屋架设计

钢屋架设计2主要内容1、屋架结构的形式及主要尺寸2、屋盖支撑3、钢屋架设计31.1屋架结构的形式及主要尺寸1.1.1屋架形式Lh(16~14)LLh(16~14)LLhh≈16L500Lh(110~16)L1600~2400Lh(110~16)L1600~2400Lh(110~16)L1600~2400（e）三角形钢屋架梯形钢屋架4平行弦钢屋架1.1屋架结构的形式及主要尺寸5钢屋架的选型：①满足使用要求屋架坡度主要取决于屋面覆盖材料，并与建筑外形相配合。屋架节间划分是腹杆布置采用何种形式的决定因素。屋架端部高度和连接方法的选择是满足厂房结构刚度要求的关键。②受力合理弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大。简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。1.1屋架结构的形式及主要尺寸6③满足施工要求屋架的节点数量少、杆件规格少、节点构造合理，便于制造。三角形屋架：当跨度l≥15m时起拱，梯形屋架和平行弦屋架当跨度l≥24m时起拱。起拱高度为l/500，以5mm为模数。起拱：对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生很大的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。宜采用起拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后产生的部分挠度。1.1屋架结构的形式及主要尺寸图解法求内力时，不考虑起拱，几何尺寸计算时，考虑起拱.7芬克式腹杆人字式腹杆单斜式腹杆三角形屋架适用于坡度较陡的有檩屋盖，与柱铰接，跨度≤24m。缺点：它的外形与均布荷载的弯矩图不相适应，跨中M大，h大，杆力N小支座处M小，h更小，杆力N大支座处，杆件间的夹角过小，节点难于处理。内力分布不均1.1屋架结构的形式及主要尺寸8人字式腹杆再分式腹杆梯形屋架适用于坡度较为平缓的无檩屋盖，它的形状与简支受弯构件的弯矩图接近，弦杆内力分布均匀，可与柱铰接也可刚接。端斜杆与弦杆组成的支承节点在下弦称为下承式。端斜杆与弦杆组成的支承节点在上弦称为上承式。与柱刚接时采用下承式，与柱铰接时，两者均可。1.1屋架结构的形式及主要尺寸9人字式腹杆交叉式腹杆平行弦屋架弦杆和腹杆分别等长，节点形式相同，杆件规格化，节点构造统一，但弦杆内力分布不均。主要用于单坡屋面、托架、吊车制动桁架、支撑构件等。1.1屋架结构的形式及主要尺寸交叉式腹杆101.2屋盖支撑为使屋架具有足够的承载力和一定的空间刚度，应设置屋架支撑体系。屋架檩条或屋面板下弦横向水平支撑上弦横向水平支撑垂直支撑（a）无支撑时（b）有支撑时屋架檩条或屋面板下弦横向水平支撑上弦横向水平支撑垂直支撑111.2.1屋盖支撑的作用保证屋盖结构的空间整体性；为弦杆提供适当的侧向支撑点，避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动；承担并传递水平荷载；保证结构安装时的稳定与方便。1.2屋盖支撑121.2.2屋盖支撑的种类上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑纵向水平支撑垂直支撑系杆屋盖支撑体系1.2屋盖支撑13①上弦横向水平支撑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，天窗架上弦也应设置横向水平支撑；设置在房屋的两端或温度缝区段两端，一般设在第一个开间或设在第二个开间，当山墙承重或纵向天窗未到温度缝区段尽端而退一个柱间断开时，设在第二柱间；间距L0≤60m，否则沿纵向在中部增设一道或几道支撑。1.2屋盖支撑14上弦平面上弦横向水平支撑≤60m屋架15上弦横向水平支撑天窗上弦上弦平面屋架16②下弦横向水平支撑设置位置：与上弦横向水平支撑设在同一柱间。设置条件a.跨度l≥18mc.采用下弦弯折的屋架；d.山墙抗风柱支承于屋架下弦；e.屋架下弦设有通长的纵向支撑。b.下弦设有悬挂吊车，内设较大吨位的桥式吊车或有振动设备；1.2屋盖支撑17③下弦纵向水平支撑设在屋架的端节间平面内设置条件b.厂房排架计算考虑空间作用；c.厂房内设有较大的振动设备；d.屋架下弦设有纵向或横向吊轨；e.设有托架时。a.内设重级工作制吊车或起重量较大的中、轻级工作制吊车；1.2屋盖支撑18下弦平面屋架≤60m下弦横向水平支撑19下弦平面屋架下弦横向水平支撑20⑤垂直支撑设置位置：有上弦横向支撑的柱间，每隔4~5个柱间应设置一道垂直支撑。梯形屋架：l≤30m，屋架跨中和两端各设一道；l30m无天窗，屋架跨度1/3处和两端；l30m有天窗，天窗两侧屋架竖杆平面内和屋架两端；三角形屋架：l≤24m时，仅在跨度中央设置一道。l24m时，跨度1/3附近或天窗架侧柱外设置两道。1.2屋盖支撑④上弦纵向水平支撑一般不设，仅在屋面采用有檩体系轻质材料，而厂房内吊车吨位较大，又有较大疲劳动力作用时，为考虑改善轻质屋面的整体性和空间刚度而设置。211122屋架≤60m上弦横向水平支撑1-12-2竖向支撑2223垂直支撑的形式3~4m6m≤3m6m≤3m6m≥4m6m24⑥系杆系杆刚性系杆：既能承拉，又能承压柔性系杆：仅能承拉一般情况下，屋架垂直支撑平面内的屋架上下弦节点处设通长系杆；屋脊处、屋架支座节点处，设通长刚性系杆；当上、下弦横向水平支撑设在第二柱间时，应在第一柱间下弦平面内设刚性系杆，以传递山墙荷载。系杆必须连于支撑节点才能起作用。设置在横向支撑或垂直支撑节点处，保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当上、下弦的侧向支撑点。1.2屋盖支撑251-12-21122≤60m上弦垂直支撑下弦261.2.4屋盖支撑的计算和构造支撑受力较小，一般不计算，按容许长细比控制十字交叉杆、柔性系杆按拉杆设计，用单角钢λ≤［λ］＝400λ≤［λ］＝350（有重级工作制吊车梁）其它杆按压杆设计，用双角钢λ≤［λ］＝2001.2屋盖支撑27当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，压杆退出工作，计算并据以选择截面。1.2屋盖支撑281.3钢屋架设计1.3.1钢屋架的设计内容及步骤屋架的选型荷载计算内力计算内力组合屋架的杆件设计节点设计绘制屋架施工图并编制材料表291.3.2钢屋架主要尺寸的确定屋架的主要尺寸有屋架跨度、高度、节间宽度。屋架高度h：指跨中的最大高度。屋架跨度l——工艺及使用要求。通常跨度为12、15、18、21、24、27、30、36m等。有檩屋盖中的三角形屋架不受3m模数限值。标志跨度l：柱轴线间的距离；计算跨度l0：屋架支座反力点间的距离；决定于经济要求：总用钢量最少刚度要求：vmax≤[v]→确定hmin建筑要求：确定hmax运输界限：桥洞、铁路钢筋混凝土柱且柱网为封闭结合时：l0=l-(300~400mm)1.3钢屋架设计30跨中高度：h=h0+1/2×l×i（i为屋架上弦坡度，h0为屋架端部高度）铰接：h=(1/10~1/6)l梯形、平行弦屋架(1/6~1/4)l三角形屋架0三角形屋架0.5~1.0m陡坡梯形屋架1.6~2.2m缓坡梯形屋架铰接：h0=刚接时：h=(1/10~1/8)lh0=1.8~2.4m1.3钢屋架设计节间距离：采用大型屋面板时，上弦节间长度等于屋面板宽度，一般为1.5m或3m；采用檩条时，根据檩条的间距而定，一般取1.2~2m。311.3.3屋架荷载计算与组合永久荷载恒载屋架屋盖支撑天窗架屋面材料20.120.011kN/mgl沿水平面分布，作用于上弦节点自重近似按屋架自重选取沿屋面坡向分布，计算时转化为沿水平面分布gggggcosqg1.3钢屋架设计32可变荷载活载屋面均布活荷载雪荷载积灰荷载悬挂吊车荷载风荷载考虑情况查荷载规范查荷载规范查荷载规范取大值屋面与水平面夹角大于30°轻屋面开敞式房屋风荷载标准值大于0.49kN/m21.3钢屋架设计33ssaaapp/2p/2pppppp每一节点受力为：Pqasq——按屋面水平投影面分布的荷载设计值；a——上弦节间的水平投影长度；s——桁架的间距。作用于桁架上弦节点的集中荷载P可按各种均布荷载对节点汇集进行计算：1.3钢屋架设计34有节间荷载时：P/2PPPP+0.8M0+0.6M0-0.6M0+0.6M0-0.6M0-0.6M0-0.6M0+0.6M0PPPPPbP2P2P2P2PPM004MPa2Pqbs1.3钢屋架设计35内力组合原则按照《建筑结构荷载规范》(GB50009)的规定，设计屋架时，依照组合规则进行荷载效应的组合，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桁架杆件的内力。1.3钢屋架设计36荷载的基本组合：①由活荷载效应控制的组合②由恒荷载效应控制的组合112nGGKQQKciQiQiKiSSSS1nGGKciQiQiKiSSS1.3钢屋架设计37屋架内力应据使用和施工过程中可能遇到的最不利荷载组合情况（亦称工况）计算：①全跨恒载＋全跨活载②全跨恒载＋半跨活载③屋架及支撑自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载说明：a、②③情况考虑跨中某些腹杆与情况①受力方向相反b、采用轻屋面或施工时两侧对称均匀铺设屋面板，可不考虑情况③1.3钢屋架设计381.3.4结构内力分析一般按节点荷载作用下的铰接桁架计算。这时所有杆件为轴心受力，不承受弯矩，具体计算可用图解法、数解法、计算机法等。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组合，列表计算。对于有节间荷载作用的桁架弦杆，可先将各节间荷载分配在相邻的两个节点上，与该节点原有节点荷载叠加，解得桁架各杆轴力，然后按简支梁求受节间荷载作用的弦杆产生的弯矩，进行弯矩调整后加到受节间荷载的上弦杆上。1.3钢屋架设计391.3钢屋架设计40杆件名称内力系数（F=1）第一种组合F×①第二种组合第三种组合计算杆件内力（kN）全跨①左半跨②右半跨③F1×①+F2×②F1×①+F2×③F3×①+F4×②F3×①+F4×③上弦AB0.000.000.000.000.000.000.000.000.00BC-8.69-6.22-2.47-123.66-108.10-84.47-92.04-58.29-123.66下弦ac4.703.451.2566.8859.0145.1550.5630.7666.88ce11.507.983.52163.65141.47113.37119.5579.41163.65eg14.629.325.30208.04174.65149.33144.55108.37208.04gi15.158.436.72215.58173.25162.48138.74123.35215.58斜腹杆Ba-8.81-6.47-2.34-125.37-110.62-84.61-94.79-57.62-125.37Bc6.884.772.1197.9084.6167.8571.4847.5497.90竖杆Aa-0.55-0.550.00-7.83-7.83-4.36-7.23-2.28-7.83Cc-1.00-1.000.00-14.23-14.23-7.93-13.15-4.15-14.23411.3.5杆件截面计算1、杆件的计算长度：桁架中节点不是真正的理想铰接点，而是介于刚接和铰接之间的弹性嵌固。这种嵌固作用提高了铰接杆件的稳定承载力，即可减小杆件的计算长度。节点上的拉杆数量相对越多，线刚度和拉力越大，则嵌固越强，杆件的计算长度就可减小得越多。1.3钢屋架设计42桁架平面内计算长度l0x弦杆支座斜杆支座竖杆中间腹杆：llx8.00llx0（节间长度）1.3钢屋架设计43lly9.0010lly上弦杆（侧向支撑点间距离）单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆，1.3钢屋架设计lly0腹杆（节间长度）oyl平面外计算长度有檩体系：檩条间距无檩体系：两块屋面板宽绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。10lly下弦杆（侧向支撑点间距离）44变内力杆的计算长度平面内计算长度：平面外计算长度：01211(0.750.25)0.5yllNNlN1较大压力，N2较小压力或拉