《钢结构设计》PPT课件.ppt

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1、第第第第七七七七章章章章7.1 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置7.2 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式7.3 屋盖结构屋盖结构7.4 框架柱设计特点框架柱设计特点7.5 轻型门式刚架结构轻型门式刚架结构7.6 吊车梁设计特点吊车梁设计特点7.7 墙架体系墙架体系目 录大纲要求 掌握掌握厂房的结构形式和柱网布置及计算单元的确定；厂房的结构形式和柱网布置及计算单元的确定；了解钢屋架的外形及腹杆形式；了解钢屋架的外形及腹杆形式；掌握掌握屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用和设置原则、和设置原则、钢屋架钢屋架的节点设计。的节点设计。掌握掌握横向排架横向排架及其梁柱截面的确定；理解横向排架及其梁柱

2、截面的确定；理解横向排架的计算原理、的计算原理、柱间支撑柱间支撑的布置。的布置。了解了解吊车梁吊车梁的内力计算及构造设计。的内力计算及构造设计。了解了解墙架墙架的内力计算及构造设计。的内力计算及构造设计。7.1 厂房结构的形式和布置厂房结构的形式和布置 7.1.1 厂房结构的组成厂房结构的组成 厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁及制动体系、厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁及制动体系、支撑系统及墙架等构件组成的支撑系统及墙架等构件组成的空间体系空间体系空间体系空间体系。（1）横向排架横向排架：柱与横梁或屋架组成：柱与横梁或屋架组成（2）屋盖结构屋盖结构：屋架、屋架支撑系统以及横向框架横梁、

3、：屋架、屋架支撑系统以及横向框架横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条及屋面材料等。托架、中间屋架、天窗架、檩条及屋面材料等。（3）支撑系统支撑系统：屋架支撑和柱间支撑，保证厂房结构必：屋架支撑和柱间支撑，保证厂房结构必需的刚度和整体稳定性需的刚度和整体稳定性（4）吊车梁吊车梁及制动体系及制动体系（5）墙架墙架（6）其他：）其他：抗风柱抗风柱抗风柱抗风柱、摇摆柱摇摆柱摇摆柱摇摆柱及工艺要求的操作平台。及工艺要求的操作平台。单层厂房动单层厂房动画画.swf.swf抗风柱抗风柱吊车梁吊车梁缝缝 脱开脱开吊车梁吊车梁屋盖体系分类屋盖体系分类:无檩屋盖无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架：屋面荷

4、载直接通过大型屋面板传递给屋架 优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等；方便等；缺点：屋盖自重大，缺点：屋盖自重大，不利于抗震不利于抗震，其多用于有桥式吊，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中。车的厂房屋盖中。有檩屋盖有檩屋盖：当屋面采用：当屋面采用轻型材料轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要通过檩条通过檩条再传递再传递给屋架给屋架 优点：构件重量轻，用料省；优点：构件重量轻，用料省；缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂，缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂

5、，整体刚度较差。整体刚度较差。檩条承板屋架梁承板屋架支撑体系屋架支撑体系檩条檩条：冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢压压型钢板（型钢板（0.8mm1.5mm）轻轻钢结构厂房钢结构厂房 由基础由基础、梁梁、柱、檩条、柱、檩条、屋面、屋面和墙体组成和墙体组成。一般一般采用采用门式刚架门式刚架、屋架和网架屋架和网架为承重结构，为承重结构，其上设其上设檩条、屋面板檩条、屋面板(或板檩合一的轻质大型屋或板檩合一的轻质大型屋面板面板)，下设柱，下设柱(对刚架则对刚架则梁柱合一梁柱合一)、基础，柱、基础，柱外侧有轻质墙架，柱内侧可设吊车梁外侧有轻质墙架，柱内侧可设吊车梁。轻轻钢结构厂房的构件形式钢结构厂房的构件形式

6、刚架：刚架：刚架：刚架：梁柱合一。实梁柱合一。实梁柱合一。实梁柱合一。实腹式和结构式。实腹式的钢腹式和结构式。实腹式的钢腹式和结构式。实腹式的钢腹式和结构式。实腹式的钢架的横截面一般为工字形：结构式的横截面为矩形架的横截面一般为工字形：结构式的横截面为矩形架的横截面一般为工字形：结构式的横截面为矩形架的横截面一般为工字形：结构式的横截面为矩形或或或或三角形。三角形。三角形。三角形。檩条：檩条：檩条：檩条：主要主要主要主要有实腹式、空腹式和绗架式等。一般有实腹式、空腹式和绗架式等。一般有实腹式、空腹式和绗架式等。一般有实腹式、空腹式和绗架式等。一般应优先选用冷弯薄壁型钢檩条。按部位区分为墙面应优

7、先选用冷弯薄壁型钢檩条。按部位区分为墙面应优先选用冷弯薄壁型钢檩条。按部位区分为墙面应优先选用冷弯薄壁型钢檩条。按部位区分为墙面檩条和屋面檩条檩条和屋面檩条檩条和屋面檩条檩条和屋面檩条。支撑支撑支撑支撑：采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的采用张紧的十字交叉圆钢组成，用特制的连接件与梁柱腹板连接。连接用不同的夹角。连接件与梁柱腹板连接。连接用不同的夹角。连接件与梁柱腹板连接。连接用不同的夹角。连接件与梁柱腹板连接。连接用不同的夹角。7.1.3 厂房结构柱网及伸缩缝的布置厂房结构柱网及伸缩缝的布置 7.1.3.1 柱网布置

8、原则原则：（：（1）满足）满足工艺要求工艺要求；（2）满足）满足结构要求结构要求：横向刚架或排架；：横向刚架或排架；（3）符合）符合经济合理要求经济合理要求；（4）符合结构规定要求（标准化要求）：一）符合结构规定要求（标准化要求）：一般为般为6m，12m，也可，也可“抽柱抽柱”处理。处理。7.1.2 厂房结构设计步骤厂房结构设计步骤 结构方案结构方案静力计算静力计算 构件及连接计算构件及连接计算绘制施工图绘制施工图尽可能的采用标准图集尽可能的采用标准图集此处抽柱此处抽柱托架托架 屋架的跨度和间距屋架的跨度和间距取决于取决于柱网布置，柱网布置取决柱网布置，柱网布置取决于建筑物于建筑物工艺要求工艺

9、要求和和经济要求经济要求。常用尺寸常用尺寸 横向跨度横向跨度：12,18,24,30,36 （基本跨度）（基本跨度）15 21 27 33 （扩展跨度）（扩展跨度）纵向纵向柱距柱距(m)重钢厂房：重钢厂房：6,12 轻钢厂房：轻钢厂房：18,24图图2-2 2-2 柱网布置柱网布置计算单元计算单元7.1.3.2 缝的设置缝的设置（1）温度伸缩缝）温度伸缩缝 当当厂厂房房平平面面尺尺寸寸较较大大时时，为为避避免免过过大大的的温温度度变变形形和和应应力力，应在厂房的横向和纵向设置温度伸缩缝。，应在厂房的横向和纵向设置温度伸缩缝。温度区段长度见温度区段长度见P166表表7.1。伸伸缩缩缝缝的的做做法

10、法：从从基基基基础础础础顶顶顶顶面面面面或或或或地地地地面面面面开开开开始始始始，将将相相邻邻区区段段上上部部结结构构的的构构件件完完全全分分开开。根根据据温温温温差差差差和和和和结结结结构构构构的的的的具具具具体体体体情情情情况况况况设置设置设置设置，可取，可取3060mm。措施：（措施：（1）双柱方案（砌体中为双墙方案）；）双柱方案（砌体中为双墙方案）；（2）调整柱距，出挑檩条。）调整柱距，出挑檩条。注意：注意：注意：注意：尽可能地避免设置纵向伸缩缝尽可能地避免设置纵向伸缩缝？结构情况结构情况 纵向温度区段纵向温度区段(垂直屋架或垂直屋架或构架跨度方向构架跨度方向)横向温度区段横向温度区段

11、(屋架或屋架或构架跨度方向构架跨度方向)柱顶刚接柱顶刚接柱顶铰接柱顶铰接 采暖房屋和非采采暖房屋和非采暖地区的房屋暖地区的房屋 热车间和采暖地热车间和采暖地区的非采暖房屋区的非采暖房屋 露天露天结构结构 220120150180100125120-表表1 温度区段长度表温度区段长度表(m)温度区段长度温度区段长度 220M 220M（2）防震缝）防震缝 目的目的目的目的：保证缝两侧构件在地震时：保证缝两侧构件在地震时不会相互碰撞不会相互碰撞。因因此此，防防震震缝缝地地宽宽度度按按厂厂房房高高度度和和地地震震设设计计烈烈度度等等情情况况设设定定。一一般般单单层层厂厂房房为为5090mm，纵纵横横

12、跨跨交接处交接处100150mm。做法做法做法做法：同温度伸缩缝：同温度伸缩缝 注意注意注意注意：高层钢结构建筑中不宜设置防震缝：高层钢结构建筑中不宜设置防震缝？（3）沉降缝）沉降缝 目的目的目的目的：使承载相差较大的两部份建筑能各自发生沉降。：使承载相差较大的两部份建筑能各自发生沉降。做法做法做法做法：把缝两侧的结构；连同基础一起分开。：把缝两侧的结构；连同基础一起分开。实实实实际际际际：1）多多跨跨厂厂房房结结构构中中，通通常常将将跨跨度度较较大大且且受受起起重重量较重的一侧同跨度小，起重量小的一层分开；量较重的一侧同跨度小，起重量小的一层分开；2）厂房和办公用房分开。）厂房和办公用房分开

13、。（4）综合考虑）综合考虑 对三缝应综合考虑，用对三缝应综合考虑，用一缝代替三缝一缝代替三缝一缝代替三缝一缝代替三缝。某汽车厂房平面图某汽车厂房平面图图片桁架檩条7.2 厂房结构的框架形式厂房结构的框架形式 7.2.1 7.2.1 厂房结构的类型厂房结构的类型厂房结构的类型厂房结构的类型 单跨、双跨和多跨单跨、双跨和多跨 梁柱铰接梁柱铰接（排架排架）和）和梁柱刚接梁柱刚接（刚架刚架）。）。梁柱铰接：梁柱铰接：优点优点：对支座沉降反应较小；：对支座沉降反应较小；节点简单，端点无弯矩；下弦受拉节点简单，端点无弯矩；下弦受拉 缺点缺点：横向刚度较差，柱底弯矩大。：横向刚度较差，柱底弯矩大。适合适合：

14、高度较低，刚度容易满足，吊车小。：高度较低，刚度容易满足，吊车小。梁柱刚接梁柱刚接：（刚架）具有良好的横向刚度，但对：（刚架）具有良好的横向刚度，但对支座不均匀沉降及温度作用支座不均匀沉降及温度作用比较敏感，需采取防比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施。止不均匀沉降的措施。适合适合：厂房高，吊车大，：厂房高，吊车大，刚度要求高（整体变形小），刚度要求高（整体变形小），单跨厂房常用刚接。单跨厂房常用刚接。刚架多跨排架 轻钢厂房轻钢厂房：采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而：采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而且由于结构自重与传统单层厂房钢结构相比大为减轻，且由于结构自重与传统单层厂房钢结构相比大为减

15、轻，沉降问题不甚严重，因而是一种较好的结构形式。沉降问题不甚严重，因而是一种较好的结构形式。7.2.1.1 主要尺寸主要尺寸（1）跨度）跨度 L0=LK+2S (7.1)S=B+D+b1/2 (7.2)7.2.1横向框架的主要尺寸及计算简图横向框架的主要尺寸及计算简图 （2）柱脚底面至横梁下弦底部距离）柱脚底面至横梁下弦底部距离H H=h1+h2+h3 (7.3)（3）计算简图）计算简图 计算跨度计算跨度L(或或L1、L2)取两上柱轴线间的距离。取两上柱轴线间的距离。几何高度几何高度H1、H2的确定，的确定，取决于横梁（或屋盖）与取决于横梁（或屋盖）与柱的连接形式柱的连接形式：刚接刚接还是还是

16、铰接？铰接？有限刚度有限刚度：对柱顶的横向荷载，当满足下式的条件时，可：对柱顶的横向荷载，当满足下式的条件时，可近似认为近似认为横梁的刚度为无穷大横梁的刚度为无穷大，即，即柱顶刚接柱顶刚接；否则横梁刚度；否则横梁刚度按有限刚度考虑：按有限刚度考虑：KAB/KAC4 （7.5）式式中中：KAB横横梁梁远远端端固固定定使使近近端端A点点转转动动单单位位角角时时在在A点点所所需需施施加加的的力力矩矩值值；KAC柱柱在在A点点转转动动单单位位角角时时在在A点点所所需需施施加加的的力矩值；力矩值；类似：类似：梁柱线刚度比；梁柱线刚度比；P147公式（公式（6.23）（6.24）。）。高度高度H：柱顶：柱

17、顶刚接刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离(横梁假定为无限刚性横梁假定为无限刚性)，或柱脚底面至横梁端部形心的距离，或柱脚底面至横梁端部形心的距离(横梁横梁为有限刚性为有限刚性）；柱顶）；柱顶铰接铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离。点间距离。对对阶形柱阶形柱应以肩梁上表面作分界线将应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度划分为上部柱高度H1和和下部柱高度下部柱高度H2。（3）计算高度）计算高度H0的确定的确定 H0=H 为为柱柱的的计计算算长长度度系系数数；与与柱柱上上下下端端约约束束程程度度K值值有有

18、关关。K为为柱柱端端的的梁梁柱柱线线刚刚度度比比，详详见见P147式式（6.236.24）以及以及P149。（4）计算简图）计算简图 计算单元计算单元7.2.2 横向框架荷载和内力横向框架荷载和内力 7.2.2.1 荷载荷载 永久荷载永久荷载永久荷载永久荷载：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。设备管道等的自重。可变荷载可变荷载可变荷载可变荷载：风荷载、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷：风荷载、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震荷载等。载、吊车荷载、地震荷载等。冰裹荷载冰裹荷载 温度应力、基础不均匀沉降、纵向荷载、吊车荷载

19、。温度应力、基础不均匀沉降、纵向荷载、吊车荷载。雪荷载雪荷载雪荷载雪荷载一般不与屋面均布活荷载一般不与屋面均布活荷载同时考虑同时考虑同时考虑同时考虑，积灰荷载与，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者较大者较大者较大者同时考虑。同时考虑。7.2.2.2 内力分析和组合内力分析和组合 分析：分析：按结构力学的方法进行，也可利用现成的图按结构力学的方法进行，也可利用现成的图表或计算机程序分析框架内力。表或计算机程序分析框架内力。内力不利组合：控制截面内力不利组合：控制截面 （1）上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩）上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩M、轴、轴向

20、力向力N和剪力和剪力V。（2）柱脚锚固螺栓的计算内力。）柱脚锚固螺栓的计算内力。（3）柱与屋架刚接柱与屋架刚接柱与屋架刚接柱与屋架刚接时，时，4种种最不利的横梁最不利的横梁M、V进行组合：进行组合：（a）使屋架下弦杆产生最大压力；）使屋架下弦杆产生最大压力；（b）使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产）使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力；生最大拉力；（c、d）使腹杆产生最大拉力或最大压力。）使腹杆产生最大拉力或最大压力。考虑施工情况，但只考虑屋面恒荷载所产生的支座端弯考虑施工情况，但只考虑屋面恒荷载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利

21、作用不考虑它的有利作用不考虑它的有利作用不考虑它的有利作用。组合系数：组合系数：一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合：一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合：（1）恒荷载恒荷载+1.0可变荷载；可变荷载；组合系数组合系数 （2）恒荷载）恒荷载+0.9(可变荷载可变荷载1+可变荷载可变荷载2)（3）地震区应参照）地震区应参照建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范进行进行偶然组合偶然组合偶然组合偶然组合。（4）对单层吊车的厂房，）对单层吊车的厂房，垂直轮压及横向水平力垂直轮压及横向水平力一般根据一般根据同一同一跨间、两台满载吊车并排运行跨间、两台满载吊车并排运行的不利情况考虑，对多跨厂房一般的不利

22、情况考虑，对多跨厂房一般只考虑只考虑4台吊车台吊车作用。作用。当对采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，当对采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据参与组合的应根据参与组合的吊车台数吊车台数吊车台数吊车台数及其及其工作制工作制工作制工作制，乘以相应的，乘以相应的折减系数折减系数折减系数折减系数。吊车工作制（吊车工作制（A1A8 共共8级）级）工作级别是以工作级别是以起重机的寿命为标准起重机的寿命为标准，在荷载不同、作用，在荷载不同、作用频次不同的情况下，具有相同寿命的起重机划分在同一级别。频次不同的情况下，具有相同寿命的起重机划分在同一级别。划分工作级别划分工作级别目的目的

23、是为设计、制造和用户的选用之间提是为设计、制造和用户的选用之间提供合理、统一的技术基础和参考标准，进而取得较好的安全供合理、统一的技术基础和参考标准，进而取得较好的安全和经济效果，使起重机的工作状态得到比较准确的反映和经济效果，使起重机的工作状态得到比较准确的反映。7.2.3框架柱的类型框架柱的类型按结构形式可分为按结构形式可分为等截面柱等截面柱等截面柱等截面柱、阶形柱阶形柱阶形柱阶形柱和和分离式柱分离式柱分离式柱分离式柱三大类。三大类。等截面柱等截面柱等截面柱等截面柱有实腹式和格构式两种。将吊车梁支于牛腿上，构有实腹式和格构式两种。将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但造简单，但吊车竖向荷载偏心大

24、吊车竖向荷载偏心大吊车竖向荷载偏心大吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量，只适用于吊车起重量Q150kN，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。，或无吊车且厂房高度较小的轻型厂房中。实腹式实腹式格构式格构式 阶形柱阶形柱阶形柱阶形柱也可分为也可分为实腹式和格构式实腹式和格构式两种。由于吊车梁或吊车两种。由于吊车梁或吊车桁架支承在柱截面变化的肩梁处，桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小荷载偏心小荷载偏心小荷载偏心小，构造合理，其用，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在厂房中广泛应用。钢量比等截面柱节省，因而在厂房中广泛应用。实腹式实腹式 格构式格构式 分离式柱分离式柱分离式柱分离式柱构造

25、简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于10m，且吊，且吊车起重量车起重量Q750kN的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起重量很悬殊，而低跨吊车的起重量Q500kN的特殊情况。的特殊情况。实腹式实腹式 格构式格构式 7.2.4 纵向框架的柱间支撑纵向框架的柱间支撑 7.2.4.1 7.2.4.1 柱间支撑的作用和布置柱间支撑的作用和布置柱间支撑的作用和布置柱间支撑的作用和布置 柱间支撑与厂房框架柱相连接，其

26、柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用作用：组成坚强的纵向构架，保证厂房的组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度纵向刚度纵向刚度纵向刚度；承受厂房承受厂房纵向荷载纵向荷载纵向荷载纵向荷载（风荷载、吊车纵向水平荷载及温（风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力、地震力等），并传至基础；度应力、地震力等），并传至基础；可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的面外的计算长度计算长度计算长度计算长度。柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑上层支撑上层支撑上层支撑，吊车梁以下部分称为吊车梁以下部分称

27、为下层支撑下层支撑下层支撑下层支撑。下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂刚性很大的悬臂刚性很大的悬臂刚性很大的悬臂桁架桁架桁架桁架。设置位置：设置位置：设置位置：设置位置：1）厂房较长厂房较长厂房较长厂房较长，下层支撑下层支撑应该设在应该设在温度区段中部温度区段中部温度区段中部温度区段中部。2）当）当吊车位置高吊车位置高吊车位置高吊车位置高而车间而车间总长度又很短时总长度又很短时总长度又很短时总长度又很短时：下层支撑设在两端：下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提高很多，不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提

28、高很多，这时放在两端才是合理的。这时放在两端才是合理的。（3）温度区段温度区段90m时，中央设一道下层支撑时，中央设一道下层支撑(a)；温度区段温度区段90m，在，在1/3处各设一道支撑处各设一道支撑(b)，以免传力路程，以免传力路程太长。太长。7.2.4.2 柱间支撑的形式和计算柱间支撑的形式和计算十字交叉式、八字式、门架式等十字交叉式、八字式、门架式等十字交叉式：构造简单、传力直接、用料节省，最为普遍。十字交叉式：构造简单、传力直接、用料节省，最为普遍。八字式、门架式八字式、门架式（1）荷载荷载承受水平荷载承受水平荷载上层柱间支撑：承受山墙传来的风荷载；上层柱间支撑：承受山墙传来的风荷载；

29、下层柱间支撑：风荷载、吊车的纵向水平荷载。下层柱间支撑：风荷载、吊车的纵向水平荷载。（2）计算）计算 根据具体情况按根据具体情况按轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件（拉杆或（拉杆或压杆压杆）设计。）设计。7.3 屋盖结构屋盖结构7.3.1 屋盖结构的形式屋盖结构的形式7.3.1.1 7.3.1.1 屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系屋盖结构体系 (1)(1)无檩屋盖无檩屋盖无檩屋盖无檩屋盖：一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型：一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，跨度通常采用屋面，跨度通常采用6m，有条件时也可采用，有条件时也可采用12m。屋面刚度大，耐久性也高，但自重大

30、屋面刚度大，耐久性也高，但自重大屋面刚度大，耐久性也高，但自重大屋面刚度大，耐久性也高，但自重大，从而使屋架和柱，从而使屋架和柱的荷载增加，且由于大型屋面板与屋架上弦杆的的荷载增加，且由于大型屋面板与屋架上弦杆的焊接焊接焊接焊接常常常常得不到保证，只能得不到保证，只能有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不有限地考虑它的空间作用，屋盖支撑不能取消能取消能取消能取消。对比：砌体中刚性、弹性和钢弹性方案对比：砌体中刚性、弹性和钢弹性方案对比：砌体中刚性、弹性和钢弹性方案对比：砌体中刚性、弹性和钢弹性方案 我国将砌体结构房屋根据房屋的刚度

31、分为三我国将砌体结构房屋根据房屋的刚度分为三种计算方案：刚性方案、弹性方案和刚弹性方案。种计算方案：刚性方案、弹性方案和刚弹性方案。横墙较多且间距较小，其屋盖和层间楼盖可横墙较多且间距较小，其屋盖和层间楼盖可以视作结构的横隔板，这种房屋属于刚性结构；以视作结构的横隔板，这种房屋属于刚性结构；横墙很少、间距超过一定范围的则属于弹性结构。横墙很少、间距超过一定范围的则属于弹性结构。(2)(2)有檩屋盖有檩屋盖有檩屋盖有檩屋盖：常用于：常用于轻型屋面材料轻型屋面材料轻型屋面材料轻型屋面材料的情况。如压型钢板、的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮。压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮。制作方便

32、，施工速度快。制作方便，施工速度快。当压型钢板或压型铝板与檩条进行可靠连接后，形成一当压型钢板或压型铝板与檩条进行可靠连接后，形成一深梁深梁深梁深梁，能有效地传递屋面纵横方向的，能有效地传递屋面纵横方向的水平力水平力水平力水平力(包括风荷载及包括风荷载及吊车制动力等吊车制动力等)，能提高屋面的整体刚度能提高屋面的整体刚度能提高屋面的整体刚度能提高屋面的整体刚度。这一现象可称为。这一现象可称为应力蒙皮效应应力蒙皮效应应力蒙皮效应应力蒙皮效应。随着我国随着我国冷弯薄壁型钢结构设计规范冷弯薄壁型钢结构设计规范冷弯薄壁型钢结构设计规范冷弯薄壁型钢结构设计规范的颁布，在墙的颁布，在墙面、屋面均采用压型钢

33、板作围护材料的房屋设计中已逐步面、屋面均采用压型钢板作围护材料的房屋设计中已逐步开始开始考虑应力蒙皮效应考虑应力蒙皮效应考虑应力蒙皮效应考虑应力蒙皮效应对屋面刚度的贡献。对屋面刚度的贡献。7.3.1.2屋架的形式屋架的形式三角形、梯形、平行弦和人字形平面桁架等。三角形、梯形、平行弦和人字形平面桁架等。桁架应用极广，适应跨度范围桁架应用极广，适应跨度范围(6m，60m)非常大。非常大。平面桁架结构是由上下弦杆和腹杆组成，平面桁架结构是由上下弦杆和腹杆组成，相当于掏去中相当于掏去中相当于掏去中相当于掏去中间部分未充分受力材料的简支梁间部分未充分受力材料的简支梁间部分未充分受力材料的简支梁间部分未充

34、分受力材料的简支梁。在桁架内部，在桁架内部，则上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶平则上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶平则上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶平则上弦受压，下弦受拉，由此形成力偶平衡外荷载产生的弯矩衡外荷载产生的弯矩衡外荷载产生的弯矩衡外荷载产生的弯矩。腹杆抵抗剪力腹杆抵抗剪力腹杆抵抗剪力腹杆抵抗剪力，拉压由桁架形式和，拉压由桁架形式和荷载作用形式确定。荷载作用形式确定。桁架实际受力比较复杂，为简化计算采用桁架实际受力比较复杂，为简化计算采用三个假定三个假定三个假定三个假定：（1 1）组成桁架的所有各杆件连接节点）组成桁架的所有各杆件连接节点）组成桁架的所有各杆件连接节点）组成桁架的所

35、有各杆件连接节点铰接点铰接点铰接点铰接点；（2 2）各杆都是直杆并在同一平面内，其）各杆都是直杆并在同一平面内，其）各杆都是直杆并在同一平面内，其）各杆都是直杆并在同一平面内，其轴线通过截面轴线通过截面轴线通过截面轴线通过截面重心重心重心重心；（3 3）所有外力都作用在节点上并在）所有外力都作用在节点上并在）所有外力都作用在节点上并在）所有外力都作用在节点上并在桁架平面内桁架平面内桁架平面内桁架平面内。（1 1）桁架）桁架）桁架）桁架：受力合理，充分发挥材料性能。受力合理，充分发挥材料性能。受力合理，充分发挥材料性能。受力合理，充分发挥材料性能。桁架杆件虽轴向受力，但总体仍受弯曲控制。在桁架杆

36、件虽轴向受力，但总体仍受弯曲控制。在桁架杆件虽轴向受力，但总体仍受弯曲控制。在桁架杆件虽轴向受力，但总体仍受弯曲控制。在均布节点荷载下，其均布节点荷载下，其均布节点荷载下，其均布节点荷载下，其上弦受压，下弦受拉上弦受压，下弦受拉上弦受压，下弦受拉上弦受压，下弦受拉，主要抵，主要抵，主要抵，主要抵抗弯矩，而抗弯矩，而抗弯矩，而抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力腹杆则主要抵抗剪力腹杆则主要抵抗剪力腹杆则主要抵抗剪力。（2 2）平行弦桁架：为等高桁架，）平行弦桁架：为等高桁架，）平行弦桁架：为等高桁架，）平行弦桁架：为等高桁架，“掏空的梁掏空的梁掏空的梁掏空的梁”。弦杆内力弦杆内力弦杆内力弦杆内力值随弯矩

37、值大小而变化，值随弯矩值大小而变化，值随弯矩值大小而变化，值随弯矩值大小而变化，跨中大而支座跨中大而支座跨中大而支座跨中大而支座处小处小处小处小，差值较大。，差值较大。，差值较大。，差值较大。腹杆内力跨中小而支座处小腹杆内力跨中小而支座处小腹杆内力跨中小而支座处小腹杆内力跨中小而支座处小，差值较大。，差值较大。，差值较大。，差值较大。2 2）三角形桁架三角形桁架三角形桁架三角形桁架：桁架高度由跨中向两端迅速：桁架高度由跨中向两端迅速：桁架高度由跨中向两端迅速：桁架高度由跨中向两端迅速(直线形直线形直线形直线形)变小，而弯矩变小，而弯矩变小，而弯矩变小，而弯矩(抛物线形抛物线形抛物线形抛物线形)

38、变化较慢，变化较慢，变化较慢，变化较慢，故弦杆内力靠近跨故弦杆内力靠近跨故弦杆内力靠近跨故弦杆内力靠近跨中处小，而靠近支座处大中处小，而靠近支座处大中处小，而靠近支座处大中处小，而靠近支座处大，差值极大。，差值极大。，差值极大。，差值极大。因因高度变化大于剪力变化高度变化大于剪力变化高度变化大于剪力变化高度变化大于剪力变化，故，故腹杆受力腹杆受力腹杆受力腹杆受力情况与矩情况与矩形桁架相反，即形桁架相反，即跨中小而支座处小，差值较大跨中小而支座处小，差值较大跨中小而支座处小，差值较大跨中小而支座处小，差值较大。（3 3）梯形桁架梯形桁架梯形桁架梯形桁架：根据：根据：根据：根据跨中起拱高度的大小跨

39、中起拱高度的大小跨中起拱高度的大小跨中起拱高度的大小，其内力，其内力，其内力，其内力变化变化变化变化摇摆于摇摆于摇摆于摇摆于平行弦梯形桁架与三角桁架之间。平行弦梯形桁架与三角桁架之间。平行弦梯形桁架与三角桁架之间。平行弦梯形桁架与三角桁架之间。小结：小结：小结：小结：上述三类桁架材料性能的应用均未能充分发上述三类桁架材料性能的应用均未能充分发上述三类桁架材料性能的应用均未能充分发上述三类桁架材料性能的应用均未能充分发挥出来。挥出来。挥出来。挥出来。（4）弧形桁架：桁架的高度变化与弯矩图变化一致，）弧形桁架：桁架的高度变化与弯矩图变化一致，即上弦为抛物线形。即上弦为抛物线形。弦杆各节间内力全等，

40、是弦杆各节间内力全等，是最理想的桁架形式最理想的桁架形式最理想的桁架形式最理想的桁架形式，但施但施工复杂，故较少采用。工复杂，故较少采用。腹杆全不受力，甚至可省去腹杆全不受力，甚至可省去腹杆全不受力，甚至可省去腹杆全不受力，甚至可省去。小结：小结：小结：小结：在其它条件相同情况下，受力最合理，节点构造最简单，在其它条件相同情况下，受力最合理，节点构造最简单，用料最经济，自重最轻，施工也可行的是用料最经济，自重最轻，施工也可行的是弧形或多边形格架弧形或多边形格架弧形或多边形格架弧形或多边形格架。但其上。但其上弦非直线制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。弦非直线制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。

41、7.3.1.3 托架、天窗架形式托架、天窗架形式支承中间屋架的桁架称为支承中间屋架的桁架称为托架托架，托架一般采用平行弦桁，托架一般采用平行弦桁架，其腹杆采用带竖杆的人字形体系。架，其腹杆采用带竖杆的人字形体系。分为下承式、上承式、单壁式、双壁式。分为下承式、上承式、单壁式、双壁式。为了满足为了满足为了满足为了满足采光采光采光采光和和和和通风通风通风通风的要求，厂房中常设置天窗。的要求，厂房中常设置天窗。的要求，厂房中常设置天窗。的要求，厂房中常设置天窗。可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗，一般常采用可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗，一般常采用可分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗，一般常采用可

42、分为纵向天窗、横向天窗和井式天窗，一般常采用纵纵纵纵向天窗向天窗向天窗向天窗。有时为了更好地有时为了更好地组织通风组织通风组织通风组织通风，避免房屋外面气流的干，避免房屋外面气流的干扰，对纵向天窗还设置有扰，对纵向天窗还设置有挡风板挡风板挡风板挡风板。7.3.2 屋盖支撑屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑竖向支撑 系杆系杆上弦水平支撑 纵横向都有设置纵横向都有设置下弦水平支撑注意：对于轻型门式刚架注意：对于轻型门式刚架注意：对于轻型门式刚架注意：对于轻型门式刚架结构往往就不设了。结构往

43、往就不设了。结构往往就不设了。结构往往就不设了。纵横向都有设置纵横向都有设置纵横向都有设置纵横向都有设置=30m竖向支撑跨中设跨中设跨中设跨中设2 2 2 2道道道道30m系杆柱间支撑屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 a.保证屋盖结构的保证屋盖结构的几何稳定性几何稳定性几何稳定性几何稳定性。几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定(1)屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 b.b.保证屋盖的保证屋盖的保证屋盖的保证屋盖的刚度和空间整体性刚度和空间整体性刚度和空间整体性刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑：一个水平放置：一个水平放置：一个水平放置：一个水

44、平放置(或接近水平或接近水平或接近水平或接近水平放置放置放置放置)的的的的桁架桁架桁架桁架，支座是柱或垂直支撑，支座是柱或垂直支撑，支座是柱或垂直支撑，支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗：提高屋架平面内（横向）抗：提高屋架平面内（横向）抗：提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成弯刚度，使框架协同工作，形成弯刚度，使框架协同工作，形成弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性空间整体性空间整体性空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。c.为弦杆提供适当的为弦

45、杆提供适当的侧向支承点侧向支承点侧向支承点侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架在屋架平面外的计算长度平面外的计算长度，保证受压上弦杆的，保证受压上弦杆的侧向稳定侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。d.承担并传递承担并传递水平荷载水平荷载水平荷载水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。e.保证结构保证结构安装时的稳定与方便安装时的稳定与方便安装时的稳定与方便安装时的稳定与方便（2）屋盖支撑的布置）屋盖支撑的布置 a.上弦横向上弦横向上弦横向上

46、弦横向水平支撑水平支撑:在在有檩条有檩条有檩条有檩条或只或只采用大型屋面板采用大型屋面板采用大型屋面板采用大型屋面板的屋盖中都应设的屋盖中都应设置屋架置屋架上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。窗架上弦也应设置横向水平支撑。设置在房屋的两端设置在房屋的两端设置在房屋的两端设置在房屋的两端，一般设在第一个柱间或设，一般设在第一个柱间或设在第二个柱间，间距在第二个柱间，间距L060m；当当 L060m，尚应在中部增设，以符合此要求。，尚应在中部增设，以符合此要求。上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图

47、与上、下弦杆对应与上、下弦杆对应与上、下弦杆对应与上、下弦杆对应连接上弦横向水平支撑连接上弦横向水平支撑连接上弦横向水平支撑连接上弦横向水平支撑连接下弦横向水平支撑连接下弦横向水平支撑连接下弦横向水平支撑连接下弦横向水平支撑 b.b.下弦横向下弦横向下弦横向下弦横向水平支撑水平支撑水平支撑水平支撑 （1 1）屋架间距）屋架间距）屋架间距）屋架间距L L 12m12m，尚设，尚设，尚设，尚设屋架下弦横屋架下弦横屋架下弦横屋架下弦横向水平支撑向水平支撑向水平支撑向水平支撑；但当屋架但当屋架但当屋架但当屋架跨度比较小跨度比较小跨度比较小跨度比较小，又无吊车或其他振，又无吊车或其他振，又无吊车或其他振

48、，又无吊车或其他振动设备时，可动设备时，可动设备时，可动设备时，可不设下弦横向水平支撑不设下弦横向水平支撑不设下弦横向水平支撑不设下弦横向水平支撑。b.b.下弦横向下弦横向下弦横向下弦横向水平支撑水平支撑水平支撑水平支撑 （2 2）下弦横向水平支撑一般和上弦横向水）下弦横向水平支撑一般和上弦横向水）下弦横向水平支撑一般和上弦横向水）下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平平平平支撑支撑支撑支撑布置在同一柱间布置在同一柱间布置在同一柱间布置在同一柱间以形成空间稳定以形成空间稳定以形成空间稳定以形成空间稳定体系的基本组成部分。体系的基本组成部分。体系的基本组成部分。体系的基本组成部分。b.b.下弦横向下

49、弦横向下弦横向下弦横向水平支撑水平支撑水平支撑水平支撑 （3 3）L L 12m12m时，由于在屋架下弦设置支时，由于在屋架下弦设置支时，由于在屋架下弦设置支时，由于在屋架下弦设置支撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上撑不便，可不必设置下弦横向水平支撑，但上弦支撑应弦支撑应弦支撑应弦支撑应适当加强适当加强适当加强适当加强，并应用，并应用，并应用，并应用隅撑或系杆隅撑或系杆隅撑或系杆隅撑或系杆对对对对屋梁屋梁屋梁屋梁下弦侧向加以支承下弦侧向加以支承下弦侧向加以支承下弦侧向加以支承。（a a）屋盖间距为）屋盖间距为

50、）屋盖间距为）屋盖间距为6m 6m （b b）屋盖间距为）屋盖间距为）屋盖间距为）屋盖间距为12m12m屋架上弦平面屋架上弦平面屋架上弦平面屋架上弦平面（4 4 4 4）当）当）当）当L L L L18m18m18m18m时，檀条跨度过大，宜设置时，檀条跨度过大，宜设置时，檀条跨度过大，宜设置时，檀条跨度过大，宜设置纵向次纵向次纵向次纵向次桁架桁架桁架桁架，使主桁架，使主桁架，使主桁架，使主桁架(屋架屋架屋架屋架)与次桁架组成与次桁架组成与次桁架组成与次桁架组成纵横桁架体系纵横桁架体系纵横桁架体系纵横桁架体系，次桁架间再设置檩条或设置横梁及檩条。次桁架间再设置檩条或设置横梁及檩条。次桁架间再设