1、單層廠房鋼結構是由屋蓋結構、柱、吊車梁、制動梁（或制動桁架）、各種支撐以及墻架等構件組成的空間體系。,(1) 橫向框架 (2) 屋蓋結構 (3) 支撐體系 (4) 吊車梁和制動梁（或制動桁架） (5) 墻架 承受墻體的自重和風荷載。,圖1.1 裝配式鋼筋混凝土單層廠房結構,鋼屋蓋結構主要由屋面、屋架和支撐三部分組成，有的還設有托架和天窗架等構件(如圖1.1)。 (1) 屋面：主要由各種屋面板材組成，平鋪于屋架上，承受外荷載。 (2) 屋架：主要由各種鋼構件組合連接而成。 (3) 支撐：根據支撐設置的部位和所起的作用不同，支撐分為上弦橫向支撐、下弦水平支撐、垂直支撐和系桿四種。,一、組成,1 屋

2、蓋結構的組成和形式,(4) 托架和天窗架 屋架的跨度和間距取決于柱網布置，而柱網布置則根據建筑物工藝要求和經濟合理等各方面因素而定。 天窗的形式有縱向天窗、橫向天窗和井式天窗等三種，一般常采用縱向天窗。 縱向天窗則需單獨設置天窗架，常見的幾種天窗架形式如圖1.2。,1 屋蓋結構的組成和形式,圖1.2天窗架的形式,根據屋面材料和屋面結構布置情況的不同，鋼屋蓋可分為無檁屋蓋和有檁屋蓋兩種(圖1.3)。 當屋面材料采用預應力大型屋面板時，屋面荷載可通過大型屋面板直接傳給屋架，這種屋蓋體系稱為無檁屋蓋； 當屋面材料采用瓦楞鐵皮、石棉瓦、波形鋼板和鋼絲網水泥板等時，屋面荷載要通過檁條傳給屋架，這種體系稱

3、為有檁屋蓋。,二、 分類,1 屋蓋結構的組成和形式,圖1.3屋蓋結構布置,(a) 有檁屋蓋；(b)無檁屋蓋,1 屋蓋結構的組成和形式,1 屋蓋結構的組成和形式,一、 常用的鋼屋架形式,1、三角形鋼屋架 三角形屋架一般適用于坡度較大的有檁屋蓋，坡度為1/2-1/3，屋架跨度通常為18-24m，屋架高度H=（1/4-1/6L）。 三角形屋架的外形與鉸屋架的拋物線彎矩圖形狀相差較大，使屋架弦桿受力不均勻，靠近支座內力較大，跨中內力較小。若弦桿采用同一截面桿件，則不能充分發(fā)揮材料的作用，不經濟。 三角形屋架與柱子一般為鉸接，房屋的橫向剛度較低。,2 鋼屋架的形式和尺寸,2、梯形屋架 適用于屋面坡度較小

4、的無檁體系，坡度一般為（1/8-1/16），跨度可達36m。 梯形屋架的外形較接近于彎矩圖，各節(jié)間弦桿受力較均勻，且腹桿較短。 梯形屋架與柱可鉸接也可剛接。剛接連接的橫向剛度較大，是目前無檁體系的工業(yè)廠房屋蓋中應用最廣的屋蓋形式。 主要有如下幾種形式： （1）人字式：如圖（a）、（c）所示。 （2）再分式：如圖（b）所示。屋面板寬度為1.5m時，可采用再分式腹桿，使節(jié)間為1.5m，以避免上弦承受局部彎矩，用料經濟，但節(jié)點和腹桿數(shù)量增多，制造費工，故仍有采用較大節(jié)間3m使上弦承受節(jié)間荷的做法，雖用鋼量增多，但構造較簡單。,2 鋼屋架的形式和尺寸, 屋架的外形應與屋面材料所要求的排水坡度相適應。

5、屋架的外形盡可能與其彎矩圖相適應，使弦桿各節(jié)間的內力相差不大。 腹桿的布置要合理，腹桿的總長度要短，數(shù)量要少，并應使較長的腹桿受拉、較短的腹桿受壓。 節(jié)點構造要簡單合理、易于制造。 對于設有天窗或懸掛式起重運輸設備的房屋，還要配合天窗的尺寸和懸掛吊點的位置來劃分節(jié)間和布置腹桿。,確定屋架形式的原則,屋架跨度、 跨中高度、端部高度,1. 跨度鋼屋架計算跨度的確定：簡支于柱頂?shù)匿撐菁埽?其計算跨度取決于屋架支反力間的距離。如圖1.4所示。 鉸接 封閉結合 Lo = L-(300400mm) 鉸接 非封閉結合 Lo = L,二、 屋架的主要尺寸,2 鋼屋架的形式和尺寸,2. 高度取決于經濟、剛度要求

6、和運輸界限等三個方面， 同時又和屋面坡度相關，有時還受到建筑要求的限制。,二、 屋架的主要尺寸,2 鋼屋架的形式和尺寸, 中部高度,三角形屋架：,坡度,梯形屋架：,二、 屋架的主要尺寸,2 鋼屋架的形式和尺寸, 端部高度,剛接時一般不小于跨度的1/161/10，一般為1.82.4m,一般梯形屋架和平行弦屋架：,鉸接時，由中部高度和屋面坡度決定，可為1.62.2m,屋架高度確定的主要程序： 根據屋架的形式和設計經驗確定出屋架的端部高度； 按屋面材料對屋面坡度的要求確定出屋架的跨中高度； 綜合考慮其他各影響因素，最后確定屋架的高度。 當屋架的外形和主要尺寸(跨度、高度)都確定之后，桁架各桿的幾何長

7、度即可根據三角函數(shù)或投影關系求得。,2 鋼屋架的形式和尺寸,3.起拱高度對跨度較大的屋架，在橫向荷載作用下將 產生較大的撓度，有損外觀并可能影響屋架的正常使用， 因此要起拱，即預先給屋架一個向上的反撓度，以抵消屋 架受荷后產生的部分撓度，,二、 屋架的主要尺寸,2 鋼屋架的形式和尺寸,對于15m的三角形屋架和 24m梯形和平行弦屋架， 采用起拱，一般為L/500。,2 鋼屋架的形式和尺寸,圖左邊的數(shù)字為該鋼屋架的桿件長度,圖右邊的數(shù)字為該鋼屋架各桿件的內力，正值代表拉力，負值代表壓力,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),平面屋架在屋架 平面外的剛度和穩(wěn)定 性很差，不能承受水 平荷載。因此，為使 屋架結構有足

8、夠的空 間剛度和穩(wěn)定性，必 須在屋架間設置支撐 系統(tǒng)。,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),一、 屋蓋支撐作用, 保證屋蓋的整體性，提高空間剛度 僅由平面桁架、檁條及屋面材料組成的屋蓋結構，是一個 不穩(wěn)定的體系，如果將某些屋架在適當部位用支撐連系起來， 成為穩(wěn)定的空間體系，其余屋架再由檁條或其他構件連接在這 個空間穩(wěn)定體系上，就保證了整個屋蓋結構的穩(wěn)定。 作為屋架弦桿的側向支撐點，保證屋架受壓上弦桿在屋架 平面外穩(wěn)定 減小了弦桿平面外的計算長度。 承擔和傳遞水平荷載（如縱向和橫向風荷載、懸掛吊車水 平荷載和地震作用等）。 保證結構安裝時的穩(wěn)定與方便 屋蓋的安裝首先用支撐將兩相鄰屋架連系起來組成一個基 本空間

9、穩(wěn)定體，在此基礎上即可順序進行其他構件的安裝。,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),支撐系統(tǒng)的組成,二、屋蓋支撐布置及要求,上弦橫向水平支撐一般應設置在房屋兩端或縱向 溫度區(qū)段兩端的第一柱間或第二柱間，其最大間距為 60m，否則在中間應增設一道或幾道支撐。有時可將其 布置在第二個柱間，但在第一個柱間要設置剛性系桿 以支持端屋架和傳遞端墻風力。,1上弦橫向水平支撐,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),二、屋蓋支撐布置及要求,1上弦橫向水平支撐,2下弦橫向水平支撐,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),2下弦橫向水平支撐,當屋架間距12m時，尚應在屋架下弦設置橫向水平 支撐，一般和上弦橫向水平支撐布置在同一柱間以形

10、成空間穩(wěn)定體系的基本組成部分。 但當屋架跨度比較小（18m）又無吊車或其他振動 設備時，可不設下弦橫向水平支撐。,二、屋蓋支撐布置及要求,2下弦橫向水平支撐,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),3下弦縱向水平支撐,當房屋較高、跨度較大、 空間剛度要求較高時， 設有支承中間屋架的托 架，或設有重級或大噸 位的中級工作制橋式吊 車等較大振動設備時， 均應在屋架端節(jié)間平面 內設置縱向水平支撐。 一般情況可以省掉。,下弦縱向水平支撐,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),4垂直支撐,位于上、下弦水 平支撐同一開間內， 形成一個跨長為屋架 間距的平行弦桁架。 （1）跨度小于30m的 梯

11、形屋架，通常在屋 架兩端和跨度中央各 設置一道垂直支撐。,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),（1）當跨度大于30m時，則在兩端和跨度1/3處分別共設置四道。,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),4垂直支撐,（2）跨度小于24m的三角形屋架只需在跨度中央設一道垂 直支撐；,二、屋蓋支撐布置及要求,24m,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),（2）跨度大于24m跨時則在1/3跨度處共設兩道。,24m,4垂直支撐,二、屋蓋支撐布置及要求,4垂直支撐,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),二、屋蓋支撐布置及要求,5系桿,作用：系桿能保證無橫向水平支撐的所有屋架在上弦桿平面外的穩(wěn)定和安裝時屋架的穩(wěn)定，第一柱間的

12、剛性系桿能將山墻的風荷載傳到橫向水平支撐。 設置：在橫向支撐或垂直支撐節(jié)點處應沿房屋通長設置系桿。在屋架上弦平面內，對無檁體系屋蓋應在屋脊處和屋架端部處設置系桿；對有檁體系只在有縱向天窗下的屋脊處設置系桿。,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),二、屋蓋支撐布置及要求,5系桿,系桿分剛性系桿（既能受拉也能受壓）和柔性系桿（只能承受拉力）兩種。屋架主要支承節(jié)點處的系桿，屋架上弦脊節(jié)點處的系桿均宜用剛性系桿。,二、屋蓋支撐布置及要求,一般跨度房屋的系桿受力很小，柔性系桿的設計可按350， 400控制，常用單角鋼截面；剛性系桿的設計可按=200控制， 常用雙角鋼十形截面。兩端與屋架可靠連固的檁條，當其長細比 滿足要

13、求時，可同時作為上弦系桿。,二、屋蓋支撐布置及要求,3 鋼屋蓋的支撐系統(tǒng),三、屋蓋支撐的計算和構造,屋架支撐為平行弦桁架，其弦桿可兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿一般采用十字交叉式，與弦桿的交角在30o60o之間。通常橫向水平支撐節(jié)點間的距離為屋架上弦節(jié)間距離的24倍，縱向水平支撐的寬度取屋架端節(jié)間的長度，一般為6m左右。 支撐中的交叉斜桿以及柔性系桿按拉桿設計，通常用單角鋼做成；非交叉斜桿、弦桿、橫桿以及剛性系桿按壓桿設計，宜采用雙角鋼做成的T形截面或十字形截面，其中橫桿和剛性系桿常用十字形截面使在兩個方向具有等穩(wěn)定性。 屋蓋支撐受力較小，截面尺寸一般由桿件容許長細比和構造要求決定。,作用在屋架節(jié)

14、點上 的荷載，有檁屋蓋通過 檁條，無檁屋蓋通過大 型屋面板的縱肋傳在桁 架的節(jié)點上。 (圖所示，sa陰影范圍 內的屋面荷載)。,一、屋架上的荷載,4 鋼屋架的計算,一、屋架上的荷載,4 鋼屋架的計算,(1) 永久荷載,一、屋架上的荷載,4 鋼屋架的計算,屋面恒荷載(檁條、屋面板、瓦以及屋面上的保溫層、 防水層等屋面做法的重量)； 屋架(包括支撐)自重；,(2) 可變荷載 包括屋面均布活荷載、積灰荷載、雪荷載、風荷載，以及 懸掛吊車荷載等，其中屋面活荷載和雪荷載不同時考慮，取兩 者中的較大值。,一、屋架上的荷載,4 鋼屋架的計算,屋架內力應根據使用過程或施工過程中可能出現(xiàn)的 最不利荷載組合計算。

15、在屋架設計時應考慮以下三種荷 載組合： 永久荷載+可變荷載 永久荷載+半跨可變荷載 屋架、支撐和天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面 活荷載 屋架上、下弦桿和靠近支座的腹桿按第一種荷載組合計 算；而跨中附近的腹桿按第二、三種荷載組合計算，取大值。,4 鋼屋架的計算,(1) 軸向力 屋架各桿件的軸向力可用圖解法、數(shù)解法(節(jié)點法或 截面法) 、電算法或查表法求得。 (2) 局部彎矩 屋架的上弦節(jié)間作用有荷載時，除軸向力外，還要產 生局部彎矩。 由于焊縫的約束作用，可以把上弦桿視為彈性支座上 的連續(xù)梁來考慮。但為了簡化，可按近似法計算，先按簡 支梁計算出彎矩M0 。,二、內力計算,4 鋼屋架的計算,二

16、、內力計算,4 鋼屋架的計算,二、內力計算,4 鋼屋架的計算,三、屋架桿件的計算長度,4 鋼屋架的計算,1. 桁架平面內的計算長度lox,桁架按理想鉸接節(jié)點 考慮時，各桿件兩端 接近不動餃接，桿件 在桁架平面內的計算 長度大致為loxl， l為桿件幾何長度， 即節(jié)點中心間距離。,三、屋架桿件的計算長度,4 鋼屋架的計算,2. 桁架平面外的計算長度loy,3. 斜平面的計算長度,取決于弦桿側向 支承點間距離。,三、屋架桿件的計算長度,確定桁架弦桿和單系腹桿的長細比時，其計算長度應按下表規(guī)定采用。,l 構件的幾何長度（節(jié)點中心間距離）； l1 桁架弦桿側向支承點間的距離；,4 鋼屋架的計算,四、屋

17、架桿件的容許長細比,4 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,對軸心受壓桿件，宜使桿件對兩個主軸有相近的穩(wěn)定性，即可使兩方向的長細比接近相等。 基本上采用由兩個角鋼組成的T形截面或十字形截面形式的桿件，也可用H型鋼剖開而成的T形鋼代替雙角鋼組成的T形截面。受力較小的次要桿件可采用單角鋼。,4 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,當 = 時，可采用兩個等邊角鋼截面或TM截面；,上弦桿：,有節(jié)間荷載時，可采用不等邊角鋼長肢相連或TN型截面。,無節(jié)間荷載時，宜采用不等邊角鋼短肢相連的截面；,4 鋼屋架的計算,通常采用不等邊角鋼短肢相連的截面，或TW型截面以滿足長細比要求。,下弦桿：,支座斜桿：,4

18、 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,受力很小的腹桿（如再分桿等次要桿件），可采用單角鋼截面。,其他一般腹桿：,宜采用等邊角鋼相并的截面；,連接垂直支撐的豎腹桿宜采用兩個等邊角鋼組成的十字形截面；,4 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,由雙角鋼組成的T形或十字形截面桿件按實腹式桿件進行計算，必須每隔一定距離在兩個角鋼間加設填板。,雙角鋼桿件的填板：,填板的寬度一般取5080mm；填板的長度：對T形截面應比角鋼肢伸出1020mm，對十字形截面則從角鋼肢尖縮進1015mm。填板的厚度與桁架節(jié)點板相同。,4 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,填板的間距：對壓桿l140i1，拉桿l180 i

19、1；在T形截面中，i1為一個角鋼對平行于填板自身形心軸的回轉半徑；在十字形截面中，填板應沿兩個方向交錯放置，i1為一個角鋼的最小回轉半徑，在壓桿的桁架平面外計算長度范圍內，至少應設置兩塊填板。,雙角鋼桿件的填板：,4 鋼屋架的計算,五、屋架桿件的截面形式,六、屋架桿件節(jié)點板的厚度,普通鋼板中的應力十分復雜，通常不作屋架雙角鋼截面的桿件，在節(jié)點處以節(jié)點扳連接。節(jié)點計算，根據工程經驗查表確定其厚度。,4 鋼屋架的計算,七、屋架桿件的截面選擇,選擇截面應考慮要求： (1)應選用相同截面積下寬肢薄壁角鋼，增加截 面的回轉半徑，這對壓桿尤為重要。 (2)角鋼規(guī)格不宜小于L454或L56 36 4。 有螺

20、栓孔時，角鋼的肢寬須滿足表4.9的要求。 放置屋面板時，上弦角鋼水平肢寬不宜小于 80mm 。,4 鋼屋架的計算,(3)一榀桁架的角鋼規(guī)格應盡量統(tǒng)一，宜調整到不 超過5-6種。同時應盡量避免使用同一肢寬而厚度 相差不大的角鋼，同一種規(guī)格的厚度之差不宜小 于2mm，以便施工時辨認。,(4)桁架弦桿一般沿全跨采用等截面，但對跨度大 于24m的三角形桁架和跨度大于30m的梯形桁架， 可根據內力變化改變弦桿截面，但在半跨內只宜改 變一次，且只改變肢寬而保持厚度不變，以便拼接 的構造處理。,4 鋼屋架的計算,七、屋架桿件的截面選擇,（1）拉桿：按凈截面強度要求選擇截面AnNf ， 并進行剛度驗算；,（2

21、）壓桿：,4 鋼屋架的計算,七、屋架桿件的截面選擇,由穩(wěn)定條件確定所需的截面面積。 先假定長細此(弦桿一般取=60-100， 腹桿一般取=80-120)，,根據所選用角鋼的實際截面積A，回轉半徑，按軸心受壓構件進行強度、剛度和穩(wěn)定性驗算。不滿足，可重新計算或在原選擇的截面的基礎上改選角鋼驗算。,（3）壓彎或拉彎桿件：當上弦桿或下弦桿受節(jié)間荷 載時，桿件同時承受軸心力和局部彎矩作用，應按 壓彎或拉彎構件計算、通常采用試算法初步估算截 面，然后再驗算其強度和剛度，對壓彎構件尚應驗 算彎矩作用平面內和平面外的穩(wěn)定性。,4 鋼屋架的計算,七、屋架桿件的截面選擇,（4）按構造選擇截面,內力很小或按構造設

22、置的桿件，可按容許長細比選 擇構件的截面。首先計算截面所需的回轉半徑：,ixlox ， iyloy ，或iminlo 。,再根據所需的ix、iy 、 imin，查角鋼規(guī)格表選角鋼， 確定截面。,4 鋼屋架的計算,七、屋架桿件的截面選擇,八、屋架的節(jié)點設計,1.一般原則,(1) 桿件的重心線，原則上應與桁架計算簡圖中的幾何軸線重合，以避免桿件偏心受力，但為制作方便，實際焊接桁架中通常把角鋼背外表面到重心線的距離取為5mm的倍數(shù)；當弦桿截面改變時，應使角鋼的肢背齊平，以便于拼接和放置屋面構件；當節(jié)點板兩側角鋼因截面變化引起形心軸線錯開時，應取兩軸線的中線作為弦桿的共同軸線以減少偏心影響。,4 鋼屋

23、架的計算,1.一般原則,(2)在節(jié)點板處弦桿與腹桿，或腹桿與腹桿之間應留有20mm的空隙，動載時50mm以利于拼接和施焊，且避免因焊縫過于密集而導致節(jié)點板鋼材變脆。,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,1.一般原則,（3）角鋼端部的切割一般應與軸線垂直，為了減小節(jié)點板尺寸，可將其一肢斜切，但不得采用將一肢完全切割的斜切。,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,（4）節(jié)點板的形狀應力求簡單規(guī)整，盡量減小切割邊數(shù) 宜用矩形、有兩個直角的梯形或平行四邊形。節(jié)點板不許有 凹角，以防產生嚴重的應力集中。,（5）節(jié)點板的外形應簡單而規(guī)則，至少宜有兩邊平行，如矩形、平行四邊形和直角梯形等。節(jié)點板邊緣與桿件

24、軸線的夾角不應小于15。,4 鋼屋架的計算,1.一般原則,（6）承受集中荷載設計值過大時，采取的措施：,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,2.節(jié)點的計算和構造,桁架桿件與節(jié)點板間的連接，通常采用角焊縫連接形式，對角鋼桿件一般采用角鋼背和角鋼尖部位的側焊縫連接；必要時也可采用三面圍焊縫連接。節(jié)點板的尺寸應能保證所需角焊縫的布置要求。,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,4 鋼屋架的計算,繪制節(jié)點大樣，確定節(jié)點上需標明的尺寸，為繪制施工 詳圖時提供必要的數(shù)據。,4 鋼屋架的計算,屋架正面圖和側面圖中用各種符號將各桿件的編號、肢尖、肢背焊縫厚度和長度表示出來,節(jié)點設計包括： 上弦、下弦一般節(jié)點； 屋脊節(jié)點（拼接節(jié)點）； 下弦中央節(jié)點（拼接節(jié)點）； 支座節(jié)點。,2.節(jié)點的計算和構造,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,下弦一般節(jié)點：指無集中荷載和無弦桿拼接的節(jié)點。,2.節(jié)點的計算和構造,4 鋼屋架的計算,八、屋架的節(jié)點設計,上弦一般節(jié)點：指無集中荷載和無弦桿拼接的節(jié)點。,4 鋼屋架的計算,上弦一般節(jié)點：指無集中荷載和無弦桿拼接的節(jié)點。,4 鋼屋架的計算,屋脊拼接節(jié)