屋蓋結(jié)構(gòu)體系

1、 第九章 單層廠房鋼結(jié)構(gòu)返回 §9-4屋蓋結(jié)構(gòu)體系9.4.1  鋼屋蓋結(jié)構(gòu)的形式、組成及布置鋼屋蓋結(jié)構(gòu)通常由屋面、檁條、屋架、托架和天窗架等構(gòu)件組成。根據(jù)屋面材料和屋面結(jié)構(gòu)布置情況的不同，可分為無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系和有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系。一、無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系無檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系(圖9.1.1,a)中屋面板通常采用鋼筋混凝土大型屋面板、鋼筋加氣混凝土板等。屋架的間距應與屋面板的長度配合一致，通常為6m。這種屋面板上一般采用卷材防水屋面，通常適用于較小屋面坡度，常用坡度為1:81:12，因此常采用梯形屋架做為主要承重構(gòu)件。 無檁體系屋蓋屋面

2、構(gòu)件的種類和數(shù)量少，構(gòu)造簡單，安裝方便，施工速度快，且屋蓋剛度大，整體性能好；但屋面自重大，常要增大屋架桿件和下部結(jié)構(gòu)的截面，對抗震也不利。二、有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系（圖9.1.1, b）常用于輕型屋面材料的情況。如壓型鋼板、壓型鋁合金板、石棉瓦、瓦楞鐵皮等。屋架間距通常為6m；當柱距大于或等于12m時，則用托架支承中間屋架，一般適用于較陡的屋面坡度以便排水，常用坡度為1:21:3，因此常采用三角形屋架做為主要承重構(gòu)件。當采用較好的防水措施用壓型鋼板做屋面時，屋面坡度也可做到1:12或更小，此時也可用H型鋼梁做為主要承重構(gòu)件。有檁體系屋蓋可供選用的屋面材料種類較多，屋架間距

3、和屋面布置較靈活，自重輕，用料省，運輸和安裝較輕便；但構(gòu)件的種類和數(shù)量多，構(gòu)造較復雜。在選用屋蓋結(jié)構(gòu)體系時，應全面考慮房屋的使用要求、受力特點、材料供應情況以及施工和運輸條件等，以確定最佳方案。三、天窗架形式在工業(yè)廠房中，為了滿足采光和通風等要求，常需在屋蓋上設(shè)置天窗。天窗的形式有縱向天窗、橫向天窗和井式天窗三種。后兩種天窗的構(gòu)造較為復雜，較少采用。最常用的是沿房屋縱向在屋架上設(shè)置天窗架（圖9.4.1），該部分的檁條和屋面板由屋架上弦平面移到天窗架上弦平面，而在天窗架側(cè)柱部分設(shè)置采光窗。天窗架支承于屋架之上，將荷載傳遞到屋架。四、托架形式在工業(yè)廠房的某些部位，常因放置設(shè)備或交通運輸要求而需局部

4、少放一根或幾根柱。這時該處的屋架（稱為中間屋架）就需支承在專門設(shè)置的托架上（圖9.4.2）。托架兩端支承于相鄰的柱上，跨中承受中間屋架的反力。鋼托架一般做成平行弦桁架，其跨度一般不大，但所受荷載較重。鋼托架通常做在與屋架大致同高度的范圍內(nèi)，中間屋架從側(cè)面連接于托架的豎桿，構(gòu)造方便且屋架和托架的整體性、水平剛度和穩(wěn)定性都好。當鋼屋蓋以平面桁架作為主要承重構(gòu)件時，各個平面桁架（屋架）要用各種支撐及縱向桿件（系桿）連成一個空間幾何不變的整體結(jié)構(gòu)，才能承受荷載。這些支撐及系桿統(tǒng)稱為屋蓋支撐。它由上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐及系桿組成（圖9.4.3）。下面分別介紹各類支

5、撐及系桿的位置、組成、形式及計算和構(gòu)造。(1)、上弦橫向水平支撐    上弦橫向水平支撐一般布置在屋蓋兩端（或每個溫度區(qū)段的兩端）的兩榀相鄰屋架的上弦桿之間，位于屋架上弦平面沿屋架全跨布置，形成一平行弦桁架，其節(jié)間長度為屋架節(jié)間距的24倍。它的弦桿即屋架的上弦桿，腹桿由交叉的斜桿及豎桿組成。交叉的斜桿一般用單角鋼或圓鋼制成（按拉桿計算），豎桿常用雙角鋼的T型截面。當屋架有檁條時，豎桿由檁條兼任。(2)、下弦橫向水平支撐    下弦橫向水平支撐布置在與上弦橫向水平支撐同一開間，它也形成一個平行弦桁架，位于屋架下弦平面

6、。其弦桿即屋架的下弦，腹桿也是由交叉的斜桿及豎桿組成，其形式和構(gòu)造與上弦橫向水平支撐相同。橫向水平支撐的間距不宜大于60m，當溫度區(qū)段長度較長時，應在中部增設(shè)上下弦橫向水平支撐。    (3)、下弦縱向水平支撐    它位于屋架下弦兩端節(jié)間處，位于屋架下弦平面，沿房屋全長布置，也組成一個具有交叉斜桿及豎桿的平行弦桁架，它的端豎桿就是屋架端節(jié)間的下弦。下弦縱向水平支撐與下弦橫向水平支撐共同構(gòu)成一個封閉的支撐框架，以保證屋蓋結(jié)構(gòu)有足夠的水平剛度。一般情況下，屋架可以不設(shè)置下弦縱向水平支撐，僅在房屋有較大起重量的橋式吊車

7、、壁行吊車或鍛錘等較大振動設(shè)備，以及房屋高度或跨度較大或空間剛度要求較大時，才設(shè)置下弦縱向水平支撐。此外，在房屋設(shè)有托架處，為保證托架的側(cè)向穩(wěn)定，在托架范圍及兩端各延伸一個柱間應設(shè)置下弦縱向水平支撐。(4)、 垂直支撐    垂直支撐位于上、下弦橫向水平支撐同一開間內(nèi)，形成一個跨長為屋架間距的平行弦桁架。它的上、下弦桿分別為上、下弦橫向水平支撐的豎桿，它的端豎桿就是屋架的豎桿（或斜腹桿）。垂直支撐中央腹桿的形式由支撐桁架的高跨比決定，一般常采用W形或雙節(jié)間交叉斜桿等形式。腹桿截面可采用單角鋼或雙角鋼形截面?？缍刃∮?0m的梯形屋架通常在屋架兩端

8、和跨度中央各設(shè)置一道垂直支撐。當跨度大于30m時，則在兩端和跨度1/3處分別共設(shè)四道。一般情況下，跨度小于18m的三角形屋架只需在跨度中央設(shè)一道垂直支撐，大于18m時則在1/3跨度處共設(shè)兩道。(5)、在沿廠房縱向每間隔46個屋架應設(shè)置垂直支撐，以保證屋架安裝時的穩(wěn)定性。系桿在未設(shè)橫向支撐的開間，相鄰平面屋架由系桿連接。系桿通常在屋架兩端，有垂直支撐位置的上、下弦節(jié)點以及屋脊和天窗側(cè)柱位置，沿房屋縱向通長布置。系桿對屋架上、下弦桿提供側(cè)向支承，因此必要時，還應根據(jù)控制這些弦桿長細比的要求按一定距離增設(shè)中間系桿。對于有檁屋蓋，檁條可兼作系桿。系桿中只能承受拉力的稱為柔性系桿，設(shè)計時可按容許長細比4

9、00（有重級工作制吊車的廠房為350）控制，常采用單角鋼或張緊的圓鋼拉條（此時不控制長細比）；能承受壓力的稱剛性系桿，設(shè)計時可按200控制，常用雙角鋼形或十字形截面。一般在屋架下弦端部及上弦屋脊處需設(shè)置剛性系桿，其它可設(shè)柔性系桿。當房屋兩端為山墻時，上、下弦橫向水平支撐及垂直支撐可設(shè)在兩端第二開間，這時第一開間的所有系桿均設(shè)為剛性系桿。當房屋長度大于60m時，應在中間增設(shè)一道（或幾道）上、下弦橫向水平支撐及垂直支撐。屋蓋支撐因受力較小一般不進行內(nèi)力計算。其截面尺寸由桿件容許長細比和構(gòu)造要求確定。交叉斜桿一般按拉桿控制，容許長細比與柔性系桿相同。非交叉斜桿、弦桿等按壓桿200控制。對于跨度較大且

10、承受墻面?zhèn)鱽砗艽蟮娘L力的橫向水平支撐，應按桁架體系計算內(nèi)力選擇截面，同時亦應控制長細比。具有交叉斜腹桿的支撐桁架可按圖9.4.4所示計算簡圖計算。在節(jié)點荷載W的作用下，圖中每節(jié)間僅考慮受拉斜腹桿工作，另一根（虛線所示）斜腹桿則假定它因屈曲退出工作（偏安全），這樣桁架成為靜定體系使計算簡化。當荷載反向時，兩組斜桿受力情況恰好相反。屋蓋支撐的構(gòu)造應力求簡單、安裝方便。其連接節(jié)點構(gòu)造如圖94.5所示。上弦橫向水平支撐的角鋼肢尖應向下，且連接處適當離開屋架節(jié)點(圖9.4.5,a)，以免影響大型屋面板或檁條安放。交叉斜桿在相交處應有一根桿件切斷，另加節(jié)點板用焊縫或螺栓連接(圖9.4.5,a)。交叉斜桿處

11、如與檁條相連(圖9.4.5, b),則兩根斜桿均應切斷，用節(jié)點板相連。下弦橫向和縱向水平支撐的角鋼肢尖允許向上(圖9.4.5,c)，其中交叉斜桿可以肢背靠肢背交叉放置，中間填以填板，桿件無需切斷。垂直支撐可只與屋架豎桿相連(圖9.4.5,d)，也可通過豎向小鋼板與屋架弦桿及屋架豎桿同時相連(圖9.4.5, e)。支撐與屋架的連接通常用M20 C級螺栓,支撐與天窗架的連接可用M16 C級螺栓。在有重級工作制吊車或有其它較大振動設(shè)備的廠房，屋架下弦支撐及系桿宜用高強度螺栓連接，或用C級螺栓再加焊縫將節(jié)點板固定。從前述屋蓋支撐的布置及組成不難理解，屋蓋支撐雖不是主要承重構(gòu)件，但它對保證主要承重構(gòu)件屋架正常工作起著重要作