鋼結(jié)構(gòu)單層廠房課程設(shè)計(jì)詳細(xì)講義課件

1、單層廠房鋼結(jié)構(gòu)請(qǐng)單擊此圖播放1 單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的組成及布置原則1.1 單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的組成 單層廠房鋼結(jié)構(gòu)一般由屋蓋結(jié)構(gòu)、柱、吊車(chē)梁、制動(dòng)梁（或制動(dòng)桁架）、各類(lèi)支撐及墻架等構(gòu)件組成的空間體系。按其作用分為： 1.橫向框架 2.屋蓋結(jié)構(gòu) 3.支撐體系 4.吊車(chē)梁和制動(dòng)梁 5.墻架1.2 柱網(wǎng)和溫度伸縮縫的布置 1.柱網(wǎng)布置 2.溫度伸縮縫柱間支撐下層柱間支撐上層柱間支撐9-1 單廠鋼結(jié)構(gòu) 4 屋蓋結(jié)構(gòu)體系1.了解鋼屋蓋的種類(lèi)、截面形式和應(yīng)用；3.掌握鋼屋蓋的設(shè)計(jì)和施工圖的繪制；2.掌握屋蓋支撐體系的作用和布置原則； 普通鋼屋架設(shè)計(jì)內(nèi)容：屋架的荷載計(jì)算；桿件內(nèi)力計(jì)算和組合；正確選擇桿的截面型式和確

2、定計(jì)算長(zhǎng)度；選擇截面并驗(yàn)算各桿件的承載力；計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接并繪制鋼屋架施工圖。鋼屋蓋的類(lèi)別包括：平面鋼屋架空間桁架： 網(wǎng)架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(wú)檁屋蓋體系和有檁屋蓋體系。 房屋橫向剛度大，整體性、耐久性 好；屋面板自重大，屋蓋及下部結(jié)構(gòu)用料多，對(duì)抗震不利。 屋架間距靈活，構(gòu)件重量輕、施工、安裝方便；屋蓋構(gòu)件數(shù)量多，整體剛度差。1.無(wú)檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系：2.有檁屋蓋結(jié)構(gòu)體系：一般用于預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板等重型屋面，將屋面板直接放在屋架上。 常用于輕型屋面材料的情況。 鋼屋架大型屋面板結(jié)

3、構(gòu)體系無(wú)檁體系優(yōu)點(diǎn)：屋蓋橫向剛度大，整體性好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，耐久缺點(diǎn)：屋面自重較大，抗震不利鋼屋架檁條輕型屋面板結(jié)構(gòu)體系檁條垂直支撐有檁體系 優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件自重輕，用料省，運(yùn)輸安裝輕便缺點(diǎn)：構(gòu)件較多，構(gòu)造較復(fù)雜，吊裝次數(shù)較多鋼屋蓋結(jié)構(gòu)由屋面、屋架和支撐三部分組成。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)兩類(lèi)：有檁屋蓋，無(wú)檁屋蓋3.天窗架形式4.托架形式圖9.4.2 無(wú)檁屋蓋 平面屋架在屋架平面外的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。因此，為使屋架結(jié)構(gòu)有足夠的空間剛度和穩(wěn)定性，必須在屋架間設(shè)置支撐系統(tǒng)。 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 系桿 組成4.2 鋼屋蓋支撐平面屋架在其本身平面內(nèi)由于弦桿與腹桿構(gòu)

4、成了三角形的幾何不變鉸接體系而具有較大的剛度，但在垂直于屋架平面方向(通稱(chēng)屋架平面外)，不設(shè)支撐體系的平面屋架卻不能保持其幾何不變。屋架支撐布置屋架的端視圖，當(dāng)在屋架端部?jī)晌菁荛g未設(shè)垂直支撐桁架時(shí)，雖有檁條和系桿的連系，屋架相互間仍是幾何可變的，在側(cè)向力作用下屋架會(huì)傾斜；僅當(dāng)設(shè)了垂直支撐桁架和系桿，才能保持各個(gè)屋架在平面外的幾何穩(wěn)定性。圖為屋架上弦平面圖，在未設(shè)上弦平面內(nèi)的支撐桁架時(shí)，雖有檁條把各個(gè)屋架連成一片，但當(dāng)屋架上弦桿因受壓而失穩(wěn)時(shí)，整個(gè)上弦會(huì)屈曲成一個(gè)“半波”。如在房屋兩端的柱間內(nèi)設(shè)置上弦橫向支撐桁架，則屋架上弦將屈曲成多個(gè)“半波”，從而提高上弦桿的整體穩(wěn)定性，亦即提高了承載能力。由

5、此可見(jiàn)平面桁架如無(wú)支撐系統(tǒng)從側(cè)面“扶持”，將不能發(fā)揮它的承重作用。屋蓋支撐系統(tǒng)做法是：首先在屋蓋兩端的兩榀相鄰平面屋架對(duì)應(yīng)的上弦桿間、下弦桿間、端部豎桿(或斜桿)間、以及跨中某些豎桿(或斜桿）間，用水平、垂直和傾斜方向的支撐桿件互相聯(lián)系；這樣就在垂直于兩相相鄰屋架的側(cè)向形成許多水平和垂直支撐桁架(即圖中的上、下弦橫向水平支撐和端部、跨中垂直支撐)，并與兩榀相鄰屋架共同組成堅(jiān)強(qiáng)的空間桁架結(jié)構(gòu)體系。其它的屋架則用較少數(shù)量的上、下弦系桿與上述空間桁架架結(jié)構(gòu)體系相連，使整個(gè)屋蓋成為具有足夠空間幾何不變性、穩(wěn)定性和剛度的屋蓋結(jié)構(gòu)體系。 1.上弦橫向水平支撐組成： 屋架上弦、斜向桿件、檁條、系桿 作用：保

6、證屋架側(cè)向剛度和屋蓋的空間剛度，減小上弦在平面外計(jì)算長(zhǎng)度，承受和傳遞端墻的風(fēng)荷載。 布置： 上弦橫向水平支撐一般應(yīng)設(shè)置在房屋兩端或縱向溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間，其最大間距為60m，否則在中間應(yīng)增設(shè)一道或幾道支撐。有時(shí)可將其布置在第二個(gè)柱間，但在第一個(gè)柱間要設(shè)置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風(fēng)力。 上弦橫向水平支撐，通常采用單角鋼柔性鉸 。11112222上弦平面叉斜腹桿和雙角鋼十形或T形截面受壓橫腹桿(橫腹桿型式與下面所述剛性系桿完全相同)體系。 a 屋架上弦橫向水平支撐 2.下弦橫向水平支撐組成： 屋架下弦桿、斜桿、系桿作用： 山墻抗風(fēng)柱的支點(diǎn)，承受并傳遞水平風(fēng)荷載、懸掛吊車(chē)的水平力

7、和地震引起的水平力，減小下弦的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，減小下弦的振動(dòng)。布置： 與上弦橫向支撐布置在同一開(kāi)間，形成穩(wěn)定的空間體系，其最大間距為60m。 屋架跨度大于18m時(shí)，屋架下弦設(shè)有懸掛吊車(chē)時(shí)，抗風(fēng)柱支承在屋架下弦時(shí)，屋架下弦設(shè)通長(zhǎng)縱向支撐時(shí)，宜設(shè)屋架下弦橫向支撐。 下弦橫向水平支撐。在相鄰兩榀桁架的下弦平面內(nèi)沿跨度全長(zhǎng)設(shè)置。其桿件形式同上弦橫向水平支撐。下弦平面3.下弦縱向水平支撐 組成：系桿、斜桿作用：增加屋蓋空間剛度，承受和傳遞吊車(chē)橫向水平制動(dòng)力。布置：屋架兩邊，與橫向支撐形成封閉框。 當(dāng)房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高時(shí)，設(shè)有支承中間屋架的托架，或設(shè)有重級(jí)或大噸位的中級(jí)工作制橋式吊車(chē)等較

8、大振動(dòng)設(shè)備時(shí)，均應(yīng)在屋架端節(jié)間平面內(nèi)設(shè)置縱向水平支撐。 一般情況可以省掉。下弦縱向水平支撐一般房屋的屋蓋不設(shè)縱向水平支撐：當(dāng)房屋設(shè)有托架時(shí)，必須在托架范圍及其此端各廷伸一個(gè)柱間的下弦端節(jié)間平面內(nèi)設(shè)置下弦縱向水平支撐。下弦縱向水平支撐虛線為柔性桿；實(shí)線為剛性桿組成：系桿、斜桿 作用：使相鄰屋架形成幾何不變的空間體系，保證側(cè)向穩(wěn)定。 布置位置：屋架的垂直支撐應(yīng)與上、下弦橫向水平支撐設(shè)置在同一柱間。每隔45個(gè)開(kāi)間布置一道。 4.垂直支撐 無(wú)天窗，跨度l30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處 。布置原則: （1）梯形或平行弦屋架 無(wú)天窗，跨度l30m，布置在屋架兩端、跨中。 圖9.4.5a 垂直支撐的布

9、置圖9.4.5b 垂直支撐的布置垂直支撐即在相鄰兩榀桁架的對(duì)應(yīng)豎桿(或斜桿)間平面內(nèi)設(shè)置的作為支撐的垂直桁架。通常情況下，當(dāng)梯形屋架跨度l30m時(shí)在兩端和跨度中央共設(shè)三道。垂直支撐 有天窗、跨度l30m，布置在屋架兩端、跨度l/3處、天窗架兩端 。 有天窗、跨度l30m，布置在屋架兩端、跨中、天窗架兩端 。圖9.4.5c 垂直支撐的布置圖9.4.5d 垂直支撐的布置當(dāng)l30m時(shí)在兩端以及跨度 l3處或天窗架側(cè)柱處共設(shè)四道。l /3l /3l /3垂直支撐的腹桿體系取決于高跨尺寸和比例：中央垂直支撐的高跨比例約0.5，常用雙節(jié)間交叉受拉斜腹桿體系；兩端垂直支撐的高跨比例約0.3，常用W形腹桿體系

10、、腹桿截面根據(jù)桿件長(zhǎng)度和受力情況(拉或壓)而采用單角鋼或雙角鋼T形截面。圖9.4.3圖9-7圖9-8 作用：在無(wú)支撐的開(kāi)間處，保證屋架的側(cè)向穩(wěn)定，減小弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度，傳遞水平荷載。 系桿分剛性系桿（既能受拉也能受壓）和柔性系桿（只能承受拉力）兩種。屋架主要支承節(jié)點(diǎn)處的系桿，屋架上弦脊節(jié)點(diǎn)處的系桿均宜用剛性系桿。布置： 在橫向支撐或垂直支撐節(jié)點(diǎn)處應(yīng)沿房屋通長(zhǎng)設(shè)置系桿。 水平橫向支撐設(shè)在第二柱間時(shí)，第一柱間端屋架需與第二榀屋架用剛性系桿連接，其余設(shè)置剛性或柔性系桿均可。 屋脊節(jié)點(diǎn)、屋架支座節(jié)點(diǎn)設(shè)置剛性系桿。5.系桿末設(shè)水平支撐的桁架，其上、下弦的側(cè)向支承點(diǎn)由系桿來(lái)保證。系桿通常設(shè)于屋架兩端以及有垂

11、直支撐位置的上、下弦節(jié)點(diǎn)，并設(shè)于屋脊和天窗架側(cè)柱位置的上弦節(jié)點(diǎn)。f柔性系桿K 剛性系桿此外，對(duì)受壓的上弦，必要時(shí)也對(duì)下弦，還應(yīng)根據(jù)控制弦桿長(zhǎng)細(xì)比的要求按一定間距增設(shè)中間系桿。系桿的端部應(yīng)可靠地連接到上、下弦橫向水平支撐或垂直支撐的節(jié)點(diǎn)，以便屋蓋水平力能通過(guò)系桿的拉力或壓力最終傳遞到這些節(jié)點(diǎn)。系桿按受力和構(gòu)造要求可設(shè)計(jì)成柔性系桿或剛性系桿。一般跨度房屋的系桿受力很小，柔性系桿的設(shè)計(jì)可按350，400控制，常用單角鋼截面；剛性系桿的設(shè)計(jì)可按=200控制，常用雙角鋼十形截面。兩端與屋架可靠連固的檁條，當(dāng)其長(zhǎng)細(xì)比滿(mǎn)足要求時(shí)，可同時(shí)作為上弦系桿。 屋架支撐為平行弦桁架，其弦桿可兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿

12、一般采用十字交叉式，與弦桿的交角在30o60o之間。通常橫向水平支撐節(jié)點(diǎn)間的距離為屋架上弦節(jié)間距離的24倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節(jié)間的長(zhǎng)度，一般為6m左右。 支撐中的交叉斜桿以及柔性系桿按拉桿設(shè)計(jì)，通常用單角鋼做成；非交叉斜桿、弦桿、橫桿以及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，宜采用雙角鋼做成的T形截面或十字形截面，其中橫桿和剛性系桿常用十字形截面使在兩個(gè)方向具有等穩(wěn)定性。 屋蓋支撐受力較小，截面尺寸一般由桿件容許長(zhǎng)細(xì)比和構(gòu)造要求決定。支撐與屋架的連接通常用M20的C級(jí)螺栓，支撐與天窗架的連接通常用M16的C級(jí)螺栓 。6. 支撐的計(jì)算和構(gòu)造在布置屋蓋支撐時(shí)尚應(yīng)考慮以下情況： 通常把屋架和天窗架的所有上、

13、下弦橫向水平支撐和各垂直支撐盡量都布置在屋蓋同一處的兩榀桁架間。支撐通常在房屋或每個(gè)溫度區(qū)段的兩端各設(shè)一道。當(dāng)其間凈距超過(guò)60m時(shí)再在中間增設(shè)一道或幾道。上、下弦橫向和縱向水平支撐的交叉斜桿通常連于屋架上、下弦桿，其橫桿則常做成與剛性系桿完全相同，連接也相同。屋蓋支撐的構(gòu)造a. 上弦支撐b . 下弦支撐柔性系桿剛性系桿柔性系桿剛性系桿支撐連接板 為了安裝方便，屋蓋支撐通常用M 20C級(jí)螺栓與屋架連接。支撐與天窗架的連接螺栓可略減小至M16。對(duì)有較大起重量或重級(jí)工作制吊車(chē)或較大振動(dòng)設(shè)備的廠房，支撐與屋架下弦的連接除用C級(jí)安裝螺栓外還應(yīng)焊接，或改用摩擦型高強(qiáng)度螺栓。剛性系桿、柔性系桿和垂直支撐通常

14、連于上、下弦節(jié)點(diǎn) 處專(zhuān)門(mén)焊制的支撐連接板上，連接的做法和尺寸完全統(tǒng)一。 保證屋蓋的整體性，提高空間剛度 僅由平面桁架、檁條及屋面材料組成的屋蓋結(jié)構(gòu)，是一個(gè)不穩(wěn)定的體系，如果將某些屋架在適當(dāng)部位用支撐連系起來(lái)，成為穩(wěn)定的空間體系，其余屋架再由檁條或其他構(gòu)件連接在這個(gè)空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。 避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的振動(dòng) 支撐可作為屋架弦桿的側(cè)向支撐點(diǎn)，減小弦桿出平面外的計(jì)算長(zhǎng)度。 承擔(dān)和傳遞水平荷載（如縱向和橫向風(fēng)荷載、懸掛吊車(chē)水平荷載和地震作用等）。 保證結(jié)構(gòu)安裝時(shí)的穩(wěn)定與方便 屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來(lái)組成一個(gè)基本空間穩(wěn)定體，在此基礎(chǔ)上即可順序進(jìn)

15、行其他構(gòu)件的安裝。7.支撐的作用 桁架是由桿件組成的幾何不變體，即是指由直桿在桿端相互連接而組成的以抗彎為主的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。桁架中的桿件大多只承受軸向力，桿件截面上應(yīng)力分布均勻，材料性能發(fā)揮較好，從而能節(jié)省鋼材和減輕結(jié)構(gòu)自重，特別適用于跨度和高度較大的結(jié)構(gòu)。 桁架在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用很廣，分為空間桁架和平面桁架兩類(lèi)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和各種塔架結(jié)構(gòu)為空間桁架，常用的平面桁架如屋架、吊車(chē)桁架、支撐、橋梁等。平面簡(jiǎn)支桁架的桿件內(nèi)力不受支座沉降和溫度變化的影響，且構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便最為常用。本節(jié)著重討論平面簡(jiǎn)支鋼桁架屋架的設(shè)計(jì)。6 桁架的形式和截面設(shè)計(jì)3.滿(mǎn)足制造、安裝和運(yùn)輸要求 構(gòu)造簡(jiǎn)單，桿件夾角3060； 桿件與

16、節(jié)點(diǎn)數(shù)量少； 分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；確定屋架形式的原則：滿(mǎn)足適用、經(jīng)濟(jì)和制造安裝方便的原則。1.滿(mǎn)足使用要求屋架外形應(yīng)與屋面材料的排水要求相適應(yīng)。2.滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)要求 屋架外形應(yīng)盡量和彎矩圖接近，使上下弦桿 內(nèi)力沿跨度方向分布較均勻，腹桿受力較小； 腹桿的布置宜使短桿受壓，長(zhǎng)桿受拉； 荷載布置在節(jié)點(diǎn)上，減少弦桿局部受彎。6.1 桁架的形式和主要尺寸1. 桁架的形式（1）三角形桁架 受力不均勻，剛度小，坡度大，排水好，適用于中、小跨度（l在1824m）采用輕型屋面材料的有檁體系。圖9.6.1 三角形桁架 主要有三角形、梯形、矩形等。芬克式芬克式 外形和彎矩圖不相適應(yīng)，弦桿內(nèi)力分布不均勻，近支座處

17、內(nèi)力大，近跨中處小，橫向剛度小。 上下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。可將上弦或下弦改變?yōu)檎劬€形或陡坡梯形，以改善受力和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。（2）梯形桁架 外形與彎矩圖較接近，受力好，省材料，應(yīng)用廣泛。 適用于屋面坡度平緩且跨度較大時(shí)的無(wú)檁屋蓋結(jié)構(gòu)。圖9.6.2 梯形桁架人字式特點(diǎn)：腹桿總長(zhǎng)度短，節(jié)點(diǎn)少。特點(diǎn)：可避免節(jié)間直接受荷（非節(jié)點(diǎn)荷載）。再分式屋架高度 梯形屋架的中部高度一般為（1/101/6）L，與柱剛接的梯形屋架，端部高度一般為（1/161/12）L，通常取為1.62.4m。 與柱鉸接的梯形屋架，端部高度可按跨中經(jīng)濟(jì)高度和上弦坡度決定。（3）平行弦桁架 屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內(nèi)力分布不均

18、勻。上、下弦桿水平，腹桿長(zhǎng)度一致，桿件類(lèi)型少，標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化程度高，主要用于托架、支撐體系 。LhhLhh0L圖9.6.3 平行弦桁架腹桿體系 桁架中的腹桿主要用以聯(lián)系上下弦桿和構(gòu)成節(jié)點(diǎn)并傳遞節(jié)點(diǎn)荷載。常用的腹桿體系人字式、交叉式、再分式。2.桁架主要尺寸 跨度：據(jù)工藝需要定，一般為3m模數(shù)，12、15、18、21、24、27、30、36m等(注意：柱軸線距離) 。 l0(桁架兩端支座反力間的距離) l-（300400mm）高度：根據(jù)經(jīng)濟(jì)、剛度和建筑要求，以及屋面坡度，運(yùn)輸條件等確定。 三角形跨中 h（1/41/6）l 梯形 跨中 h（1/61/10）l，上弦坡度（1/81/15）端部 h01

19、.62.2m（鉸接時(shí)） h01.82.4m（剛接時(shí)） 屋架跨中最大高度取決于運(yùn)輸界限，如鐵路運(yùn)輸界限為3.85m 。 屋架上弦節(jié)間：據(jù)屋面材料定，盡可能使荷載直接作用在屋架節(jié)點(diǎn)上 ,避免上弦桿產(chǎn)生局部彎距。1. 桁架的荷載計(jì)算與荷載組合（1）桁架荷載永久荷載： 屋面材料、保溫層、防水層、檁條、支撐、屋架、天窗架等結(jié)構(gòu)自重。 6.2 桁架的荷載和內(nèi)力計(jì)算 可變荷載：屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、懸掛吊車(chē)荷載等。屋面活荷載與雪荷載不同時(shí)出現(xiàn)，取兩者中較大值計(jì)算。桁架和支撐自重可按經(jīng)驗(yàn)公式：gWk=(0.12+0.011L)kN/m2（2）節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算桁架上的荷載通過(guò)檁條和大型屋面板肋以集中

20、力方式作用于桁架節(jié)點(diǎn) 永久荷載可變荷載 永久荷載半跨可變荷載 屋架、支撐和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷載（3）荷載組合房屋還有吊頂(棚）重、吊掛管道重、積灰荷載由于位于水泥廠、高爐、轉(zhuǎn)爐、沖天爐等車(chē)間附近的房屋等。以上荷載通?？煽醋魇蔷加谖菝鎯A斜面積或水平投影面積上的荷載，以kNm2計(jì)，其值可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001或手冊(cè)查得，或按材料的厚度或規(guī)格算得。計(jì)算桿件內(nèi)力時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)荷載，即荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)。雪荷載或屋面活荷載：屋面水平投影面上的雪荷載設(shè)計(jì)值S按下式： 式中s0為房屋所在地區(qū)的基本雪壓，可由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范查得；為屋面積雪分布系數(shù)，一般在屋面坡度25

21、 時(shí)取1，50時(shí)取0。中間按直線插值；1.4為雪荷載分項(xiàng)系數(shù)。設(shè)計(jì)屋架時(shí)還要考慮屋面活荷載，與雪荷載不同時(shí)考慮，而取其中的較大者；也考慮全跨或僅左或右半跨情況。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定不上人屋面的活荷載。設(shè)計(jì)屋面時(shí)，活荷載應(yīng)按上述均布活荷載取。風(fēng)荷載：作用在一般房屋和屋蓋表面上的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值w按下式：風(fēng)荷載一般可不予考慮對(duì)輕型屋面、開(kāi)敞式房屋或風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值大時(shí)，應(yīng)根據(jù)房屋體形、坡度情況及封閉狀況等，按荷載規(guī)范的規(guī)定計(jì)算風(fēng)荷載的作用。 各種均布荷載匯集成節(jié)點(diǎn)荷載的計(jì)算式為：i第i種荷載分項(xiàng)系數(shù)。9-3 鋼屋架設(shè)計(jì) 基本假定 a. 桁架的各節(jié)點(diǎn)均視為鉸接。 b. 桁架所有桿件的軸線平直且都在同一平面內(nèi)

22、且在節(jié)點(diǎn)處交匯。 c. 荷載都作用在節(jié)點(diǎn)上，且都在桁架平面內(nèi)。 2. 桁架桿件的內(nèi)力計(jì)算 局部彎矩 上弦有節(jié)間荷載時(shí)，除軸心力外還產(chǎn)生局部彎矩。理論上應(yīng)按彈性支座的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，一般偏于安全地簡(jiǎn)化取端部節(jié)間正彎矩M10.8M0，其它節(jié)間的正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩M20.6M0，M0是把弦桿節(jié)間視為簡(jiǎn)支梁求得的最大彎矩。圖9.6.6 局部彎矩作用的計(jì)算簡(jiǎn)圖內(nèi)力計(jì)算 用數(shù)解法或圖解法或借助電算，求出節(jié)點(diǎn)荷載作用下屋架各桿件的內(nèi)力0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M01桿件內(nèi)力計(jì)算的原則和方法 桁架桿件內(nèi)力一般按節(jié)點(diǎn)荷載作用下的鉸接桁架計(jì)算。這時(shí)所有桿件為軸心受

23、力，不承受彎矩，具體計(jì)算可用圖解法、數(shù)解法、計(jì)算機(jī)法等。 實(shí)際桁架節(jié)點(diǎn)為焊縫、鉚釘或螺栓連接，具有很大剛性，接近于剛接，各桿件將既受軸心力又受彎矩。但是，普通鋼桁架中各桿件截面高度一般都小于其長(zhǎng)度的115(對(duì)腹桿)和110(對(duì)弦桿)，抗彎剛度較小，因而在節(jié)點(diǎn)荷載作用下按剛接桁架桿算得的桿件彎矩M常比較小，而軸心力N與鉸接情況計(jì)算結(jié)果相差很小，故一般都按鉸接桁架計(jì)算。 由于存在彎曲應(yīng)力，按剛接桁架計(jì)算的桿件應(yīng)力將比鉸接桁架有所增加，加大部分稱(chēng)為次應(yīng)力。對(duì)于少數(shù)荷載較重的桁架，當(dāng)桿件截面高度超過(guò)其長(zhǎng)度的110時(shí)，次應(yīng)力?？蛇_(dá)主應(yīng)力的1030%。必要時(shí)可作計(jì)算。 (1)各桿件的軸線均居于同一平面內(nèi)且

24、相交于節(jié)點(diǎn)中心； (2)各節(jié)點(diǎn)均視為鉸接，忽略實(shí)際節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的次應(yīng)力； (3)荷載均作用于桁架平面內(nèi)的節(jié)點(diǎn)上，因此各桿只受軸向力作用。對(duì)作用于節(jié)間處的荷載需按比例分配到相近的左、右節(jié)點(diǎn)上，但計(jì)算上弦桿時(shí)，應(yīng)考慮局部彎曲影響；屋架桿件內(nèi)力計(jì)算采用下列假定：計(jì)算內(nèi)力系數(shù)1/21111/2計(jì)算出圖示半跨單位荷載作用下的內(nèi)力，稱(chēng)為各桿件的內(nèi)力系數(shù)。利用內(nèi)力系數(shù)可以求出實(shí)際荷載作用下的內(nèi)力。ABCD11111/21111/21111/21/21/21111/211111/21111/21111/21/21/21111/2ABCDA1B1C1D1A2B2C2D2NAB=NA1B1+NA2B2NC1D1=NA

25、2B2NAB=NA1B1+NC1D16.3 桁架桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比弦桿、支座斜桿、支座豎桿 l0 x=l，中間腹桿 l0 x=0.8l 。1. 桁架平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度l0 x圖9.6.7a 桿件平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度圖9.6.7b 桿件平面外的計(jì)算長(zhǎng)度2. 桁架平面外計(jì)算長(zhǎng)度l0y取決于弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距離。上弦桿無(wú)檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點(diǎn)與上弦桿焊接時(shí):l0y=2b（3m）b屋面板寬度。檁條與支撐點(diǎn)交叉不連接時(shí)：l0y=l1檁條與支撐點(diǎn)交叉連接時(shí)：l0y=l1 下弦桿：取縱向水平支撐節(jié)點(diǎn)與系桿或系桿與系桿之間的距離。 腹桿：由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對(duì)桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端

26、視為鉸接，則l0y=l 當(dāng)受壓弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距為2倍節(jié)間長(zhǎng)度，且兩個(gè)節(jié)間弦桿內(nèi)力不同，則弦桿平面外的計(jì)算長(zhǎng)度：圖9.6.8 桿件內(nèi)力變化時(shí)在桁架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度 當(dāng)l00.5l1時(shí)，取l0=0.5l1，N1為較大的壓力，取“”，N2為較小的壓力或拉力，壓力取“”，拉力取“”。 芬克式屋架、再分式腹桿受壓桿件在平面外計(jì)算長(zhǎng)度同上，平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度為節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度。l1屋架弦桿側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離。（9.6.3）4.桁架桿件容許長(zhǎng)細(xì)比（表9.6.2）受壓構(gòu)件 150 受拉構(gòu)件 350 無(wú)吊車(chē)或輕、中級(jí)工作制吊車(chē)。 300 有重級(jí)工作制吊車(chē) 。 250 直接承受動(dòng)荷載 。 、 分別為桿件的長(zhǎng)細(xì)比和允許長(zhǎng)細(xì)

27、比。 桿件長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中容易因剛度不足而產(chǎn)生彎曲，在動(dòng)力荷載作用下振幅較大，在自重作用下有可見(jiàn)撓度，因此應(yīng)控制桿件的允許長(zhǎng)細(xì)比。3. 斜平面的計(jì)算長(zhǎng)度l0 單面連接的單角鋼和雙角鋼組成的十字形桿件，受力后有可能斜向失穩(wěn)，由于兩端節(jié)點(diǎn)有一定的嵌固作用，故斜平面計(jì)算長(zhǎng)度略作折減(支座斜桿和支座豎桿除外），l0=0.9l桁架各桿件在平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長(zhǎng)度l0按表9.6.1。原則：使兩個(gè)主軸方向的長(zhǎng)細(xì)比接近，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的。6.4 桁架桿件的截面選擇和計(jì)算1. 截面形式 普通鋼屋架的桿件通常采用雙角鋼拼成的T形截面或十字形截面。桿件截面組合方式二不等邊角鋼短肢相并iy （2.62.

28、9）ix計(jì)算長(zhǎng)度l0y較大的上、下弦桿L0y2l0 x，iy 2ix截面形式用途二不等邊角鋼長(zhǎng)肢相并iy （0.71.0）ix端斜桿、端豎桿、受較大彎矩作用的弦桿l0yl0 x，iy ix桿件截面組合方式截面形式用途二等邊角鋼相并其余腹桿、下弦桿二等邊角鋼組合成的十字形截面與豎向支撐相連的屋架豎桿單角鋼輕型鋼屋架中內(nèi)力較小的桿件iy （1.31.5）ixl0 x 0.8l0y，iy 1.25ixl0 xl0y0.9l，iy ixiy 1.0ix2.填板的設(shè)置 為了使兩個(gè)角鋼組成的截面能夠整體工作，需在角鋼相并肢之間每隔一定間距，焊一塊填板。圖9.6.9 桁架桿件的填板在受壓桿件兩側(cè)向支承點(diǎn)之間

29、填板數(shù)不得少于2個(gè)。40603.節(jié)點(diǎn)板的厚度i=iyi=iy0對(duì)于梯形普通鋼桁架按受力最大的腹桿內(nèi)力確定。見(jiàn)表9.6.4軸拉桿按強(qiáng)度確定桿件所需的截面面積： 軸壓桿按穩(wěn)定條件計(jì)算所需的毛截面面積： 先假定 ，弦桿80左右，腹桿100左右，查表，算出A，選定材料規(guī)格，再驗(yàn)算。4.截面選擇 考慮下列基本要求： 同一榀屋架中規(guī)格不宜過(guò)多，56種。 角鋼尺寸不宜過(guò)小，一般不小于L454或L56364。 對(duì)壓桿，選擇回轉(zhuǎn)半徑大的材料。 屋架弦桿至多變一次截面，變肢寬不變肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不變。5.截面計(jì)算軸心受拉桿件應(yīng)驗(yàn)算強(qiáng)度和長(zhǎng)細(xì)比要求。軸心受壓桿件和壓彎構(gòu)

30、件要計(jì)算強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定和長(zhǎng)細(xì)比。7 桁架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)7.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟和一般設(shè)計(jì)原則（1）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)步驟 據(jù)屋架幾何形式定出節(jié)點(diǎn)的軸線關(guān)系，桿件按比例畫(huà)出，弦桿肢尖與腹桿距離滿(mǎn)足前述基本要求。 計(jì)算腹桿焊縫，一般腹桿焊縫厚度同肢厚，圖中作出定位點(diǎn)。 計(jì)算弦桿與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，假定焊縫厚度，計(jì)算長(zhǎng)度，圖中作出定位點(diǎn)。 畫(huà)出節(jié)點(diǎn)板，將各定位點(diǎn)都包括在內(nèi)。 適當(dāng)調(diào)整焊縫厚度、長(zhǎng)度，重新驗(yàn)算。 各桿件的形心線應(yīng)盡量與屋架的幾何軸線重合，并交于節(jié)點(diǎn)中心，以避免由于偏心而產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)附加彎矩。 但考慮制造上的方便，通常把角鋼肢背到屋架軸線的距離調(diào)整為5mm的倍數(shù)。 弦桿材料規(guī)格沿長(zhǎng)度變化時(shí)，屋架軸線取在

31、兩種材料的重心線中間，偏心不超過(guò)較大弦桿截面高度的5。圖9.7.1 弦桿截面改變時(shí)的軸線位置節(jié)點(diǎn)板形式簡(jiǎn)單，應(yīng)優(yōu)先采用矩形、梯形、平行四邊形，避免凹角。圖9.7.2 節(jié)點(diǎn)板的外形（2）節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則角鋼端部的切割一般垂直于它的軸線，可切去部分肢，但絕不允許垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。圖9.7.3 角鋼端部的切割圖9.7.4 節(jié)點(diǎn)板焊縫的位置 斜桿與弦桿連接，盡可能避免較大的偏心。 繪制大樣（1:101:5）腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按角鋼角焊縫承受軸心力方法計(jì)算。節(jié)點(diǎn)板應(yīng)伸出弦桿1015mm以便焊接。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，應(yīng)考慮承受弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力之差，按下式計(jì)算:1.上弦節(jié)點(diǎn) 上弦節(jié)點(diǎn)常有

32、大型屋面板或檁條傳來(lái)的集中荷載，在計(jì)算時(shí)需考慮上弦桿節(jié)間的內(nèi)力差N與集中荷載F的共同作用。 假定集中荷載為F，對(duì)梯形屋架上弦節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)，忽略坡度的影響，認(rèn)為F垂直于上弦。因上弦節(jié)點(diǎn)上擱置屋面板或檁條，節(jié)點(diǎn)板需縮進(jìn)角鋼肢背，縮進(jìn)的距離（0.61.0）t ，節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)后用槽焊縫連接，計(jì)算時(shí)槽焊縫可作為兩條焊縫(hf t /2) ，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以0.8的折減系數(shù)。圖9.7.7 屋架上弦節(jié)點(diǎn)F7.2 節(jié)點(diǎn)計(jì)算和構(gòu)造 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)腹桿截面和內(nèi)力確定連接焊縫的焊腳尺寸和長(zhǎng)度，然后再根據(jù)焊縫長(zhǎng)度和施工誤差確定節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸。 上弦桿可按下述的近似方法進(jìn)行計(jì)算：集中荷載F由肢背槽焊縫承受，上弦節(jié)點(diǎn)相鄰

33、節(jié)間的內(nèi)力差N1N2由角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫承受，考慮偏心力矩MNe的作用。 肢背:（9.7.4）肢尖: （9.7.5）肢尖: 上弦節(jié)點(diǎn)的腹桿與節(jié)點(diǎn)的的連接焊縫長(zhǎng)度（9.7.1）肢背:（9.7.2）2.下弦節(jié)點(diǎn) 腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接按肢尖、肢背分配力后計(jì)算焊縫長(zhǎng)度和焊縫厚度。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接，無(wú)節(jié)點(diǎn)荷載時(shí)，按相鄰節(jié)間內(nèi)力差NN1N2，在肢尖、肢背上分配力計(jì)算，往往N較小，所以按構(gòu)造確定焊縫。圖9.7.8 屋架下弦節(jié)點(diǎn) 有節(jié)點(diǎn)荷載作用時(shí)弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫應(yīng)按下列公式計(jì)算： 肢背焊縫：肢尖焊縫：式中:N 相鄰上弦節(jié)間中較大的內(nèi)力。 拼接角鋼實(shí)際長(zhǎng)度L2(lw+10)+b， b是兩弦桿端的空隙

34、，3.屋脊節(jié)點(diǎn) 注意施工順序，拼接角鋼的型號(hào)與弦桿相同，需刨角切肢。 拼接角鋼與弦桿的連接焊縫通常按被連接弦桿的最大內(nèi)力計(jì)算，每條焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度：圖9-22 屋脊節(jié)點(diǎn)a) 無(wú)天窗 b) 有天窗（9.7.8） 肢尖與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫承受上弦內(nèi)力的15（按經(jīng)驗(yàn)），并考慮附加彎矩作用M0.15Ne。 上弦與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫：集中荷載F由上弦角鋼肢背處槽焊縫承受。 （9.7.4）（9.7.10）（9.7.11）（9.7.12）（4）下弦拼接節(jié)點(diǎn) 下弦拼接角鋼與下弦連接焊縫長(zhǎng)度計(jì)算：（9.7.13）Af 下弦桿最大抗拉承載力，節(jié)點(diǎn)焊縫計(jì)算時(shí)與桿件等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。圖9-23 下弦拼接節(jié)點(diǎn) 圖 a）中拼接角鋼端部直切，下弦內(nèi)