钢屋盖结构

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(4)其他

如桁架受压弦杆侧向支承点间的距 离为两倍节间长度,且两节间弦杆内 力不等时,该弦杆在桁架平面外的计
算长度按下式计算:
式中:lN0 l—l1—(0.较75大 的0.2压5 力NN12,) 计但算不时小取于正0.5值ll; N2——较小的压力或拉力,计算时压力取正值,拉力取负值
确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时,其计算长 度应按下表规定采用。
1.三角形屋架
① 按腹杆布置方式不同有: ·芬克式
特点:长腹杆受拉,短腹杆受压,受力合理,应 用广泛。
·人字式
杆件数量少,节 点数量少,受压杆 较长,但抗震性能 优于芬克式屋架, 适用于跨度小于 18m的屋架。
·单斜式
腹杆和节点数量较多,长腹杆 受拉,但夹角小,适用于下弦设 置天棚的屋架。
② 特点: ·外形和弯矩图不相适应,弦杆内力分布不均匀, 近支座处内力大,近跨中处小,横向刚度小。 ·上下弦交角小,端节点构造复杂。可将上弦或下 弦改变为折线形或陡坡梯形,以改善受力和节点 构造。
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。
2.下弦横向水平支撑
当屋架间距<12m时,尚应在屋架下弦设置横向水平支撑, 一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定 体系的基本组成部分。
② 特点
外形和弯矩图比较接近,弦杆内力沿跨度分布较均 匀,用料经济,应用广泛。
③ 适用范围
适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。
④ 屋架高度
梯形屋架的中部高度一般为(1/10~1/8)L,与 柱刚接的梯形屋架,端部高度一般为(1/16~1/12) L,通常取为2.0~2.5m。
与柱铰接的梯形屋架,端部高度可按跨中经济高度 和上弦坡度决定。
7.3.4 杆件的截面选择
1.一般原则 ①应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面, 一般板件或肢件的最小厚度为5mm。 ②角钢杆件或T型钢的悬伸肢宽不得小于45mm。 直接与支撑或系杆相连的最小肢宽,应根据连接螺
栓的直径d而定。
③屋架节点板(或T型钢弦杆的腹板)的厚度, 对单壁式屋架,可根据腹杆的最大内力(对梯形和 人字形屋架)或弦杆端节间内力(对三角形屋架), 按教材表7-3选用。
对轴心受压杆件,宜使杆件对两个主轴有相近 的稳定性,即可使两方向的长细比接近相等。
基本上采用由两个角钢组成的T形截面或十字 形截面形式的杆件,也可用H型钢剖开而成的T形 钢代替双角钢组成的T形截面。受力较小的次要杆 件可采用单角钢。
❖上弦杆:
有节间荷载时,可采用不等 边角钢长肢相连或TN型截面。
当 l0=y l时0x ,可采用两个等边角
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.8M0
(3)内力计算与荷载组合
① 全跨恒载+全跨活载:即全跨永久荷载+全跨屋面活载
或雪荷载(取较大值)+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。
② 全跨恒载+半跨活载:即全跨永久荷载+半跨屋面活载
(或半跨雪荷载)+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。
系杆分刚性系杆(既能受拉也能受压)和柔性 系杆(只能承受拉力)两种。屋架主要支承节点 处的系杆,屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性 系杆。
7.2.3 支撑的计算和构造
屋架支撑为平行弦桁架,其弦杆可兼作支撑桁架 的弦杆,斜腹杆一般采用十字交叉式,与弦杆的交 角在30o~60o之间。通常横向水平支撑节点间的距 离为屋架上弦节间距离的2~4倍,纵向水平支撑的 宽度取屋架端节间的长度,一般为6m左右。
大纲要求:
1.了解钢屋盖的种类、截面形式和应用; 2.掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则; 3.掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制;
普通钢屋架设计内容: ➢屋架的荷载计算; ➢杆件内力计算和组合; ➢正确选择杆的截面型式和确定计算长度; ➢选择截面并验算各杆件的承载力; ➢计算节点连接并绘制钢屋架施工图。
④跨度较大的桁架(≥24m)与柱铰接时,弦杆 宜根据内力变化改变截面,半跨内一般只改变一次。
⑤同一屋架的型钢规格不宜 太多,以便订货。
⑥当连接支撑等的螺栓孔在 节点板范围内且距节点板边缘 距离≥100mm时,计算杆件 强度可不考虑截面的削弱。 ⑦单面连接的单角钢杆件,在按轴心构件计算其 强度或稳定以及连接时,钢材和连接的强度设计值 应乘以相应的折减系数。 2. 杆件的截面选择 轴心受拉杆件应验算强度和长细比要求。轴心受压 杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定 和长细比。
项 次 弯曲方向 1 在桁架平面内
弦杆
l
腹杆
支座斜杆和支座 竖杆
其他腹杆
l
0.8 l
2 在桁架平面外
l1
3
斜平面

l
l
l
0.9 l
l — 构件的几何长度(节点中心间距离); l1— 桁架弦杆侧向支承点间的距离; 2. 杆件的容许长细比 规范中对拉杆和压杆都规定了容许长细比。
7.3.3 杆件的截面形式
❖双角钢杆件的填板:
由双角钢组成的T形或十字形截面 杆件按实腹式杆件进行计算,必须每 隔一定距离在两个角钢间加设填板。
填板的宽度一般取50~80mm;填 板的长度:对T形截面应比角钢肢 伸出10~20mm,对十字形截面则 从角钢肢尖缩进10~15mm。填板 的厚度与桁架节点板相同。
填板的间距对压杆l1≤40i1,拉杆l1≤80 i1;在T形截面中,i1 为一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径;在十字形 截面中,填板应沿两个方向交错放置,i1为一个角钢的最小回 转半径,在压杆的桁架平面外计算长度范围内,至少应设置 两块填板。
概述
钢屋盖的类别包括:
平 面 钢 屋 架
空间桁架:
网架
§7.1 钢屋盖的组成
7.1.1 屋盖结构体系 钢屋盖由屋面、屋架和 屋架
支撑组成。 其它:托架、天窗、
檩条等。
屋面板 檩条
无檩体系:一般用于预应力混凝土大型屋面板
等重型屋面,将屋面板直接放在屋 架上。
房屋横向刚度大,整体性、耐久性 好; 屋面板自重大,屋盖及下部结构用料多, 对抗震不利。
钢截面或TM截面; 无节间荷载时,宜采用不等 边角钢短肢相连的截面;
❖下弦杆: 通常采用不等边角钢短
肢相连的截面,或TW型截 面以满足长细比要求。
❖支座斜杆: l0 y= l0x时,宜采用不等边角钢
长肢相连或等边角钢的截面。
❖其他一般腹杆:
宜采用等边角钢相并的截面; 连接垂直支撑的竖腹杆宜采 用两个等边角钢组成的十字形 截面; 受力很小的腹杆(如 再分杆等次要杆件), 可采用单角钢截面。
3.人字形桁架
• 上、下弦可为平行,坡度为1/20~1/10,节点构造较为 统一; • 上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段,以 改善屋架受力情况。 • 跨中高度一般为2.0~2.5m,跨度大于36m时可取较大 高度但不宜超过3m;端部高度一般为跨度的1/18~1/12。
4.平行弦屋架
• 上、下弦杆水平,杆件和节点规格化、便于制造。
作用:系杆能保证无横向水平支撑的所有屋架 在上弦杆平面外的稳定和安装时屋架的稳定,第 一柱间的刚性系杆能将山墙的风荷载传到横向水 平支撑。
设置:在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋 通长设置系杆。在屋架上弦平面内,对无檩体系 屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系杆;对有檩 体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。
屋架上的荷载包括恒载、活荷载、雪荷载、风荷载、 积灰荷载及悬挂荷载等。 (1)基本假定
通常将荷载集中到节点上,并假定屋架各杆均为理 想直杆,各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心, 各节点均为理想铰接,忽略实际节点产生的次应力。
(2)节间荷载引起的局部弯矩
节间荷载作用的屋架,除把节 间荷载分配到相邻节点外,还应 计算节间荷载引起的局部弯矩。
③ 适用范围:跨度小,坡度大、采用轻型屋面材料 的有檩体系。
2.梯形屋架
① 按腹杆布置方式不同有:
·人字式
按支座斜杆与弦 杆组成的支承点 在下弦或在上弦 又可分为下承式 和上承式两种。
下承式 上承式
特点:腹杆总长度短,节点少。
·再分式
特点:可避免节间直接受荷(非节点荷载)。 ·单斜杆式
特点:多数腹杆受压,杆件数量多,总长大, 应用少。
• 屋架的外形和弯矩图分布不接近,弦件内力分布不均匀。 • 一般用于托架和支撑体系。
§7.2 屋盖支撑
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。
上弦横向水平支撑
下弦横向水平支撑 组成 下弦纵向水平支撑
垂直支撑
屋架间距≥12m时,宜布置在 屋架的上弦平面内。
下弦纵向水平支撑
4.垂直支撑
垂直支撑联系屋 架上、下弦水平支撑, 并和屋架水平支撑一 起形成几何不变的屋 盖空间结构,是上弦 横向水平支撑的支承 点,在屋盖安装过程 中保证屋盖稳定。
屋架的垂直支撑 应与上、下弦横向水 平支撑设置在同一柱 间。
5.系杆
③ 采用大型混凝土屋面板的屋架,尚应考虑安装时可能的半跨 荷载:即屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板自重+半 跨屋面活荷载。 • 屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆由①作用时会 引起杆件的最不利内力;
• 跨中附近的腹杆可能由②③两种荷载组合控制。
7.3.2 杆件的计算长度和容许长细比
1. 杆件的计算长度 (1)在桁架平面内
A.弦杆、支座斜杆、支座竖杆:本身线刚度大, 但两端节点嵌固程度较低,视为两端铰接杆件。 lox = l
B.中间腹杆:两端 或一端嵌固程度较 大,视为弹性嵌固。 lox= 0.8l
(2)在桁架平面外
取决于弦杆侧向支承点间距离。
无檩方案: 能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:
•上弦杆
lOy=l¹1(l¹1≤3m)l¹1— 两块屋面板宽度。
系杆
檩条屋面板
7.2.1 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
有檩方案: 檩条与支撑点交叉不连接时:lOy=l1 檩条与支撑点交叉连接时:lOy=l1/2
• 下弦杆:取纵向水平支撑节点与系 杆或系杆与系杆之间的距离。
• 腹杆:由于节点在平面外刚度很小, 对杆件嵌固作用较小,故腹杆两端视 为铰接,则lOy=l
(3)腹杆在斜平面内的计算长度
单面连接的单角钢和双角钢组成的 十字形杆件,受力后有可能斜向失稳, 由于两端节点有一定的嵌固作用,故 斜平面计算长度略作折减(支座斜杆和 支座竖杆除外),l0=0.9l
有檩体系:常用于轻型屋面材料的情况。
屋架间距灵活,构件重量轻、施工、 安装方便;屋盖构件数量多,整体刚 度差。
7.1.2 屋架的形式
确定屋架形式的原则:
1.满足使用要求
屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。 2.满足经济要求 ·屋架外形应尽量和弯矩图接近,使上下弦杆 内力沿跨度方向分布较均匀,腹杆受力较小; ·腹杆的布置宜使短杆受压,长杆受拉; ·荷载布置在节点上,减少弦杆局部受弯。 3.满足制造、安装和运输要求 ·构造简单,杆件夹角30°~60°; ·杆件与节点数量少; ·分段制造,便于运输与安装;
但当屋架跨度比较小(<18m)又无吊车或其他振动设备 时,可不设下弦横向水平支撑。
3.纵向水平支撑
当房屋较高、跨度较大、空间 刚度要求较高时,设有支承中 间屋架的托架,或设有重级或 大吨位的中级工作制桥式吊车 等较大振动设备时,均应在屋 架端节间平面内设置纵向水平 支撑。
一般情况可以省掉。
屋架间距<12m时,通常布置 在屋架下弦平面。
支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计,通 常用单角钢做成;非交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚 性系杆按压杆设计,宜采用双角钢做成的T形截面 或十字形截面,其中横杆和刚性系杆常用十字形截 面使在两个方向具有等稳定性。
屋盖支撑受力较小,截面尺寸一般由杆件容许长 细比和构造要求决定。
§7.3 简支屋架设计
7.3.1 屋架的内力分析
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ห้องสมุดไป่ตู้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。
7.2.2 支撑的布置
1.上弦横向水平支撑
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