《钢屋架设计》PPT课件.ppt

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1、普通钢屋架设计1/14/20231/14/20231 1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 v桁架的内力计算桁架的内力计算钢屋架设计钢屋架设计v桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度v杆件截面型式杆件截面型式v一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择v桁架的节点设计桁架的节点设计v桁架施工图桁架施工图屋架的形式及腹杆形式屋架的形式及腹杆形式 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uu屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相

2、适应。屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。uu屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应，使弦杆各节间的内力相差不大。间的内力相差不大。间的内力相差不大。间的内力相差不大。uu腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，腹杆的布置要合理，腹杆的总长度要短，数量要少，并应使较长的腹杆

3、受拉、较短的腹杆受压。并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。uu节点构造要简单合理、易于制造。节点构造要简单合理、易于制造。节点构造要简单合理、易于制造。节点构造要简单合理、易于制造。uu对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋，还要配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位

4、置来划分节间和布置腹杆。置腹杆。置腹杆。置腹杆。确定屋架形式的原则确定屋架形式的原则 vv梯形屋架梯形屋架的外形与弯矩图比较接近，受力的外形与弯矩图比较接近，受力情况较三角形好，腹杆较短，一般用于屋情况较三角形好，腹杆较短，一般用于屋面坡度比较小的屋盖中。这种屋架已成为面坡度比较小的屋盖中。这种屋架已成为工业厂房屋盖结构的基本形式。工业厂房屋盖结构的基本形式。1.1.1.1.永久荷载永久荷载永久荷载永久荷载屋面恒载屋面恒载檩条自重檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重屋架、其它构件自重和围护结构自重 2.2.可变荷载可变荷载 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、

5、风荷载 及吊车荷载。及吊车荷载。桁架的内力计算桁架的内力计算 3.3.施工荷载（屋面活载）施工荷载（屋面活载）组合一：组合一：全跨恒载全跨恒载+全跨活载全跨活载组合二：组合二：全跨恒载全跨恒载+半跨活载半跨活载组合三：组合三：全跨屋架、支撑和天窗自重全跨屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板重半跨屋面板重+半跨屋面活荷载半跨屋面活荷载荷载组合效应荷载组合效应 注：注：屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，取两者中的较大值计算。取两者中的较大值计算。n n屋架的节点为铰接；屋架的节点为铰接；n n屋架所有杆件的轴线都在同一平面内，且屋架所有杆件的轴线都在同一平面内，且相交于节

6、点的中心；相交于节点的中心；n n荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。计算屋架杆件内力的基本假定计算屋架杆件内力的基本假定 计算内力系数计算内力系数在一般的工业厂房中屋架的计算跨度取在一般的工业厂房中屋架的计算跨度取支柱轴线支柱轴线之间的距离减去之间的距离减去0.3m0.3m。屋架的计算跨度屋架的计算跨度 桁架桁架平面内平面内计算长度计算长度 弦杆弦杆 支座斜杆支座斜杆 (节间长度）节间长度）支座竖杆支座竖杆 中间腹杆中间腹杆 桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度 qq 桁架桁架桁架桁架平面外平面外平面外平面外计算长度计算长度计算长度计算长度 弦杆弦杆弦

7、杆弦杆 （侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）（侧向支撑点间距离）腹杆腹杆腹杆腹杆 （节间长度（节间长度（节间长度（节间长度 ）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部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。所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。平面内平

8、面内计算长度计算长度:平面外平面外计算长度：计算长度：考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助援助”作用。作用。pp 变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度变内力压杆的计算长度 杆件截面选取的原则：杆件截面选取的原则：承载能力高，抗弯强度大，承载能力高，抗弯强度大，便于连接，用料经济通常便于连接，用料经济通常 选用角钢和选用角钢和T T型钢型钢 等强设计：等强设计：压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。杆件截面型式杆件截面型式截面伸展截面伸展壁厚较薄壁厚较薄外表平整外表平整 角钢杆件截面形式角钢杆件截

9、面形式受压弦杆（上弦）：受压弦杆（上弦）：有节间荷载时有节间荷载时受拉弦杆（下弦）：受拉弦杆（下弦）：支座斜腹杆及竖杆：支座斜腹杆及竖杆：其他腹杆：其他腹杆：连接垂直支撑的竖杆连接垂直支撑的竖杆：垂直支撑传力时竖垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心，杆不致产生偏心，方便吊装。方便吊装。屋架构造的一般要求屋架构造的一般要求 同一榀屋架中，角钢的规格不超过同一榀屋架中，角钢的规格不超过5 56 6种种 最小角钢最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋的小角钢屋 架不受此限。架不受此限。一般构造要求与截面选择一般构造要求与截面选择任务：任务：确定

10、节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计确定节点的构造，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。算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。注意：注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。钢在两弦杆间直接传力。桁架节点设计桁架节点设计 1.1.节点设计的一般原则节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。轴

11、线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。使节点紧凑时只能切肢尖。双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点双角钢截面杆件的节点 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。节点板上各杆件之间的间距节点板上各杆件之间的间距a:a:偏心力矩：偏心力矩：-第第i i杆的线刚度杆的线刚度当偏心当偏心e e0.05h0.05h时考时考虑偏心对杆件产生的虑偏心对杆件产生的附加弯矩附加弯矩：受静载时，受静载时，受动载时，受动载时，2.2.节点板设计：节点板

12、设计：形状简单、规则，如矩形、梯形形状简单、规则，如矩形、梯形 梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹梯形和平行弦屋架的节点半板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点半板杆最大内力确定，三角形屋架节点半板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大支座节点板厚度可以大2mm,2mm,其他节点板其他节点板 厚度相同。厚度相同。节点板的拉剪破坏：节点板的拉剪破坏：第第i i段的拉剪折算系数段的拉剪折算系数第第i i段破坏线与拉力轴线的夹角段破坏线与拉力轴线的夹角 第第i i段破坏面的截面积段破坏面的截面积单根腹杆的节点板按下式计算单根腹杆的节点板按下式

13、计算：节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度节点板的有效宽度，当用螺栓连接时，应取净宽度板件厚度，板件厚度，应力扩散角，取应力扩散角，取3030。对对无竖腹杆无竖腹杆的节点板，的节点板，当当节点板的稳定承载力可取为节点板的稳定承载力可取为c c为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定：由试验研究，桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定：对对有竖腹杆有竖腹杆的节点板，的节点板，当当在任何情况下在任何情况下不得大于不得大于 ，至弦杆的净距离，至弦杆的净距离，t t为节点板厚度为节点板厚度。可不计算稳定可不计算稳定,

14、否则应进行稳定计算。否则应进行稳定计算。时时，时时，1 1）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于）节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于30302 2）斜腹杆与弦杆夹角应在）斜腹杆与弦杆夹角应在303060603 3）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，否则应沿自由边设加劲肋。用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求用上述方法计算桁架节点板强度和稳定的要求在任何情况下，在任何情况下，不得大于不得大于当当时，时，应进行稳定计算应进行稳定计算 3.3.节点的构造与计算节点的构造与计算 一般节点一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。

15、节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。腹杆与节点板间的传力腹杆与节点板间的传力-两侧角焊缝两侧角焊缝 （L L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。心力角钢的角焊缝计算。弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，弦杆与节点板间角焊缝只传递差值，按下式计算其焊缝长度。按下式计算其焊缝长度。肢背焊缝：肢背焊缝：肢尖焊缝：肢尖焊缝：有集中荷载的节点有集中荷载的节点q节点板不伸出节点板不伸出 槽焊缝槽焊缝“K”K”假定只传递假定只传递P P力，按两条角焊缝力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为（焊脚尺寸为0.5t0.5t）计算所需的长度。计算所需的长度。“A”A”焊缝焊缝传递弦

16、杆两端内力差传递弦杆两端内力差N=N1-N2N=N1-N2和偏和偏 心力矩心力矩M=NeM=Ne。焊缝两端的最大焊缝两端的最大 合成应力：合成应力：q 节点板部分伸出节点板部分伸出 当当“A”A”焊缝强度不足时，采用焊缝强度不足时，采用 节点板伸出方案，节点板伸出方案，肢尖肢尖“A”A”与肢背与肢背“B”B”两条焊缝传递弦杆两条焊缝传递弦杆 与节点板间内力，与节点板间内力，P P较小，近似按只承受轴力时较小，近似按只承受轴力时的肢尖和肢背的分配系数将的肢尖和肢背的分配系数将下弦跨中拼接节点下弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，构造：拼接角钢采用与弦杆相同的规格，切去竖肢及切去直

17、角边棱，安装螺栓，切去竖肢及切去直角边棱，安装螺栓，拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元拼接角钢与节点板各焊于不同的连接单元。焊缝计算焊缝计算 弦杆自身拼接焊缝（弦杆自身拼接焊缝（“C”“C”焊缝），传递两侧弦焊缝），传递两侧弦杆杆 内力的较小值内力的较小值N,N,考虑到截面形心处的力与拼接考虑到截面形心处的力与拼接 角钢两侧的焊缝近于等距，角钢两侧的焊缝近于等距，N N力由两根拼接角钢力由两根拼接角钢 的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一的四条焊缝平分传递。弦杆和连接角钢连接一 侧的焊缝长度为：侧的焊缝长度为：拼接角钢长度为拼接角钢长度为内力较大一侧的下弦杆与节点板间的焊缝传内力较大一侧

18、的下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差递弦杆内力之差N,N,如如NN过小则取弦杆较大过小则取弦杆较大内力的内力的15%15%，内力较小一侧弦杆与节点板间焊，内力较小一侧弦杆与节点板间焊缝参照传力一侧采用。缝参照传力一侧采用。弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：弦杆与节点板一侧的焊缝强度验算：上弦跨中拼接节点上弦跨中拼接节点 构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。安装螺栓2 2个。个。计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点计算：弦杆和拼接角钢间焊缝算法与下弦跨中节点 相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点相同，弦杆和节点板间焊缝算法与上弦节点 相同。相同

19、。支座节点支座节点 屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。屋架与柱子的连接可以设计成铰接或刚接。屋架与柱的刚接：屋架与柱的刚接：刚接节点连接焊缝刚接节点连接焊缝传递内力由以下两传递内力由以下两部分组成：部分组成：屋面荷载产生的屋面荷载产生的横梁端反力，横梁端反力，横梁端弯矩在上横梁端弯矩在上下弦轴线处产生的下弦轴线处产生的附加水平力、附加附加水平力、附加竖向反力，下弦处竖向反力，下弦处的水平力中还应包的水平力中还应包括框架内力组合的括框架内力组合的相应水平剪力。相应水平剪力。梯形屋架支座节点梯形屋架支座节点节点板节点板加劲肋加劲肋底板底板锚栓锚栓加劲肋作用：加劲肋作用：提高支座节点的侧向刚提高

20、支座节点的侧向刚度，使支座底版受力均度，使支座底版受力均匀，减少底版弯矩匀，减少底版弯矩支座节点力的传递路线为：支座节点力的传递路线为：节点板节点板 H H形焊缝形焊缝底底板板 屋架杆件屋架杆件合力合力R RL L形焊缝形焊缝加劲肋加劲肋 支座节点的计算：支座节点的计算：底板：底板：底板面积：底板面积：底板厚度：底板厚度：按均布荷载下板的抗弯计算，将按均布荷载下板的抗弯计算，将 基础反力看成均布荷载基础反力看成均布荷载q,q,底板被节点板和加底板被节点板和加 劲肋分成劲肋分成4 4块两相邻边支撑的板，其单位宽度块两相邻边支撑的板，其单位宽度 的弯矩为：的弯矩为：加劲肋：加劲肋：按悬臂梁计算，固

21、端截面的剪力按悬臂梁计算，固端截面的剪力固端截面弯矩固端截面弯矩加劲肋与节点板间竖向焊缝加劲肋与节点板间竖向焊缝L:L:焊缝受力：焊缝受力：焊缝验算：焊缝验算：支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝：支座节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝：传递全部反力传递全部反力R R。在图纸左上部绘制索引图。在图纸左上部绘制索引图。对称桁架，一半注对称桁架，一半注 明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形明杆件几何长度，另一半注明杆件内力。梯形 屋架屋架L24mL24m，三角形三角形L15mL15m,应予起拱应予起拱f=L/500f=L/500。施工祥图中，主要图面用以绘制屋架的正立面施工祥图中，主要图面用

22、以绘制屋架的正立面 图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特图，上下弦的平面图，侧面图，安装节点及特 殊零件大样图，材料表。殊零件大样图，材料表。比例尺：杆件轴线为比例尺：杆件轴线为 1 1：20201 1：3030，节点为，节点为1 1：10101 1：1515。定位尺寸：定位尺寸：轴线至肢背的距离，节点中心至轴线至肢背的距离，节点中心至 腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距下、左、右的距离。螺孔位置要符合型钢线距 表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。表和螺栓排列规定距离要求，焊缝应注明尺寸。桁架节

23、点施工图桁架节点施工图各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右各零件要进行详细编号，按主次、上下、左右顺序进行。顺序进行。顺序进行。顺序进行。施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及为了简化图面而易于用文字集中说明的内容为了简化图面而易于用文字集中说明的内容为了简化图面而易于用文字集中说明的内容为了简化图面而易于用文字集中说明的内容，如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式和质量等级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、级、图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸以及防腐、运输和加工要求运输和加工要求运输和加工要求运输和加工要求。