.55 108.37 208.04 gi15.158.436.72215.58 173.25 162.48 138.74 123.35 215.58 斜腹杆Ba-8.81-6.47-2.34-125.37-110.62-84.61-94.79-57.62-125.37 Bc6.884.772.1197.90 84.61 67.85 71.48 47.54 97.90 竖杆Aa-0.55-0.550.00
15、-7.83-7.83-4.36-7.23-2.28-7.83 Cc-1.00-1.000.00-14.23-14.23-7.93-13.15-4.15-14.23 391.3.5杆件截面计算1、杆件的计算长度：桁架中节点不是真正的理想铰接点，而是介于刚接和铰接之间的弹性嵌固。这种嵌固作用提高了铰接杆件的稳定承载力，即可减小杆件的计算长度。节点上的拉杆数量相对越多，线刚度和拉力越大，则嵌固越强，杆件的计算长度就可减小得越多。1.3 钢屋架设计40桁架平面内计算长度l0 x 弦杆 支座斜杆 支座竖杆 中间腹杆：（节间长度）1.3 钢屋架设计41上弦杆 （侧向支撑点间距离）单角钢腹杆和双角钢十字形腹
16、杆，1.3 钢屋架设计腹杆 （节间长度）平面外计算长度有檩体系：檩条间距无檩体系：两块屋面板宽 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。下弦杆 （侧向支撑点间距离）42变内力杆的计算长度平面内计算长度：平面外计算长度：N1较大压力，N2较小压力或拉力；压正拉负1.3 钢屋架设计43交叉腹杆的计算长度桁架平面内：压杆的计算长度取节点与交叉点之间的距离，即取 l0 x=0.5l0。桁架平面外：与杆件的受拉或受压有关，也与轴力大小及杆件断开情况有关。a）相交另一杆受压，两杆截面相同并在交叉点均不中断b）相交另一杆受压，此另一杆在交叉点中断但以节点板搭接交叉腹杆
17、中压杆的计算长度：l1.3 钢屋架设计44c）相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点均不中断d）相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以节点板搭接N为所计算杆内力；N0为相交另一杆的内力，均取绝对值。当此拉杆连续而压杆在交叉点中断但以节点板搭接，若N0 N或拉杆在桁架平面外的抗弯刚度 时，取l0=0.5l。1.3 钢屋架设计452、杆件的截面形式 桁架杆件截面型式应根据用料经济、连接构造简单和具有必要的强度、刚度等要求确定。一般桁架中全部或多数杆件为轴心受力杆件，应尽量使杆件在桁架平面内和平面外的长细比相接近，这样刚度和稳定性好而钢材省。等稳定原则：根据此条件选择截面形式1.3 钢屋架设计464
18、748端竖杆：l0y=l0 x=l，选不等边角钢长边相连；端斜杆：l0y=l0 x=l，选不等边角钢长边相连；上弦杆：l0y/l0 x=2，选不等边角钢短肢相连，如有较大弯矩，选不等边角钢长肢相连；下弦杆：强度控制，选短肢相连；一般腹杆：l0y/l0 x=1.25，选等边角钢。连接垂直支撑的竖腹杆常采用两个等肢角钢组成的十字形截面，对受力特别小的腹杆可采用单角钢。1.3 钢屋架设计493、双角钢杆件的填板 作用：保证两角钢共同工作。间距：压杆 拉杆 数量：在杆件计算长度范围内不小于2个。504、节点板的厚度 可根据腹杆（梯形屋架）或弦杆（三角形屋架）的最大内力按下表选用，但不得小于6mm。同一
19、榀屋架中所有节点板的厚度应该相同，但支座节点板应比其他节点板厚2mm。当为其他钢号时，表中数字应乘以235/fy梯形桁架腹杆最大内力或三角形桁架弦杆最大内力（kN）Q23517017129029151051168068191091112901291177017713090中间节点板厚度（mm）68101214161820屋架节点板厚度51 5、杆件截面选择桁架杆件截面选择的一般原则（a）应优先选用在相同截面积情况下宽肢薄壁的角钢，以增加截面的回转半径，这对压杆尤为重要；（b）同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种，角钢不宜小于454或 56364，l30m以及三角形桁架L24m并且弦杆内力相差较
20、大时，可考虑在半跨内改变一次截面，以便节省钢材。1.3 钢屋架设计52杆件截面选择与计算拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。对双肢相并的双角钢构件及轴对称放置的单角钢构件，绕对称轴失稳时，采用换算长细比yz代替y，按下列规定计算：a）等边单角钢截面：当 时，当 时，强度验算中在有螺栓孔削弱时，应该用净截面，如果螺栓孔位置处于节点板内，且离节点板边缘距离大于100mm时，可考虑不计截面削弱。1.3 钢屋架设计531.3 钢屋架设计541.3.6、节点设计任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。1.3 钢屋架设计551.节点设计的一般原则
21、各杆轴线在节点处相交于一点。角钢肢背至形心线的距离为5mm的倍数，杆件端部切割面宜与轴线垂直。5n5n5n1015mm5nlfcc当间隙c不满足要求时，角钢切角。直接承受动力荷载的焊接桁架，c 50mm不直接承受动力荷载的焊接桁架，c20mm非焊接屋架，c510mmc56当弦杆截面沿跨度有改变时，截面改变点应在节点上。一般应使拼接处两侧弦杆角钢肢背齐平，并使两侧角钢形心线的中心线与桁架几何轴线重合。eeN1N2h当偏心e0.05h，忽略附加弯矩；当偏心e 0.05h，不能忽略附加弯矩。偏心弯矩：每杆弯矩：其中，-第i杆的线刚度，57节点板的形状应尽可能简单而有规则，一般至少有两边平行，如矩形、
22、直角梯形等，节点板不应有凹角。节点板的尺寸应可能使连接焊缝中心受力。节点板的大小在绘图时确定。15节点板的外形节点板的外形58 2.节点的计算与构造（1）上弦节点节点板不伸出塞焊缝“K”（上弦肢背焊缝）假定只传递P力，按两条角焊缝（焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。P力不大，可按构造满焊“A”焊缝（上弦肢尖焊缝）传递弦杆两端内力差N=N1-N2和偏心力矩M=Ne。焊缝两端的最大合成应力：59节点板部分伸出 当“A”焊缝强度不足时，采用节点板伸出方案，肢尖“A”与肢背“B”两条焊缝传递弦杆与节点板间内力。对于肢背焊缝 对于肢尖焊缝 60（2）下弦节点节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。61 腹杆
23、与节点板间的传力两侧角焊缝（L形围焊或三面围焊），按受轴心力角钢的角焊缝计算。弦杆与节点板间角焊缝只传递相邻节间内力差值，按下式计算其焊缝长度。肢尖：肢背：由N算得的焊缝长度往往很小，此时按构造要求在节点板范围内进行满焊。62（3）下弦拼接节点63下弦杆与拼接角钢 拼接角钢与下弦杆角钢间共有4条角焊缝，承担节点两侧内力设计值。按下弦截面积等强度计算。拼接角钢长度：，一般不小于600mm。A下弦角钢截面面积总和；f下弦角钢强度设计值。64弦杆与节点板的连接角焊缝：按两侧下弦较大内力15%和节点两侧弦杆内力差NNl-N2的较大值计算，若节点处有外力，则按该较大值与外荷载的合力进行计算：肢尖：肢背：
24、65（4）屋脊节点66 连接角钢的竖肢应切去宽度为thf5mm，t为连接角钢的厚度hf为拼接角焊缝焊角尺寸。上弦杆与拼接角钢一侧的角焊缝：开口thf5mm拼接角钢总长度：N相邻上弦节间中较大的内力67弦杆与节点板的连接焊缝弦杆与节点板连接的肢背塞焊缝承担节点荷载P，强度为：节点板与弦杆肢尖角焊缝强度为：e为上弦形心轴至肢尖焊缝的距离68（5）支座节点简支屋架支座节点包括：节点板、加劲肋、底板、锚栓。69加劲肋：设在支座节点中心处，使其轴线与支座反力作用线重合，与节点板同高，与节点板同厚。锚栓孔为（22.5）d锚栓锚栓常用M20M24的螺栓h应满足h下弦水平肢的宽度h130 mm传力途径：支座节
25、点的设计原理同轴心受压柱h竖向力节点板加劲肋底板柱子焊缝701）铰接屋架支座底板的面积按下式计算：按计算需要的底板面积一般较小，主要根据构造要求（螺栓孔直径、位置以及支撑的稳定性等）确定底板的平面尺寸。底板短边取200360 mm，长边取200400mm。2）底板厚度通过抗弯计算确定：屋架跨度18m时，t16mm；屋架跨度18m时，t20mm。71lw节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度。节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度。3）加）加劲劲肋与肋与节节点板的点板的连连接接焊缝焊缝焊缝焊缝受剪力受剪力焊缝焊缝受弯矩受弯矩加加劲劲肋与支座肋与支座节节点板的点板的焊缝焊缝支座支座节节点板、加
26、点板、加劲劲肋与支座底板的水平肋与支座底板的水平连连接接焊缝焊缝h72731.3.6、施工图的绘制在图中适当位置（习惯在左上角）以较小比例绘出屋架简图，注明屋架的几何尺寸、计算杆力和起拱要求；根据屋架的几何尺寸绘出屋架杆件的轴线，杆件轴线比例尺一般采用1：201：30。支座竖向轴线左侧的轴线长度比例尺要比轴线比例尺放大一倍，一般为1：101：15。根据所选定的杆件截面绘出截面宽度，所用比例尺要比轴线比例尺放大一倍，一般为1：101：15。根据杆与杆间距的要求，确定杆件端部的位置；根据杆与节点板间焊缝长度的要求确定节点板的尺寸，在节点板范围内所用比例尺为1：101：15。74绘制屋架上、下弦杆的
27、平面图及其它必要的剖面图、侧视图、节点和零件大样详图。对于连支撑和不连支撑的屋架可用一张施工图表示，在图中注明哪些编号的屋架有此栓孔和无此栓孔，并标注栓孔位置。标注尺寸，包括注明所有板件和杆件的定位尺寸、孔洞位置及对工厂加工、工地施工的所有要求。施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主要、次要、上下、左右排列。对于两个形状、尺寸相同仅栓孔位置属于镜面对称的零件，编同一个号码，但要在材料表中注以正、反字样以示区别。编制材料表及说明。说明中应包括钢材标号、焊条型号、焊接方法及焊缝质量要求，防腐、防锈要求，以及运输、安装和制造要求等。757677此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢