知識資料鋼結(jié)構(gòu)(八)(新版)知識資料

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁需要課件請或二、鋼屋蓋的支撐系統(tǒng)幾乎所有各種工程結(jié)構(gòu)都呈空間受力狀態(tài)，都是空間結(jié)構(gòu)。但在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了便于計算和使結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力容易化，常把有些實際結(jié)構(gòu)假定是許多自立工作(在某種荷載作用下)的平面結(jié)構(gòu)。再用須要的支撐系統(tǒng)把這些自立工作的平面結(jié)構(gòu)組成一個整體(空間結(jié)構(gòu))。使它具有須要的空間工作性能、剛度和整體穩(wěn)定性。(一)屋蓋支撐的類型屋蓋支撐按照支撐布置位置不同分為：1．屋架上弦橫向水平支撐2．屋架下弦橫向水平支撐3．屋架下弦縱向水平支撐4．垂直(豎向)支撐5．系桿系桿普通設(shè)置在不設(shè)置橫向水平支撐開間，分為剛性系桿(能承受壓力)和柔性系桿(只能承受拉力)(二)屋蓋支撐的作用1．保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性由屋架、檁條等互相垂直的平面構(gòu)件鉸接銜接而成的屋蓋結(jié)構(gòu)是幾何可變體系。在某種荷載作用下或在安裝時，各屋架有可能向一側(cè)傾倒，故必須布置支撐使屋與屋架銜接成幾何不變的空間體系，才干保證囫圇屋蓋在各種荷載作用下都能很好地作。首先用支撐將相鄰兩個屋架組成空間穩(wěn)定體(幾何不變體)，然后用檁條、系桿或大型鋼筋混凝土屋面板將其余各屋架與此空間穩(wěn)定體銜接起來，形成幾何不變的、空間穩(wěn)定的屋蓋結(jié)構(gòu)?？臻g穩(wěn)定體通常是由相鄰兩個屋架和它們之間的上弦橫向水平支撐，下弦橫向水平支撐以及屋架端部和跨中豎直平面內(nèi)的豎直支撐組成的六面盒式體系。偶爾，也可采用容易的做法，不設(shè)置屋架下弦橫向平面支撐，這就成了一個五面的盒式體系。這種五面盒式體系也還是空間穩(wěn)定體，在普通房屋中采用這種型式的也不少。2．保證屋蓋的空間剛度和整體性通常采用的沿屋架上弦平面布置的橫向水平支撐(上弦平面不一定水平而常是斜平面)，是一個水平放置(或臨近水平放置)的桁架。桁架兩端的支座是柱(或柱間支撐)或是桁架端部的豎向支撐。這個支撐桁架的高度即為屋架的間距，通常是6m。在屋架上弦平面內(nèi)具有很大的抗彎剛度，在山墻傳來的沿房屋縱向風(fēng)荷載或懸掛吊車縱向制動力作用下，可以保證屋蓋結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生過大的變形。（圖15－4－4）在工業(yè)廠房中常有起分量大而工作繁忙的橋式吊車或其他振動設(shè)備。對屋蓋結(jié)構(gòu)的空間剛度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。偶爾需要設(shè)置屋架下弦橫向水平支撐和縱向水平支撐。3．為受壓弦桿提供側(cè)向支承點屋架上弦平面支撐可作為上弦桿(壓桿)的側(cè)向支承點，從而減少其出平面(垂直屋架平面方向)的計算長度。倘若沒有屋架上弦平面支撐，則上弦出平面的計算長度等于上弦的所有長度，這樣的壓桿的穩(wěn)定性是很差的，也是很不經(jīng)濟的。采用屋架上弦平面橫向支撐后，橫向支撐桁架的節(jié)點就是屋架上弦壓桿的側(cè)向支承點，計算長度減少無數(shù)。沒有直接設(shè)置橫向支撐桁架的屋架弦桿可由系桿與支撐桁架的節(jié)點銜接，同樣也能起到壓桿(屋架弦桿)的側(cè)向支承點的作用。所以系桿也是支撐系統(tǒng)的組成部分，不能只重視支撐桁架的設(shè)計而忽略系桿的重要性。4．承受和傳遞縱向水平力(風(fēng)荷載、懸掛吊車縱向制動力、地震荷載等)房屋兩端的山墻擋風(fēng)面面積較大，所承受的風(fēng)壓力或風(fēng)吸力有一部分將傳遞到屋面平面(也可傳遞給屋架下弦平面)。這部分的風(fēng)荷載必須由屋架上弦平面橫向支撐(偶爾同時設(shè)置屋架下弦平面橫向支撐)承受。所以，這種支撐普通都設(shè)在房屋兩端，就近承受風(fēng)荷載并把它傳遞給柱(或柱間支撐)。5．保證結(jié)構(gòu)在安裝和架設(shè)過程中的穩(wěn)定性屋架是平面結(jié)構(gòu)，安裝時必須很快把兩個屋架互相銜接成容易的各具有一定穩(wěn)定性的空間體，以便施工。最先安裝的是屋架與屋架間的豎向支撐。(三)屋蓋支撐布置1．上弦橫向水平支撐在鋼屋蓋中，無論是有檁條的屋蓋或采用大型鋼筋混凝土屋面板的無檁屋蓋，都應(yīng)設(shè)置上弦橫向水平支撐（圖15－4－6a、c）。當屋架上有天窗架時，天窗架上弦也應(yīng)設(shè)置橫向水平支撐。在天窗架范圍內(nèi)屋架上弦橫向水平支撐應(yīng)延續(xù)設(shè)置(連通)，并應(yīng)把窗架上弦橫向水平支撐通過豎向支撐與屋架上弦橫向水平支撐相銜接。上弦橫向水平支撐（圖15－4－6a、c）通常設(shè)置在房屋兩端(當有橫向伸縮縫時設(shè)在溫度區(qū)段兩端)的第—或第二個開間內(nèi)，以便就近承受山墻傳來的風(fēng)荷載等。當設(shè)置在第二個開間內(nèi)時，必須用剛性系桿(既能受拉也能受壓，按壓桿設(shè)計)將端屋架與橫向水平支撐桁架的節(jié)點銜接，保證端屋架上弦桿的穩(wěn)定和把端屋架受到的風(fēng)荷載傳遞到橫向水平支撐桁架的節(jié)點上。當無端屋架時，則應(yīng)用剛性系桿與山墻的抗風(fēng)柱連牢，作為抗風(fēng)柱的支承點，并把這支承點所受的力傳遞給橫向水平支撐桁架的節(jié)點。上弦橫向水平支撐的間距不宜超過60m。當房屋縱向長度較大時，應(yīng)在房屋長度中間再增強設(shè)置橫向水平支撐。大型鋼筋混凝土屋面板本身雖有較大的剛度，但它與鋼屋架的銜接僅靠角部的預(yù)埋件與屋架上弦節(jié)點焊牢，施工中焊點質(zhì)量不易保證，常易漏焊，且預(yù)埋件與混凝土的錨固質(zhì)量也不易保證。所以，大型鋼筋混凝土屋面板不宜代替鋼屋架的支撐。異常是在有吊車或動力設(shè)備的工業(yè)廠房中，更不宜考慮大型鋼筋混凝土屋面板起支撐或系桿作用。在無振動影響的普通房屋中，也有把大型鋼筋混凝土屋面板起部分系桿作用的。2下弦橫向水平支撐下弦橫向水平支撐（圖15－4－6b、d）與上弦橫向水平支撐共同設(shè)置時，再加豎向支撐則使相鄰兩榀屋架組成六面盒式空間穩(wěn)定體，對囫圇房屋結(jié)構(gòu)的空間工作性能大有益處。在普通房屋中偶爾不設(shè)置下弦橫向水平支撐，相鄰兩榀屋架組成五面盒式空間穩(wěn)定體，也能滿意要求。惟獨在有懸掛吊車的屋蓋，有橋式吊車或有振動設(shè)備的工業(yè)房屋或跨度較大(l≥18m)的普通房屋中，必須設(shè)置下弦橫向水平支撐。3．下弦縱向水平支撐在有橋式吊車的單層工業(yè)廠房中，除上、下弦橫向水平支撐外，還設(shè)置下弦縱向水平支撐。（圖15－4－7a）當有托架時，在托架處必須布置下弦縱向水平支撐。（圖15－4－7b）4．豎向支撐在梯形屋架兩端必須設(shè)置豎向支撐，它是屋架上弦橫向水平支撐的支承結(jié)構(gòu)，它將承受上弦橫向水平支撐桁架傳來的水平力并將其傳遞給柱頂(或柱間支撐)。它和上弦橫向水平支撐同樣重要，是必不可少的受力支撐。此外，在屋架跨度中間，按照屋架跨度的大小，設(shè)置一道或二道豎向支撐，它將在上述六面(五面)盒式空間穩(wěn)定體中起橫隔作用。在施工過程中，它還起安裝定位時的架設(shè)支撐作用。梯形屋架當跨度L≤30m，三角形屋架當跨度L≤24m時，僅在屋架跨度中央設(shè)置一道豎向支撐（圖15－4－8）。當屋架跨度大于上述數(shù)值時，應(yīng)在跨度三分點附近或天窗架側(cè)柱處設(shè)置二道豎向支撐。豎向支撐本身是一個平行弦桁架，按照其高跨比不同，腹桿可布置成單斜桿式（圖15－4－8e、f）或交錯斜桿式（圖15－4－7g）。當屋架上有天窗時，天窗也應(yīng)設(shè)置豎向支撐，作為天窗架上弦橫向水平支撐的支承結(jié)構(gòu)。把天窗架上弦橫向水平支撐承受的水平力傳遞到屋架上弦橫向水平支撐的節(jié)點上。沿房屋的縱向，豎向支撐應(yīng)與上下弦橫向水平支撐設(shè)置在同一開間內(nèi)。偶爾為了施工架設(shè)方便起見，也可每隔幾個開間另外增設(shè)一些豎向支撐。5．系桿在一幢房屋的屋蓋結(jié)構(gòu)中，以一個空間穩(wěn)定體作為核心，其他屋架的上下弦節(jié)點都可以用系桿與空間穩(wěn)定體的有關(guān)節(jié)點銜接，即可作為其他各屋架的側(cè)向支承點而保證各屋架的空間穩(wěn)定性。但這些系桿可能受拉，也可能受壓，應(yīng)按壓桿設(shè)計，常稱為剛性系桿。要求較大的截面尺寸和回轉(zhuǎn)半徑，用料很不經(jīng)濟。通常是在房屋的兩端(第一或第二個開間)各設(shè)置一個空間穩(wěn)定體。中間的其他屋架分離用系桿與兩端空間穩(wěn)定體的有關(guān)節(jié)點銜接。同樣也可以作為中間的其他屋架的側(cè)向支承點，而且這種系桿只需承受拉力，當它承受壓力時可退出工作而由另一側(cè)的系桿受拉即可，這種系桿按拉桿設(shè)計，可以充足發(fā)揮鋼材的強度，常稱為柔性系桿。固然多設(shè)了一個空間穩(wěn)定體而多用了交錯支撐的鋼材，但能把大量剛性系桿改為柔性系桿，還是能夠節(jié)約鋼材的。柔性系桿把許多中間屋架與空間穩(wěn)定體銜接起來，如中間屋架的數(shù)量太多，柔性系桿的總長度太大，其效果則越差，故兩個空間穩(wěn)定體的間距不宜大于60m。(四)支撐的計算和構(gòu)造屋架的上、下弦橫向水平支撐都是利用屋架的弦桿(上弦和下弦)兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿普通都采用十字交錯的體系。（圖15－4－10）這種平行弦桿交錯斜腹桿體系的支撐桁架的剛度大，用料省。其中的斜腹桿常采用單角鋼做成，因交錯設(shè)置，受力時一根雖拉則另一根受壓，常假定受壓的這根單角鋼因彎扭屈曲而退出工作。惟獨受拉的一根單角鋼斜桿參加桁架受力工作。這樣桁架在受力時屬于靜定結(jié)構(gòu)，受力明確，計算容易。當荷載反向作用時(如風(fēng)荷載反向作用)，斜腹桿受力變更，仍是一根參加受力工作，另一根變扭屈曲而退出工作。對于屋架跨度較小而無振動設(shè)備的房屋，支撐桁架的交錯斜腹桿也可用圓鋼做成。用圓鋼代替角鋼更為經(jīng)濟。但采用圓鋼時必須有拉緊裝置(花籃螺栓)，且其直徑d≥16mm。直腹桿和剛性系桿按壓桿計算，采用雙角鋼組成十字形或T形截面。普通認為屋蓋支撐受力較小，支撐截面尺寸大多是由桿件的容許長細比和構(gòu)造要