搜索
§9-1单厂钢结构§9-2屋盖结构体系§9-3钢屋架设计§9-4节点设计第9章屋盖结构第9章屋盖结构单层厂房钢结构是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或制动桁架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。§9-1单厂钢结构9.1.1单层厂房钢结构的组成(1)横向框架(2)屋盖结构(3)支撑体系(4)吊车梁和制动梁（或制动桁架）(5)墙架承受墙体的自重和风荷载。§9-1单厂钢结构单层厂房钢结构的组成示例(a)无檩屋盖(b)有檩屋盖§9-1单厂钢结构9.1.2柱网和温度伸缩缝的布置一.柱网布置柱网布置是确定单厂钢结构承重柱在平面上的排列进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：(1)应满足生产工艺要求(2)应满足结构的要求(3)应符合经济合理的原则二.温度伸缩缝温度变化引起结构变形，使厂房钢结构产生温度应力。温度伸缩缝的布置。温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。§9-1单厂钢结构柱网布置和计算单元T1§9-1单厂钢结构单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构体系。横向框架按其静力计算模式分，有横梁与柱铰接和横梁与柱刚接两种情况。按跨度分:单跨、双跨和多跨。9.1.3横向框架的类型§9-1单厂钢结构LK——桥式吊车的跨度S——由吊车梁轴线至上段柱轴线的距离B——吊车桥架悬伸长度D——吊车外缘和柱内边缘之间的必要空隙b1——上段柱宽度。H2H1主要尺寸：§9-1单厂钢结构柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，作用为：(1)组成纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度；(2)承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，将力传至基础。(3)可作为框架柱在框架平面外的支点，减少计算长度。柱间支撑由两部分组成：上层支撑，下层支撑。柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等。布置：温度区段小于90m，在中央设置一道下层支撑温度区段大于90m，在1/3点处各设置一道支撑9.1.4纵向框架柱间支撑§9-1单厂钢结构上层支撑分两层第一层，屋盖垂直支撑第二层，屋盖下弦至吊车梁上翼缘有下层支撑处应有上层支撑上层支撑宜在柱的两侧布置柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑§9-1单厂钢结构柱间支撑计算一.支撑设计荷载计算1．纵向风荷载2．吊车纵向水平荷载3．纵向地震作用4．保证柱子平面外稳定的支撑力二.支撑构件内力计算假设各连接节点均为铰接按轴心受拉或受压计算三.支撑构件截面验算1．支撑构件的长细比验算2．支撑构件的强度和稳定性验算§9-1单厂钢结构§9-1单厂钢结构钢屋架－大型屋面板结构体系§9-2屋盖结构体系无檩体系优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久缺点：屋面自重较大，抗震不利§9-2屋盖结构体系钢屋架－檩条－轻型屋面板结构体系檩条垂直支撑有檩体系优点：构件自重轻，用料省，运输安装轻便缺点：构件较多，构造较复杂，吊装次数较多§9-2屋盖结构体系钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖结构两类：有檩屋盖，无檩屋盖．§9-2屋盖结构体系•屋盖结构布置；•屋架形式的选择；•支撑布置；•屋盖荷载计算；•屋架各杆内力计算；•屋架杆件截面选择；•檩条、拉条和撑杆的计算；•节点设计以及绘制施工图。屋盖结构设计的内容：§9-2屋盖结构体系有檩屋盖体系§9-2屋盖结构体系有檩屋盖体系§9-2屋盖结构体系一.屋架的形式适用于屋面坡度较大的有檩体系，屋面坡度i=1/3~1/2,跨度18~24m。外形接近弯矩图，适用于屋面坡度较小的屋盖体系，屋面坡度i=1/16~1/8,跨度可达36m。§9-2屋盖结构体系人字式，再分式用于托架或支撑体系§9-2屋盖结构体系二.屋盖支撑1）保证钢屋盖的空间稳定性2）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定3）承受并传递屋架的纵向水平力4）增加房屋的整体刚度5）保证结构安装时的稳定与方便1.屋盖支撑作用§9-2屋盖结构体系上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑系杆2.屋盖支撑§9-2屋盖结构体系平面屋架在其本身平面内．由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。3.屋架支撑布置§9-2屋盖结构体系上图为屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。§9-2屋盖结构体系图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。§9-2屋盖结构体系如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上弦将屈曲成多个“半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面“扶持”，将不能发挥它的承重作用。§9-2屋盖结构体系屋盖支撑系统做法是：首先在屋盖两端的两榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、下弦杆间、端部竖杆(或斜杆)间、以及跨中某些竖杆(或斜杆）间，用水平、垂直和倾斜方向的支撑杆件互相联系；这样就在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多水平和垂直支撑桁架(即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑)，并与两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系。§9-2屋盖结构体系1－111222－2上弦平面下弦平面§9-2屋盖结构体系其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够空间几何不变性、稳定性和刚度的屋盖结构体系。§9-2屋盖结构体系支撑根据：房屋跨度高度柱网布置屋盖结构形式荷载作用情况进行布置§9-2屋盖结构体系屋盖支撑由以下部分组成a．上弦横向水平支撑。在相邻两榀桁架的上弦平面内沿跨度全长设置。111－1222－2上弦平面§9-2屋盖结构体系无论有檩和无檩体系均应在屋架上弦平面内设置横向水平支撑。一般设置房屋两端或温度缝区段两端的第一柱间，当山墙采用封闭结合或与天窗配合，宜设在第二柱间。支撑与屋架用普通螺栓连接支撑间距不宜大于60m，大于60m时应在区段中间增加上弦横向水平支撑。§9-2屋盖结构体系上弦横向水平支撑，通常采用单角钢柔性铰。111－1222－2上弦平面交叉斜腹杆和双角钢十形或T形截面受压横腹杆(横腹杆型式与下面所述刚性系杆完全相同)体系。§9-2屋盖结构体系a—屋架上弦横向水平支撑§9-2屋盖结构体系b．下弦横向水平支撑。在相邻两榀桁架的下弦平面内沿跨度全长设置。其杆件形式同上弦横向水平支撑。下弦平面§9-2屋盖结构体系当屋架跨度大于18m或屋架跨度虽小于18m，但屋架下弦设有悬挂吊车;或厂房内设有桥式吊车或采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架下弦时。必须设下弦横向水平支撑。与上弦横向水平支撑布置同一柱间。§9-2屋盖结构体系一般房屋的屋盖不设纵向水平支撑：当房屋设有托架时，必须在托架范围及其此端各廷伸一个柱间的下弦端节间平面内设置下弦纵向水平支撑。c．下弦纵向水平支撑虚线为柔性杆；实线为刚性杆§9-2屋盖结构体系对三角形屋架或某些特殊情况，纵向水平支撑也可设于上弦平面。纵向水平支撑与横向水平支撑构造上相同。共同组成封闭的支撑框．大大加强了屋盖的纵、横向水平刚度和整体性。设置情况:1.有硬钩吊车，抓斗、夹钳式和刚性料耙等特种吊车。2.设有壁行吊车或双层吊车。3.设有5t以上锻锤的厂房。4.屋盖设有托架和中间屋架。5.屋架跨度=30m,轨顶标高=15m起重吨位较大的桥式吊车（轻、中级工作制Q=30t，重级工作制Q=10t)。§9-2屋盖结构体系垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆)间平面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋架跨度l≤30m时在两端和跨度中央共设三道。d.垂直支撑§9-2屋盖结构体系当l＞30m时在两端以及跨度l／3处或天窗架侧柱处共设四道。l/3l/3l/3§9-2屋盖结构体系三角形屋架跨度l≤18m时在跨度中央设一道，l＞18m时在跨度1／3处或天窗架侧柱处设两道。垂直支撑的上、下弦通常用双角钢T形截面。屋架垂直支撑l/3l/3l/3§9-2屋盖结构体系垂直支撑的腹杆体系取决于高跨尺寸和比例：中央垂直支撑的高跨比例约0.5，常用双节间交叉受拉斜腹杆体系；两端垂直支撑的高跨比例约0.3，常用W形腹杆体系、腹杆截面根据杆件长度和受力情况(拉或压)而采用单角钢或双角钢T形截面。§9-2屋盖结构体系末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆来保证。系杆通常设于屋架两端以及有垂直支撑位置的上、下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。f．系杆f—柔性系杆K—刚性系杆此外，对受压的上弦，必要时也对下弦，还应根据控制弦杆长细比的要求按一定间距增设中间系杆。§9-2屋盖结构体系系杆的端部应可靠地连接到上、下弦横向水平支撑或垂直支撑的节点，以便屋盖水平力能通过系杆的拉力或压力最终传递到这些节点。系杆按受力和构造要求可设计成柔性系杆或刚性系杆。一般跨度房屋的系杆受力很小，柔性系杆的设计可按[λ]＝350，400控制，常用单角钢截面；刚性系杆的设计可按[λ]=200控制，常用双角钢十形截面。两端与屋架可靠连固的檩条，当其长细比满足要求时，可同时作为上弦系杆。§9-2屋盖结构体系在布置屋盖支撑时尚应考虑以下情况：通常把屋架和天窗架的所有上、下弦横向水平支撑和各垂直支撑尽量都布置在屋盖同一处的两榀桁架间。支撑通常在房屋或每个温度区段的两端各设一道。当其间距超过60m时再在中间增设一道或几道。§9-2屋盖结构体系当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆在正反水平荷裁下可能受拉或受压，应按刚性系杆设计。其它系杆，即位于两个横向支撑间的系杆，原则上可设计成柔性系杆，水平荷载只向系杆受拉一方传递；但通常把其中的屋脊上弦系杆、支座下弦系扦和其它较重要系杆设计成刚性系杆。§9-2屋盖结构体系上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。屋盖支撑的构造a.上弦支撑b.下弦支撑§9-2屋盖结构体系柔性系杆刚性系杆§9-2屋盖结构体系柔性系杆刚性系杆支撑连接板§9-2屋盖结构体系§9-3钢屋架设计一.屋架的主要尺寸：屋架跨度跨中高度端部高度1.跨度铰接封闭结合Lo=L-(300~400mm)铰接非封闭结合L2.高度根据经济、刚度、建筑要求屋面坡度、运输条件§9-3钢屋架设计三角形桁架高度较大，一般取跨中高度h=(1/4~1/6)l。梯形桁架的屋面坡度较平坦，当上弦坡度为时，跨中高度一般为。跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大）时取大值。梯形桁架的端部高度：当桁架与柱铰接时为1.6~2.2m，刚接时为1.8~2.4m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。12/1~8/1l)10/1~6/1(§9-3钢屋架设计对跨度较大的桁架，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桁架的正常使用。对跨度15m的三角形桁架和跨度超过24m的梯形、平行弦桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，抵消桁架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500左右。当采用图解法求桁架杆件内力时，图解时可不考虑起拱高度。§9-3钢屋架设计1.作用于屋架上的荷载有：二.桁架的荷载和内力•屋架(包括支撑)自重；•屋面恒荷载(檩条、屋面板、瓦以及屋面上的保温层、防水层等屋面做法的重量)；•活荷载；•雪荷载；•风荷载和积灰荷载等。§9-3钢屋架设计•房屋还有吊顶(棚）重、吊挂管道重、积灰荷载由于位于水泥厂、高炉、转炉、冲天炉等车间附近的房屋等。•以上荷载通常可看作是均布于屋面倾斜面积或水平投影面积上的荷载，以kN／m2计，其值可由《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)或手册查得，或按材料的厚度或规格算得。•计算杆件内力时应按设计荷载，即荷载标准值乘以相应分项系数。§9-3钢屋架设计a．屋面恒荷载：应按屋面实际做法和屋面板、檩条规格等与《建筑结构荷载规范》或由材料规格、厚度算得。通常表达为按屋面倾斜面积