1、2022-4-3中、重型厂房结构设计中、重型厂房结构设计v 一般说明一般说明v 屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式v 屋盖支撑屋盖支撑 2.1 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置2.1.1 2.1.1 一般说明一般说明q 中、重型厂房的组成：中、重型厂房的组成： 柱、屋架、吊车梁、天窗架、柱、屋架、吊车梁、天窗架、 支撑。（支撑。（图图2-12-1示示）q 中、重型厂房结构形式：中、重型厂房结构形式： 单层刚单层刚( (框框) )架架 多层刚架多层刚架柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天窗架柱间支撑柱间支撑屋盖结构屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系承担屋盖荷载的结构体系 包括横向框架的横梁
2、、托架、中间屋架、天窗架和檩条横向框架横向框架柱柱+ +屋架，主要承重体系屋架，主要承重体系支撑体系支撑体系屋盖支撑和柱间支撑屋盖支撑和柱间支撑吊车梁和制动梁吊车梁和制动梁承受吊车竖向及水平荷载承受吊车竖向及水平荷载墙墙 架架承受墙体的自重和风荷载承受墙体的自重和风荷载q 屋屋盖结构体系：盖结构体系：钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系横梁横梁檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系q吊车的工作制等级与工作级别的对应关系吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工
3、作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8（按照吊车使用的频繁程度） 1.1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素： 1 1）生产工艺流程要求：）生产工艺流程要求： 2 2）结构上的要求：）结构上的要求：将柱布置在同一横向轴线上，与将柱布置在同一横向轴线上，与 屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。 3 3）经济要求：）经济要求：柱距的大小直接影响结构的用钢量。柱距的大小直接影响结构的用钢量。 柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系 4 4）模数要求：）模数要求：柱距柱距L
4、 L的取值的取值: : 一般地，在跨度不小于一般地，在跨度不小于 30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊车额定起重量不小于、吊车额定起重量不小于 50t50t时，柱距取时，柱距取12m12m较为经济较为经济; ;参数较小的厂房取参数较小的厂房取 6m6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取 大柱距大柱距15m15m，18m18m及及24m24m较适宜。较适宜。2.1.1.1 2.1.1.1 柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元 2.2.温度收缩缝温度收缩缝 : :取决于厂房的纵向和横向长度。纵向取决于厂房的纵向和横向长度。纵向很长的厂房
5、，纵向构件伸缩产生的温度应力引起整个结构的很长的厂房，纵向构件伸缩产生的温度应力引起整个结构的变形，并可能导致墙体和屋面的破坏，故采用横向伸缩缝将变形，并可能导致墙体和屋面的破坏，故采用横向伸缩缝将结构分成伸缩时互不影响的温度区段。横向宽度较大时，也结构分成伸缩时互不影响的温度区段。横向宽度较大时，也应按规定布置纵向伸缩缝应按规定布置纵向伸缩缝超出表超出表2-22-2中数值时中数值时, ,应考虑温度应力和温度变形的影响应考虑温度应力和温度变形的影响 结构情况结构情况 纵向温度区段纵向温度区段( (垂直屋架或构垂直屋架或构架跨度方向架跨度方向) )横向温度区段横向温度区段( (屋架或构屋架或构架
6、跨度方向架跨度方向) )柱顶为刚接柱顶为刚接柱顶为铰接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖采暖房屋和非采暖地区的房屋地区的房屋热车间和采暖地区热车间和采暖地区的非采暖房屋的非采暖房屋 露天结构露天结构 220220120120150150180180100100125125120120- 温度区段长度表温度区段长度表(m) (m) 表表2-22-2（a）各列柱距相等）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱）中列柱有抽柱q拔柱：拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图柱距局部加大。如图2 22 2中，在纵向轴线中，在纵向轴线B B与与横向轴线横向轴线L L相交
7、处不设柱子，因而导致轴线相交处不设柱子，因而导致轴线k k和和m m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。拔柱。q托架（托梁）：托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。上承屋架，下传柱子。lblh)5 . 2151()81101(托梁：lh)51101(托架：图图2-2 2-2 柱网布置柱网布置计算单元q 托架与屋架的连接托架与屋架的连接 叠接：叠接：构造简单，便于施工，但托架（托构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。梁）受扭。 平接：平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。不利影响，较常用。托梁与屋架
8、的连接托梁与屋架的连接（a）各列柱距相等）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱）中列柱有抽柱计算单元计算单元 2.1.1.2 2.1.1.2 横向框架及其截面选择横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式：横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架刚接框架：具有良好的横向刚度，但对基础不均匀沉降和温具有良好的横向刚度，但对基础不均匀沉降和温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施铰接框架铰接框架：对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，但框架的横向刚度差，常不能满足吊车使用上的要求，工程应但框架的横向刚度差，常
9、不能满足吊车使用上的要求，工程应用较少。用较少。（a）（b）（c）厂房的主要承重结构通常采用厂房的主要承重结构通常采用框架体系框架体系。其横向刚度较大，且能。其横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。求。框架柱的类型框架柱的类型框架柱按结构形式分为等框架柱按结构形式分为等截面柱、阶梯形柱和分截面柱、阶梯形柱和分离式柱离式柱三大类三大类等截面柱等截面柱实腹式 格构式 吊车梁支于牛腿上，构吊车梁支于牛腿上，构造简单；造简单； 吊车竖向荷载偏心大吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重，只适用于吊车起重Q Q20t
10、20t，或无吊车且厂房高，或无吊车且厂房高度不超过度不超过10m10m的轻型厂房的轻型厂房中中。分离式柱分离式柱由支承屋盖结构的由支承屋盖结构的屋盖肢屋盖肢和支承吊车和支承吊车梁的梁的吊车肢吊车肢组成，并用水平板相连做成柔性连接。组成，并用水平板相连做成柔性连接。吊车肢在框架平面内的稳定性靠连吊车肢在框架平面内的稳定性靠连在屋盖肢上的水平连系板来提供；在屋盖肢上的水平连系板来提供；屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计；车水平荷载，按压弯构件设计；吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受吊车梁采用
11、突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，压构件设计；当采用平板支座时，按压弯构件设计。按压弯构件设计。优点：减小两肢在框架平面内的计算长度优点：减小两肢在框架平面内的计算长度, , 两肢分别单独承担荷载两肢分别单独承担荷载 。阶梯形柱阶梯形柱由于吊车梁支于柱截面变化的由于吊车梁支于柱截面变化的肩梁肩梁处处，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。 实腹式单阶柱 双阶柱 格构式上段柱上段柱工字工字形截面实腹式柱形截面实腹式柱下段柱下段柱由于由于吊车肢受的荷载吊车肢受的荷载大，通常设计成大，通常设计成不对称截面不对称截面q 阶梯形下柱的常见截面形式：阶梯
12、形下柱的常见截面形式： 图图2-6 2-6 双肢格构式柱双肢格构式柱阶形柱的上柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量较小的边柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量较大的边柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱特大型厂房的下柱分离式柱脚分离式柱脚 q 双臂肩梁：双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于面宽度较大（不小于900mm)900mm)的情形的情形。q 肩梁肩梁 ：将各阶柱段连在一起。将各阶柱段连在一起。肩梁肩梁 单臂肩梁单臂肩梁（图（图2-7a2-7a） 双臂肩梁双臂肩梁（图（图2-7b2-7b）构造要
13、求：构造要求：肩梁惯肩梁惯性矩宜大于上柱的性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于之比一般宜不小于2525，其高跨比可控，其高跨比可控制在制在0.350.350.50.5之之间。间。肩梁肩梁吊车梁工程实例吊车梁工程实例格构柱格构柱吊车梁吊车梁q厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车起重量，厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车起重量，还与其工作级别极吊钩类型有关。还与其工作级别极吊钩类型有关。柱子与基础柱子与基础刚性连接刚性连接 纵向刚度纵向刚度 横向刚度横向刚度 柱间柱间支撑支撑 屋架与柱子屋架与柱子刚性连接刚性连接 qA6A6一一A8A8级重级工
14、作制吊车的单跨厂房级重级工作制吊车的单跨厂房 ，须，须有大的横向刚度和纵向刚度。有大的横向刚度和纵向刚度。q下层柱间支撑：下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑吊车梁下部的柱间支撑2.1.1.3 2.1.1.3 柱间支撑柱间支撑q上层柱间支撑：上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑垂直垂直支撑支撑 1. 1.柱间支撑的布置：柱间支撑的布置： 1 1）每列柱都要设）每列柱都要设柱间支撑柱间支撑。 2 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱
15、间。间支撑布置在同一柱间。 3 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部，）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部， 以减少纵向温度应力的影响。以减少纵向温度应力的影响。 4 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外间设置外, ,还应当在每个温度区段的两端设置。还应当在每个温度区段的两端设置。 5 5）每列柱顶均要布置）每列柱顶均要布置刚性系杆刚性系杆。 下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架很大的悬臂桁架为了使纵向构件在温度变化时能自由伸缩，尽量减为了使纵向构件在温度变化时能
16、自由伸缩，尽量减少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。 当温度区段90m时，在中央设一道下层支撑； 当温度区段90m时，在1/3点处各设一道下层支撑，以免传力路径太长； 在短而高的单层厂房结构中，下层柱间支撑可布置在厂房结构的两端。上层柱间支撑分为两层：上层柱间支撑分为两层： 第一层在屋架端部高度范围内，属于屋盖垂直支撑；第一层在屋架端部高度范围内，属于屋盖垂直支撑； 第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。 2. 2.柱间支撑的
17、作用：柱间支撑的作用： 1 1）承受并传递纵向水平荷载：）承受并传递纵向水平荷载： 作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。纵向地震力等。 2 2）减少柱在平面外的计算长度。）减少柱在平面外的计算长度。 3) 3) 保证厂房的纵向刚度保证厂房的纵向刚度。 3. 3.柱间支撑的形式：柱间支撑的形式：(a)(a)单层十字形；单层十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)(c)门形门形; (d); (d)双层十字形双层十字形下层柱间下层柱间 支撑的形式支撑的形式(a)(a)十字形；十字形； (b)(b)人字形；人字形； (c)V(c)V字形字形
18、上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式u 柱间支撑的计算要点柱间支撑的计算要点 上层柱间支撑承受端墙传来的上层柱间支撑承受端墙传来的风荷载风荷载W W； 下层柱间支撑承受端墙传来的下层柱间支撑承受端墙传来的风荷载风荷载W W和吊车纵向水平荷载和吊车纵向水平荷载T T 在同一温度区段的同一柱列设置多道柱间支在同一温度区段的同一柱列设置多道柱间支撑时，撑时，全部纵向水平荷载由该柱列的所有支撑全部纵向水平荷载由该柱列的所有支撑共同承受共同承受。 柱间支撑的内力，根据柱列所受纵向荷载，柱间支撑的内力，根据柱列所受纵向荷载，按支承于柱脚基础上的竖向按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算悬臂桁架计算。 拉杆
19、体系设计拉杆体系设计，假定交叉支撑只承受拉力，假定交叉支撑只承受拉力，一旦受压即失去稳定而退出工作（虚线），体一旦受压即失去稳定而退出工作（虚线），体系变为静定结构。系变为静定结构。柱间支撑计算简图柱间支撑计算简图 角钢不宜小于角钢不宜小于L75L756 6；槽钢不宜小于；槽钢不宜小于1212； 下层支撑一般为双片，分别与吊车肢和屋盖肢相下层支撑一般为双片，分别与吊车肢和屋盖肢相连，双片间以单角钢缀条相连；连，双片间以单角钢缀条相连； 上层支撑一般为单片，上层支撑一般为单片， 支撑连接可采用焊缝或高强螺栓连接，支撑连接可采用焊缝或高强螺栓连接， 人字形和八字形支撑应注意构造措施，使其与吊人字形
20、和八字形支撑应注意构造措施，使其与吊车梁的连接仅传递水平力，不传递垂直力，以免支车梁的连接仅传递水平力，不传递垂直力，以免支撑成为吊车梁的中间支承点。撑成为吊车梁的中间支承点。q桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途 。q在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋在工业与民用房屋建筑
21、中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。 2.1.22.1.2屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式2.1.2.12.1.2.1桁架的应用桁架的应用2.1.2.22.1.2.2桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹杆形式 芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架平行弦屋架平行弦屋架（1）三角形屋架三角形屋架 按腹杆布置方式不同按腹杆布置方式不同: 芬克式芬克式长杆受拉、短杆受长杆受拉、短杆受压，受力相对合
22、理，应用较广压，受力相对合理，应用较广人字形人字形杆件数量少，节杆件数量少，节点数量少，受压杆较长，但抗点数量少，受压杆较长，但抗震性能优于芬克式屋架，适用震性能优于芬克式屋架，适用于跨度小于于跨度小于18m18m的屋架。的屋架。单斜式单斜式腹杆和节点数量较多，长腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，适用于下弦设置腹杆受拉，但夹角小，适用于下弦设置天棚的屋架。天棚的屋架。 特点特点: : 外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。 上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦
23、或下弦改上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。适用于跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。适用于跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。（2 2）梯形屋架梯形屋架 按腹杆布置方式不同有：按腹杆布置方式不同有：人字式人字式腹杆总长度短，节点少腹杆总长度短，节点少按支座斜杆与弦杆组成的支承点在按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦又可分为下承式和上下弦或在上弦又可分为下承式和上承式两种承式两种。再分式再分式可避免节间直接可避免节间直接受荷（非节点荷载）。受荷（非节点荷载）。 特点特点 外形
24、和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。匀，用料经济，应用广泛。适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。（3）人字形桁架人字形桁架 上、下弦可为平行，坡度为上、下弦可为平行，坡度为1/201/10，节点构造较为统一；，节点构造较为统一； 上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情况。力情况。 跨中高度一般为跨中高度一般为2.02.5m，跨度大于，跨度大于36m时可取较大高度但不宜时可取较大高度但不宜
25、超过超过3m；端部高度一般为跨度的；端部高度一般为跨度的1/181/12。（4）平行弦屋架平行弦屋架 上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。 一般用于托架和支撑体系。一般用于托架和支撑体系。2.1.2.3.2.1.2.3.确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则 三角形屋架：三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, , 坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，压型钢
26、板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1. 1.满足使用要求：满足使用要求：屋架外形应与屋架外形应与屋面材料屋面材料的排水要求的排水要求相适应。相适应。 2. 2.受力合理：受力合理： 屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿跨屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；度方向分布较均匀，腹杆受力较小； 腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉；腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉； 荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。 3. 3.满足制造、安装和运输要求满足制造、安装和运输要求 构造简单，杆件夹角
27、构造简单，杆件夹角30306060； 杆件与节点数量少；杆件与节点数量少； 分段制造，便于运输与安装；分段制造，便于运输与安装；4.4.综合经济技术效果好综合经济技术效果好 跨度跨度 L L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度： 三角形屋架：三角形屋架： 中部高度中部高度H(H(1/61/61/41/4)L)L 梯形屋架梯形屋架 ： 中部高度中部高度H(H(1/101/101/61/6)L)L 端部高度端部高度H H0 0(1.81.82.1m2.1m) ) 2.1.2.4 2.1.2.4 桁架主要尺
28、寸的确定桁架主要尺寸的确定 2.1.3 2.1.3屋盖支撑屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑 垂直支撑垂直支撑 系杆系杆平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。图图2 21616屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1. 1.保证屋盖结构的几何稳定性。保证屋盖结构的几何稳定性。 几何
29、可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定 2.1.3.1 2.1.3.1屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 2.2.保证屋盖的刚度和空间整体性保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑是一个水平放置是一个水平放置( (或接近水平或接近水平放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用下的变形。减少横向水平荷载作用下的变形。 3.3.为弦杆提供适当的侧向支承
30、点为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 4.4.承担并传递水平荷载承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 5.5.保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 2.1.3.22.1.3.2屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置 1.1.上弦横向水平支撑布置原则上弦横向水平支撑布置原则: :在有檩条或
31、只采用大型屋面板的屋盖中都应设在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。窗架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端设置在房屋的两端 , ,一般设在第一个柱间或设一般设在第一个柱间或设在第二个柱间在第二个柱间, ,间距间距L L0 060m60m。布置在第二柱间。布置在第二柱间时，应在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端时，应在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力屋架和传递端墙风力上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图 2. 2.下弦横向水平支撑布置原则下弦横向水平支
32、撑布置原则 ：当跨度当跨度L18mL18m；设有悬挂式吊车起重量大于设有悬挂式吊车起重量大于5 5吨；吨；厂房内设有较大的振动设备。厂房内设有较大的振动设备。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空与上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定体系。间稳定体系。 3. 3.纵向水平支撑布置原则纵向水平支撑布置原则 ：厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车；工作制的桥式吊车；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。屋
33、架间距屋架间距12m12m时，通常布置在屋架下弦平面。时，通常布置在屋架下弦平面。屋架间距屋架间距12m12m时，宜布置在屋架的上弦平面内。时，宜布置在屋架的上弦平面内。下弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图 4.4.垂直支撑布置原则垂直支撑布置原则 ：q所有房屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。 q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L L30m30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱外设置两道外设置两道 。q梯形屋架
34、不分跨度大小，其两端还应各设置梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置 一道，当有托架时则由托架代替一道，当有托架时则由托架代替 。q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间，一柱间，使相邻屋架形成几何不变的空间体系，使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定保证侧向稳定。屋架的垂直支撑布置屋架的垂直支撑布置L24mL24mL24m 5.5.系杆系杆 刚性系杆：刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。能承受拉力也能承受压力的系杆。柔性系杆：柔性系杆：只能承受拉力的系杆。只能承受拉力的系杆。作用：作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供为没有参与组成
35、空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。上下弦的侧向支承点。布置原则：布置原则：q在在垂直支撑的平面内垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；一般设置上下弦系杆；q屋脊节点及主要支承节点处需设置屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆刚性系杆，天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆柔性系杆；q当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间所有系杆均应为所有系杆均应为刚性系杆刚性系杆。 各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交叉斜杆叉斜杆 。2.1.3.3 2.1.3.3
36、屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则竖腹杆：竖杆竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆横向支撑桁架的弦杆腹杆腹杆 支撑支撑桁架桁架 斜腹杆：支撑斜腹杆：支撑q屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按截面常按容许长细比容许长细比来选来选 。q拉杆拉杆单角钢单角钢q压杆压杆双角钢双角钢q当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（图示拉杆（压杆退出工作压杆退出工作）计算并据以选择截面。）计算并据以选择截面。 v荷载计算荷载计算v刚
37、架内力计算刚架内力计算 2.2 2.2 计算原理计算原理计算单元计算单元简化简化单层房屋单层房屋结构结构 平面平面桁架桁架 1. 1.永久荷载（恒载）永久荷载（恒载）屋面恒载屋面恒载檩条自重檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重屋架、其它构件自重和围护结构自重 2. 2.可变荷载（活载）可变荷载（活载） 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。及吊车荷载。 3.3.施工荷载施工荷载2.2.1 2.2.1 荷载计算荷载计算 风荷载风荷载：标准值：标准值： z z 风压高度变化系数风压高度变化系数s s体型系数体型系数z z风振系数风振系数风荷载标准
38、值风荷载标准值W Wk k是沿垂直建筑物表面方是沿垂直建筑物表面方向作用的，为方便将其投影到水平上。向作用的，为方便将其投影到水平上。0WWszzkq刚架计算单元宽刚架计算单元宽b b、跨度方向长为、跨度方向长为h h范范围内风荷载应合力为：围内风荷载应合力为： q投影到水平面上的投影到水平面上的值值P Po o为：为：cos/kbhWN cos/0kWbhNPq为简化计算，引入为简化计算，引入当量惯性矩当量惯性矩将格构式柱和屋将格构式柱和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。架换算为实腹式构件进行内力分析。 当量惯性矩：当量惯性矩：)(22AAyc2.2.2 2.2.2 刚架内力计算刚架内力计算
39、 A A和和A A分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 X X和和X X格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。格构式柱截面中性轴的距离。 反映剪力和几何形反映剪力和几何形 状的修正系数。状的修正系数。=0.9 =0.9 平行弦平行弦=0.8 =0.8 上弦坡度上弦坡度i = 0.1i = 0.1=0.7 =0.7 上弦坡度上弦坡度i = 0.125i = 0.125对于屋架：对于屋架：其当量惯性矩为：其当量惯性矩为： h h为上下两弦截面形心之间的距离。为上下两弦截面形心之间的距离
40、。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。 M Mmaxmax简支屋架在屋面荷载作用下的跨中简支屋架在屋面荷载作用下的跨中 弯矩弯矩。 f f 弦杆抗拉强度设计值。弦杆抗拉强度设计值。20hAAAAIIfhMII2max0内力分析：内力分析：q依叠加原理，内力分析只需针对几种依叠加原理，内力分析只需针对几种 基本类型进行。基本类型进行。 单跨刚架：单跨刚架：（1 1）永久荷载；）永久荷载；（2 2）屋面活荷载；）屋面活荷载；（3 3）左风（右风荷载）；）左风（右风荷载）；（4 4）吊车左（右）刹车力；）吊车左（右）刹车力；（5 5）吊车小车靠近左（右
41、）时的重力。）吊车小车靠近左（右）时的重力。q手算或电算手算或电算 按照按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范(GB50009)(GB50009)的规定，的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限承载能力极限状态和正常使用极限状态状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合最不利组合进行设计。进行设计。2.2.3 2.2.3 内力组合原则内力组合原则对于一般的刚对于一般的刚( (框框) )架，按承载能力极限状态设计时，构件和架，按承载能力极限状态设
42、计时，构件和连接可取下列简化公式中的连接可取下列简化公式中的最不利值最不利值确定：确定：S SGKGK、S SQKQK按规范规定的标准值算得的永久荷载效按规范规定的标准值算得的永久荷载效 应和可变荷载效应应和可变荷载效应 G G、Q Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数永久荷载分项系数和可变荷载分项系数niQikQiGkGkQQGkGSSSSSS1119.0 荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核寻求它们分别取可能的
43、最大值时的组合进行校核 。q 受弯构件：受弯构件：),( :II),( : ImaxmaxVMVM剪力；相应内力组合的弯矩和最大正负剪力；最大正负弯矩；VMVVMM,maxmaxmaxmaxmaxmaxIII:(,),IV(V,)VMMq 压弯构件：压弯构件：最大正负轴力；最大正负弯矩；maxmaxmaxmax,NNMMmaxmaxmaxmaxI:(,),II:(,)III:(,),IV(,)MNMNNMNMmaxM 内力组合表内力组合表 v桁架的内力计算桁架的内力计算 2.3 2.3 钢屋架设计钢屋架设计v桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度v杆件截面型式杆件截面型式v一般构造要求与截面选择
44、一般构造要求与截面选择v桁架的节点设计桁架的节点设计v桁架施工图桁架施工图2.3.1 2.3.1 桁架内力计算桁架内力计算1 1 基本假定基本假定 屋架的节点为铰接。屋架的节点为铰接。 所有杆件的轴线平直且都在同一平面内汇交于节点的中所有杆件的轴线平直且都在同一平面内汇交于节点的中心。心。 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。 全跨恒载全跨恒载+ +全跨活载：即全跨活载：即全跨永久荷载全跨永久荷载+ +全跨屋面活载或全跨屋面活载或雪荷载（取较大值）雪荷载（取较大值）+ +全跨积灰荷载全跨积灰荷载+ +悬挂吊车荷载。悬挂吊车荷载。 全跨恒载全跨恒载+ +半
45、跨活载：即半跨活载：即全跨永久荷载全跨永久荷载+ +半跨屋面活载半跨屋面活载（或半跨雪荷载）（或半跨雪荷载）+ +半跨积灰荷载半跨积灰荷载+ +悬挂吊车荷载。悬挂吊车荷载。 采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载半跨荷载：即屋架、支撑和天窗自重：即屋架、支撑和天窗自重+ +半跨屋面板自重半跨屋面板自重+ +半半跨屋面活荷载。跨屋面活荷载。 2 2内力组合内力组合 计算内力系数计算内力系数3.3.节点刚性影响节点刚性影响 节点刚性节点刚性引起杆件引起杆件次应力次应力，次应力一般较小，次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有
46、时需要计不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。入次应力的影响。4.4.杆件的内力变号杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉受拉，而在半，而在半 跨荷载时可能跨荷载时可能受压受压。 半跨荷载：半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工施工5.5.节间荷载作用的屋架节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。用的屋架计算各杆内力。 直接承受节间荷载的弦杆为直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（压弯构件（N N，M M）。 局
47、部弯矩局部弯矩M M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。理论上应按弹性支座上的连续梁计算。M M0 0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。简化计算：简化计算： 计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。效的两端铰接的理想轴心压杆。 (a) (b) (c) 221LEIcrP22)5 . 0(2LEIcrP22)(3LEIcrP杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高高 。 2.3.22.3.2桁架杆件的计算长度桁架杆件的计算长度 1. 1. 影响钢屋架杆端
48、约束大小的因素：影响钢屋架杆端约束大小的因素： 1 1）杆件轴力性质）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆拉力使杆拉直，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。件弯曲，约束作用微不足道。 2 2）杆件线刚度大小）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。束作用越小。 3 3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大，）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大， 较远的杆件作用小。较远的杆件作用小。 2.3.2.12.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度受压弦杆和单系腹杆的计算长度 2. 2. 杆件计算长度：杆件计算长度：q 桁架
49、桁架平面内平面内计算长度计算长度 xl0llx0llx8 . 00 弦杆、支座斜杆、支座竖杆弦杆、支座斜杆、支座竖杆：本身线刚度大，但两端节本身线刚度大，但两端节点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件。 中间腹杆中间腹杆：两端或一端嵌固程度较大，视为弹性嵌固。两端或一端嵌固程度较大，视为弹性嵌固。 屋架杆件的计算长度屋架杆件的计算长度 下弦杆下弦杆：取纵向水平支撑节点与系取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系杆之间的距离。杆或系杆与系杆之间的距离。 腹杆腹杆：由于节点在平面外刚度很小，由于节点在平面外刚度很小，对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端
50、视为铰接，为铰接， q 桁架桁架平面外平面外计算长度计算长度lly0oyl01 yll上 弦上 弦杆杆无檩无檩: :有檩有檩: :能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时: :檩条与支撑点交叉不连接时：檩条与支撑点交叉不连接时：檩条与支撑点交叉连接时：檩条与支撑点交叉连接时：（两块屋面板的宽度）（两块屋面板的宽度）1oyll1/ 2oyllp腹杆在腹杆在斜平面斜平面内的计算长度内的计算长度 单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件，受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，故斜有可能斜向失稳，由于两端节点有一
