孫劉屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

第三章屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容概述屋蓋結(jié)構(gòu)布置屋蓋支撐體系檁條設(shè)計(jì)普通鋼屋架設(shè)計(jì)輕型鋼屋架設(shè)計(jì)鋼管屋架設(shè)計(jì)實(shí)腹梁和框架梁屋架空間桁架屋蓋體系金屬拱形波紋屋蓋結(jié)構(gòu)第一節(jié)屋蓋結(jié)構(gòu)布置一、屋蓋結(jié)構(gòu)組成鋼屋蓋結(jié)構(gòu)組成：屋面板、檁條、屋架、托架、天窗架、支撐等構(gòu)件。屋架的跨度和間距取決于柱網(wǎng)布置，柱網(wǎng)布置取決于建筑物工藝要求和經(jīng)濟(jì)要求。屋架跨度較大：為了采光和通風(fēng)，屋蓋上常設(shè)置天窗。柱網(wǎng)間距較大，超出屋面板長度：應(yīng)設(shè)置中間屋架和柱間托架，中間屋架的荷載通過托架傳給柱（圖3－1）。

屋架與屋架之間：布置支撐，增強(qiáng)屋架的側(cè)向剛度，傳遞水平荷載和保證屋蓋體系的整體穩(wěn)定。二、屋蓋體系分類兩種屋蓋：無檁屋蓋和有檁屋蓋。無檁屋蓋：屋面荷載直接通過大型屋面板傳遞給屋架（圖3－2）。優(yōu)點(diǎn)：屋蓋橫向剛度大，整體性好，構(gòu)造簡單，施工方便等；缺點(diǎn)：屋蓋自重大，不利于抗震，其多用于有橋式吊車的廠房屋蓋中。

有檁屋蓋：當(dāng)屋面采用輕型材料如石棉瓦、瓦楞鐵、壓型鋼板和鐵絲網(wǎng)水泥槽板等時(shí)，屋面荷載要通過檁條再傳遞給屋架（圖3－3）。

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)件重量輕，用料??；

缺點(diǎn)：屋蓋構(gòu)件數(shù)量較多，構(gòu)造較復(fù)雜，整體剛度較差。有棱屋蓋實(shí)例2．下弦橫向水平支撐條件設(shè)置：屋架跨度＞18m；屋架跨度<18m，但屋架下弦設(shè)有懸掛吊車；廠房內(nèi)設(shè)有噸位較大的橋式吊車或其他振動(dòng)設(shè)備；山墻抗風(fēng)柱支承于屋架下弦。設(shè)置位置：下弦與上弦橫向水平支撐應(yīng)在同一柱間內(nèi)，以便形成穩(wěn)定的空間體系。 3．下弦縱向水平支撐設(shè)置條件：設(shè)有重級(jí)工作制吊車或起重噸位較大的中、輕級(jí)工作制吊車；設(shè)有鍛錘等大型振動(dòng)設(shè)備；屋架下弦設(shè)有縱向或橫向吊軌；設(shè)有支承中間屋架的托架和無柱支撐的中間屋架；房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高。設(shè)置位置：設(shè)在屋架下弦端節(jié)間內(nèi)，與下弦橫向水平支撐組成封閉的支撐體系，提高屋蓋的整體剛度。問：什么情況下應(yīng)布置上弦縱向水平支撐？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)工作制橋式吊車等較大振動(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。屋架間距<12m時(shí)，縱向水平支撐通常布置在屋架下弦平面,但三角形屋架及端斜桿為下降式且主要支座設(shè)在上弦處的梯形屋架和人字形屋架，也可以布置在上弦平面內(nèi)。屋架間距≥12m時(shí)，縱向水平支撐宜布置在屋架的上弦平面內(nèi)。4．垂直支撐

垂直支撐作用：使相鄰兩榀屋架形成空間幾何不變體系保證側(cè)向穩(wěn)定的有效構(gòu)件。設(shè)置位置：設(shè)置在設(shè)有上弦橫向支撐的柱間內(nèi)；在屋架跨度方向還要根據(jù)屋架形式及跨度大小在跨中設(shè)置一道或幾道。梯形屋架：當(dāng)跨度≤30m時(shí)，應(yīng)在屋架跨中和兩端的豎桿平面內(nèi)各布置一道垂直支撐；當(dāng)跨度＞30m時(shí)，無天窗時(shí)，應(yīng)在屋架跨度1／3處和兩端的豎桿平面內(nèi)各布置一道垂直支撐，有天窗時(shí)，垂直支撐應(yīng)布置在天窗架側(cè)柱的兩側(cè)。三角形屋架：當(dāng)跨度≤24m時(shí)，應(yīng)在跨中堅(jiān)桿平面內(nèi)設(shè)置一道垂直支撐；當(dāng)跨度＞24m時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況布置兩道垂直支撐（圖3－5）。屋架安裝時(shí)，每隔4～5個(gè)柱間設(shè)置一道垂直支撐，以保持安裝穩(wěn)定。桿件截面：屋蓋支撐受力較小，通?？砂慈菰S長細(xì)比來選擇。交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設(shè)計(jì)，可采用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿以及剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，可采用雙角鋼組成十字形或T形截面。當(dāng)屋架跨度較大、房屋較高且基本風(fēng)壓也較大時(shí)，桿件截面應(yīng)按桁架體系計(jì)算出的內(nèi)力確定?？杉俣ㄔ谒借旒芄?jié)點(diǎn)上的集中風(fēng)力荷載作用下，交叉斜桿中的壓桿退出工作，僅由拉桿受力，這樣，使原來的超靜定體系簡化為靜定體系（圖3－8）。圖中W為水平節(jié)點(diǎn)荷載，由風(fēng)荷載或吊車荷載引起。節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造：盡量簡單方便。角鋼支撐與屋架一般用C級(jí)螺栓連接，螺栓用M20。在有重級(jí)工作制吊車或有較大振動(dòng)設(shè)備的廠房，除螺栓外，還應(yīng)加安裝焊縫，焊縫長度≥80mm，焊腳尺寸≥6mm。當(dāng)采用圓鋼作支撐時(shí)，應(yīng)用花籃螺栓預(yù)加拉力將圓鋼拉緊。第三節(jié)檁條設(shè)計(jì)鋼檁條一般采用單跨簡支，有實(shí)腹式和桁架式兩大類。一、實(shí)腹式檁條實(shí)腹式檁條：構(gòu)造簡單，制造及安裝方便，常用于3～6m的跨度。截面形式：普通工字鋼（因較重、不易安裝，用的不多）、角鋼（用于荷載跨度小的屋蓋）、槽鋼（常用）和Z形（為冷彎薄壁型鋼、省鋼）（圖3－9）。檁條的截面高度取決于跨度、檁距和荷載大小等因素，一般取檁條跨度的1／35～1／50。

垂直于屋架坡度放置的檁條，在豎向荷載作用下，兩個(gè)主軸方向分別受到qx和qy作用（圖3－11）。按簡支梁計(jì)算，兩個(gè)方向彎矩為（3－1）（3－2）式中q——檁條承受的屋面荷載（包括自重）設(shè)計(jì)值，——檁條跨度；α——屋面傾斜角度。檁條受彎曲的強(qiáng)度驗(yàn)算公式：式中Wnx，Wny——分別為對(duì)x－x軸和y－y軸的凈截面模量；γx，γy——截面塑性發(fā)展系數(shù)。按彈性方法驗(yàn)算撓度。當(dāng)有拉條時(shí)，可只驗(yàn)算垂直于屋面坡度的撓度，當(dāng)無拉條時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算豎向總撓度。有拉條時(shí)撓度驗(yàn)算公式為（3－4）式中Ix——截面對(duì)x－x軸的慣性矩；[ω]——容許撓度，對(duì)無積灰的瓦楞鐵、石棉瓦等屋面為I/150；對(duì)壓型鋼板、積灰的瓦楞鐵、石棉瓦等屋面為l／200；對(duì)其他屋面為l／200；——檁條所承擔(dān)的屋面荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

一般情況下，檁條截面的Wy比Wx小得多，因此My即使很小產(chǎn)生的截面應(yīng)力很大，為減小My，應(yīng)沿屋面對(duì)檁條設(shè)置拉桿以減少檁條在最小剛度平面內(nèi)的計(jì)算跨度。若屋面的連系有足夠的保證，檁條的整體穩(wěn)定不必驗(yàn)算。二、桁架式檁條

當(dāng)檁條的跨度較大（＞6m）時(shí)，應(yīng)考慮格構(gòu)檁條。格構(gòu)檁條三種：平面檁條、T形檁條和空間檁條（圖3－12）。1．平面格構(gòu)檁條平面格構(gòu)檁條的上弦采用小角鋼或槽鋼，下弦用小角鋼或圓鋼，腹桿用圓鋼組成。這種檁條受力明確，用料省。下弦為拋物式檁條，中間節(jié)間必須設(shè)置斜桿，以防止檁條上弦在不對(duì)稱荷載作用下產(chǎn)生過大的局部拱曲。平面格構(gòu)檁條側(cè)向剛度較差，必須設(shè)置拉條以減少側(cè)向彎矩。2．T形格構(gòu)檁條T形格構(gòu)檁條由于上弦桿和腹桿不在同一平面，整體性較差，應(yīng)沿跨度全長設(shè)置幾道鋼箍，跨度為3～4m時(shí)設(shè)3道，跨度為4～6m時(shí)設(shè)4道。鋼箍直徑d≥10mm的圓鋼。為固定腹桿平面與上弦平面，在上弦平面應(yīng)設(shè)置綴板或斜綴條。側(cè)向剛度較大，屋蓋可不設(shè)拉條。4．格構(gòu)檁條的計(jì)算平面格構(gòu)檁條可按靜定的平面桁架計(jì)算，各節(jié)點(diǎn)均假定為鉸接。計(jì)算時(shí)，將上弦的均布荷載換算成節(jié)點(diǎn)荷載，結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算桿件軸力，一般只需計(jì)算最大內(nèi)力，即跨中上、下弦桿內(nèi)力和支座處的腹桿內(nèi)力。上弦節(jié)間還應(yīng)計(jì)算由節(jié)間均布荷載引起的局部彎矩：在檁條平面內(nèi)簡化計(jì)算：（3－5）在檁條平面外，當(dāng)有拉條時(shí)，拉條處的彎矩為式中，a為上弦節(jié)間長度。（3－6）式中，為拉條間距。T形格構(gòu)檁條近似地將上弦兩個(gè)角鋼集中到腹桿平面內(nèi)后按平面格構(gòu)計(jì)算內(nèi)力。空間格構(gòu)檁條將空間桁架分解為高度等于h1和h2的兩榀平面桁架進(jìn)行計(jì)算，兩榀桁架的荷載分別為q1和q2，其值可根據(jù)總荷載按剛度進(jìn)行分配（圖3－13）：（3－7）（3－8）上弦單肢角鋼的彎矩近似計(jì)算為（3－9）（3－10）式中，a為上弦節(jié)間長度。下弦內(nèi)力等于兩榀平面桁架算得的下弦內(nèi)力之和。上弦按雙向壓彎驗(yàn)算其強(qiáng)度，同時(shí)按雙向壓彎構(gòu)件公式驗(yàn)算其整體穩(wěn)定。下弦按軸心受拉驗(yàn)算其強(qiáng)度。三、檁條的拉條檁條側(cè)向剛度小，為了給檁條提供側(cè)向中間支承，減小檁條沿屋面坡度方向的跨度，減少檁條在施工和使用階段的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)，除了側(cè)向剛度較大的空間桁架式檁條和T形桁架式檁條以外，在實(shí)腹式檁條和平面格構(gòu)檁條之間需設(shè)置拉條。拉條的布置原則：（l）檁條跨度為4～6m時(shí)，至少在跨中布置一道拉條（圖3－14），跨度大于6m時(shí)宜布置兩道拉條（圖3－15）。（3）當(dāng)屋蓋有天窗時(shí)，應(yīng)在天窗兩側(cè)檁條之間設(shè)置斜拉條和直撐桿（圖3－15）。第四節(jié)普通鋼屋架設(shè)計(jì)一、屋架形式選擇在確定鋼屋架外形時(shí)，應(yīng)滿足用途、建筑造型、屋面排水和制造安裝方便的原則。使用要求：屋架的外形應(yīng)與屋面材料排水的要求相適應(yīng)。建筑造型：屋架的外形應(yīng)盡量與彎矩圖相近，以使屋架弦桿的內(nèi)力沿全長均勻分布，能充分發(fā)揮材料的作用；腹桿的布置應(yīng)使短桿受壓，長桿受拉，且數(shù)量少而總長度短，桿件夾角宜在30°～60°之間，最好是45°左右；還要使弦桿盡量不產(chǎn)生局部彎矩；制造安裝方便：屋架的節(jié)點(diǎn)要簡單、數(shù)目宜少些；應(yīng)便于制造、運(yùn)輸和安裝。同時(shí)滿足上述的要求困難，要根據(jù)具體情況合理設(shè)計(jì)。屋架的外形主要有三角形、梯形、矩形和曲拱形等（圖3－17）。三角形屋架（圖3－17a）主要用于屋面坡度較大的有檁屋蓋結(jié)構(gòu)或中、小跨度的輕型屋面結(jié)構(gòu)中。屋架多與柱子鉸接，橫向剛度較小。屋架的外形與均布荷載的彎矩圖差別大，使弦桿的內(nèi)力變化大，支座弦桿內(nèi)力大，跨中弦桿內(nèi)力小。若荷載和跨度較大時(shí)，采用三角形屋架不經(jīng)濟(jì)。梯形屋架（圖3－17b）受力情況較三角形好，腹桿較短，與柱子可剛接，也可鉸接。一般用于屋面坡度較小的屋蓋結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)已成為工業(yè)廠房屋蓋結(jié)構(gòu)的基本形式。矩形屋架（圖3－17c）的上、下弦平行，腹桿長度相等，桿件類型少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造統(tǒng)一，便于制造，符合標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化的要求。排水較差，跨中彎矩大，弦桿內(nèi)力大。一般用于單坡屋面的屋架及托架或支撐體系中。曲拱形屋架（圖3－17d）的外形最符合彎矩圖，受力最合理，但上弦（或下弦）要彎成曲線形比較費(fèi)工，如改為折線形則較好。用于有特殊要求的房屋中。

二、腹桿體系三角形屋架的腹杯體系有單斜桿式、人字式和芬克式。單斜桿式（圖3－18a）中較長的斜桿受拉，較短的豎桿受壓，比較經(jīng)濟(jì)。人字式（圖3－18b）的腹桿數(shù)較少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡便。芬克式（圖3－18c）的腹桿受力合理，還可分為左、右兩根較小的桁架，便于運(yùn)輸。四、桿件計(jì)算長度與長細(xì)比節(jié)點(diǎn)不是真正的鉸接，而是一種介于剛接和鉸接的彈性嵌固。節(jié)點(diǎn)上的拉桿數(shù)量越多，拉力和拉桿的線剛度越大，則嵌固程度也越大，壓桿的計(jì)算長度就越小。上下弦桿、支座斜桿和豎桿：內(nèi)力大，受其它桿件約束小，這些桿件在屋架中較重要，可偏安全地視為鉸接。屋面平面內(nèi)，計(jì)算長度取節(jié)點(diǎn)間的軸線長度，即其他腹桿：一端與上弦桿相連，嵌固作用不大，可視為鉸接；另一端與下弦桿相連，受其他受拉桿件的約束嵌固作用較大，計(jì)算長度?。▓D3－22）

2、屋架平面外：上、下弦桿的計(jì)算長度應(yīng)取屋架側(cè)向支撐節(jié)點(diǎn)或系桿之間的距離，即。腹桿的計(jì)算長度為兩端節(jié)點(diǎn)間距離（1）屋架上弦桿在有檁屋蓋中檁條與支撐的交叉點(diǎn)不相連時(shí)（圖3－22），此距離為是支撐節(jié)點(diǎn)的距離；當(dāng)檁條與支撐交叉點(diǎn)用節(jié)點(diǎn)板連牢時(shí)

在無檁屋蓋中，大型屋面板不能與屋架上弦的焊牢時(shí)，上弦桿在平面外的計(jì)算長度取為支撐節(jié)點(diǎn)之間的距離；反之，可取屋面板寬度，但不大于3m。

（2）屋架下弦桿

屋架下弦桿的計(jì)算長度取，是側(cè)向支撐節(jié)點(diǎn)的距離。

（3）屋架弦桿內(nèi)力不相等芬克式三角屋架和再分式梯形屋架，當(dāng)弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間的距離為節(jié)間長度的兩倍且兩個(gè)節(jié)間弦桿的內(nèi)力不相等時(shí)（圖3－23），弦桿在平面外的計(jì)算長度按下式計(jì)算：（3－11）式中N1——較大的壓力；N2——較小的壓力或拉力，計(jì)算時(shí)取壓力為正，拉力為負(fù)；3、其他桿件的計(jì)算長度（1）芬克式、再分式腹桿體系、K形豎腹桿

芬克式屋架和再分式腹桿體系中的受壓桿件及K形腹桿體系中的豎桿（圖3－24a，b，c）在屋架平面外的計(jì)算長度也按公式（3－11）計(jì)算。在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度則取節(jié)間長度。（2）對(duì)于單角鋼桿件和雙角鋼組成的十字形桿件，由于主軸不在屋架平面內(nèi)，有可能發(fā)生斜平面屈曲，考慮到桿件兩端對(duì)其有一定的嵌固作用，故其平面外計(jì)算長度?。?）交叉腹桿

在屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度應(yīng)取節(jié)點(diǎn)中心到交叉點(diǎn)間的距離。在屋架平面外的計(jì)算長度則與桿件的受力性質(zhì)和交叉點(diǎn)的連接有關(guān)：①壓桿：相交的另一桿受拉，兩桿在交叉點(diǎn)均不中斷時(shí)，相交的另一桿受拉，兩桿中有一桿在交叉點(diǎn)中斷但與節(jié)點(diǎn)板搭接時(shí)，

；②拉桿：均取。為節(jié)點(diǎn)中心間的距離。當(dāng)確定交叉腹桿中單角鋼桿件斜平面內(nèi)的長細(xì)比時(shí)，計(jì)算長度應(yīng)取節(jié)點(diǎn)中心至交叉點(diǎn)間的距離。長細(xì)比：壓桿一般為150，拉桿為350；受壓支撐桿件一般為200，受拉支撐桿件為400。五、桿件截面形式普通鋼屋架的桿件一般采用等肢或不等肢角鋼組成的T形截面或十字形截面。組合截面的兩個(gè)主軸回轉(zhuǎn)半徑與桿件在屋架平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長度相配合，使兩個(gè)方向長細(xì)比接近，用料經(jīng)濟(jì)、連接方便。等肢角鋼相并（圖3－25a），特點(diǎn)是iy≈（1.3~1．5）ix。即y-y方向的回轉(zhuǎn)半徑略大于x-x方向，用在腹桿中較好，因?yàn)楦箺U的lox＝0.8l，loy＝l，這樣，loy≈1．25lox，兩個(gè)方向的長細(xì)比就比較接近。不等肢角鋼，短肢相并（圖3－25b），特點(diǎn)是iy＝（2．6~2．9）ix。在上下弦桿中，如果屋架平面外的計(jì)算長度loy等于屋架平面內(nèi)的計(jì)算長度lox的2到3倍，即loy＝（2~3）lox，采用這種截面可使兩個(gè)方向的長細(xì)比比較接近。不等肢角鋼，長肢相并（圖6－29c），特點(diǎn)是iy＝（0．75~1.0）ix，用于端斜桿、端豎桿較好，因?yàn)檫@兩種桿件的loy＝lox，可使兩個(gè)方向長細(xì)比相近。此外當(dāng)上弦桿有較大彎矩作用時(shí)，也宜用這種截面形式。十字形截面（圖3－25d），其特點(diǎn)是iy＝ix，宜用于有豎向支撐相連的豎腹桿，使豎向支撐與屋架節(jié)點(diǎn)不產(chǎn)生偏心作用。1、屋架上弦桿

因屋架平面外計(jì)算長度往往是屋架平面內(nèi)計(jì)算長度的兩倍，要滿足等穩(wěn)性要求。

①上弦宜采用兩個(gè)不等肢角鋼短肢相并而成的T形截面形式（圖3－25b），因?yàn)槠涮攸c(diǎn)是因此，采用這種截面可使兩個(gè)方向的長細(xì)比比較接近。②當(dāng)有節(jié)間荷載作用時(shí)，為提高上弦在屋架平面內(nèi)的抗彎能力，宜采用不等肢角鋼長肢相并的T形截面（圖3－25c）。2、受拉下弦桿平面外的計(jì)算長度比較大，此時(shí)可采用兩個(gè)不等肢角鋼短肢相并或等肢角鋼組成的T形截面（圖3－25b或a）。3、支座斜桿及豎桿由于它在屋架平面內(nèi)和平面外的計(jì)算長度相等，應(yīng)使截面的因而可采用兩個(gè)不等肢角鋼長肢相并而成的T形截面（圖3－25c），因其特點(diǎn)是，這樣可使兩個(gè)方向的長細(xì)比比較接近。

4.其它腹桿與豎向支撐相連的豎腹桿宜采用兩個(gè)等肢角鋼組成的十字形截面（圖3－25d），使豎向支撐與屋架節(jié)點(diǎn)連接不產(chǎn)生偏心作用。對(duì)于受力特別小的腹桿，也可采用單角鋼截面。為使兩個(gè)角鋼組成的桿件共同作用，應(yīng)在兩角鋼相并肢之間每隔一定距離設(shè)置墊板，并與角鋼焊?。▓D3－26）。墊板厚度與節(jié)點(diǎn)板相同，寬度一般取60mm，長度伸出角鋼肢15～20mm，以便于與角鋼焊接。墊板間距在受壓桿件中不大于40i，在受拉桿件中不大于80i。在T形截面中，i為平行于墊板的單肢回轉(zhuǎn)半徑（圖3－26a）。在十字形截面中，i為一個(gè)角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑（圖3－26b）。在桿件的計(jì)算長度范圍內(nèi)至少設(shè)置兩塊墊板。目前在國內(nèi)外也有用焊接或軋制的T形截面或用H型鋼一分為二（圖3－25e）取代雙角鋼組成的T形截面。優(yōu)點(diǎn)是翼緣的寬度大，可達(dá)到等穩(wěn)性要求，另外可減小節(jié)點(diǎn)板尺寸和省去墊板等，比較經(jīng)濟(jì)。一些跨度和荷載較大的桁架往往采用鋼管和寬翼緣H型鋼截面。六、桿件截面選擇

桿件截面選擇應(yīng)選用肢寬而壁薄的角鋼，以增大其回轉(zhuǎn)半徑，但須保證其局部穩(wěn)定，角鋼厚度≥4mm，鋼板厚度≥5mm，因此，角鋼規(guī)格不宜小于∟45×5或∟56×36×4。弦桿：一般采用等截面，跨度大于24m時(shí)，可在適當(dāng)節(jié)間處變截面，改變一次為宜。變截面時(shí)，角鋼厚度不變而改變肢寬，便于連接。在同一榀屋架中角鋼規(guī)格不宜過多，一般為5～6種。桿件內(nèi)力按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求得，根據(jù)受力性質(zhì)選擇截面和進(jìn)行驗(yàn)算。1．軸心拉桿

2．軸心壓桿

選擇截面：拉桿，可根據(jù)內(nèi)力和材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值求出所需的凈截面面積，然后從角鋼規(guī)格表中選出合適的角鋼。壓桿，由于公式（3－13）中A，φ都是未知值，不能直接計(jì)算出所需截面。可先假定長細(xì)比λ=70～100（弦桿）或λ=100～120（腹桿），由λ查附錄4得到φ值，代入公式（3－13）即得截面面積A。同時(shí)算出，然后從角鋼規(guī)格表中選擇合適的角鋼，查得實(shí)際所用角鋼的A，ix和iy，并按實(shí)際情況進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。若不合適，則還需重新選擇角鋼，直到合適為止。3．壓彎或拉彎桿件

（1）強(qiáng)度計(jì)算

（2）穩(wěn)定計(jì)算

①壓彎弦桿在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)算公式為②在彎矩作用平面外的穩(wěn)定計(jì)算公式為

（3）長細(xì)比①所有桿件截面都應(yīng)滿足容許長細(xì)比的要求：②對(duì)于雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱的截面：③對(duì)雙軸對(duì)稱十字形截面，λx或λy取值不得小于5．07b/t（其中b/t為懸伸板件寬厚比）。④對(duì)于單軸對(duì)稱截面，失穩(wěn)屬于彎扭失穩(wěn)，繞對(duì)稱軸（設(shè)為y軸）應(yīng)取計(jì)及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的下列換算長細(xì)比λyｚ代替λy：并由λyz確定φy。（5）單角鋼截面和雙角鋼組合T形截面，確定λyz簡化方法對(duì)于單角鋼截面和雙角鋼組合T形截面繞對(duì)稱軸的λyz可采用下列簡化方法確定：

等邊單角鋼截面（圖3－27a①）：當(dāng)b/t≤0.54當(dāng)b／t＞0．54②等邊雙角鋼截面（圖3－27b）：當(dāng)b/t≤0.58當(dāng)b/t>0.58相并的不等邊雙角鋼截面③長肢（圖3－27c）當(dāng)b2/t≤0.48當(dāng)b2/t>0.48④短肢相并的不等邊雙角鋼截面（圖3－27d），可近似取。否則，應(yīng)取

（6）單軸對(duì)稱的軸心壓桿在繞非對(duì)稱主軸以外的任一軸失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)按照彎扭屈曲計(jì)算其穩(wěn)定性。當(dāng)計(jì)算等邊單角鋼構(gòu)件繞平行軸（圖3－27e的u軸）穩(wěn)定時(shí)，可用下式計(jì)算其換算長細(xì)比λuz，并按b類截面確定φ值：

當(dāng)b/t≤0.69當(dāng)b/t>0.69（7）對(duì)于屋架中內(nèi)力很小的腹桿和按構(gòu)造需要設(shè)置的桿件，可按容許長細(xì)比來選擇截面而無須驗(yàn)算。

七、屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)做到傳力可靠，構(gòu)造簡單。在普通鋼屋架中一般采用節(jié)點(diǎn)板把匯交的各桿件連接在一起，各桿件的內(nèi)力通過與節(jié)點(diǎn)板的焊縫取得互相平衡。（1）為避免桿件偏心受力，焊接屋架各桿件的重心線應(yīng)盡量與屋架的幾何軸線重合，在節(jié)點(diǎn)處應(yīng)交于一點(diǎn)。但考慮到制造方便，角鋼肢背到屋架軸線的距離可取5mm的倍數(shù)。螺栓連接的屋架可采用靠近桿件重心線的螺栓準(zhǔn)線為軸線。（2）當(dāng)屋架弦桿沿長度改變截面時(shí)，為便于安裝屋面構(gòu)件，應(yīng)使肢背齊平，并使兩個(gè)角鋼重心線之間的中線與屋架的軸線重合以減小偏心作用（圖3－28）。如軸線變動(dòng)不超過較大弦桿截面高度的5％，在計(jì)算時(shí)可不考慮由此引起的偏心彎矩。當(dāng)不符合上述要求時(shí)或節(jié)點(diǎn)處有較大的偏心彎矩時(shí)，應(yīng)根據(jù)交匯于節(jié)點(diǎn)的各桿件延剛度（線剛度），將偏心彎矩分配到各桿件（圖3－29）。（3）為施焊方便，且避免焊縫過分密集致使材質(zhì)變脆，節(jié)點(diǎn)板上各桿件之間焊縫的凈距不宜過小，用控制桿端間隙a（圖3－30a）來保證。受靜載時(shí)，屋架桿件用節(jié)點(diǎn)板連接時(shí)，弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的凈距，a=10~20mm（圖3－30b）或5～10mm（圖3－30c）。（4）直接支承大型鋼筋混凝土屋面板而角鋼肢又較薄的上弦角鋼可按圖3－31所示方法予以加強(qiáng)。（5）屋架桿件端部切割宜與其軸線垂直（圖3－32a）。為了減小節(jié)點(diǎn)板的尺寸，也可采用斜切（圖3－32b，c），但絕不容許采用圖3－32d所示的切割形式。（6）節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺寸根據(jù)所連桿件及所需連接焊縫長度確定。為了節(jié)約鋼材和減少切割工作量，節(jié)點(diǎn)板的形狀應(yīng)盡量簡單而有規(guī)則，如采用矩形、梯形或平行四邊形等（圖3－33），一般至少有兩條邊平行。節(jié)點(diǎn)板不應(yīng)有凹角，以免有嚴(yán)重的應(yīng)力集中。

（7）節(jié)點(diǎn)板的尺寸應(yīng)盡量使連接焊縫中心受力，如圖3－34a所示。圖3－34b所示的節(jié)點(diǎn)板左側(cè)邊緣應(yīng)力可能過大，且焊縫受力有偏心，因此不宜采用。（8）節(jié)點(diǎn)板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證弦桿與腹桿的內(nèi)力能安全地傳遞。節(jié)點(diǎn)板上應(yīng)力分布比較復(fù)雜，一般不作計(jì)算。通常節(jié)點(diǎn)板的厚度可根據(jù)腹桿（梯形屋架）或弦桿（三角形屋架）的最大內(nèi)力按表3－1取用。節(jié)點(diǎn)板厚度為6mm~20mm。在同一榀屋架中，除支座處節(jié)點(diǎn)板比其他節(jié)點(diǎn)板厚2mm外，全屋架所有節(jié)點(diǎn)板的厚度應(yīng)相同。節(jié)點(diǎn)板不得作為拼接弦桿用的主要傳力桿件。節(jié)點(diǎn)板的平面尺寸還應(yīng)適當(dāng)考慮制作和裝配的誤差。2.節(jié)點(diǎn)的計(jì)算與構(gòu)造節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包括確定節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，計(jì)算連接焊縫的長度和焊腳尺寸以及確定節(jié)點(diǎn)板得形狀和尺寸。下面具體介紹屋架各典型節(jié)點(diǎn)的計(jì)算。（1）上弦節(jié)點(diǎn)

肢背肢尖

（2）下弦節(jié)點(diǎn)與上弦節(jié)點(diǎn)相同（3）拼接節(jié)點(diǎn)

（5）支座節(jié)點(diǎn)屋架與柱子的連接可以設(shè)計(jì)成鉸接或剛接。支承于鋼筋混凝土柱的屋架一般都按鉸接設(shè)計(jì)。屋架與鋼柱的連接可鉸接也可剛接。三角形屋架端部高度小，需加隅撐才能與柱形成剛接。鉸接支座只需傳遞屋架豎向支座反力，而與柱剛接的屋架支座節(jié)點(diǎn)要能傳遞端部彎矩產(chǎn)生的水平力和豎向反力包括節(jié)點(diǎn)板、加勁肋、支座底板和錨栓等幾部分。加勁肋的作用是加強(qiáng)支座底板的剛度，以便均勻地傳遞支座反力并提高支座節(jié)點(diǎn)的側(cè)向剛度。加勁肋一般設(shè)在支座節(jié)點(diǎn)的中心處，使其軸線與支座反力作用線重合。加勁肋高度和厚度應(yīng)分別與節(jié)點(diǎn)板的高度和厚度相同。為了便于節(jié)點(diǎn)焊縫施焊，下弦角鋼水平肢與支座底板間的凈距應(yīng)不小于下弦水平肢的寬度，也不小于130mm。錨栓預(yù)埋于鋼筋混凝土柱中（或混凝土墊塊中），以固定底板。錨栓的直徑一般取20～25mm；為便于安裝時(shí)調(diào)整位置，底板上的錨栓孔直徑一般取錨栓直徑的2～2．5倍，可開成圓孔或半圓帶矩形開口孔。當(dāng)屋架安裝完畢后，將墊圈套在錨栓上與底板焊牢以固定屋架，墊圈的孔徑比錨栓直徑大1～2mm，厚度可與底板相同。第五節(jié)輕型鋼屋架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

輕型鋼屋架分為圓鋼、小角鋼做成的屋架和冷彎薄壁型鋼做成的屋架兩種。一、輕型鋼屋架形式輕型鋼屋架的形式主要有三角形屋架、三角拱屋架和梭型屋架。三角形輕型鋼屋架可分為芬克式和單斜桿式。三鉸拱屋架由兩根斜梁和一根水平拉桿組成，斜梁的截面可分為平面桁架式和空間桁架式，拉桿可采用圓鋼或角鋼：梭型屋架的上弦桿為角鋼，其余為圓鋼所組成的空間桁架，屬于小坡度無棱屋蓋體系：二、輕型鋼屋架構(gòu)造在輕型鋼屋架中，應(yīng)盡可能使桿件重心線在節(jié)點(diǎn)處交于一點(diǎn)，否則應(yīng)考慮其偏心的影響輕型鋼屋架各桿件可以直接連接，也可以通過節(jié)點(diǎn)板連接。三角形輕型鋼屋架當(dāng)下弦和腹桿采用單角鋼時(shí)采用下圖構(gòu)造：三角拱屋架的屋脊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與斜梁幾何軸線的位置有關(guān)。為了簡化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，改善受力情況，宜使屋脊處頂鉸合力線與斜梁上弦截面的形心線重合，如下圖：輕鋼材料實(shí)物圖三鉸拱屋架的支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造同樣與斜梁的設(shè)置有關(guān)，如下圖：梭型屋架的截面形式有正三角形和倒三角形:問：上圖中A型截面是怎樣的？B型呢？三、輕型鋼屋架計(jì)算圓鋼與平板，圓鋼與圓鋼之間的焊縫如下圖，抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算：

N-作用在連接處的軸心力

l-焊縫的計(jì)算長度

第六節(jié)鋼管屋架設(shè)計(jì)一、鋼管屋架形式鋼管結(jié)構(gòu)一般包括圓鋼管和矩形管，屋架形式除了做成與普通鋼屋架或輕型鋼屋架相同形式外，也可做成下圖形式：二、圓鋼管和矩形鋼管屋架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造1、主管的外部尺寸不應(yīng)小于支管的外部尺寸，主管的壁厚不應(yīng)小于支管壁厚，在支管與主管的連接處不得將支管插入主管內(nèi)。2、主管與支管或兩支管軸線的夾角不宜小于30°。3、支管與主管的連接節(jié)點(diǎn)處，除搭接型節(jié)點(diǎn)外，應(yīng)盡可能避免偏心。4、支管與主管的連接焊縫，應(yīng)沿全周連續(xù)焊接并平滑過渡。5、支管部應(yīng)使用自動(dòng)切割機(jī)切割，支管壁厚小于6mm時(shí)不切坡口。圓管的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造除了用弧形剖口直接連接外，也可以用節(jié)點(diǎn)板連接，如下圖：矩形管的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中有腹桿與弦桿直接連接，各情況處理如下圖：三、鋼管節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度計(jì)算直接焊接鋼管結(jié)構(gòu)中支管和主管的軸向內(nèi)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過桿件承載力設(shè)計(jì)值，支管的軸向內(nèi)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過節(jié)點(diǎn)承載力設(shè)計(jì)值，對(duì)受壓支管：對(duì)受拉支管：1.X型節(jié)點(diǎn)2.T型和Y型節(jié)點(diǎn)當(dāng)β≤0.6時(shí),當(dāng)β≥0.6時(shí),3.K型節(jié)點(diǎn)4.XX型節(jié)點(diǎn)5.TT型節(jié)點(diǎn)6.KK型節(jié)點(diǎn)

矩形管的直接焊接節(jié)點(diǎn)有T型、Y型、X型、K型、N型等形式，其計(jì)算式大多為經(jīng)驗(yàn)修正公式，在此不詳細(xì)介紹。四、鋼管節(jié)點(diǎn)焊縫計(jì)算第七節(jié)實(shí)腹梁和框架梁屋架一、實(shí)腹梁屋架構(gòu)造特點(diǎn)實(shí)腹梁的重量較桁架要大，但其制作方便，為了節(jié)省鋼材，其屋面一般用輕型材料。實(shí)腹梁的腹板比較薄，厚度一般為6~8mm，梁高取屋蓋跨度的1/15左右。實(shí)腹梁一般適用于跨度不大的輕型屋架。實(shí)腹梁實(shí)例二、框架梁屋架構(gòu)造特點(diǎn)跨度較大的屋蓋可采用框架式屋架，框架采用工字鋼或T形鋼，為防止橫向推力，在框架下面設(shè)置拉桿，跨度可達(dá)30m左右：框架式屋架節(jié)點(diǎn)一般采用對(duì)接焊縫，在支座處為了加強(qiáng)剛度采用節(jié)點(diǎn)板：框架與吊桿的連接構(gòu)造是否采用節(jié)點(diǎn)板要視具體情況而定，如下圖：第八節(jié)空間桁架屋蓋體系一、空間桁架屋蓋特點(diǎn)在平面屋架中，為了節(jié)省鋼材和提高綜合經(jīng)濟(jì)效益，有必要采用空間桁架屋蓋。 空間桁架是三維空間的結(jié)構(gòu)形體，空間剛度大。橫向設(shè)主桁架，縱向設(shè)次桁架。二、空間桁架屋蓋構(gòu)造空間桁架的桿件與平面桁架類似，當(dāng)桿件采用角鋼時(shí)，采用空間正交的十字節(jié)點(diǎn)板，和水平蓋板組成的焊接鋼板節(jié)點(diǎn)，當(dāng)桿件采用鋼管時(shí)，一般采用球節(jié)點(diǎn)。第九節(jié)金屬拱形波紋屋蓋結(jié)構(gòu)一、拱形波紋屋蓋特點(diǎn)此種屋蓋結(jié)構(gòu)是用彩色鍍鋅鋼板在工地二次成型安裝而成，第一次將鋼板軋制成U形或梯形，第二次將直槽軋成拱形槽板，再連成整體