《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第2版》 課件 第7章：普通鋼屋架設(shè)計(jì)

7.2屋蓋支撐體系7.1屋架的選型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)屋架第7章：普通鋼屋架設(shè)計(jì)7.3普通鋼屋架設(shè)計(jì)7.4鋼屋架設(shè)計(jì)實(shí)例（1）滿(mǎn)足使用要求：

上弦坡度要適合屋面防水材料的要求。7.1屋架的選型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.1確定屋架形式的原則

(2)受力合理：弦桿：使各節(jié)間弦桿的內(nèi)力相差不太大。

腹桿：

應(yīng)使長(zhǎng)桿受拉短桿受壓，且腹桿數(shù)量宜少，腹桿總長(zhǎng)度也應(yīng)較小。(3)施工要求·

桿件夾角30°～60°；

·

桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)量少；桿件尺寸劃一及節(jié)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

·

分段制造，便于運(yùn)輸與安裝；1)三角形屋架①特點(diǎn)②適用范圍外形和彎矩圖不相適應(yīng)，弦桿內(nèi)力分布不均勻，近支座處內(nèi)力大，近跨中處小，橫向剛度小。上下弦交角小，端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。可將上弦或下弦改變?yōu)檎劬€(xiàn)形或陡坡梯形，以改善受力和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造?？缍刃?，坡度大、采用輕型屋面材料的有檁體系。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③按腹桿布置方式分類(lèi)：

特點(diǎn)：長(zhǎng)腹桿受拉，短腹桿受壓，受力合理，便于運(yùn)輸。·

芬克式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

桿件數(shù)量少，腹桿總長(zhǎng)度較小，節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，減少了制造工作量·單斜式

腹桿和節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，長(zhǎng)桿受壓，短桿受拉，只用于下弦設(shè)置天棚的屋架，需要下弦節(jié)間長(zhǎng)度較小的情況。

·人字式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2)梯形屋架①特點(diǎn)②適用范圍適用于屋面坡度平緩且跨度較大時(shí)的屋蓋結(jié)構(gòu)。

外形和彎矩圖比較接近，弦桿內(nèi)力沿跨度分布較均勻，用料經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用廣泛。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③按腹桿布置方式分類(lèi)：特點(diǎn)：腹桿總長(zhǎng)度短，節(jié)點(diǎn)少。按支座斜桿與弦桿組成的支承點(diǎn)在下弦或在上弦又可分為下承式和上承式兩種。上承式下承式·

人字式建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)·

再分式特點(diǎn)：可避免節(jié)間直接受荷（非節(jié)點(diǎn)荷載）?！涡睏U式

特點(diǎn)：多數(shù)腹桿受壓，桿件數(shù)量多，總長(zhǎng)大，應(yīng)用少。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3)平行弦屋架上、下弦桿水平，桿件和節(jié)點(diǎn)規(guī)格化、便于制造。屋架的外形和彎矩圖分布不接近，弦件內(nèi)力分布不均勻。一般用于托架和支撐體系。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.1.2屋架的外形及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）橫向水平支撐7.2.1支撐的種類(lèi)7.2屋蓋支撐體系建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2）縱向水平支撐3）垂直支撐4）系桿

1）保證屋蓋結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性。

7.2.2支撐的作用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2）避免壓桿側(cè)向失穩(wěn)，防止拉桿產(chǎn)生過(guò)大的震動(dòng)3）承擔(dān)并傳遞縱向水平力

4）保證結(jié)構(gòu)安裝和架設(shè)過(guò)程中的穩(wěn)定性1.上弦橫向水平支撐所有屋蓋中都應(yīng)設(shè)置屋架上弦橫向水平支撐，當(dāng)有天窗架時(shí)，天窗架上弦也應(yīng)設(shè)置橫向水平支撐。

7.2.3屋蓋支撐的布置建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理設(shè)置在房屋的兩端或溫度區(qū)段兩端

一般設(shè)在第一個(gè)柱間有時(shí)可將其布置在第二個(gè)柱間，但在第一個(gè)柱間要設(shè)置剛性系桿以支持端屋架和傳遞端墻風(fēng)力。支撐間距

L0≤60m。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置2.下弦橫向水平支撐當(dāng)跨度L≥18m；設(shè)有懸掛式吊車(chē)起重量大于5噸；廠房?jī)?nèi)設(shè)有較大的振動(dòng)設(shè)備時(shí)設(shè)置與上弦橫向水平支撐布置在同一柱間。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置3.縱向水平支撐廠房?jī)?nèi)設(shè)有托架，或有較大噸位的重級(jí)、中級(jí)工作制的橋式吊車(chē)；或有壁行吊車(chē)，或有鍛錘等大型振動(dòng)設(shè)備；以及當(dāng)房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高時(shí)。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置4.垂直支撐：

所有房屋中均應(yīng)設(shè)置垂直支撐。

梯形屋架跨度L≤30m在跨中增設(shè)一道兩端各設(shè)置一道L≤30mL＞30m跨度L＞30m宜在跨度1／3附近或天窗架側(cè)柱外設(shè)置兩道建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置跨度L≤24m時(shí)，僅在跨中設(shè)一道。三角形屋架

垂直支撐與上、下弦橫向水平支撐布置在同一柱間。跨度L＞24m宜在跨度1／3附近或天窗架側(cè)柱外設(shè)置兩道建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置5.系桿

剛性系桿：柔性系桿：能承受拉力也能承受壓力的系桿。只能承受拉力的系桿作用：

為沒(méi)有參與組成空間穩(wěn)定體的屋架提供上下弦的側(cè)向支承點(diǎn)。保證其上弦桿平面外的穩(wěn)定和安裝時(shí)屋架的穩(wěn)定

第一柱間的剛性系桿能將山墻的風(fēng)荷載傳到橫向水平支撐。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.2.3屋蓋支撐的布置

各種支撐都是一個(gè)平面桁架，桁架的腹桿一般采用交叉斜桿。豎腹桿：豎桿弦桿：相鄰屋架弦桿兼作橫向支撐桁架的弦桿腹桿

支撐桁架

斜腹桿：支撐7.2.4屋蓋支撐的形式與構(gòu)造建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3普通鋼屋架設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.1鋼屋架設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟(1)屋架的選型：屋架形式及尺寸(2)荷載計(jì)算計(jì)算永久荷載、屋面均布活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載等。(3)內(nèi)力計(jì)算(4)內(nèi)力組合：確定各桿件的最不利內(nèi)力。(5)屋架的桿件設(shè)計(jì)確定桿件的計(jì)算長(zhǎng)度；選取桿件截面形式；初選截面尺寸；根據(jù)桿件的最不利內(nèi)力按軸心受拉、軸心受壓或拉壓彎構(gòu)件進(jìn)行桿件截面設(shè)計(jì)

(6)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)(7)繪制屋架施工圖并編制材料表H=(1/6～1/4)L三角形屋架：

屋架高度由經(jīng)濟(jì)條件、剛度條件、運(yùn)輸界限、屋架坡度等因素決定。梯形屋架：

H=(1/10～1/6)LH0=(1/16～1/10)L常取1.8——2.1米等較整齊的數(shù)據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.2鋼屋架主要尺寸(1/6～1/4)LL(1/10～1/6)L(1/16～1/10)L屋架上的荷載包括：（1）永久荷載：屋架、屋面材料、支撐結(jié)構(gòu)自重建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.3屋架荷載計(jì)算與組合1.荷載計(jì)算(2)可變荷載：屋面活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載、積灰荷載及懸掛荷載等。屋架及支撐自重，用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（水平投影面）風(fēng)荷載一般不考慮，但對(duì)于輕型屋面材料，考慮風(fēng)的吸力引起桿件變號(hào)。計(jì)算豎向荷載時(shí)，按水平投影面計(jì)算屋面及水平面夾角屋架設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下三種荷載組合組合一：全跨永久荷載＋全跨可變荷載組合二：全跨永久荷載＋半跨可變荷載組合三：全跨屋架及支撐自重＋半跨大型屋面板重＋半跨屋面活荷載

屋架中部某些桿件在全跨可變荷載作用時(shí)受拉，而在半跨可變荷載作用時(shí)可能受壓。

保證施工階段屋架安全建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.3屋架荷載計(jì)算與組合2.內(nèi)力組合P

屋面荷載一般是通過(guò)屋面板或檁條以集中力的形式傳遞給屋架。ldPPP建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.4內(nèi)力計(jì)算按鉸接平面桁架分析內(nèi)力

假定屋架各桿均為理想直桿，各桿軸線(xiàn)在同一平面內(nèi)且匯交于節(jié)點(diǎn)中心，各節(jié)點(diǎn)均為理想鉸接，忽略實(shí)際節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的次應(yīng)力。(1）只有節(jié)點(diǎn)荷載作用下pppppppp/2ppppp/2建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.4內(nèi)力計(jì)算(2）有節(jié)間荷載作用的屋架

將節(jié)間荷載分配到相鄰的節(jié)點(diǎn)上，按只有節(jié)點(diǎn)荷載作用的屋架計(jì)算各桿內(nèi)力。

p2P2P2Pppppp建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.4內(nèi)力計(jì)算直接承受節(jié)間荷載的弦桿為壓彎構(gòu)件（N，M）。

M0為將上弦節(jié)間視為簡(jiǎn)支梁所得跨中彎矩。簡(jiǎn)化計(jì)算：0.8M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M00.6M0局部彎矩M理論上應(yīng)按彈性支座上的連續(xù)梁計(jì)算。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.4內(nèi)力計(jì)算常用的內(nèi)力分析方法有圖解法解析法電算1110.50.511建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.4內(nèi)力計(jì)算計(jì)算長(zhǎng)度概念：將端部有約束的壓桿化作等效的兩端鉸接的理想

軸心壓桿。桿端約束越強(qiáng)，桿件計(jì)算長(zhǎng)度越短，臨界荷載越高。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)影響鋼屋架桿端約束大小的因素：1）桿件軸力性質(zhì)拉力使桿拉直，約束作用大，壓力使桿件彎曲，約束作用微不足道。2）桿件線(xiàn)剛度大小

線(xiàn)剛度越大，約束作用越大；反之，約束作用越小。

建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1.桿件計(jì)算長(zhǎng)度的確定7.3.5桿件設(shè)計(jì)上弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：

在桁架平面內(nèi)

本身線(xiàn)剛度大，但兩端節(jié)點(diǎn)嵌固程度較低，視為兩端鉸接桿件。lox=l建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)在桁架平面外

取決于弦桿側(cè)向支承點(diǎn)間距離。無(wú)檁方案:有檁方案:能保證大型屋面板三點(diǎn)與上弦桿焊接時(shí):lOy=l11（l11≤3m）l11—

兩塊屋面板寬度檁條與支撐點(diǎn)交叉不連接時(shí)：lOy=l1檁條與支撐點(diǎn)交叉連接時(shí)：lOy=l1/2下弦桿計(jì)算長(zhǎng)度：

在桁架平面內(nèi)

在桁架平面外

取縱向水平支撐節(jié)點(diǎn)與系桿或系桿與系桿之間的距離。lox=l建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)端豎桿、端斜桿計(jì)算長(zhǎng)度：

在桁架平面內(nèi)

lox=l在桁架平面外

由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對(duì)桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接。loy=l建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)其他腹桿計(jì)算長(zhǎng)度：

在桁架平面內(nèi)

lox=0.8l在桁架平面內(nèi)

由于節(jié)點(diǎn)在平面外剛度很小，對(duì)桿件嵌固作用較小，故腹桿兩端視為鉸接兩端或一端嵌固程度較大，視為彈性嵌固lOy=l單角鋼腹桿和雙角鋼十字形腹桿，建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)3.桿件截面形式

等穩(wěn)定設(shè)計(jì)：?jiǎn)屋S對(duì)稱(chēng)截面繞對(duì)稱(chēng)軸屈曲時(shí)考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長(zhǎng)細(xì)比。寬肢薄壁

承載能力高，抗彎強(qiáng)度大，便于連接，用料經(jīng)濟(jì).通常選用角鋼和T型鋼等穩(wěn)定性外表平整壓桿對(duì)截面主軸具有相等或接近的穩(wěn)定性。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)兩角鋼的拼接方式不等肢角鋼長(zhǎng)肢相拼等肢角鋼相拼不等肢角鋼短肢相拼建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)1）上弦桿：有節(jié)間荷載時(shí)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)2）下弦桿：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)3）支座斜腹桿及豎桿：考慮到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，等肢角鋼更容易做到等穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)4）其他腹桿：連接垂直支撐的豎桿：垂直支撐傳力時(shí)豎桿不致產(chǎn)生偏心，方便吊裝。建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)屋架桿件中的填板。

作用：保證兩角鋼共同工作。

間距：壓桿拉桿不小于2個(gè)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)同一榀屋架中，角鋼的規(guī)格不超過(guò)5～6種最小角鋼L45X4L56X36X4L<18m

的小角鋼屋架不受此限。4.節(jié)點(diǎn)板厚度確定屋架的一般構(gòu)造要求腹桿最大內(nèi)力上弦桿最大內(nèi)力建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)1）拉桿：強(qiáng)度剛度強(qiáng)度，剛度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)強(qiáng)度剛度整體穩(wěn)定2）壓桿：強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.5桿件設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.畫(huà)軸線(xiàn)比例：1:20；1：302.布置截面比例：1:10；1：153.焊縫計(jì)算4.驗(yàn)算建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1. 一般節(jié)點(diǎn)內(nèi)力差肢背焊縫：肢尖焊縫：建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2.有集中荷載的節(jié)點(diǎn)a）角鋼背凹槽的塞焊縫可按下式計(jì)算其強(qiáng)度：b）角鋼肢尖焊縫建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)a）上弦中央拼接節(jié)點(diǎn)（屋脊節(jié)點(diǎn)）拼接角鋼長(zhǎng)度兩弦桿桿端空隙弦桿肢尖與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理7.3.6節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.弦桿的拼接節(jié)點(diǎn)b）下弦拼接拼接角鋼長(zhǎng)度