《钢结构》第七章 屋盖结构
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钢结构第七章
根据弹性稳定理论，受轴心压力和均匀弯矩作用的双轴对称截 面实腹式压弯构件，假定1.由于平面外截面刚度很大，故忽略该平 面的挠曲变形。2.杆件两端铰接，但不能绕纵轴转动。3.材料为弹 性。无初始缺陷，其平面外的弯扭屈曲的临界条件为：
N N M x2 1 1 2 0 N Ey N θ M crx
1式没有考虑部分塑性深入截面，也未计入残余应力影响，与工 程实际有误差。为提高计算精度，规范对11种常见截面进行了比 较计算，引入塑性发展系数，用0.8代替第二项分母中的 x。得出 如下设计公式：
mx M x N f x A xWx1 1 0.8 N / N Ex
第7章 拉弯、压弯构件
Af=bt
y
fy
fy
fy
fy
h (1-2)h h
H
x hw h x Mx Aw=hwtw H N
y
(a)
(b)
fy (c)
fy (d)
图7.2.1 压弯构件截面应力的发展过程 1.边缘屈服准则 当截面边缘处的最大应力达到屈曲点时。
式中： N、Mx——验算截面处的轴力和弯矩； A——验算截面处的截面面积； Wex——验算截面处的绕截面主轴x轴的截面模量； NP——屈服轴力 ， NP＝Afy; Mex——屈服弯矩 ， Mex＝Wexfy。
2 fy W1 x y b 1.07 2 b 0.1Ah 14000 235
I1 b ，I 1、I 2分别为受压翼缘和受拉 翼缘对y轴 I1 I 2 的惯性矩；
y
e y0’
b)
c)
+ +
图 单轴对称截面
x
y0’
单对称轴截面，绕非对称轴弯曲
N N M x2 1 1 2 0 N Ey N θ M crx
1式没有考虑部分塑性深入截面，也未计入残余应力影响，与工 程实际有误差。为提高计算精度，规范对11种常见截面进行了比 较计算，引入塑性发展系数，用0.8代替第二项分母中的 x。得出 如下设计公式：
mx M x N f x A xWx1 1 0.8 N / N Ex
第7章 拉弯、压弯构件
Af=bt
y
fy
fy
fy
fy
h (1-2)h h
H
x hw h x Mx Aw=hwtw H N
y
(a)
(b)
fy (c)
fy (d)
图7.2.1 压弯构件截面应力的发展过程 1.边缘屈服准则 当截面边缘处的最大应力达到屈曲点时。
式中： N、Mx——验算截面处的轴力和弯矩； A——验算截面处的截面面积； Wex——验算截面处的绕截面主轴x轴的截面模量； NP——屈服轴力 ， NP＝Afy; Mex——屈服弯矩 ， Mex＝Wexfy。
2 fy W1 x y b 1.07 2 b 0.1Ah 14000 235
I1 b ，I 1、I 2分别为受压翼缘和受拉 翼缘对y轴 I1 I 2 的惯性矩；
y
e y0’
b)
c)
+ +
图 单轴对称截面
x
y0’
单对称轴截面，绕非对称轴弯曲
钢结构 下 第七章重点
厂房结构的组成厂房结构一般是由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁（或析架）、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系。
这些构件按其作用可分为下面几类：( l ）横向框架由柱和它所支承的屋架组成，是厂房的主要承重体系，承受结构的自重、风荷载、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。
( 2 ）屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、凛条等。
( 3 ）支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、吊车梁等组成厂房的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了厂房结构所必需的刚度和稳定。
( 4 ）吊车梁和制动梁（或制动析架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。
( 5 ）墙架承受墙体的自重和风荷载厂房结构的设计步骤首先要对厂房的建筑和结构进行合理的规划，使其满足工艺和使用要求，并考虑将来可能发生的生产流程变化和发展，然后根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要尺寸，同时布置柱网和温度伸缩缝，选择主要承重框架的形式，并确定框架的主要尺寸；布置屋盖结构、吊车道结构、支撑体系及墙架体系。
结构方案确定以后，即可按设计资料进行静力计算、构件及连接设计，最后绘制施工图，设计时应尽量采用构件及连接构造的标准图集。
柱网布置，应注意以下几方面的问题：①满足生产工艺的要求②满足结构的要求③符合经济合理的要求④符合柱距规定要求框架柱的类型框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。
(等截面柱有实腹式和格构式两种，通常采用实腹式。
阶形柱也可分为实腹式和格构式两种)柱间支撑的作用和布置作用：①组成坚强的纵向构架，保证厂房的纵向刚度；②承受厂房端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受厂房纵向的地震力，并传至基础；③可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。
第7章 钢屋盖结构
R/4 1.22 2 0.7 h f lw f fw
屋架与柱的刚接构造如图7.16所示。
图7.8
节点板形状对焊缝受力的影响
(a) 正确；(b) 不妥
图7.9
下弦中间节点
图7.10
无檩屋架上弦中间节点
图7.11
有檩屋架上弦中间节点
图7.12
弦杆与拼接角钢连接
图7.13
(1) 包括屋面材料和檩条、支撑、屋架、天窗架等结 构的自重。桁架和自重估算—公式9.6.1 (2) 可变荷载 包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷 载，以及悬挂吊车荷载等，其中屋面活荷载和雪荷载 不同时考虑，取两者中的较大值。
图7.6
节点荷载汇集简图
荷载组合：屋架内力应根据使用过程或施工过程 中可能出现的最不利荷载组合计算。在屋架设计时应
图7.1 装配式单层厂房结构
2.1.2 单层排架结构组成 3）天窗架 4）屋架
1）屋面板
14）屋架垂直支撑
2）天沟板 12）天窗架垂直支撑 13）屋架下弦横向支撑 5）托架 15）柱间支撑 10）连系梁 6）吊车梁 7）排架柱
5
8）抗风柱
11）基础梁 9）基础
7.1 钢屋盖结构的组成和分类 1 、屋盖组成
一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向 刚度要求较高，所以宜采用大型屋面板的无檩屋盖； 而对于中、小型特别是不需要做保温层的房屋，则 宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。
3、支撑
屋盖支撑作用
(1)
(2) 保证屋盖的空间刚度和整体性
(3) (4) 承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵 向制动力、地震荷载等) (5)
(1) 轴向力
屋架各杆件的轴向力可用图解法或数解法(节点 法或截面法)求得。 (2) 屋架的上弦节间作用有荷载时，除轴向力外，还 要产生局部弯矩。 由于焊缝的约束作用，可以把上弦杆视为弹性支 座上的连续梁来考虑。但为了简化，可按近似法计算， 先按简支梁计算出弯矩M0 。
屋盖结构
钢屋盖结构设计
赵风华 齐永胜 编制 高福聚 审定
1
重 工 业 厂 房
2
轻 型 钢 结 构
3
钢 结 构 厂 房 组 成
4
§7.1屋盖体系的
无檩屋盖
组成和布置
有檩屋盖
轻钢厂房
5
无檩屋盖
1. 形式和布置 2. 组成：屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板 3. 传力路线：屋面荷载 → 大型屋面板 → 屋架（或天窗架） 4. 特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。 可用于屋架坡度较小的屋盖.
9
厂 房 典 型 节 点 拆 装
10
7.3 钢 屋 盖 支 撑 系 统
支 撑 作 用
故支撑设置有下列的作用：
• 保证结构的空间作用 • 增强屋架的侧向稳定 • 传递屋盖的水平荷载 • 由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。 屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方 • 便于屋盖的安全施工
14
竖向支撑
组成：系杆、斜杆 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。 布置位置：设有上弦横向支撑的开间内，每隔4～5个开间布置一道。 布置原则: （1）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中。 无天窗，跨度l>30m，布置在屋架两端、跨度l/3处。 有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端。 有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨度l/3处、天窗架两端。 （2）三角形屋架 跨度小于18m时，布置在屋架中间。 跨度大于18m时，一般视具体情况布置两道 。
假定压杆不起作用，变为静定桁架，简化计算。 • 支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用M20粗制螺栓连接，杆件 每端至少2个螺栓。 圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件张紧。
赵风华 齐永胜 编制 高福聚 审定
1
重 工 业 厂 房
2
轻 型 钢 结 构
3
钢 结 构 厂 房 组 成
4
§7.1屋盖体系的
无檩屋盖
组成和布置
有檩屋盖
轻钢厂房
5
无檩屋盖
1. 形式和布置 2. 组成：屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板 3. 传力路线：屋面荷载 → 大型屋面板 → 屋架（或天窗架） 4. 特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。 可用于屋架坡度较小的屋盖.
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厂 房 典 型 节 点 拆 装
10
7.3 钢 屋 盖 支 撑 系 统
支 撑 作 用
故支撑设置有下列的作用：
• 保证结构的空间作用 • 增强屋架的侧向稳定 • 传递屋盖的水平荷载 • 由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。 屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方 • 便于屋盖的安全施工
14
竖向支撑
组成：系杆、斜杆 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。 布置位置：设有上弦横向支撑的开间内，每隔4～5个开间布置一道。 布置原则: （1）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中。 无天窗，跨度l>30m，布置在屋架两端、跨度l/3处。 有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端。 有天窗、跨度l<30m，布置在屋架两端、跨度l/3处、天窗架两端。 （2）三角形屋架 跨度小于18m时，布置在屋架中间。 跨度大于18m时，一般视具体情况布置两道 。
假定压杆不起作用，变为静定桁架，简化计算。 • 支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用M20粗制螺栓连接，杆件 每端至少2个螺栓。 圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件张紧。
《钢结构》第七章-屋盖结构概述课件
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章 屋盖结构
为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在 纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动 支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸 缩缝使构造复杂，实际应用较少。
当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置 纵向温度伸缩缝。
第七章 屋盖结构
温度伸缩缝的布置决定于厂房钢结构的纵向 和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵 向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使 构件内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和 屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常 采用横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩 时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区 段长度不超过表7.1的数值时，可不计算温度应力。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章 屋盖结构
1. 横向框架主要尺寸和计算简图
1.
主要尺寸
框架的跨度：一般取为上部柱中心线间的横向距离。 如图：7.3
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章 屋盖结构
第七章 屋盖结构
1、厂房结构的形式和布置 2、厂房结构的框架形式 3、屋盖结构 4、框架柱设计特点 5、轻型门式钢架结构 6、吊车梁设计特点 7、墙架体系
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章 屋盖结构
7.1.1 单层厂房钢结构的组成
单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、 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（图7.1）。这些构件按其作用可分 为下面几类：
第7章 屋盖结构
③ 屋面材料要求的排水坡度； 屋面材料要求的排水坡度； ④ 在制造简单的条件下，外形尽可能与其弯矩图接近。 在制造简单的条件下，外形尽可能与其弯矩图接近。
2. 三角形屋架
三角形屋架适用于陡坡屋面（坡度≥1/3） 三角形屋架适用于陡坡屋面（坡度≥1/3）的有檩条 陡坡屋面 屋架体系；这种屋架与柱只能铰接 铰接， 屋架体系；这种屋架与柱只能铰接，房屋的整体横向刚度 简支的三角形屋架，在荷载作用下的弯矩图是抛物线 差；简支的三角形屋架，在荷载作用下的弯矩图是抛物线 分布，与三角形的外形相差悬殊， 分布，与三角形的外形相差悬殊，致使这种屋架弦杆受力 不均匀，跨中内力较小，支座处内力较大，节点构造复杂； 不均匀，跨中内力较小，支座处内力较大，节点构造复杂； 三角形屋架的腹杆布置常用芬克式、人字式和单斜式如图。 腹杆布置常用芬克式 三角形屋架的腹杆布置常用芬克式、人字式和单斜式如图。
间稳定体系。 间稳定体系。
纵向水平支撑：增强屋盖的横向水平刚度。 纵向水平支撑：增强屋盖的横向水平刚度。
位置:设当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高； 位置:设当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高；设有
托架为保证托架的侧向稳定；或设有较大振动设备时， 托架为保证托架的侧向稳定；或设有较大振动设备时， 应在屋架端节点平面内设置纵向水平支撑。 屋架端节点平面内设置纵向水平支撑 应在屋架端节点平面内设置纵向水平支撑。
上弦横向水平支撑：增强屋盖的纵向水平刚度， 上弦横向水平支撑：增强屋盖的纵向水平刚度，
保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定， 保证屋架上弦或屋面梁上翼缘的侧向稳定，将山墙抗 风柱传来的纵向水平力传到两侧柱列上。 风柱传来的纵向水平力传到两侧柱列上。
位置:设置在房屋或房屋温度区段的第一柱间或第二柱间, 位置:设置在房屋或房屋温度区段的第一柱间或第二柱间,
11-第七章-屋盖结构概述
上弦横向水平支撑 在相邻屋架上弦平面内沿屋架全跨（房屋横向）设置的平行弦桁架； 下弦横向水平支撑 在相邻屋架下弦平面内沿屋架全跨（房屋横向）设置的平行弦桁架； 下弦纵向水平支撑 位于屋架下弦端节间的沿房屋纵向通长设置的平行弦桁架； 垂直支撑 以相邻屋架相应竖杆（或斜杆）为竖杆，上、下弦横向水平支撑相应横杆为弦杆，
计，常采用双角钢组成的T形或十字形 截面， 容许长细比取 [λ]=200。
§7-3
檩条
说明
1、檩条通常是双向弯曲构件， 一般设计成单跨简支形式；
2、常用的檩条有实腹式和轻钢
桁架式两种；
减少檩条用钢量的措施
1、减小屋面材料重量；
2、增大檩条间距（简称檩距）； 3、选用合适的檩条形式等；
檩条与屋架的连接要求
另加腹杆组成的垂直（或倾斜）放置的平行弦桁架； 系杆 从上、下弦横件。
上弦横向水平支撑
垂直支撑
屋架
上弦、下弦横向水平支撑的设置要求
• 屋盖结构中须在屋架上弦和天窗架上弦处设置横向水平支撑； • 上弦横向水平支撑宜设在房屋两端或温度区段两端的第一柱间内；当温度区段较
无檩屋盖的特点 1、构件种类和数量少，构造简单，施工速度快，易于铺设保温层和防水层；
2、屋盖刚度大，整体性好，耐久性较好；
3、大型屋面板自重大，材料用量较大，对抗震不利，运输和吊装较为笨重； 4、受大型屋面板的尺寸（常用1.5 m× 6m）限制，屋架间距必须是6m，跨度 一般取3m的倍数。
有檩屋盖：采用瓦楞铁、石棉瓦、压型钢板、压型钢板复合保温板或压型铝合金 板等轻型屋面材料，铺设在设有屋架上弦檩条的屋盖结构形式。
1、实腹式檩条通常将腹板垂直于屋面坡向设置，槽形和Z形檩条的上翼
缘肢尖宜朝向屋脊方向； 2、檩条的支座常采用两个C级螺栓连于预先焊在屋架上弦的檩托上；
单层厂房钢屋盖结构
7.2.2 屋盖支撑的布置
屋盖支撑系统可分为横向水平支撑、纵向水平支撑、 竖向支撑及系杆。 7.2.2.1 横向水平支撑
横向水平支撑，布置在屋架上、下弦及天窗架上弦平面，是沿 屋架方向布置的支撑。 1、 屋架上弦横向水平支撑
上弦横向水平支撑一般应设置在 房屋两端或纵向温度区段两端的第 一柱间或第二柱间，其最大间距为 60m，否则在中间应增设一道或几 道支撑。有时可将其布置在第二个 柱间，但在第一个柱间要设置刚性 系杆以支持端屋架和传递端墙风力。
端部高度：当屋架与柱铰接时为 1．6～2．2 m，刚接时为 1．8～2．4 m；端弯矩大时取大值，反之取小值。 跨中高度：根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输 界限，如铁路运输界限为 3．85 m。 起拱高度：对跨度较大的屋架，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屋架的正常使用。为此，对跨度l 》 15m的三角形屋架和跨度l 》24m的梯形、平行弦屋架，当下弦 无向上曲折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度， 以抵消屋架受荷后产生的部分挠度。 起拱挠度一般为其跨度的1/500作用。
7.2.3.3 支撑的连接构造
屋架支撑的构造应力求简单、安装方便。 支撑与屋架的连接通常用M20的C级螺栓，支撑与天窗架的连接通常 用M16的C级螺栓 。在有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房，除 螺栓外，还应加安装焊缝，焊缝长度≥80 mm，焊脚尺寸≥6 mm。当 采用圆钢作支撑时，应用花篮螺栓预加拉力将圆钢拉紧。
§7.2 屋盖结构的支撑体系
平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能 承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度 和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
7.1.2 屋盖支撑的作用
① 保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体 系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系， 其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，就保证了整 个屋盖结构的稳定。 ② 避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。 ③ 承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、悬挂吊车水平荷载和地 震作用等）。 ④ 保证结构安装时的稳定与方便 屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定 体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。
《钢结构》第七章 屋盖结构概述
第七章
屋盖结构
7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置
一、柱网布置
7.2
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
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。厂房是直接为工业生 产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程， 各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都 是决定跨度和柱距的主要因素。柱的位置（包括柱下 基础的位置）应和地上（地下）设备、机械及起重运 输设备等相协调。此外，柱网布置尚应考虑未来生产 发展和生产工艺的可能变动。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.1
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁 布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩 缝的中线和定位轴线重合(图7. 2,a)；在设备布置条件 不允许时，可采用插入距的方式(图7. 2,b)，将缝两旁 的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用 1m，对于 重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到 1.5m或2m， 有时甚至到3m，方能满足温度伸缩缝的构造要求。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(5)、墙架 承受墙体的自重和风荷载。 此外，还有一些次要的构件如梯子、走 道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于 工艺操作上的要求，还设有工作平台。
钢结构设计原理
屋盖钢结构设计
第7章屋盖钢结构设计1厂房结构的受力及荷载的传递1.1无吊车厂房的荷载类型荷载包括：竖向荷载和水平荷载。
竖向荷载：恒荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊挂荷载、竖向风荷载、竖向地震荷载。
水平荷载：水平风荷载、水平地震荷载。
（1）恒荷载：主要是建筑物的自重。
计算刚架或檩条时，结构自重由程序考虑，需要输入其他材料的自重荷载。
比如计算刚架时，需要输入的恒载主要包括彩钢板、保温棉、檩条、拉条、系杆、支撑等自重荷载。
1）彩钢板面荷载=钢材容重X钢板厚度X基板宽度/成型后板宽度X放大系数如0.6mm厚V125型压型钢板自重荷载=78.5X0.0006X1/0.75X1.05=0.066kN/m2 2）保温棉自重=容重X厚度，保温棉材料一般为玻璃丝棉、岩棉、聚氨酯（多用于夹芯板）玻璃丝棉容重约64kg/m3，岩棉容重约120kg/m3，聚氨酯容重约40kg/m3如75mm厚玻璃丝棉自重荷载=0.64X0.075=0.048kN/m275mm厚岩棉自重荷载=1.2X0.075=0.09kN/m23）檩条自重=单位长度重量/檩条间距，连续檩条应再乘以1.1如C20020简支1.5米间距檩条自重=5.71kg/m/1.5=3.81kg/m2=0.038kN/m2Z20020连续1.5米间距檩条自重=5.803kg/m/1.5X1.1=4.3kg/m2=0.043kN/m24）拉条自重=单位长度重量X拉条道数/柱距X放大系数如7.5米柱距布置两道12圆钢拉条，自重荷载=0.888kg/mX2/7.5X1.25=0.296kg/m2=0.003kN/m25）系杆重量=单位长度重量/系杆间距X放大系数如114X3.0系杆，间距为6米，则自重=8.213kg/m/6X1.2=1.64kg/m2=0.0164kN/m2假设为玻璃丝棉，以上之和为0.17kN/m2；假设为岩棉，以上之和为0.22kN/m2故单层板加玻璃丝棉，屋面恒载可取0.2kN/m2左右；单层板加岩棉，则可取0.25kN/m2左右；双层板加玻璃丝棉，一般可取0.25kN/m2左右；双层板加岩棉或岩棉夹芯板，一般可取0.3kN/m2左右。
朱明zhubob-钢结构设计原理第7章钢与混凝土组合楼盖
朱明工作室 zhubob
确定楼盖结构应考虑以下要求
1）保证楼盖有足够的整体刚度。 2）减轻结构的自重，减小结构层的高度 3）有利于现场安装方便及快速施工。 4）较好的防火、隔声性能，并便于管线的
铺设。
1. 组合形式 2. 组合楼板的设计要求 3. 组合梁的设计要求
朱明工作室 zhubob
组合形式
朱明工作室 zhubob
back
施工阶段验算
朱明工作室 zhubob
应对作为浇注混凝土底模的压型钢板进行 强度和变形的验算。此时，应采用弹性 分析方法计算。强边（顺肋）方向的正、
负弯矩和挠度按单向板计算，弱边（垂
直于肋)方向不计算。
back
强度验算
朱明工作室 zhubob
• 压型钢板在施工阶段的受弯承载力
• 忽略混凝土的抗拉作用
• 混凝土与压型钢板始终保持共同作用，其界 面滑移很小
M≤0.81 fcxbyP
朱明工作室 zhubob
M≤ 0.8(1 fchcbyP1 AP2 fyP2) AP2 0.5(AP 1 fchcb f )
对于压型钢板楼板的负弯矩配筋计算，无论是否朱 zh考u明b工o虑b作室 其组合作用，统一按T形截面梁进行计算。
永久荷载：压型钢板、钢筋和湿混凝土的 自重；
可变荷载：施工荷载和附加荷载
• 组合楼板使用阶段的荷载应为全部的永 久荷载和可变荷载。
朱明工ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ室 zhubob
• 当组合楼板上作用有局部荷载时，其有 效工作宽度（见图2）根据抗弯计算和抗 剪计算、以及板支承形式不同来计算。
back
组合楼板计算
• 施工阶段 1. 强度验算 2. 挠度验算 • 使用阶段 1. 强度验算 2. 挠度验算 3. 裂缝验算 4. 自振频率验算
《钢屋盖结构》课件
设计团队：中国建筑设 计研究院
建设时间：2003年2008年
应用领域：体育赛事， 文化演出
技术难点：大跨度钢结 构设计，抗震性能优化
案例分析方法
收集资料：收集相关钢屋盖结构的设计、施工、使用等方面的资料 分析结构：分析钢屋盖结构的设计原理、结构特点、材料选择等 比较案例：比较不同钢屋盖结构的优缺点，找出成功案例和失败案例
基础施工：地基处理、基 础浇筑等
钢结构制作：钢材切割、 焊接、组装等
钢结构安装：吊装、焊接、 螺栓连接等
屋面施工：防水、保温、 隔热等
竣工验收：质量检查、安 全检查等
施工质量控制
材料选择：选用 优质钢材，确保 材料质量
焊接工艺：采用 先进的焊接技术， 保证焊接质量
施工工艺：严格按 照施工规范进行施 工，确保施工质量
钢屋盖结构设计需 要考虑荷载、材料 性能、结构形式等 因素
钢屋盖结构设计需 要遵循结构力学、 材料力学等基本原 理
钢屋盖结构设计需 要满足建筑功能、 美观、经济等要求
钢屋盖结构设计需要 采用合理的结构形式 和连接方式，保证结 构的稳定性和可靠性
荷载分析和计算
荷载类型：包括恒载、活载、风载、雪载等 荷载分布：根据结构形式和荷载类型进行合理分布 荷载组合：考虑各种荷载的组合情况，确保结构安全 荷载计算：根据荷载分布和荷载组合进行精确计算，确保结构强度和刚度满足要求
钢材种类：碳钢、 不锈钢、合金钢 等
碳钢特性：强度 高、韧性好、耐 磨损、耐腐蚀
不锈钢特性：耐 腐蚀、耐高温、 耐磨损、易加工
合金钢特性：高 强度、高韧性、 耐腐蚀、耐磨损
钢材的连接方式
焊接：通过加热使钢材熔化， 冷却后形成牢固的连接
螺栓连接：通过螺栓将钢材固 定在一起，方便拆卸和安装
钢结构下7章单层厂房结构
◆满足结构的要求 尽可能将柱布置在同一的横向轴线
钢结构
设计
上。
第七章 单层厂房结构
◆符合经济合理的要求 确定方案时应进行综合比较。
◆符合柱距规定要求 对厂房横向，当跨度L≤18m时， 其跨度宜采用3m的倍数；当厂房跨度L≥18m时，其跨度 宜采用6m的倍数。对厂房纵向，以前基本柱距一般采用 6m或12m，现在采用压型钢板作屋面和墙面材料的厂房 日益广泛，常以18m甚至24m作为基本柱距。多跨厂房 的中列柱，常因工艺要求需要“拔柱”。其柱距为基本 柱距的倍数，最大可达48m。
钢结构
设计
第七章 单层厂房结构
H1
H H2
H1
H H2
钢结构
设计
L
L1
L2
(a)
(b)
图7.2.3 横向框架的计算简图
(a)柱顶刚接(b)柱顶铰接
第七章 单层厂房结构
对于由格构式横梁和阶形柱(下部柱为格构柱)所组成的 横向框架，需要将惯性矩(对高度有变化的桁架式横梁按平 均高度计算)乘以折减系数0.9简化成实腹式横梁和实腹式柱。 对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认
柱与屋架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组 合。最不利组合可分为四组：
◆使屋架下弦杆产生最大压力； ◆使屋架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉 力； ◆使腹杆产生最大拉力 ◆使腹杆产生最大压力 组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩 和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。
钢结构
设计
S——由吊车梁轴线至上段柱轴
L0
线的距离，应满足下式要求
SBD b1/2
b1
B——吊车桥架悬伸长度，可由 b1/2 行车样本查得；
7.1-.3 桁架及屋盖结构
§7．4 屋架的内力计算
一、屋架杆件的内力计算：
P287
1、计算简图：
按铰接平面桁架，忽略节点刚性在杆件中 引起的次应力。
2、作用荷载：
按节点荷载计算。
节间荷载作用时，将其分配到相邻的节点上， 按节点荷载计算屋架各杆的内力。 直接承受节间荷载的弦杆，按压弯构件设计。
3、计算方法： 用图解法或数解法、电算法进行分析。 1）求单位节点荷载时的内力 2）根据不同的荷载计算内力 3）根据各工况组合求控制内力。 通常应考虑下列三种组合： ⅰ）全跨永久荷载+全跨可变荷载 ⅱ）全跨永久荷载+半跨可变荷载 ⅲ）全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面活荷载 注意： ⅱ）、 ⅲ）种组合时，梯形、平行弦、人字形 和拱形屋架中部斜杆可能变号。 屋面倾角30º ，风产生卸荷作用时，可不考虑；但轻 型产生吸力时，应考虑。
二、桁架杆件的计算长度：
压杆：
拉杆：节间的几何长度。
三、容许的长细比
压杆：150
：
支撑压杆：200 (中央竖杆)
拉杆：直接承受动力荷载为250，
承受静力荷载为350，
支撑拉杆：400。
四、 杆件的截面型式
1、压杆：要求 x y 受压弦杆：布置支撑时 loy=2l0x
有节间荷载时：
2、受拉弦杆：l0y >l0x
§7-3 屋架
P283
屋架（桁架）：承受横向荷载的格构式受弯构件。 用钢量省、刚度大，可按需制成各种不同的外形。 屋盖结构的造型、计算和构造，可用于吊车桁架、制动桁 架以及各种支撑体系和大跨度桥、电塔和桅杆等。
一、屋架的形式和选型原则：
1. 形式按外形分：三角形、梯形、拱形及平行弦 （人字形）。
屋盖钢结构设计
屋盖钢结构设计一、屋盖结构组成钢屋盖结构组成：屋面板、檩条、屋架、托架、天窗架、支撑等构件。
屋架的跨度和间距取决于柱网布置，柱网布置取决于建筑物工艺要求和经济要求。
屋架跨度较大：为了采光和通风，屋盖上常设置天窗。
柱网间距较大，超出屋面板长度：应设置中间屋架和柱间托架，中间屋架的荷载通过托架传给柱。
屋盖结构组成屋架与屋架之间布置支撑，可增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定。
二、屋盖体系分类屋盖分为无檩屋盖和有檩屋盖。
无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架。
优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等；缺点：屋盖自重大，不利于抗震，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中。
无檩屋盖体系有檩屋盖：当屋面采用轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架。
优点：构件重量轻，用料省；缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂，整体刚度较差。
有檩屋盖体系第二节屋盖支撑体系一、屋盖支撑作用主要作用：①保证屋盖结构的整体稳定；②增强屋盖的刚度；③增强屋架的侧向稳定；④承担并传递屋盖的水平荷载；⑤便于屋盖的安装与施工。
屋架——屋盖的主要承重结构，需要用支撑连接屋架。
长的屋盖结构，在中间设置横向支撑。
横向支撑——屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在平面外的计算长度，减小动力荷载作用下的屋架平面外的受迫振动。
屋盖支撑将作用于山墙的风荷载、悬挂吊车水平荷载及地震作用传递给房屋的下部支承结构。
钢屋架安装：首先吊装有横向支撑的两榀屋架，将支撑和檩条与之连系形成稳定体系，然后再吊装其他屋架与之相连。
二、屋盖支撑布置五种屋盖支撑：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。
1．上弦横向水平支撑在屋盖体系中，一般都应设置屋架上弦横向水平支撑，包括天窗架的横向水平支撑。
上弦横向水平支撑布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。
横向水平支撑的间距≤60m，房屋长度>60m，还应另加设水平支撑。
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钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多， 屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省， 运输和安装较轻便；但构件的种类和数量多，构 造较复杂。在选用屋盖结构体系时，应全面考虑 房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及 施工和运输条件等，以确定最佳方案。
阶形柱也分为实腹式和格构式两种。（如图7.8（c）（d） （e）） 分离式柱有支撑屋盖结构的屋盖肢和支撑吊车梁或吊车 桁架肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。（如图 7.8（f））
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
7.2.4 纵向框架柱间支撑
7.2.4.1 纵向框架柱间支撑的作用和布置 柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，其作用为： (1)、组成坚强的纵向构架，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，在地震区尚应 承受纵向地震作用，并将这些力和作用传至基础。
钢结构设计原理
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
二、有檩屋盖结构体系 有檩屋盖结构体系（图7.1.b）常用于轻型屋面材 料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦 楞铁皮等。屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于12m 时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面 坡度以便排水，常用坡度为1:2~1:3，因此常采用三角 形屋架做为主要承重构件。当采用较好的防水措施用 压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或更小， 此时也可用H型钢梁做为主要承重构件。
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可 采用门架式支撑（图7.10.d）。图 7.10.e的支撑 形式，上层为V形，下层为人字形，它与吊车梁系 统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由 滑动的构造。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(5)、墙架 承受墙体的自重和风荷载。 此外，还有一些次要的构件如梯子、走 道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于 工艺操作上的要求，还设有工作平台。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
7.1
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁 布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩 缝的中线和定位轴线重合(图7. 2,a)；在设备布置条件 不允许时，可采用插入距的方式(图7. 2,b)，将缝两旁 的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用1m，对于 重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到1.5m或2m， 有时甚至到3m，方能满足温度伸缩缝的构造要求。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
一、无檩屋盖结构体系 无檩屋盖结构体系(图7.1.a)中屋面板通常采用钢 筋混凝土大型屋面板。屋架的间距应与屋面板的长度配 合一致，通常为6m。这种屋面板上一般采用卷材防水屋 面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8~1:12， 因此常采用梯形屋架做为主要承重构件。 无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单， 安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好； 但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面， 对抗震也不利。
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
(3)、可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架 平面外的计算长度。 柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上 层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。下层柱间支撑与 柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架。为了使 纵向构件在温度发生变化时能较自由地伸缩，尽量减少温 度应力，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位 置高而车间总长度又很短（如混铁炉车间），下层支撑设 在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能 提高很多时，放在两端才是合理的。
为了降低制作和安装工作量，应尽量实现结构构件的 统一化和标准化，满足《厂房建筑统一化基本规则》的规 定：当单层厂房钢结构跨度小于或等于18m时，应以3m为 模数，即9m、12m、15m、18m；当厂房跨度大于18m时，则 以6m为模数，即24m、30m、36m。但是当工艺布置和技术 经济有明显的优越性时，也可采用21m、27m、33m等。厂 房的柱距一般采用6m较为经济，当工艺有特殊要求时，可 局部抽柱，即柱距做成12m；对某些有扩大柱距要求的单 层厂房钢结构也可采用9m及12m柱距。
第七章
屋盖结构
(3) 应符合经济合理的原则。柱距大小对结 构的用钢量影响较大，较经济的柱距可通过具体 方案比较确定，例如，在柱子较高、跨度较大而 吊车起重量又较小的车间中，采用大柱距可能是 经济合理的。
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
第七章
屋盖结构
7.2横向框架的荷载和内力
作用在横向框架上的荷载可分为：
永久性荷载
可变荷载两种
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第七章
屋盖结构
7.2.3框架柱的类型
框架柱按结构形式可分为等截面柱、 阶形柱和分离式柱三大类。
等截面柱有实腹式和格构式两种。（图7.8（a）（b））
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第七章
屋盖结构
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
7.1
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第七章
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
图7.9
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
7.2.4.2 柱间支撑的形式
柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字 式、门架式等（图7.10a）。十字交叉支撑的构造 简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜 杆倾角宜为45°左右。上层支撑在柱间距较大时可 改用斜杆（图7.10.d）；下层支撑高而不宽者可以 用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个 开间（图7.10.c）。
屋盖结构
(1)、横向框架 由柱和它所支承的屋架或屋盖横 梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结 构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并 把这些荷载传递到基础。 (2)、屋盖结构 承担屋盖荷载的结构体系，包括 横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。
钢结构设计原理
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第七章
屋盖结构
7.2厂房结构的框架形式
厂房的主要承重结构通常采用框架体系，因 为框架体系的横向刚度较大，且能形成矩形的内 部空间，使于桥式吊车运行，能满足使用上的要 求。 厂房横向框架的柱脚一般与基础刚接，而柱 顶可分为铰接和刚接两类。
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屋盖结构
柱顶铰接时下柱的弯矩较大，厂房横向刚 度差，因此，一般用于多跨厂房或厂房高度不 大而刚度容易满足的情况。当采用钢屋架、钢 筋混凝土柱的混合结构时，也常采用铰接框架 形式。 钢结构的单跨厂房框架常采用柱顶刚接方案。
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第七章
屋盖结构
为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在 纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动 支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸 缩缝使构造复杂，实际应用较少。 当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置 纵向温度伸缩缝。
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第七章
屋盖结构
(2) 应满足结构的要求。为了保证车间的正 常使用，使厂房具有必要的刚度，应尽量将柱布 置在同一横向轴线上，以便与屋架或横梁组成横 向框架，提供尽可能大的横向刚度。
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第七章
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7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置
一、柱网布置
7.2
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第七章
屋盖结构
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。厂房是直接为工业生 产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程， 各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都 是决定跨度和柱距的主要因素。柱的位置（包括柱下 基础的位置）应和地上（地下）设备、机械及起重运 输设备等相协调。此外，柱网布置尚应考虑未来生产 发展和生ign Principles of Steel Structure