【工厂管理】第4章重型单层工业厂房钢结构设计
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风荷载 图4.25 例题4-1计算简图
图4.26 例题4-2内力系数计算简图 9屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载（活
载）时，可能变成受压
例题4-2屋架内力组合表(部分)
杆件
内力系数 全跨 半跨
单项荷载内力
恒载 活载(P2=7.088) (6.733) 全跨 半跨
内力组合 恒+全 恒+半
• 当有节间荷载时，为增强弦杆在屋架平面内的抗弯能 力，可采用两长肢相并的不等肢角钢组成的T形截面( 图4.28c)；但弦杆处于屋架的边缘，为增加出平面的
刚度以利运输及安装，也可以考虑采用两等肢角钢。
¾受拉弦杆，往往l0y比l0x大得多，此时可采用两短 肢相并的不等肢角钢组成的或者等肢角钢组成的T
¾ 双角钢属于单轴对称截面，绕对称轴y屈曲时 伴随有扭转，应考虑扭转效应取换算长细比λyz
图4.28 角钢杆件截面形式
¾ 受压弦杆 • 常为l0y=2l0x，采用两等肢角钢或两短肢相并的不等肢
角钢组成的T形断面(图4.28a或b)。二者以用钢量较小
为好。鉴于λyz>λy，后一截面比较容易做到等稳定。
4.3 钢屋架设计
4.3.1 桁架的内力计算
¾计算简图
9铰接平面桁架
9节点荷载（单位力）
9不计焊接节点次应力 9节间荷载的处理：
图4.22 节间荷载
•端节间正弯矩M=0.8M0，M0=Pd/4 •其他节间及支座弯矩 M=±0.6M0
图4.23 节间荷载的计算弯矩
图4.24 例题4-1荷载计算
竖向荷载
“A”焊缝—传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏 心力矩△M=△N·e。焊缝两端的最大 合成应力：
σ
(
f
βf
)2
0.0 −49.32 −49.32 −49.32 −49.32 −53.42
0.0 −32.87 −16.44 −32.87 −16.44 −26.71
0.0 −96.17 −96.17 −96.17 −96.17 −104.2
0.0 −79.72 −63.29 −79.72 −63.29 −77.46
形截面(图4.28b或a)。
¾梯形屋架支座处的斜杆及竖杆，由于l0y=l0x，故可 采用图4.28a或c的形式。考虑到扭转影响，前者更
容易做到等稳定。 ¾屋架中其它腹杆，因l0x=0.8l，l0y=l，即l0y=1.25l0x ，
所以一般采用图4.28a两等肢角钢的形式。
¾连接垂直支撑的竖杆，常采用两个等肢角钢组 成的十字形截面(图4.28d) 。
EF
ab 下 de 弦 杆 bc
cd
−7.537 4.565 4.565 7.759 7.759
−3.769 3.261 1.304 4.655 3.103
−50.75 30.74 30.74 52.24 52.24
−53.42 32.36 32.36 55.00 55.00
−26.71 23.11 9.24 32.99 21.99
−104.2 63.1 63.1 107.2 107.2
−77.46 53.85 39.98 85.23 74.23
不利 组合
0.0 0.0 −96.17 −96.17 −96.17 −96.17 −104.2 −104.2 63.1 63.1 107.2 107.2
4.3.2 桁架杆件的计算长度
9当屋架跨度较大(如L>24m)且弦杆内力相差较 大，弦杆可改变一次截面，角钢厚度不变而改变 肢宽，T型钢弦杆可改变腹板高度。
9圆管多用在网架中，矩形管桁架在国外用的较 多，H型钢可用于跨度和荷载较大的桁架。
桁桁架架节节点点设设计计
¾确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节 点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。
¾受压弦杆和单系腹杆的计算长度
屋架杆件的计算长度
¾受压变内力弦杆的平面外计算长度
图4.27 变内力弦杆平面外计算长度
l0
=
l1⎜⎜⎝⎛ 0.75 +
0.25
N2 N1
⎟⎟⎠⎞
¾受拉杆件计算长度取其节点间的几何长度 ¾杆件的刚度要求（长细比）：
9 受压杆件的容许长细比为150； 9 支撑的受压杆件为200； 9 直接承受动力荷载的桁架中的拉杆为250； 9 只承受静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在
AB 0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
上 HI BC
弦 GH
0.0 −6.958 −6.958
杆 CD −6.958 FG −6.958
DE −7.537
0.0 −4.638 −2.319 −4.638 −2.319 −3.769
0.0 −46.85 −46.85 −46.85 −46.85 −5源自文库.75
¾节点的构造与计算
⑴一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。
① 腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝 （L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。
② 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 按下式计算其焊缝长度。
肢背焊缝：
lw1
≥
K1ΔN 2 × 0.7h f1 ⋅
f
w f
+
2hf 1
竖向平面内的长细比，容许值为350； 9 支撑的受拉杆为400。
4.3.3 杆件的截面型式
要求：¾ 具有较大的承载能力、较大的抗弯刚度，便于 相互连接且用料经济；
¾ 截面比较扩展，壁厚较薄，外表平整； ¾ 压杆对于两个主轴具有相等或接近的稳定性，
即λx=λyz；
¾ 受拉弦杆角钢的伸出肢宜宽一些，以便具有较 好的出平面刚度；
肢尖焊缝：
ΔN = N1 − N2
lw2
≥
K 2ΔN 2 × 0.7h f2 ⋅
f
w f
+
2hf 2
K1, K 2 − 角钢肢背、肢尖焊缝内 力分配系数
h f1 , h f2 − 肢背、肢尖焊缝焊脚尺 寸
f
w f
−
角焊缝强度设计值
⑵有集中荷载的节点
节点板伸出
槽焊缝“K”—假定只传递P力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。
¾受力小的腹杆，也可采用单角钢截面，如图4.2 8e和f。
9可用T型钢取代双角钢，弦杆多采用TW型钢，腹 杆可用TM型钢、单角钢或双角钢。
窄翼缘
中翼缘
图4.29 T型钢杆件截面形式
宽翼缘
9当腹杆采用T型钢或单角钢时，因无缝隙，耐腐 蚀性好，但单面连接的单角钢的强度设计值降低 较多。
9T型钢弦杆双角钢腹杆的屋架比传统的全角钢屋 架约节省钢材12～15％。
图4.26 例题4-2内力系数计算简图 9屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载（活
载）时，可能变成受压
例题4-2屋架内力组合表(部分)
杆件
内力系数 全跨 半跨
单项荷载内力
恒载 活载(P2=7.088) (6.733) 全跨 半跨
内力组合 恒+全 恒+半
• 当有节间荷载时，为增强弦杆在屋架平面内的抗弯能 力，可采用两长肢相并的不等肢角钢组成的T形截面( 图4.28c)；但弦杆处于屋架的边缘，为增加出平面的
刚度以利运输及安装，也可以考虑采用两等肢角钢。
¾受拉弦杆，往往l0y比l0x大得多，此时可采用两短 肢相并的不等肢角钢组成的或者等肢角钢组成的T
¾ 双角钢属于单轴对称截面，绕对称轴y屈曲时 伴随有扭转，应考虑扭转效应取换算长细比λyz
图4.28 角钢杆件截面形式
¾ 受压弦杆 • 常为l0y=2l0x，采用两等肢角钢或两短肢相并的不等肢
角钢组成的T形断面(图4.28a或b)。二者以用钢量较小
为好。鉴于λyz>λy，后一截面比较容易做到等稳定。
4.3 钢屋架设计
4.3.1 桁架的内力计算
¾计算简图
9铰接平面桁架
9节点荷载（单位力）
9不计焊接节点次应力 9节间荷载的处理：
图4.22 节间荷载
•端节间正弯矩M=0.8M0，M0=Pd/4 •其他节间及支座弯矩 M=±0.6M0
图4.23 节间荷载的计算弯矩
图4.24 例题4-1荷载计算
竖向荷载
“A”焊缝—传递弦杆两端内力差△N=N1-N2和偏 心力矩△M=△N·e。焊缝两端的最大 合成应力：
σ
(
f
βf
)2
0.0 −49.32 −49.32 −49.32 −49.32 −53.42
0.0 −32.87 −16.44 −32.87 −16.44 −26.71
0.0 −96.17 −96.17 −96.17 −96.17 −104.2
0.0 −79.72 −63.29 −79.72 −63.29 −77.46
形截面(图4.28b或a)。
¾梯形屋架支座处的斜杆及竖杆，由于l0y=l0x，故可 采用图4.28a或c的形式。考虑到扭转影响，前者更
容易做到等稳定。 ¾屋架中其它腹杆，因l0x=0.8l，l0y=l，即l0y=1.25l0x ，
所以一般采用图4.28a两等肢角钢的形式。
¾连接垂直支撑的竖杆，常采用两个等肢角钢组 成的十字形截面(图4.28d) 。
EF
ab 下 de 弦 杆 bc
cd
−7.537 4.565 4.565 7.759 7.759
−3.769 3.261 1.304 4.655 3.103
−50.75 30.74 30.74 52.24 52.24
−53.42 32.36 32.36 55.00 55.00
−26.71 23.11 9.24 32.99 21.99
−104.2 63.1 63.1 107.2 107.2
−77.46 53.85 39.98 85.23 74.23
不利 组合
0.0 0.0 −96.17 −96.17 −96.17 −96.17 −104.2 −104.2 63.1 63.1 107.2 107.2
4.3.2 桁架杆件的计算长度
9当屋架跨度较大(如L>24m)且弦杆内力相差较 大，弦杆可改变一次截面，角钢厚度不变而改变 肢宽，T型钢弦杆可改变腹板高度。
9圆管多用在网架中，矩形管桁架在国外用的较 多，H型钢可用于跨度和荷载较大的桁架。
桁桁架架节节点点设设计计
¾确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节 点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。
¾受压弦杆和单系腹杆的计算长度
屋架杆件的计算长度
¾受压变内力弦杆的平面外计算长度
图4.27 变内力弦杆平面外计算长度
l0
=
l1⎜⎜⎝⎛ 0.75 +
0.25
N2 N1
⎟⎟⎠⎞
¾受拉杆件计算长度取其节点间的几何长度 ¾杆件的刚度要求（长细比）：
9 受压杆件的容许长细比为150； 9 支撑的受压杆件为200； 9 直接承受动力荷载的桁架中的拉杆为250； 9 只承受静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在
AB 0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
0.0
上 HI BC
弦 GH
0.0 −6.958 −6.958
杆 CD −6.958 FG −6.958
DE −7.537
0.0 −4.638 −2.319 −4.638 −2.319 −3.769
0.0 −46.85 −46.85 −46.85 −46.85 −5源自文库.75
¾节点的构造与计算
⑴一般节点 节点无集中荷载也无弦杆拼接的节点。
① 腹杆与节点板间的传力--两侧角焊缝 （L形围焊缝，三面围焊缝），按受轴 心力角钢的角焊缝计算。
② 弦杆与节点板间角焊缝只传递差值， 按下式计算其焊缝长度。
肢背焊缝：
lw1
≥
K1ΔN 2 × 0.7h f1 ⋅
f
w f
+
2hf 1
竖向平面内的长细比，容许值为350； 9 支撑的受拉杆为400。
4.3.3 杆件的截面型式
要求：¾ 具有较大的承载能力、较大的抗弯刚度，便于 相互连接且用料经济；
¾ 截面比较扩展，壁厚较薄，外表平整； ¾ 压杆对于两个主轴具有相等或接近的稳定性，
即λx=λyz；
¾ 受拉弦杆角钢的伸出肢宜宽一些，以便具有较 好的出平面刚度；
肢尖焊缝：
ΔN = N1 − N2
lw2
≥
K 2ΔN 2 × 0.7h f2 ⋅
f
w f
+
2hf 2
K1, K 2 − 角钢肢背、肢尖焊缝内 力分配系数
h f1 , h f2 − 肢背、肢尖焊缝焊脚尺 寸
f
w f
−
角焊缝强度设计值
⑵有集中荷载的节点
节点板伸出
槽焊缝“K”—假定只传递P力，按两条角焊缝 （焊脚尺寸为0.5t）计算所需的长度。
¾受力小的腹杆，也可采用单角钢截面，如图4.2 8e和f。
9可用T型钢取代双角钢，弦杆多采用TW型钢，腹 杆可用TM型钢、单角钢或双角钢。
窄翼缘
中翼缘
图4.29 T型钢杆件截面形式
宽翼缘
9当腹杆采用T型钢或单角钢时，因无缝隙，耐腐 蚀性好，但单面连接的单角钢的强度设计值降低 较多。
9T型钢弦杆双角钢腹杆的屋架比传统的全角钢屋 架约节省钢材12～15％。