集合-ch09鋼桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)

9章鋼桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)的組成支可采用在柱間設(shè)置托梁和中間屋架，或采用格構(gòu)式檁條的布置方案，如圖9.1所示。支屋屋屋面屋檁檁屋托托撐9.1屋蓋結(jié)構(gòu)組成與柱生壓力或拉力，因而桿件截面應(yīng)力分布均勻，材料利用充分，具有用鋼目小、自9.2屋架的形、、寸一夾在30～60分于，多被采用；單斜式屋架只適用于下弦設(shè)置天棚的屋架，較少采用；人字式屋架只適用于跨度小于18m的屋架。梯形屋架。梯形屋架(圖92(e)9.2(f)92(g)9.2(h))適用于屋面坡度平緩i<1/3，且跨度較大時(shí)多采用梯形屋架。梯形屋架外形與彎矩圖接近，平行弦屋架。當(dāng)屋架的上、下弦桿相平行時(shí)，稱為平行弦屋架( 9.2(i))。多用18m、21m、24m、27m、30m、36m3m為模數(shù)。對簡支于柱頂?shù)匿撐菁?，屋架的?jì)算跨度l0為屋架兩端支座反力的距離。屋架的標(biāo)志跨度l為柱網(wǎng)一般鋼筋混凝土柱且柱網(wǎng)為封閉結(jié)合時(shí)，計(jì)算跨度為l0l300mm～400mm；當(dāng)柱用非封閉結(jié)合時(shí)，計(jì)算跨度為l0l9.39.3屋架的計(jì)算跨屋架的高度。屋架的高度取決于建筑要求、屋面坡度、界限、剛度條件和經(jīng)濟(jì)高度等因素。屋架的最大高度過界限，最小高度應(yīng)滿足屋架容許撓度wl500的要三角形屋架的h，當(dāng)坡i1/2～1/3h1/4～1/6l；平行弦屋架和梯形h1/6～1/10l；梯h0，當(dāng)屋架與柱剛接時(shí)，取h01/10～1/16l；當(dāng)屋架與柱鉸接時(shí)，取h0l/18；陡坡梯形屋取下限，屋架跨度越大，h0取值越大。桁架及屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算假gk式中g(shù)k——屋架和支排的自重(kN/m2)

——系數(shù)。當(dāng)屋面荷載F≤1kNm20.01F1～2.5)kN/m2 0.012Fk2.5kNm20.12l0.011l——屋架的跨度(m)載時(shí)，gk按上、下弦平均分配?？勺兒奢d，包括屋面均布使用活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載以及懸掛吊車≥50≤3030屋風(fēng)荷載大于490kN/m2 式 qi——沿屋面坡向作用的第i種荷載標(biāo)準(zhǔn)值，對于沿水平投影面分布的荷qhqcos(kN/m ——s——屋架弦桿節(jié)間水平長度(m)a——屋架弦桿節(jié)間水平長度(m)si——i

9.4節(jié)點(diǎn)荷載匯集簡采用圖解法或數(shù)解法(節(jié)點(diǎn)法或截面法)以及有限元位移計(jì)算法等。所有桿件均受力作有節(jié)間荷載作用時(shí)的桿件內(nèi)力計(jì)算。當(dāng)有集中荷載或均布荷載作用于上弦節(jié)間時(shí)，將使上弦桿節(jié)點(diǎn)和跨間產(chǎn)生局部彎矩。由于上弦節(jié)點(diǎn)板對桿件的約束作用，可減少節(jié)間彎矩，因此屋架上弦桿應(yīng)視為彈性支座上的連續(xù)梁，為簡化計(jì)算，可采用下列近似法：對無天窗架的屋架，端節(jié)間的跨中正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩均取0.8M0；其他節(jié)和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩均取0.6M0；M0為跨度等于節(jié)間長度的相應(yīng)節(jié)間的簡支梁最大(a)三角形屋 (b)梯形屋 (c)上弦桿局部彎9.5上弦桿局部彎矩計(jì)屋架桿件的截面板的厚度和尺寸以及桿件的計(jì)算長度等，最后可按受力構(gòu)件，或拉彎、壓彎桿件進(jìn)行向彎曲或斜平面的彎曲，如圖9.6所示。9.6屋架桿件計(jì)算長斜桿和支座豎桿，可按兩端鉸接的桿件考慮，取l0xl；對兩端或一端嵌固程度較大的桿件，如中間腹桿，取l0x0.8l。在屋架平面外的計(jì)算長度弦桿在桁架平面外的計(jì)算長度為l0y，應(yīng)取側(cè)向支承點(diǎn)之間的距離l1，即l0yl1。在有檁屋蓋中，取橫向支撐點(diǎn)間距離或取與支撐相連接的檁條及度可取其幾何長度，即l0yll0l10.750.25F2/F1 當(dāng)l00.5l1時(shí)，取l00.5l1。因此，可取腹桿斜平面內(nèi)的計(jì)算長度l00.9l。9-1桁架弦桿和單系腹桿的計(jì)算長 1lll2lll3—ll求確定。屋架各桿宜使兩主軸方向具有等穩(wěn)定性，即xy，截面板應(yīng)采用肢寬壁薄的形式，即有較大的回轉(zhuǎn)半徑。普通鋼屋架中主要采等肢和不等肢角鋼組成的T形截面；個(gè)別截面采等肢角鋼十字形截面；支撐和輕型桁架的某些桿件可用單角鋼截面。屋架上弦桿。上弦桿可采不等肢角鋼短邊相并的T形截面，寬大的翼緣有利于放l0y2l0；為滿足xy，應(yīng)使iy2ix。當(dāng)有節(jié)間荷載時(shí)，為提高桿件截面平面內(nèi)抗下弦桿。下弦桿可多采等肢角鋼或兩不等肢角鋼短肢相并的T形截面，以提高側(cè)向剛度，利于滿足、吊裝的剛度要求，且便于與支撐側(cè)面連接。下弦桿截面主要端斜腹桿。端斜腹桿可采用兩不等肢角鋼長邊相并的Tl0yl0xl,iy/ix0.9。當(dāng)桿件短，或內(nèi)力小時(shí)可采等肢角鋼T形截面其他腹桿。其他腹桿均宜采等肢角鋼T形截面；豎桿可采等肢十字形截墊板。當(dāng)采肢角鋼T形或十字形組合截面時(shí)，為保證兩個(gè)角鋼整體受力，在兩角鋼間每隔一定距離應(yīng)放置墊板，或稱填板。十字形截面填板應(yīng)交替放置。填板寬50mm～80mmT20mm～30mm；對十字形截10mm～15mm5mm側(cè)焊縫或圍焊縫連接。填板的厚度同節(jié)點(diǎn)板。填板間距l(xiāng)d，對壓桿取ld40i，對拉桿取ld80i，對T形截面i為一個(gè)角鋼對平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑；對十字形截面，i為一個(gè)角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑。填板數(shù)在壓桿的兩個(gè)側(cè)向固定點(diǎn)間不宜少于兩塊(9.7)。9.7屋架桿件中的墊通鋼屋架節(jié)點(diǎn)板厚度可按表9-2選用。9-2屋架節(jié)點(diǎn)板厚度選用力Fmax/kNQ23516Mn/68/8角鋼規(guī)格不宜小于或2mm，以便識(shí)別。截面計(jì)算。受拉桿件應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算桿件需要的凈截面面積：AnF/f；AF/f；壓彎或拉彎桿件，當(dāng)上弦桿或下弦桿受有節(jié)間荷載時(shí)，桿件同時(shí)承受力和局部彎矩作用，應(yīng)按壓的回轉(zhuǎn)ixloxiyloy或iminlo，再根據(jù)所需的ix、iy、imin，查角鋼9.8所示。9.8弦桿截面改變時(shí)的軸線位(a)正 (b)允 (c)特 (d)不允9.9角鋼的切L形圍焊縫連接。節(jié)點(diǎn)板的尺寸應(yīng)能保證所需角(9.10)，各桿件通過角焊縫F1F2、F3、F4和FF1F29.10屋架下弦中間節(jié)托件免鋼輪廓線i根據(jù)桿件間凈距c=20mm的要求確定桿端到交點(diǎn)的距離。因下弦桿內(nèi)力差FF1F2很小，計(jì)算所需焊縫長度較短，故一般按構(gòu)造要求將焊縫沿節(jié)hf：肢尖處小于肢厚；肢背處可等于肢厚。再計(jì)算出一個(gè)角鋼肢背焊縫長度lw1和肢尖焊縫長度lw2：flw1≥K1Fi/1.4hfw f ≥KF/1.4hfw 2 f式中Fi——第i根腹桿的力設(shè)計(jì)值hf————無檁屋架的上弦節(jié)點(diǎn)(9.11)。無檁屋架上弦桿一般坡度較小，節(jié)點(diǎn)承受大型屋面焊縫長且偏心小，故F10mm～15mm，K 21F/Q2KK 22F/Q2f2

/20.7hf1ffw

/20.7hfw 9.11無檁屋架的上弦節(jié)9.12有檁屋架的上弦節(jié)

2

≤ 焊縫“BM”在焊縫“B”中產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，焊縫兩端綜合應(yīng)力20.7h 20.7hf2w2 f2w2鋼的豎肢應(yīng)切去寬度為thf5mm，t為連接角鋼的厚度，hf為拼接角焊縫厚度，5mm為裕量。割棱切肢引起的截面削弱不宜超過原截面的15%，并由節(jié)點(diǎn)板和填板補(bǔ)償。9.13屋架弦桿拼接節(jié)FfA，并假定該內(nèi)力平wl w40.7hfff

力較大一側(cè)弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接，按節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿內(nèi)力差FF1F2計(jì)算；當(dāng)兩側(cè)弦桿內(nèi)力相等，即F0時(shí)，按兩弦桿較大內(nèi)力的15%，即0.15Fmax計(jì)算：ff0.7h

≤ (9-fffK0.15Fmax≤f (9-ff20.7hf式中K——K1K2ww式中——FQ

lFQ0.2Fsin10mm80.7hfffw

(9-由屋脊節(jié)點(diǎn)上內(nèi)力平衡條件可知，F(xiàn)Q0.2FsinFDFD為豎桿中內(nèi)力，故式(9-10)l400mm～600mm15%，宜采用支座節(jié)點(diǎn)(圖=20～252.02.5式中F——

AnF/ (9-fc——An——底板所需凈截面積，當(dāng)錨栓孔實(shí)際面積為AAnA1A底板的厚度t按式(9-12)計(jì)算6M/6M/1式中M——Mqa21

q————9.14屋架支座節(jié)FF/4MFRbFb/8，按角焊縫強(qiáng)度條件驗(yàn)算為式(9- 220.7hfw 2V20.7hflwf ≤fw (9-f f式 lw——水平焊縫總長度，應(yīng)考慮加勁肋切角及每條焊縫從實(shí)際長度中減座反力FR外，還傳遞彎矩M，其計(jì)算方法可參考梁與柱的剛性連接計(jì)算。鋼屋架的相連接，從而構(gòu)成穩(wěn)定的幾何不變體系。如圖9.15所示。1439.15屋蓋支撐作用示意1—屋架；2—檁條；3—橫向支撐；4—縱向支60m，所以，當(dāng)溫度區(qū)段較長時(shí)，在區(qū)段中9.16屋蓋支撐布置示意l≤30、三角形屋架跨度l＞24m時(shí)，可僅l＞30、三角形屋架l＞24m該系桿；芬克式屋架，當(dāng)跨度≥18m時(shí)，宜在主斜桿與下弦連接的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置水平柔性系支撐的弦桿、非交叉斜桿、垂直支撐的弦桿和豎桿，以及剛性系桿，可采角鋼組成的T形或十字形截面，按受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)。應(yīng)用普遍，但用鋼量較大；S形薄壁型鋼檁條省鋼，宜優(yōu)先采用，但應(yīng)注意防銹。S形薄壁型鋼檁條屋面方向的跨度，防止側(cè)向變形和扭屈。拉桿的設(shè)置數(shù)量n，取決于檁條的跨度l，當(dāng)S形薄壁型鋼檁條的屋蓋，需在槽口處增設(shè)斜拉條8mm～12mm的圓鋼，撐桿應(yīng)采處，并用腹板兩側(cè)的螺母固定在檁條上；撐桿則用普通螺栓和焊在檁條上的角鋼固定(9.17)。在屋面q作用下，檁條截面分別受到qxqy沿兩主軸方向的分力作用，即檁條截 My≤

(9-

46 5 4 9.17屋蓋的檁條、拉條和撐桿的布置與構(gòu)1—屋架；2—檁條；3—屋脊；4—屋梁；5—直拉條；6—斜拉條；7—撐的最大撓度。不超過容許撓度值w，對單跨簡支槽鋼檁條： qlw yk (9- qcoslw (9-x x11式中Ix——x11w——容許撓度——普通鋼屋架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)資地區(qū)一單跨廠房屋蓋，跨度為24m，長度為114m，柱距為6m。屋架采用24m芬驗(yàn)和碳、硫、磷含量的保證；焊條采用E43型：手工焊。屋面采用波形石棉水泥瓦，自重為0.20kN/m2；木絲板保溫層自重為0.24kN/m2，檁條采用槽鋼。屋面均布活荷載為0.30kN/m2；基本雪荷載為0.30kN/m2。i=1/2.5，屋面傾角arctan1/2.52148，屋架計(jì)算跨度為l0l30023700mm，屋架跨中高度為H(237005)mm470mm，上弦長度為Ll02cos23700mm20.92812762mm，取六節(jié)間，節(jié)間長度為s12762mm9.18屋架幾何尺寸及內(nèi)支撐布和廠部設(shè)置三道上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐及垂直支撐；并在上弦及下弦各設(shè)三道系桿。上弦因有檁條故可不設(shè)系桿。如圖9.19所示。檁條布

9.19屋蓋支撐布2127mm/3=709mm，檁條荷載計(jì)算。屋面坡度2148'25中波石棉瓦重Sk0.20.709攘條和拉條重Sk(g1yq1y)(g1q1)sin(0.8280.3714)kN/m0.308kN/m(g1yq1y)(g1q1)cos(0.8280.9285)kN/m0.769內(nèi)力計(jì)算

M1gql210.76962kNm3.461kN M1gql210.30832kNm0.347kN 強(qiáng)度計(jì)8號(hào)槽鋼[8]，自重0.08kN/m，A10.24cm2，h80mm，b43mm t5mm,t8mm,W25.3cm3, 5.79cm3, 16.6/1.4311.63cm3,I x11.05,yA1.05,yB1.29.20驗(yàn)算點(diǎn)A(壓 x

My

3

3W W 10 1.053x y 158.77N/mm2f215N/

MxMy

3

3W 3

10 1.25.79

x y 158.77N/mm2f215N/(gk1qk1)(0.410.24)kN/m(gk1yqk1y)(gk1qk1)cos(0.650.9285)kN/m0.604屋架設(shè)FQ2g1q1l/2(20.8286/2)kNg2l0.0123.7kNm20.237F3FQg2a6(34.9680.2371.9756)kN17.748跨永久荷載組合計(jì)算屋架桿件內(nèi)力。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊，12節(jié)間芬克式屋架，9.l)最不利內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值，見表9-3。9-3屋架桿件內(nèi)力組合設(shè)計(jì)桿件 --------------BH、--EK、--HD、9.20節(jié)點(diǎn)荷載上弦桿局部

M0FQl/3(4.9681.975/3)kNm3.271kNM20.6M0(0.63.271)kNm1.963kN12mm。上弦上弦桿內(nèi)力計(jì)有：FAB262.85kNFBC242.44kNM12.617kNm 262.85 27.6 1.236.2103140.4N/mm2f215N/xl0x/ix212.7/3.0968.8150，按b類截面查附錄 受壓穩(wěn)定系數(shù)表x0.758Fπ2EA/2[π2206103/(68.82103)]kN N x

1.0597.2103(10.8262.85103/1185.5103)(125.64+26.483)N/mm2152.123N/mm2fmxmxx1W1x11.25FN/FExA 1.236.210310.8262.85103/1185.5103

95.23670.826N/mm224.410N/mm2fl0yl1(0.750.25F2/F1)[2212.7(0.750.25242.44/yl0y/iy471.142/4.4693.53150，查附錄(受壓穩(wěn)定系數(shù)表)，y0.598b1彎矩使翼緣受拉) M 0.851.963106 2 N/mm b

136.2 (159.25746.093)N/mm2205.35N/mm2f215N/上弦填板的設(shè)置。一個(gè)角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑ix3.09cm40ix403.09cm123.6cm<123.6cm，填板尺寸為80mm10mm120mm下弦故l0y1185cm。AF/f(244.04103/215)mm21135mm2f215N/ 選用2 75505，A26.1212.24cm2采用短肢相并，ix1.44cm，iy3.76cm。xl0x/ix497.6/1.44346yl0y/iy1185/3.76315下弦填板設(shè)置：一個(gè)角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑i2.39cm，拉桿按80i802.39191.2cm計(jì)算：(497.2/3)cm165.73cm填板尺寸為80mm10mm70mm中間豎腹桿中間豎腹桿，F(xiàn)N0,l474cm。對連接垂直支撐的屋架，采用2 564組成的十字形截面，i0x2.18cm，單個(gè)角鋼56，imin1.11cm。按支撐壓桿驗(yàn)算容許長細(xì)比。l00.9l0.9474l0/imin426.6/2.18196填板尺寸為80mm10mm100mm。主斜腹桿IK主斜腹桿IK、KG采用相同截面，l0x343.7cm，l0y2343.7687.4cmFN110.93kN所需凈截面面積AF/f110.93103215)mm2515.95mm25.16cm2 454A23.49)cm26.98cm2ix1.38cmiy2.24cm17.5mmAn6.9821.750.4)cm25.58cm2。FA110.931035.58102N/mm2198.8Nmm2215N xl0x/ix343.7/1.38249yl0y/iy687.4/2.24306FDI49.52kN，l0x0.8l(0.8255.5)cm204.4cm，l0yl選用 504，A23.97.8cm2，ix1.54cm，iy 454，A(23.486)cm26.972cm2，ixi11.38cm，iy若按 45x204.4/1.38148.1y255.5/2.24114.1FN/xA[49.52103/(0.316.972102)]N/mm2229.1N/mm2f215N/若按 50x204.4/1.54132.7y255.5/2.43105FN/xA[49.52103/(0.3757.8102)]N/mm2169.3N/mm2f215N/故腹桿DI截面選用 504填板按40i1401.54)cm61.6cm，應(yīng)設(shè)三塊墊板，因腹桿受力不大，且兩端焊于節(jié)點(diǎn)板上，為減小焊縫起見，采用三塊腹板。填板尺寸為60mm10mm70mm。BH、CHEK

HD NF/A(44.37103/7.8102)N/mm256.88N/mm2f215N/Nxl0x/ix0.8l/ix0.8343.7/1.54178.55填板設(shè)置：按80i801.54123.2cm，各設(shè)兩塊，則343.73114.6cm123.2cm，I(小屋架。于下弦中間節(jié)點(diǎn)I處設(shè)置工地拼接節(jié)點(diǎn)。拼接角鋼設(shè)計(jì)。拼接角鋼采用與下弦桿相同截面，275505，肢背處割棱，豎肢切去(555)mm15mm(thf余度)。FNAf12.24102215)N263000NHf5wl[263000/(40.70.5160102)1]cm12.7w拼接角鋼長度l213.01)mm270mm270mm點(diǎn)板僅承受內(nèi)力F15%FAH15%244.0436.6kN，節(jié)點(diǎn)板連接焊縫受力甚小，故節(jié)9-4桁架桿件計(jì) 截面面積度 徑[———2- 8.78度—徑—2.18[—196200————————— 脊節(jié)

9.21下弦中間節(jié)I構(gòu)0.7110.93103 肢 lw120.7516010mm79.33 0.3110.93 肢 lw220.7416010mm47.14 弦桿肢背與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，采用塞焊縫，假定脊節(jié)點(diǎn)處檁條傳來的力為F/3=弦桿所產(chǎn)生的內(nèi)力差甚小，可取15%FNmax(0.15229.8)kN34.48kN。(l(

)

cm32.54cm33cmh43 3 kNcm21.866

20.70.4332

22ff 2.37521.51.8662Nmm232.96kNcm222ff1.22160N/mm2195.2thf5755)mm17mm，取20mm，并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型對焊。拼接角鋼與上弦桿連接焊縫長度，設(shè)hf=5mm，則l 40.7hf

mm112.607mm

l2lw50211550)mm工圖確定為lw=90mm。脊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖9.22所示。上弦節(jié)點(diǎn)

9.22脊節(jié)點(diǎn)構(gòu)腹桿DIFN49.52kNhf5mm。 lw20.70.41601021cm4.87cm5cm 取肢間焊縫lw50FQ進(jìn)行計(jì)算，ff1t/21025cm，則F/(20.7hl)[4.968103/1.22(20.75 f19.23D構(gòu)支座節(jié)點(diǎn)400mm400mm鋼筋混凝土柱上，支座混凝土墊塊強(qiáng)度等級(jí)為C20

1007FAH244.04 lw20.70.61601021