1、单层厂房钢结构施工要点单层厂房钢结构施工要点9.1.1单层厂房结构的组成单层厂房结构的组成 厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁（或桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系，如系，如图图9.19.1所示。这些构件按其所起作用可分为下面几类所示。这些构件按其所起作用可分为下面几类：横向框架横向框架屋盖结构屋盖结构支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑支撑体系（屋盖部分支撑和柱间支撑 作用：承载作用：承载 连系）连系）吊车梁和制动梁（或制动桁架）吊车梁和制动梁（或制动桁架）墙架墙架 136435111210987121
2、 屋架2 托架3 上弦横向支撑4 制动桁架5 横向平面框架6 吊车梁7 屋架坚向支撑8 檩条9、10 柱间支撑11 框架柱12 中间柱13 墙架梁1屋架屋架2托架托架3上弦横向支撑上弦横向支撑4制动桁架制动桁架5横向平面框架横向平面框架6吊车梁吊车梁7屋架竖向支撑屋架竖向支撑8檩条檩条9、10柱间支撑柱间支撑11框架柱框架柱12中间柱中间柱13墙架梁墙架梁图图9.1厂房结构示例厂房结构示例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1柱网布置柱网布置满足生产工艺的要求满足生产工艺的要求 满足结构方面的要求满足结构方面的要求 符合经济合理的要求符合经济合理的要求 符合柱距规定要求（按符合
3、柱距规定要求（按厂房建筑统一化基本规则厂房建筑统一化基本规则和和建筑统一模数制建筑统一模数制的规定：的规定：结构构件的统一化和结构构件的统一化和9.1.2 9.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置柱网和温度伸缩缝的布置标准化可降低制作和安装的工作量。对厂房横向，当厂房跨度标准化可降低制作和安装的工作量。对厂房横向，当厂房跨度L18m时，其跨度宜采用时，其跨度宜采用3m的倍数；当厂房跨度的倍数；当厂房跨度L18m时，其跨度宜采用时，其跨度宜采用6m的倍数。只有在生产工艺有特殊要的倍数。只有在生产工艺有特殊要求时，跨度才采用求时，跨度才采用21m、27m、33m等。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用等。对
4、厂房纵向，以前基本柱距一般采用6m或或12m；现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房日益广泛，常以18m甚至甚至24m作为基本柱距。作为基本柱距。多跨厂房的中列柱，常因工艺要求需要多跨厂房的中列柱，常因工艺要求需要“拔柱拔柱”，其柱距为基本柱距的倍数，最大可达，其柱距为基本柱距的倍数，最大可达48m）。）。图图9-2 9-2 柱网布置柱网布置计算单元2温度伸缩缝温度伸缩缝厂房平面尺寸较大时，因温度变化使上部结构产生横向和纵向的变形，使柱内厂房平面尺寸较大时，因温度变化使上部结构产生横向和纵向的变形，使柱内产生弯曲应力，并可能导致屋面和墙面破裂
5、。因此为避免产生过大的温度变形产生弯曲应力，并可能导致屋面和墙面破裂。因此为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。和温度应力，应在厂房的横向或纵向设置温度伸缩缝。布置主要决定于厂房的纵向和横向长度根据使用经验和理论分析，钢结构设计布置主要决定于厂房的纵向和横向长度根据使用经验和理论分析，钢结构设计规范规定，当温度区段长度不超过表规范规定，当温度区段长度不超过表1.1的数值时，可不计算温度应力。的数值时，可不计算温度应力。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。温温 度度 区区 段段 长长 度度 值值 表表9.1 结构情况结构情况 温度
6、区段长度（温度区段长度（m）纵向温度区段纵向温度区段（垂直于屋架或构架跨度方（垂直于屋架或构架跨度方向）向）横向温度区段（沿屋横向温度区段（沿屋架或构架跨度方向）架或构架跨度方向）支座斜杆支座斜杆和支座竖和支座竖杆杆 其他腹杆其他腹杆 采暖房屋和非采暖地区的房屋采暖房屋和非采暖地区的房屋 220120150热车间和采暖地区的非采暖房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋 180100125 露天结构露天结构1209.2横向框架结构类型及主要尺寸横向框架结构类型及主要尺寸 9.2.1 框架类型框架类型厂房的主要承重结构通常采用框架体系，困为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部厂房的主要承重结构通常
7、采用框架体系，困为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接 柱顶可分为铰接和刚接两类柱顶可分为铰接和刚接两类 铰接铰接 对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小对基础不均匀沉陷及温度影响敏感性小，节点构造容易处理，节点构造容易处理，屋架端部不产生弯矩，屋架端部不产生弯矩，下，下弦杆始终受拉弦杆始终受拉。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差。柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚度差 刚接刚接 厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度要求较高时，钢结构
8、的单跨厂房常采用柱顶刚接厂房较高，吊车的起重量大，对厂房刚度要求较高时，钢结构的单跨厂房常采用柱顶刚接方案方案 9.2.2主要尺寸主要尺寸 框架的主要尺寸见图框架的主要尺寸见图1.3所示。所示。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离 (9.1)式中式中Lk桥式吊车的跨度；桥式吊车的跨度；S由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离（图1.4），应满足下式要求：），应满足下式要求：（9.2）B吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；D吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起重量不大于吊车外缘
9、和柱内边缘之间的必要空隙：当吊车起重量不大于500KN时，时，不宜小于不宜小于80mm；当吊车起重量大于或等于；当吊车起重量大于或等于750KN时，不宜小于时，不宜小于100mm；当；当在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则在吊车和柱之间需要设置安全走道时，则D不得小于不得小于400mm。上段柱宽度。上段柱宽度。S的取值：对于中型厂房一般采用的取值：对于中型厂房一般采用0.75m或或1m，重型厂房则为，重型厂房则为1.25m甚至达甚至达2.0m。1b框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离框架由柱脚底面到横梁下弦底部的距离：式中地面至柱脚底面的距离。地面至吊车轨顶的高度，由工艺要求决定；吊车轨顶至屋架
10、下弦底面的距离 1h2h3h9.3 结构纵向传力系统结构纵向传力系统 9.3.1纵向框架柱间支撑的作用和布置纵向框架柱间支撑的作用和布置柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：柱间支撑与厂房框架柱相连接，其作用为：组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础；房纵向的地震力，并传至基础；可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框
11、架平面外的计算长度。在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。上层支撑上层支撑 上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。第二层上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。第二层在屋架下弦至吊车梁在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，有下层支撑处也应设置上层支撑。上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，有下层支撑处也应设置上层支撑。下层支撑应该设在温度区段中部下层支撑应该设在温度区段中部（当吊车位置高而车间总
12、长度又很短时下层支撑设在两端不会产生（当吊车位置高而车间总长度又很短时下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向风度却能提高很多很大的温度应力，而对厂房纵向风度却能提高很多）当温度区段小于）当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道时，在它的中央设置一道下层支撑下层支撑图图1.13(a)如果温度区段长度超过如果温度区段长度超过90m，则在它的，则在它的1/3点处各设一道支撑点处各设一道支撑图图1.13(b)，以免传，以免传力路程太长力路程太长 q下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑q上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑刚
13、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 9.3.2 9.3.2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字形字形上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式9.4 屋盖结构体系屋盖结构体系9.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构的形式、组成及布置1、屋面板；、屋面板；2、屋架（屋面梁）；、屋架（屋面梁）；3、支撑系统；、支
14、撑系统；4、有的根据具体情况还设有檩条、托架和天窗架等构件等。、有的根据具体情况还设有檩条、托架和天窗架等构件等。（一）无檩屋盖体系（一）无檩屋盖体系1、一般用预应力大型屋面板，屋面板直接搁置在屋架上或天窗架上，然后在其上做保温、防水等层次。、一般用预应力大型屋面板，屋面板直接搁置在屋架上或天窗架上，然后在其上做保温、防水等层次。2、屋架间距一般为、屋架间距一般为6m。跨度应符合。跨度应符合6m的倍数。的倍数。3 3、特点、特点（1 1）屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快；）屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快；（2 2）屋盖刚度大，整体性能好；）
15、屋盖刚度大，整体性能好；（3 3）但自重大，常要增大屋架杆件的和下部结构的截面，对抗震也不利。一般常用于较小的屋面坡度）但自重大，常要增大屋架杆件的和下部结构的截面，对抗震也不利。一般常用于较小的屋面坡度1：81：12。钢屋盖可以分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系钢屋盖可以分为无檩屋盖体系和有檩屋盖体系（二）（二）有檩屋盖结构体系有檩屋盖结构体系一般用于轻型屋面材料情况，需搁置在檩条上，檩条一般支承在屋架上。一般用于轻型屋面材料情况，需搁置在檩条上，檩条一般支承在屋架上。应用已有十多年的历史。是目前有檩体系轻型屋面中应用最广泛的屋面材料，采用热镀锌钢板或彩色度锌钢板，经应用已有十多年的历史。是目前
16、有檩体系轻型屋面中应用最广泛的屋面材料，采用热镀锌钢板或彩色度锌钢板，经辊压冷弯成各种波型，具有轻质、高强、美观、耐用、施工简便、抗震、防火等特点。单层自重为：辊压冷弯成各种波型，具有轻质、高强、美观、耐用、施工简便、抗震、防火等特点。单层自重为：当有保温要求时，可用双层钢板中间夹保温层的做法，屋面全部荷载不超过当有保温要求时，可用双层钢板中间夹保温层的做法，屋面全部荷载不超过 ，已定型化生产，有，已定型化生产，有国国家标准家标准和和技术规程技术规程。2/0.1mkN1、压型钢板、压型钢板2/18.010.0mkN2/0.1mkN以高强水泥发泡工艺配以玻璃纤维增强为芯材的新型复合材料，具有刚度
17、好、强度高、延性好等特点，有良好以高强水泥发泡工艺配以玻璃纤维增强为芯材的新型复合材料，具有刚度好、强度高、延性好等特点，有良好的结构性能和工程应用前景。其自重为：的结构性能和工程应用前景。其自重为：2/85.045.0mkN2、太空板、太空板3、水泥石棉波形瓦、水泥石棉波形瓦传统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但其脆性大、易开裂破损，因吸水而产生收缩龟裂和挠曲变传统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但其脆性大、易开裂破损，因吸水而产生收缩龟裂和挠曲变形等缺陷。产量不多，质量还不够高，正积极研究，采取措施提高质量。形等缺陷。产量不多，质量还不够高，正积极研究，采取措施提高质量。传
18、统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但规格尚未定型，工程中使用多为自行压制制作。屋面自重：传统材料，具有自重轻、美观、施工简便等特点，但规格尚未定型，工程中使用多为自行压制制作。屋面自重：2/05.0mkN2/0.175.0mkN4、瓦楞铁、瓦楞铁5、加气混凝土屋面板、加气混凝土屋面板自重为自重为 ，是一种承重、保温、和构造合一的板材，一般可以直接在板上做防水，施工方便。，是一种承重、保温、和构造合一的板材，一般可以直接在板上做防水，施工方便。有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和
19、屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便，但构件的种类和数量多，构造较复杂。便，但构件的种类和数量多，构造较复杂。一般适用于较陡的屋面坡度一般适用于较陡的屋面坡度1：21：3。两种屋盖体系各有优缺点，具体设计时应根据建筑物使用要求、结构特性、材料供应情况和两种屋盖体系各有优缺点，具体设计时应根据建筑物使用要求、结构特性、材料供应情况和施工条件等综合考虑而定。施工条件等综合考虑而定。一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向刚度要求较高，所以宜采用大型屋面板的无檩一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向刚度要求较高，所以宜采用大型屋面板的无檩屋盖；而对于中、小型特别是不需要做保温层的房屋，
20、则宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。屋盖；而对于中、小型特别是不需要做保温层的房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。三、天窗架形式三、天窗架形式在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗。在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗。天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗等三种，一般常采用纵向天窗。天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗等三种，一般常采用纵向天窗。图天窗架的形式 支承中间屋架的桁支承中间屋架的桁架称为托架，由于架称为托架，由于工艺要求需扩大柱工艺要求需扩大柱距时采用距时采用。四、托架四、托架9.4.2 钢屋盖支撑钢屋盖支撑1、保证屋盖结
21、构的几何稳定性；、保证屋盖结构的几何稳定性；2、保证屋盖的空间刚度和整体性、保证屋盖的空间刚度和整体性；3、为受压弦杆提供侧向支承点，避免压杆侧向失稳；、为受压弦杆提供侧向支承点，避免压杆侧向失稳；4、承受和传递纵向水平力、承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等；风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等；5、保证结构在安装和架设过程中的稳定性。、保证结构在安装和架设过程中的稳定性。一、屋盖支撑作用一、屋盖支撑作用例如：三冶八十年代在抚顺施工，发生屋架倒坍事故。屋架安装就位后，没做支撑，当天晚大刮大风，屋架失稳，例如：三冶八十年代在抚顺施工，发生屋架倒坍事故。屋架安装就位后，
22、没做支撑，当天晚大刮大风，屋架失稳，掉了下来，摔坏。掉了下来，摔坏。（一）水平支撑（一）水平支撑1、上、下弦横向支撑、上、下弦横向支撑2、上、下弦纵向水平支撑、上、下弦纵向水平支撑（二）垂直（二）垂直(竖向竖向)支撑支撑（三）系杆（三）系杆 二、屋盖支撑类型二、屋盖支撑类型三、屋盖支撑布置三、屋盖支撑布置 1 1、一般设置在房屋两端或温度区段的两端，一般设在第二个柱距内；、一般设置在房屋两端或温度区段的两端，一般设在第二个柱距内；2 2、两道横向水平支撑的间距不宜大于、两道横向水平支撑的间距不宜大于60m，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑；，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑；3
23、、其长度为屋架节间距的、其长度为屋架节间距的24倍倍。（一）上弦横向水平支撑（一）上弦横向水平支撑（二）下弦横向水平支撑（二）下弦横向水平支撑 1、上弦横向水平支撑对应位置；、上弦横向水平支撑对应位置；2、当屋架跨度比较小（小于、当屋架跨度比较小（小于18m时）又无吊车或振动设备时，可不设。时）又无吊车或振动设备时，可不设。（三）下弦纵向水平支撑（三）下弦纵向水平支撑 1、当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有中间托架为保证托架的侧向稳定时；设有重级或大吨位的、当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有中间托架为保证托架的侧向稳定时；设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车、壁行吊车或
24、有锻锤等较大振动设备时应设置；中级工作制桥式吊车、壁行吊车或有锻锤等较大振动设备时应设置；2、屋架间距小于、屋架间距小于12m时，纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面。时，纵向水平支撑通常布置在屋架下弦平面。位于上、下弦水平支撑同一开间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁架。位于上、下弦水平支撑同一开间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁架。（1）跨度小于）跨度小于30m的梯形屋架，通常在屋架两端和跨度中央各设置一道垂直支撑。当跨度大于的梯形屋架，通常在屋架两端和跨度中央各设置一道垂直支撑。当跨度大于30m时，则在两端时，则在两端和跨度和跨度1/3处分别共设置四道。处分别共设置四道。（2）跨度小
25、于）跨度小于18m的三角形屋架只需在跨度中央设一道垂直支撑，大于的三角形屋架只需在跨度中央设一道垂直支撑，大于18m跨时则在跨时则在1/3跨度处共设两道。跨度处共设两道。（四）垂直（四）垂直(竖向竖向)支撑支撑1、为了支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证它们的稳定和传递水平力，应在横向支撑或垂直支撑节点处沿房、为了支持未连支撑的平面屋架和天窗架，保证它们的稳定和传递水平力，应在横向支撑或垂直支撑节点处沿房屋通长设置系杆（屋脊处及屋架端部处）。屋通长设置系杆（屋脊处及屋架端部处）。2、系杆分刚性系杆和柔性系杆两种，刚性系杆既能受拉又能受压，柔性系杆只能受拉。、系杆分刚性系杆和柔性系杆两种，刚性系
26、杆既能受拉又能受压，柔性系杆只能受拉。刚性系杆一般由双角钢组成，柔性系杆一般由单角钢组成。刚性系杆一般由双角钢组成，柔性系杆一般由单角钢组成。（五）系杆（五）系杆二、支撑的截面形式二、支撑的截面形式 屋盖支撑受力较小，一般不必计算。截面尺寸一般由杆件允许长细比和构造要求决定。屋盖支撑受力较小，一般不必计算。截面尺寸一般由杆件允许长细比和构造要求决定。（一）对于交叉斜杆，一般按拉杆（一）对于交叉斜杆，一般按拉杆 控制；非交叉斜杆、弦杆等按压杆控制；非交叉斜杆、弦杆等按压杆 控制。对于跨度较控制。对于跨度较大且承受墙面传来较大的风力时，应按桁架体系计算内力选择截面，同时亦应控制长细比。大且承受墙面
27、传来较大的风力时，应按桁架体系计算内力选择截面，同时亦应控制长细比。350 200（二）支撑的连接构造：（二）支撑的连接构造：1、上弦横向水平支撑的角钢肢尖应向下，背朝上，且连接处适当离开屋架节点，以免影响大型屋面板的或檩、上弦横向水平支撑的角钢肢尖应向下，背朝上，且连接处适当离开屋架节点，以免影响大型屋面板的或檩条的安放。如图（条的安放。如图（a）所示。）所示。2、交叉处的斜杆应有一根杆件切断，另加节点板用焊缝或螺栓连接。如图：（、交叉处的斜杆应有一根杆件切断，另加节点板用焊缝或螺栓连接。如图：（a）所示；交叉斜杆处如与檩条）所示；交叉斜杆处如与檩条相连，则两根斜杆均应切断，用节点板相连。如
28、图相连，则两根斜杆均应切断，用节点板相连。如图b所示。所示。3、下弦横向和纵向水平支撑的角钢肢尖允许向上，如图（、下弦横向和纵向水平支撑的角钢肢尖允许向上，如图（c）所示，其中交叉斜杆以肢背靠肢背交叉放置，中）所示，其中交叉斜杆以肢背靠肢背交叉放置，中间填以填板，杆件无需切断。间填以填板，杆件无需切断。4、垂直支撑可只与屋架竖杆相连，如图（、垂直支撑可只与屋架竖杆相连，如图（d）所示，也可通过竖向小钢板与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连。如）所示，也可通过竖向小钢板与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连。如图（图（e）所示。）所示。自学自学9.5 檩条及压形钢板设计檩条及压形钢板设计9.6 桁架的形式的截面设
29、计桁架的形式的截面设计传统作法采用两个角钢组成的传统作法采用两个角钢组成的T形或十字形截面的杆件，在杆件汇交处（节点）通过节点板用焊缝连接而成的形或十字形截面的杆件，在杆件汇交处（节点）通过节点板用焊缝连接而成的普通钢桁架作为屋架，具有受力性能好，制作安装方便、取材容易、与支撑体系形成屋盖结构整体刚度好、工作可普通钢桁架作为屋架，具有受力性能好，制作安装方便、取材容易、与支撑体系形成屋盖结构整体刚度好、工作可靠、适应性强等优点，因而在工业与民用建筑房屋的屋盖结构中得到广泛应用。靠、适应性强等优点，因而在工业与民用建筑房屋的屋盖结构中得到广泛应用。值得提出的是：热轧角钢的壁厚度较大，因此耗钢量较
30、大，用于跨度太小或屋面荷载较轻的屋盖中不大经济；值得提出的是：热轧角钢的壁厚度较大，因此耗钢量较大，用于跨度太小或屋面荷载较轻的屋盖中不大经济；另外受角钢最大规格限制，屋面荷载重、跨度大的房屋也不宜采用，最适于另外受角钢最大规格限制，屋面荷载重、跨度大的房屋也不宜采用，最适于1836m跨度，再小或再大就不经济了跨度，再小或再大就不经济了。也有采用剖分也有采用剖分T形钢截面。形钢截面。应根据房屋的用途、建筑造型、屋架跨度、荷载大小、屋面材料的排水坡度等因素综合考虑，使之符合：适用、受应根据房屋的用途、建筑造型、屋架跨度、荷载大小、屋面材料的排水坡度等因素综合考虑，使之符合：适用、受力合理、经济、
31、施工方便等原则。力合理、经济、施工方便等原则。选择桁架的原则：选择桁架的原则：1、从受力角度考虑：、从受力角度考虑：（1）屋架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀；）屋架外形应尽量与弯矩图相近，以使弦杆受力均匀；（2）受力较合理的腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，腹杆数量少，总长度短；）受力较合理的腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，腹杆数量少，总长度短；（3）尽可能使荷载作用于节点，避免弦杆因受节间荷载引起局部弯矩而增加截面面积，设计也麻烦。）尽可能使荷载作用于节点，避免弦杆因受节间荷载引起局部弯矩而增加截面面积，设计也麻烦。一、桁架形式和主要尺寸一、桁架形式和主要尺寸（一）桁架的形式（一）桁
32、架的形式2、从施工角度考虑：、从施工角度考虑：（1）屋架弦杆的数量和品种规格应尽可能少，在用钢量增加不多的原则下，力求尺寸统一，构造简单，便于）屋架弦杆的数量和品种规格应尽可能少，在用钢量增加不多的原则下，力求尺寸统一，构造简单，便于制造。制造。一般上下弦杆角钢规格不变，统一，中间不做改变，主要从施工角度考虑的。一般上下弦杆角钢规格不变，统一，中间不做改变，主要从施工角度考虑的。（2）腹杆与弦杆的轴线间的夹角一般在）腹杆与弦杆的轴线间的夹角一般在30度度60度之间，最好在度之间，最好在45度左右，以使节点紧凑。度左右，以使节点紧凑。3、其它方面：、其它方面：（1）屋架上弦的坡度须适合屋面的排水
33、要求；）屋架上弦的坡度须适合屋面的排水要求；（2）建筑造型的需要；）建筑造型的需要；（3）设置天窗的需要。）设置天窗的需要。上述各种要求一般不可能同时满足，可根据具体情况，综合考虑各因素，得到一个经济、合理的方案。上述各种要求一般不可能同时满足，可根据具体情况，综合考虑各因素，得到一个经济、合理的方案。常用的钢屋架形式（见表）常用的钢屋架形式（见表）1、三角形钢屋架、三角形钢屋架三角形屋架一般适用于坡度较大的有檩屋盖，坡度为三角形屋架一般适用于坡度较大的有檩屋盖，坡度为1/21/3，屋架跨度通常为，屋架跨度通常为1824m，屋架高度，屋架高度H=（1/41/6L）。）。三角形屋架的外形与铰屋架
34、的抛物线弯矩图形状相差较大，使屋架弦杆受力不均匀，靠近支座内力较大，跨中三角形屋架的外形与铰屋架的抛物线弯矩图形状相差较大，使屋架弦杆受力不均匀，靠近支座内力较大，跨中内力较小。若弦杆采用同一截面杆件，则不能充分发挥材料的作用，不经济。内力较小。若弦杆采用同一截面杆件，则不能充分发挥材料的作用，不经济。三角形屋架与柱子一般为铰接，房屋的横向刚度较低。三角形屋架与柱子一般为铰接，房屋的横向刚度较低。主要有以下几种形式：主要有以下几种形式：（1）芬克式屋架：图（）芬克式屋架：图（a）、（）、（b）所示。（也有（）所示。（也有（b）中间有腹杆的）中间有腹杆的）其腹杆节点较多，但它们的压杆短、其腹杆节
35、点较多，但它们的压杆短、拉杆长、受力较合理；拉杆长、受力较合理；可分为两个小桁架制作及运输，施工方便。可分为两个小桁架制作及运输，施工方便。（2）人字式屋架：图（）人字式屋架：图（d）所示，它的节点少且均匀，但受压杆较长，适用于跨度小（小于）所示，它的节点少且均匀，但受压杆较长，适用于跨度小（小于18m）情况。其抗）情况。其抗震性能优于芬克式屋架。震性能优于芬克式屋架。（3）单斜腹杆屋架：图（）单斜腹杆屋架：图（c）所示，其腹杆均较长，节点较多，杆件夹角小，制作困难，适用于设置天棚的屋）所示，其腹杆均较长，节点较多，杆件夹角小，制作困难，适用于设置天棚的屋架。应用较少。架。应用较少。（4）将三
36、角形屋架两端高度改为）将三角形屋架两端高度改为500mm，这样改变以后，屋架支座处上、下弦的内力大大减少，改善了屋架，这样改变以后，屋架支座处上、下弦的内力大大减少，改善了屋架的工作情况。的工作情况。3121i2、梯形屋架、梯形屋架适用于屋面坡度较小的无檩体系，坡度一般为（适用于屋面坡度较小的无檩体系，坡度一般为（1/81/16），跨度可达），跨度可达36m。梯形屋架的外形较接近于弯矩图，各节间弦杆受力较均匀，且腹杆较短。梯形屋架的外形较接近于弯矩图，各节间弦杆受力较均匀，且腹杆较短。梯形屋架与柱可铰接也可刚接。刚接连接的横向刚度较大，是目前无檩体系的工业厂房屋盖中应用最广的屋盖梯形屋架与柱可
37、铰接也可刚接。刚接连接的横向刚度较大，是目前无檩体系的工业厂房屋盖中应用最广的屋盖形式。形式。主要有如下几种形式：主要有如下几种形式：（1）人字式：如图（）人字式：如图（a）、（）、（c）所示。）所示。（2）再分式：如图（）再分式：如图（b）所示。屋面板宽度为）所示。屋面板宽度为1.5m时，可采用再分式腹杆，使节间为时，可采用再分式腹杆，使节间为1.5m，以避免上弦承受局，以避免上弦承受局部弯矩，用料经济，但节点和腹杆数量增多，制造费工，故仍有采用较大节间部弯矩，用料经济，但节点和腹杆数量增多，制造费工，故仍有采用较大节间3m使上弦承受节间的荷的做法，虽使上弦承受节间的荷的做法，虽用钢量增多，
38、但构造较简单。用钢量增多，但构造较简单。3、平行弦屋架：、平行弦屋架：它的上下弦平行，可用做单坡、双坡屋面，也可做成不同坡度。它的杆件规格、节点构造统一，便于制作。它的上下弦平行，可用做单坡、双坡屋面，也可做成不同坡度。它的杆件规格、节点构造统一，便于制作。一般用作托架或支撑体系中。一般用作托架或支撑体系中。1、屋架的跨度、屋架的跨度主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通钢屋架常见跨度为主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通钢屋架常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m等。等。钢屋架计算跨度的确定：简支于柱顶的钢屋架，其计算跨度取决于屋架支反力间的距离。钢屋架计算跨度的确定：简支于
39、柱顶的钢屋架，其计算跨度取决于屋架支反力间的距离。（二）屋架的主要尺寸（二）屋架的主要尺寸2、屋架的高度、屋架的高度（1）屋架的最大高度取决于运输界线；）屋架的最大高度取决于运输界线；（2）最小高度取决于屋架容许挠度；）最小高度取决于屋架容许挠度；（3）经济高度则是根据屋架杆件的总用钢量最少的条件确定；）经济高度则是根据屋架杆件的总用钢量最少的条件确定；（4）有时建筑高度也限制了屋架的最大高度。）有时建筑高度也限制了屋架的最大高度。3、屋架起拱、屋架起拱对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用，因此要起拱对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的
40、挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用，因此要起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度，起拱高度一般为，即预先给屋架一个向上的反挠度，以抵消屋架受荷后产生的部分挠度，起拱高度一般为跨度的跨度的1/5001/500。计算时，当采用图解法求屋架杆件内力时，图中可不考虑起拱高度。计算时，当采用图解法求屋架杆件内力时，图中可不考虑起拱高度。需要起拱的桁架：需要起拱的桁架：（1）三角形）三角形桁桁架：大于等于架：大于等于15米；米；（2）梯形、平行弦）梯形、平行弦桁桁架：大于等于架：大于等于24米。米。9.6.2 桁架的荷载及内力计算桁架的荷载及内力计算1、屋架的各节点均为理想
41、的铰接。、屋架的各节点均为理想的铰接。2、屋架各杆件的轴线均为直线，都在同一平面内，且相交于节点的中心。、屋架各杆件的轴线均为直线，都在同一平面内，且相交于节点的中心。3、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。计算基本假定计算基本假定（一）桁架的荷载计算和内力组合（一）桁架的荷载计算和内力组合1、屋架的荷载计算：本着实事求是的原则，有什么算什么，查荷载规范。作用在屋架上的荷载：、屋架的荷载计算：本着实事求是的原则，有什么算什么，查荷载规范。作用在屋架上的荷载：（1）恒载：屋面材料自重（保温屋、防水屋、屋面板）、檩条、屋架、天窗、支撑、天棚等的自重。）恒载
42、：屋面材料自重（保温屋、防水屋、屋面板）、檩条、屋架、天窗、支撑、天棚等的自重。屋架和支撑的自重经验公式：屋架和支撑的自重经验公式：（2）活载：屋面施工检修活载、积灰荷载、雪荷载、悬挂吊车活载等。）活载：屋面施工检修活载、积灰荷载、雪荷载、悬挂吊车活载等。注：风荷载一般不考虑。但当采用轻型屋盖、开敞式房屋或风荷载标准值大于注：风荷载一般不考虑。但当采用轻型屋盖、开敞式房屋或风荷载标准值大于0.49KN/m2时需考虑。时需考虑。lgK011.012.02、节点荷载计算：、节点荷载计算：屋架所受的荷载一般通过檩条或大型屋面板肋以集中力的方式作用于屋架的节点上，负荷面如图中阴影部分的屋架所受的荷载一
43、般通过檩条或大型屋面板肋以集中力的方式作用于屋架的节点上，负荷面如图中阴影部分的面积。面积。用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力在多数情况下为最不利内力；第二种容易引起跨中部分的斜腹杆内力用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力在多数情况下为最不利内力；第二种容易引起跨中部分的斜腹杆内力的变号；第三种如施工安装过程中两侧屋面板对称铺设，可不考虑第三种荷载组合。的变号；第三种如施工安装过程中两侧屋面板对称铺设，可不考虑第三种荷载组合。3、荷载组合：、荷载组合：设计时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算屋架杆件的内力，一般情况下存在下列三种设计时，应根据使用和施工过程中可能出现的最不利荷载
44、组合计算屋架杆件的内力，一般情况下存在下列三种组合最为不利：组合最为不利：（1）全跨永久荷载）全跨永久荷载+全跨可变荷载（使用阶段）；全跨可变荷载（使用阶段）；（2）全跨永久荷载）全跨永久荷载+半跨可变荷载（如雪载：阳面化了，阴面没化：使用阶段）半跨可变荷载（如雪载：阳面化了，阴面没化：使用阶段）（3）全跨屋架、天窗架和支撑自重）全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载。半跨屋面活荷载。（如施工安装过程中两侧屋面板的铺设）（如施工安装过程中两侧屋面板的铺设）（三）内力计算（三）内力计算（1）基本假定：）基本假定：通常将荷载集中到节点上，并假定屋架各杆均为理想直杆
45、，各杆轴线在同一平面内且通常将荷载集中到节点上，并假定屋架各杆均为理想直杆，各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。汇交于节点中心，各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。（2）节间荷载引起的局部弯矩：节间荷载作用的屋架，除把节间荷载分配到相邻节点外，还应计算节）节间荷载引起的局部弯矩：节间荷载作用的屋架，除把节间荷载分配到相邻节点外，还应计算节间荷载引起的局部弯矩。间荷载引起的局部弯矩。根据上面的假定，采用数解法、图解法（计算误差较大）或借助电算求得，对于常用形式的屋架，各种建筑结构设根据上面的假定，采用数解法、图解法（计算误差较大）或借助电
46、算求得，对于常用形式的屋架，各种建筑结构设计手册中无有单位节点荷载作用下的杆件内力计算系数表。设计时只要将屋架节点截载值乘以相应杆件的内力系数，计手册中无有单位节点荷载作用下的杆件内力计算系数表。设计时只要将屋架节点截载值乘以相应杆件的内力系数，即求得该杆件的内力（轴向力）。即求得该杆件的内力（轴向力）。即：即：杆件内力杆件内力=表中系数表中系数节点集中荷载（拉为正，压为负）节点集中荷载（拉为正，压为负）角钢屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个弯曲轴，即角钢屋架的杆件由两个角钢组成，截面有两个弯曲轴，即x轴和轴和y轴，这样它就有两种弯曲失稳轴，这样它就有两种弯曲失稳的可能性：一种是在屋架平面内
47、屈曲；另一种是在屋架平面外屈曲。的可能性：一种是在屋架平面内屈曲；另一种是在屋架平面外屈曲。9.6.3桁架杆件的计算长度和容许长细比桁架杆件的计算长度和容许长细比 1、弦杆、支座斜杆和支座竖杆、弦杆、支座斜杆和支座竖杆由于杆件重要、内力和截面大、节点连接杆件少，约束作用小，可偏于安全地视为铰接，计算长度取几何长度由于杆件重要、内力和截面大、节点连接杆件少，约束作用小，可偏于安全地视为铰接，计算长度取几何长度l0 x=l(l为构件几何长度，即节点中心间距离为构件几何长度，即节点中心间距离);2、其他受压杆、其他受压杆 节点本身有一定的刚度，节点板有多个板件连接，相邻杆件约束该杆端部的转动，从而提
48、高其整体稳定，因节点本身有一定的刚度，节点板有多个板件连接，相邻杆件约束该杆端部的转动，从而提高其整体稳定，因而考虑折减。而考虑折减。l0 x=0.8l。（一）在桁架平面内的计算长度在桁架平面内的计算长度1、弦杆平面外的计算长度、弦杆平面外的计算长度l0y等于侧向固定点间的距离。等于侧向固定点间的距离。（1）对于上弦杆：）对于上弦杆：有檩体系：檩条与屋架支撑交叉点不相连时，取水平支撑与屋架上弦交叉点之间的距离；檩条与支撑交叉点有檩体系：檩条与屋架支撑交叉点不相连时，取水平支撑与屋架上弦交叉点之间的距离；檩条与支撑交叉点用节点板焊牢时，取檩条之间的距离。用节点板焊牢时，取檩条之间的距离。无檩体系
49、：若能保证屋面板与上弦三点可靠焊接，使大型屋面板起支撑作用，可取两块大型屋面板宽度，即：无檩体系：若能保证屋面板与上弦三点可靠焊接，使大型屋面板起支撑作用，可取两块大型屋面板宽度，即：l=2b若不能保证三点可靠焊接，则认为大型屋面板只能起到刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离。若不能保证三点可靠焊接，则认为大型屋面板只能起到刚性系杆作用，计算长度仍取支撑点间的距离。(二二)在桁架平面外的计算长度在桁架平面外的计算长度平面内和平面外计算长度图形（2）对于下弦杆：）对于下弦杆：取下弦侧向支撑点间的距离，该距离由下弦的支撑体系或系杆的设置确定。取下弦侧向支撑点间的距离，该距离由下弦的支撑体系或系
50、杆的设置确定。2、腹杆平面外的计算长度取节点中心间的距离。腹杆平面外的计算长度取节点中心间的距离。3、当弦杆侧向支撑点之间的距离为节间长度的当弦杆侧向支撑点之间的距离为节间长度的2倍，且两个节间的内力不相等，则该弦杆平面外的计算长度，倍，且两个节间的内力不相等，则该弦杆平面外的计算长度，应按下式计算：应按下式计算：桁架弦杆和单系腹杆的计算长度表桁架弦杆和单系腹杆的计算长度表9.2项次项次 弯曲方向弯曲方向 弦杆弦杆 腹杆腹杆 支座斜杆和支座竖杆支座斜杆和支座竖杆 其他腹杆其他腹杆 1在桁架平面内在桁架平面内 2在桁架平面外在桁架平面外 3斜平面斜平面 l0.8l0.9lllll1ll1l钢结构
