1、鋼屋蓋課程設(shè)計(jì),一、結(jié)構(gòu)布置,屋蓋系統(tǒng)由屋面、屋架和支撐系統(tǒng)三大部分組成。,二、屋蓋系統(tǒng)的組成,1、屋面,2、屋架 普通屋架 輕型屋架 鋼管屋架 3、支撐系統(tǒng) 屋架支撐系統(tǒng) 檁條支撐系統(tǒng) 除上述之外，還有天窗架、托架等。,1、支撐類型及作用 上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐和系桿。,三、 屋蓋支撐體系,（1）上弦橫向水平支撐 1）作用：傳遞山墻風(fēng)力；減少上弦壓桿側(cè)向計(jì)算長(zhǎng)度；保證屋架平面外穩(wěn)定。 2）布置原則: A、設(shè)置在房屋兩端或房屋溫度區(qū)段的第一柱間或第二柱間,其最大間距為60m,否則在中間增設(shè)一道或幾道。 B、天窗架的支撐與屋架上弦橫向水平支撐應(yīng)設(shè)置在同一開(kāi)

2、間，以形成空間整體穩(wěn)定性。,（2）下弦橫向水平支撐 1）作用：減小下弦平面外計(jì)算長(zhǎng)度;傳遞懸掛吊車水平力;傳遞水平風(fēng)力(與抗風(fēng)柱相連,作為抗風(fēng)柱的支點(diǎn))。 2）布置原則:屋架跨度大于18m；屋架跨度小于18m但屋架下弦設(shè)有懸掛吊車；廠房?jī)?nèi)設(shè)有噸位較大的橋式吊車或其他振動(dòng)設(shè)備；山墻抗風(fēng)柱支撐于屋架下弦;屋架下弦設(shè)有通長(zhǎng)的縱向水平支撐時(shí)；設(shè)有上弦橫向水平支撐的開(kāi)間。,（3）下弦縱向水平支撐 1）作用：增加廠房空間整體剛度。傳遞吊車剎車力;保證拖架平面外的穩(wěn)定。 2）布置原則:房屋內(nèi)設(shè)有重級(jí)工作制吊車或噸位較大的輕、中級(jí)工作制吊車；房屋內(nèi)設(shè)有鍛錘等大型振動(dòng)設(shè)備；屋架下弦設(shè)有縱向或橫向吊軌；屋蓋設(shè)有托

3、架；房屋較高、跨度較大、空間剛度要求較高。,（4）垂直支撐 1）作用：把屋架上弦的力傳到柱頂；保證屋架安裝時(shí)的穩(wěn)定。 2）布置原則:,（5）系桿 1）作用：保證無(wú)支撐屋架的側(cè)向穩(wěn)定性;減小弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度;傳遞水平力。 2）形式:剛性系桿可承壓,通常采用雙角鋼或鋼管. 柔性系桿不可承壓，通常采用單角鋼或圓鋼。 3）布置原則:上下弦桿布置不一樣，一般上弦布置密，下弦布置少些 垂直支撐的屋架上、下弦節(jié)點(diǎn)處；屋架屋脊節(jié)點(diǎn)，支座節(jié)點(diǎn)處；當(dāng)橫向水平支撐布置在第二柱間，第一柱間應(yīng)布置剛性系桿。,2、屋蓋支撐的形式與計(jì)算 （1）支撐的形式 采用斜桿和弦桿交角在300600的 平行弦桁架,水平支撐（橫向、縱向）

4、：一般采用十字交叉式,(2)截面尺寸 1）受力較小時(shí)，桿件截面通常由長(zhǎng)細(xì)比選擇。交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設(shè)計(jì)，選用單角鋼；非交叉斜桿、弦桿、豎桿和剛性系桿按壓桿設(shè)計(jì)，可采用雙角鋼組成的十字形截面和T形截面。 2）屋架跨度大，高度高、基本風(fēng)壓大、抗震設(shè)防烈度高應(yīng)計(jì)算確定。計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：,垂直支撐：十字交叉式、V式、W式。,每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)受拉斜桿參與，而受壓斜桿退出工作，按平面桁架計(jì)算。,然后驗(yàn)算（受拉構(gòu)件）強(qiáng)度、剛度,第三節(jié) 檁條設(shè)計(jì),一、分類,實(shí)腹式檁條與屋架的連接,二、檁條間拉條 1、作用：保證檁條的整體穩(wěn)定，減少檁條在使用和施工過(guò)程中的側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)。 2、類型 拉條：水平拉條、斜拉條、

5、撐桿 一般情況下，對(duì)于拉條，常采用圓鋼，直徑為8-12mm，而對(duì)于撐桿，由于是受壓構(gòu)件，其長(zhǎng)細(xì)比不能大于200，故撐桿常用圓鋼外加套管或直接用角鋼。,3、拉條布置原則 1）跨度小于4m可不設(shè)拉條，4-6m在跨中設(shè)一道拉條，大于6m在1/3跨度處設(shè)二道拉條。,2）當(dāng)屋蓋有天窗時(shí)，應(yīng)在天窗兩側(cè)檁條之間設(shè)置斜拉條和直撐桿。,拉條在高度方向應(yīng)靠近檁條上翼緣，一般離上翼緣30-40mm處，拉條直接固定于檁條腹板上.,三、實(shí)腹式檁條 實(shí)腹式檁條是雙向彎曲構(gòu)件，由于屋面板和拉條的作用，檁條只計(jì)算斜彎曲強(qiáng)度和垂直于屋面的撓度，而不考慮扭矩影響，也不計(jì)算整體穩(wěn)定。,1、內(nèi)力計(jì)算： 1)無(wú)拉條：按簡(jiǎn)支梁計(jì)算,2）

6、設(shè)一道拉條且拉條位于中間時(shí)，按兩跨連續(xù)梁計(jì)算。,3）設(shè)二道拉條且拉條位于1/3跨度時(shí)，按三跨連續(xù)梁計(jì)算。,2、驗(yàn)算：,注：1）一般情況下，檁條截面Iy比IX小得多，因此要選擇合理、經(jīng)濟(jì)的截面，應(yīng)沿屋面對(duì)檁條設(shè)置拉條以減少檁條在最小剛度平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度； 2）在恒載和活載組合情況下，檁條上側(cè)受壓，由于其與屋面有足夠聯(lián)系，可不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定。 3）在恒載與風(fēng)載組合情況下，檁條下側(cè)受壓，由于其與屋面無(wú)聯(lián)系，需驗(yàn)算整體穩(wěn)定。,第四節(jié) 普通鋼屋架的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)鋼屋架，首先要選擇屋架的形式，應(yīng)從房屋使用、受力、構(gòu)造和施工等幾個(gè)方面加以考慮。 使用：建筑造型美觀，易于排水等。 受力：外型接近于屋面梁彎矩圖；弦

7、桿內(nèi)力全長(zhǎng)均勻分布，盡量避免弦桿產(chǎn)生局部彎矩；腹桿布置盡量使拉桿長(zhǎng)，壓桿短。 構(gòu)造：構(gòu)件夾角宜在300600，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，且數(shù)量盡量少。 施工：制造簡(jiǎn)單，安裝運(yùn)輸方便。,一、屋架的外形 三角形、梯形、平行弦、曲供形屋架等。,1、三角形屋架 1）一般用于坡度較陡的有檁屋面中，高跨比為1/2.51/6； 2）端部與柱鉸接，弦桿受力不均勻，跨中內(nèi)力較小，支座處內(nèi)力較大，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜； 3）常適用與中小型輕型屋面。 2、梯形屋架 1）一般屋面坡度平緩，高跨比為1/81/12； 2）端部與柱鉸接或剛接，弦桿受力合理，大大減少屋架支座處上下弦桿內(nèi)力，受力比三角形屋架好，是比較常用的屋架形式； 3）常適用

8、于大中型廠房，或屋面坡度較小的房屋。,3、平行弦屋架 1）構(gòu)件規(guī)格少，便于工業(yè)化制作； 2）弦桿受力不均； 3）常適用于單坡屋面的屋架及托架或支撐體系。 4、曲拱形屋架 1）外形最符合彎矩圖，受力最合理； 2）上（下）弦彎成曲線，制作麻煩，一般改成折線形； 3）適用于特殊要求的房屋。,二、腹桿體系 1、腹桿布置原則 鋼材最有利的受力形式是承受拉力，所以布置腹桿時(shí)應(yīng)注意： 1）應(yīng)使拉桿多，壓桿少； 2）應(yīng)使拉桿長(zhǎng)，壓桿短； 3）應(yīng)使上弦節(jié)點(diǎn)密，下弦節(jié)點(diǎn)稀，避免弦桿中產(chǎn)生局部彎矩。,2、三角形屋架 單斜式：腹桿長(zhǎng)桿受拉，短桿受壓比較經(jīng)濟(jì)； 人字式：桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單； 芬棵式：腹桿受力合理，

9、還可以分為左右兩榀桁架便于運(yùn)輸。,3、梯形屋架 1）人字式：上承式、下承式 使受壓上弦比受拉下弦短，受力合理；荷載作用于節(jié)點(diǎn)，可避免局部彎矩產(chǎn)生。 2）再分式：為避免局部彎矩產(chǎn)生，若節(jié)間長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，可采用再分式。,4、平行弦屋架 人字式：腹桿數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單； 交叉式：用于承受反復(fù)荷載的橫加桁架中，斜桿可采用柔性桿； K形：用于桁架高度較高時(shí)，可減少豎桿長(zhǎng)度。,5、曲拱形屋架 多為單斜式,三、屋架的主要尺寸 1、跨度：由使用和工藝要求確定。 計(jì)算跨度=支柱軸線間距-300mm 2、高度：由建筑、剛度、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)輸和屋面坡度等決定。,三角形屋架：h=(1/41/6）l 梯形屋架：跨中：h=(1/

10、81/10）l 端部：鉸接時(shí)為1.52.0m，剛接2.0-2.5m。 3、節(jié)間寬度 有檁屋蓋：為檁距整數(shù)倍，一般取0.8-3m 無(wú)檁屋蓋：與大型屋面板寬度一致，一般取1.5和3m. 四、荷載計(jì)算 1、類型： 1）永久荷載：結(jié)構(gòu)本身自重，包括屋面材料，保溫層、檁條、屋架、吊頂?shù)取?其中屋架和支撐自重近似按q=0.12+0.011LKN/m2進(jìn)行估算。,2）可變荷載：包括活載、雪載、積灰荷載，風(fēng)載及吊掛荷載等。 注：a、活載與雪載不同時(shí)出現(xiàn)，兩者中取大的； b、對(duì)于雪載，要考慮高低跨處積雪增大系數(shù)。 2、荷載組合 由于結(jié)構(gòu)所受的荷載不會(huì)僅一種工況，而是多種工況同時(shí)存在，所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮荷載組

11、合的問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)使用和施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的最不利荷載組合組合計(jì)算，一般考慮三種荷載的組合： 1）全跨永久荷載+全跨可變荷載（使用） 2）全跨永久荷載+半跨可變荷載（使用） 3）全跨屋架、支撐和天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載(施工）。,注意： A、梯形屋架中屋架上下弦桿和靠近支座的腹桿常按第一中荷載組合計(jì)算；而跨中附近的腹桿在第二、三中荷載組合下可能內(nèi)力為最大而且有可能變號(hào)，故按第二、三中荷載組合計(jì)算。 B、對(duì)于屋面板對(duì)稱鋪設(shè)的情況，則可不考慮第三中荷載組合。,五、內(nèi)力計(jì)算 1、計(jì)算假定 1）屋架所有桿件的軸線平直且都在同一平面內(nèi)相交于節(jié)點(diǎn)的中心； 2）屋架的節(jié)點(diǎn)為鉸接； 3）荷載都作

12、用在節(jié)點(diǎn)上，且都在屋架平面內(nèi)。,2、計(jì)算簡(jiǎn)圖 1）上弦有節(jié)間荷載時(shí)，把節(jié)間荷載化為節(jié)點(diǎn)荷載； 2）考慮節(jié)間荷載在上弦引起的局部彎矩。 3、內(nèi)力計(jì)算 1）軸向力：按數(shù)解法、圖解法、查表法或電算法等。 有關(guān)手冊(cè)中給出常用屋架的內(nèi)力系數(shù)表，即單位節(jié)點(diǎn)力作用下的內(nèi)力，計(jì)算屋架內(nèi)力時(shí)，只要將屋架節(jié)點(diǎn)荷載乘以相應(yīng)桿件的內(nèi)力系數(shù)，即可求得該桿件的內(nèi)力。 2）上弦局部彎矩 按多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算端節(jié)間正彎矩M1=0.8M0,其他節(jié)間正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩M2=0.6M0，其中M0為簡(jiǎn)支梁的跨中正彎矩。,六、桿件設(shè)計(jì) 1、計(jì)算長(zhǎng)度 平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度lox 平面外的計(jì)算長(zhǎng)度loy lo=l 一般情況下，腹桿對(duì)弦桿起不了嵌

13、固作用，而弦桿對(duì)腹桿起一定嵌固作用，故弦桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)要大于腹桿。,補(bǔ)充,在分析壓桿端部所受到的約束時(shí)，應(yīng)注意以下三點(diǎn)： 1）與計(jì)算壓桿直接相連的桿件約束作用大，相距較遠(yuǎn)的桿件約束作用小。 2）相連桿件約束作用大小，取決于它的線剛度和內(nèi)力性質(zhì)。從內(nèi)力性質(zhì)來(lái)看，拉桿所起的約束作用比壓桿要大得多；當(dāng)內(nèi)力性質(zhì)相同時(shí)，線剛度大的約束作用大，反之則小。 3）設(shè)計(jì)中為用足承載力的壓桿，也可起到一定的約束作用。,2、桿件設(shè)計(jì) 1）截面選擇原則： A、選肢寬壁薄的角鋼，但須保證局部穩(wěn)定； B、普通屋架不小于L45x4和L56x36x4； C、一榀屋架角鋼種類不宜過(guò)多，一般為5-6種； D、為節(jié)約用鋼量，對(duì)跨度

14、大于24m的屋架，可根據(jù)內(nèi)力的大小，在適當(dāng)節(jié)間處改變弦桿截面，但以改變一次為宜。,2）上弦桿 A、無(wú)節(jié)間荷載：僅受軸向壓力作用 i）截面選擇 因?yàn)閘oylox,而要使xy，則iyix，所以采用短肢相并的不等邊角鋼組成的T形截面。 Ii）驗(yàn)算（按軸壓構(gòu)件設(shè)計(jì)）：強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度。 B、有節(jié)間荷載：受N、M作用。 i）截面選擇 當(dāng)M較大時(shí)，為提高上弦在屋架平面內(nèi)抗彎能力，宜采用長(zhǎng)肢相并的不等肢角鋼組成的T形截面。 ii)驗(yàn)算（壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)）：強(qiáng)度、整體穩(wěn)定（平面內(nèi)、平面外）、剛度。,3）下弦桿 A、截面選擇 由于平面外計(jì)算長(zhǎng)度大，故采用短肢相并的不等肢角鋼組成的T形截面。 B、驗(yàn)算（按拉桿設(shè)計(jì)）：

15、強(qiáng)度、剛度 4）支座斜腹桿 A、截面選擇 Loy=lox,而要使xy，則iy ix，采用長(zhǎng)肢相并的不等肢角鋼組成的T形截面。 B、驗(yàn)算（壓桿）：強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度。 5）腹桿 A、截面選擇 Loy=1.25lox,而要使xy，則采用兩個(gè)等肢角鋼組成的T形截面。 B、驗(yàn)算：按拉桿或壓桿設(shè)計(jì),七、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 1、構(gòu)造要求 1）不同桿件連接軸線應(yīng)盡量與屋架的幾何軸線重合，并交于節(jié)點(diǎn)中心，避免偏心。 2）當(dāng)屋架弦桿沿長(zhǎng)度改變截面，為方便安裝，應(yīng)使肢背齊平，并使兩個(gè)角鋼重心線之間的中線與屋架的軸線重合一減小偏心作用。如軸線變動(dòng)不超過(guò)較大弦桿截面高度的5%，在計(jì)算時(shí)可不考慮由此引起的偏心彎矩。,3）腹桿端部與

16、弦桿或腹桿應(yīng)留有空隙，對(duì)于焊接連接至少20mm；對(duì)于螺栓連接約為5-10mm。,4）屋架上弦剛度較差，須進(jìn)行加強(qiáng)處理。,5）節(jié)點(diǎn)板形狀和尺寸根據(jù)所連桿件及所需連接焊縫長(zhǎng)度確定，桿件切割要合理。,6）節(jié)點(diǎn)板形狀應(yīng)簡(jiǎn)單而有規(guī)則，至少兩邊平行。,7）節(jié)點(diǎn)板的尺寸應(yīng)盡量使連接焊縫中心受力，節(jié)點(diǎn)板與桿件的夾角應(yīng)大于150。 8）節(jié)點(diǎn)板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證弦桿與腹桿的內(nèi)力能安全地傳遞。 由于節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力分布復(fù)雜，一般不作計(jì)算。通常節(jié)點(diǎn)板的厚度可按腹桿（梯形屋架）或弦桿（三角形屋架）的最大內(nèi)力按下表取用。節(jié)點(diǎn)捕拿最小厚度為6mm。,2、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 桿件與桿件之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)板連在一起，節(jié)點(diǎn)板起到桿件之間傳遞內(nèi)力的

17、作用，這種傳遞作用是通過(guò)焊縫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，必須有足夠的焊縫長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)。 (1）上弦節(jié)點(diǎn),A、腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫,B、上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫 為擱置屋面板或檁條，上弦桿的肢背與節(jié)點(diǎn)板采用塞焊縫，計(jì)算時(shí)塞焊當(dāng)作兩條角焊縫進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于該處連接，采用以下兩種方式計(jì)算： 集中力P由角鋼肢背塞焊縫承擔(dān)，而內(nèi)力差N1-N2以及由此產(chǎn)生的偏心距M=(N1-N2)e由角鋼肢尖與節(jié)點(diǎn)板的角焊縫承擔(dān),(2)下弦節(jié)點(diǎn)（同上弦節(jié)點(diǎn)） A、無(wú)節(jié)點(diǎn)荷載：,由于弦桿的大部分軸力由角鋼傳遞，因而焊縫僅傳遞下弦相鄰節(jié)間的內(nèi)力差，通常內(nèi)力差很小，所需焊縫按構(gòu)造要求在節(jié)點(diǎn)板范圍內(nèi)滿焊。,B、有節(jié)點(diǎn)荷載,（3）屋脊節(jié)點(diǎn) 工廠拼接：長(zhǎng)度

18、不夠而設(shè)在內(nèi)力較小的節(jié)間內(nèi)，采用與弦桿相同截面。 工地拼接：運(yùn)輸限制，設(shè)于節(jié)點(diǎn)處，常常設(shè)于屋脊處。,A、腹桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫 同前 B、上弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫 采用拼接角鋼，熱彎成型，坡度大時(shí)豎肢切口后再熱彎對(duì)焊，棱角削除，豎肢切去=t+hf+5 拼接角鋼與上弦采用塞焊，假定節(jié)點(diǎn)荷載P全由上弦角鋼肢背處塞焊縫承受：,C、拼接角鋼連接焊縫 拼接角鋼與上弦桿采用四條角焊縫連接。,（4）下弦拼接節(jié)點(diǎn),A、腹桿與節(jié)點(diǎn)板的連接,B、下弦桿與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫,C、拼接角鋼的連接焊縫 拼接角鋼與下弦桿采用四條角焊縫等強(qiáng)連接。,（5）支座節(jié)點(diǎn) 有鉸接和剛接；支座節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)同柱腳設(shè)計(jì)，這里僅討論簡(jiǎn)支支座節(jié)點(diǎn)中常用的平板式支座。平板式支座由支座節(jié)點(diǎn)板、支座底板、加勁肋和錨栓組成。 支座節(jié)點(diǎn)傳力路徑：,b、底板的厚度：由底板的抗彎承載力確定。,c、加勁肋與節(jié)點(diǎn)板連接焊縫計(jì)算,d、加勁肋、節(jié)點(diǎn)板與支座底板連接焊縫計(jì)算,e）構(gòu)造要求 i