Ch2.钢结构厂房
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160 100 10
34
b
a
6( R 4) ( b 4) R4 w ff 2 2 0.7 hf l w 2 0.7hf l w f
2
2
e
e
32
d. 底板与节点板件和加劲肋间的焊缝承担总反 力R,则焊缝验算公式为:
f
R 0.7hf l w
f f fw
19
③起拱
对于≥15m的三角形屋架和 ≥24m梯形和平行弦屋架, 采用起拱,一般为L/500。
(二)内力分析
1、荷载汇集
P /2 P P P P P P P P/2
a
a
a
a
a
a
a
a
s
s
屋架
20
2、荷载组合
(1)全部恒载+全部活载 (2)全部恒载+半跨活载 (3)半跨屋面板+半跨活载
3、内力计算
(1)计算假定: a.杆轴汇交于节点中心; b.节点为铰接; c.荷载集于节点(节间荷载向两相邻节点分配) (2)计算方法: a.电算; b.手算:图解法(几何不规则屋架) 解析法(几何规则屋架)
22
2、杆件计算长度
上弦: l 0x l , l 0y 两块大型屋面板的宽度 (保证三点焊接) 下弦:l0x l , l0y 平面外支撑间的长度 端斜杆: 节点拉杆少,压力大) l0x l0y l (节点拉杆少,压力大) 中央竖杆: l 0 0.9l (斜截面绕主轴) 一般腹杆: l 0x 0.8l, l 0y l
在无檩体系中,尽管有大型屋面板可以作 为横向支撑,但考虑施工中条件不好,焊接质 量难以保证,加上施工过程中屋盖系统的整体 稳定性要求,必须设置。 一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两 端的第一柱间,且其间距一般不超过60m,当厂 房纵向大于66m时,跨中要增设一道。
(2)下弦横向水平支撑
当屋架跨度大于18m 小于18m但有悬挂吊车 厂房内有震动设备 山墙抗风柱支在下弦上 要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。
l
w
图示所有焊缝总长度,并应考虑切角及起落弧 点缺陷。
底板
b
a
五、屋架施工图
1、支撑布置图
33
2、钢屋架施工图
测试二
按下图所示条件,试设计该节点,并画出施工图。
(-97kN) (+559kN)
N3 N4
63 6
N 5(-355kN)
100 6
45°
50°
100 6
(+1235kN)
N2
N1
(+597kN)
连垂直支撑的竖杆,为保证连接不偏心,选(d)
25
4、杆件截面设计
(1)拉杆 :按净截面强度要求选择截面, 并
进行刚度验算;
(2)压杆:按稳定要求选择截面,可假设:
70 ~ 100
A N
查
x(y) f
l ox ix
iy
l
oy
当压力较小时可按刚度要求选择截面
5、双角钢填板
21
(3)节间荷载引起的局部弯矩
0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
0 0 0 0 0
0.6 0.6 0.6
0 0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6 0.8
0 0
0
0.6 0.8 0.6
0
0
0.6
0
0
0
0
(三)杆件截面选择
1、截面选择的原则 (1)选择合理的截面形式 (2)规格尽可能统一 (3)经济、构造简单、施工方便
3、构件设计:构造、计算 4、绘制施工图
2
四、柱网和温度伸缩缝布置
1、柱网布置
原则:
工艺要求:生产、设备、流程、发展 结构要求:稳定、强度、刚度 经济合理:综合分析确定 柱距规定(统一化规则、统一模数化)
等柱距柱网
不等柱距柱网
3
2、温度伸缩缝
按 规 范 要 求 横 向 、 纵 向 均 应 设 缝
16
6000
6000
≤3000
6000
6000
三、钢屋架设计
≤3000
3000~4000
>4000
17
(一)屋架的要尺寸 (1)跨度: 柱网轴线间距为屋架标志跨度
a) b) c)
l
计算跨度是屋架两端支座反力的距离 l 0
150~200
l0 l
联系尺寸
l0 l
内移尺寸
l0 l
(2)高度
a.建筑要求及运输要求(≤3.85m) b.刚度要求v≤[v] c.经济要求使桁架杆件总重最小的高度
弦杆与节点板之间的焊缝计算同前,但应注意△N的取值
31
(4)支座节点
a.底板毛面积:
节点板 加劲肋
R A0 A ab fc
b.底板厚度:
切口c
底板
t
6M 且 16mm f
b
a
c. 加劲肋 —悬臂梁
高度取决于节点板 的尺寸,厚度略小 于节点板厚度。
切口c
节点板 加劲肋
底板
与节点板件的焊缝: R 4
柱顶
轨顶
h2 — 由工艺条件确定
h3 — 800 ~ 1200mm
基顶 地面
肩梁
5
2、计算简图
柱顶刚接
柱顶铰接
横向框架的计算高度H确定:
刚接EI 刚接EI c
铰接
6
二、横向框架的荷载和内力
1、荷载 恒载(永久荷载) 活荷载(可变荷载) 可变荷载按设备现行荷载规范和吊车重量(及 起重量)取用 2、内力分析和内力组合
N2
≥ 100mm ≥ 100mm e ≥ 15~20mm
N1
10~15mm
28
5)有檩设计时, 节点板缩进 N 2 弦杆角钢背 5~10mm; 10mm;
N1
e≥ 15~20mm
6)角钢切角
(a)
(b)
(c)
(d)
7 )节点板的形状应尽量归整,一般至少 有两条边平行。
8)角钢截面改变
Ki Ki
25 8
40 10
55 12
75 14
不满足时的处理办法:
7、节点板厚度
梯形钢屋架腹杆 最大内力设计值(kN) Q235支座节点板厚度(mm) Q235中间节点板厚度(mm) ≤180 10 6~8 181~300 301~500 501~700 10 8 12 10 14 12
27
四、节点设计
节点设计包括:
§2-1 厂房结构的形式和布置
一.钢结构厂房的应用
特点:承载能力大,整体刚度大,抗 震性能好,耐热(但不耐火),制做 安装运输方便,
二、厂房结构的组成
1
1、横向框架 2、屋盖结构 3、支撑体系 4、吊车梁系统 5、墙架体系 6、维护结构
三、厂房的结构设计步骤
1、结构选型及整体布置: 根据 工艺 要求,确定厂房的长、宽尺寸, 确定柱网,确定框(排)架形式及尺寸(屋 架),吊车梁系统、支撑体系、墙架体系。 2、荷载及内力计算与组合
L≤30m时,两边各一道跨中一道。 L>30m时,除两边及中间外,还应在 端部与中部之间加设一道。
14
垂直支撑的布置
a)
<12m
b)
≥12m
l≤30m
l>30m
c)
d)
l≤18 m
l >18 m
(5)系杆:
在横向水平支撑基础上使其它 屋架形成稳定的几何不变体系,能 承受压力的为刚性系杆,只能受拉 的为柔性系杆,如当横向支撑设在 第二柱间,则在第一柱间应设刚性 系杆,以传递山墙风荷。
上弦、下弦一般节点; 屋脊节点(拼接节点); 下弦中央节点(拼接节点); 支座节点。
1、节点设计的一般要求
1)各杆的形心线应在节点上汇交于一点; 2)角钢肢背至形心线的距离取5mm的模数; 3)节点上腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的净距不小于 N4 15~20mm; N5 N3 e e 4)通常节点板 伸出弦杆角钢 10~15mm;
拉杆:ld≤80i1
a)
且不少于1块
10~15
压杆:ld ≤ 40i1 且不少于2块
5 0~ 8 0 1
ld
b)
ld
1
10~15
1
ld
ld
1
26
6、最小角钢要求 (1)等肢角钢不小于∟45×4、 不等肢角钢不小于∟56×36×4 (2)承受集中荷载角钢肢最小厚度
支承处总集中荷载(kN) Q235角钢厚度(mm)
l oy l ox 故: i y i x 选(a)或(g)
下弦杆: l oy l ox 故: i y i x 选(b)或(f)
l oy l ox 故: i y i x 选(a)或(c) 支座斜杆: loy 1.25lox 故:i y 1.25i x 选(a) 一般腹杆:
18
①端部高度
陡坡梯形屋架为0.5~1m 缓坡梯形屋架:1.8~2.1m 刚接时一般不小于跨度的1/18~ 1/10,一般为1.8~2.4m
②中央高度 h h0 1 / 2 L0 i
i —坡度
一般梯形屋架和平行弦屋架:
h (1 / 10 ~ 1 / 6) L
三角形屋架:
h (1/6 ~ 1/4 ) L
15
檩条和大型屋面板都可作为 系杆使用,故上弦不另设系杆, 但在屋脊及屋架两端加设系杆, 以保证屋架直立,且所有系杆必须 连在横向支撑节点上。
4.屋盖支撑形式及截面选择 支撑受力很小。因此,通常按容 许长细比(刚度)选截面,一般按压 杆设计。截面形式可为单角钢,也可 为双角钢,与屋架用C级螺栓相连。
一、屋盖结构的形式
1、屋盖结构体系
无檩体系
有檩体系
9
2.屋架的形式
a) b) c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
3.托架、天窗架形式
纵向水平支撑 刚性系杆
托架
中间屋架 系杆 系杆
托架
中间屋架
横向水平支撑
10
天窗架
二、屋盖支撑
1. 支 撑 系 统 的 组 成
11
2、支撑的作用
(1)保证钢屋盖的空间稳定性— 形成几何不可变体系
三、 框 架 柱 等截面实腹 的 类 型
等截wk.baidu.com格构
阶形实腹
阶形格构
双阶柱
分离式柱
7
四、纵向框架的柱间支撑
1、柱间支撑的作用和布置 作用: (1)保证厂房纵向刚度; (2)承受纵向荷载并传递至基础; (3)为框架柱提供平面外支撑,减小 平面外计算长度。
柱间支撑的布置
8
2、柱间支撑的形式
§2-3 屋盖结构
满足其一 即要设置
13
(3)纵向水平支撑
1)硬钩吊车或抓斗等类似吊车; 2)设有壁行吊车或双层吊车的厂房; 3)有 5t 以上锻锤的厂房; 4)屋盖有托架和中间屋架时; 5)跨度≥30m,轨顶标高≥15m,并有大 吨位吊车。
沿纵向柱列设在屋架端节间平面内
(4)垂直支撑 —— 形成几何不可变体系 的 必要构件,与上、下横向水平支撑一起 形成“盒子”,作为几何不可变基本单元。
(见书表2.2)。
可以设单柱,也可以设双柱来实现
温度缝构造
§2-2 厂房结构的框架形式
一、横向框架主要尺寸和计算简图
1、主要尺寸 跨度:Lo=Lk+2S
其中:S=B+D+b1/2
4
Lo=Lk+2S
S=B+D+b1/2
框架由柱脚底面到横梁下弦距离H:
H h1 h2 h3
h1 A 100 (150 ~ 200)(mm)
e
N1
N2
Mi M
M=N1e
29
2、角钢屋架的节点设计
(1)一般节点
N4 N3
3
e
e
N5
4 2
N2
e ≥ 15~20mm
N1
10~15mm ≥ 100mm ≥ 100mm
1
(2)上弦节点
30
(3)拼接节点
弦杆与拼接角钢之间的焊缝: N — 两侧弦杆内里较大值。
l
w
N 0.7hf f fw
a) 屋架倾斜 b)
檩条
上 弦 横 向 水 平 支 撑
垂直支撑 下弦横向水平支撑
(2)保证屋架受压上弦平面外稳定, 同时减小下弦的受迫震动
a) b) 屋架倾斜 (3)承受和传递纵向水平力
上 弦 横 向 水 平 支 撑
(4)增加厂房的整体刚度 檩条
垂直支撑 下弦横向水平支撑
12
3、支撑的布置及要求
(1)上弦横向水平支撑
端竖杆 上弦杆
端斜杆
中央竖杆
上 下弦杆
23
另:
b
1
c
N
2
c b a
l1 N2 N1 l1
a
N
a
N1
l1
b
c
N2
l0x l,
l0y l1 (0.75 0.25
N2 ) 0.5l1 N1
钢管,轻型钢屋架不加节点板,嵌固作用小
l ox l oy l
3、杆件的截面形式
24
上弦杆:l oy 2l ox 故: i y 2i x 选(b)或(f)
34
b
a
6( R 4) ( b 4) R4 w ff 2 2 0.7 hf l w 2 0.7hf l w f
2
2
e
e
32
d. 底板与节点板件和加劲肋间的焊缝承担总反 力R,则焊缝验算公式为:
f
R 0.7hf l w
f f fw
19
③起拱
对于≥15m的三角形屋架和 ≥24m梯形和平行弦屋架, 采用起拱,一般为L/500。
(二)内力分析
1、荷载汇集
P /2 P P P P P P P P/2
a
a
a
a
a
a
a
a
s
s
屋架
20
2、荷载组合
(1)全部恒载+全部活载 (2)全部恒载+半跨活载 (3)半跨屋面板+半跨活载
3、内力计算
(1)计算假定: a.杆轴汇交于节点中心; b.节点为铰接; c.荷载集于节点(节间荷载向两相邻节点分配) (2)计算方法: a.电算; b.手算:图解法(几何不规则屋架) 解析法(几何规则屋架)
22
2、杆件计算长度
上弦: l 0x l , l 0y 两块大型屋面板的宽度 (保证三点焊接) 下弦:l0x l , l0y 平面外支撑间的长度 端斜杆: 节点拉杆少,压力大) l0x l0y l (节点拉杆少,压力大) 中央竖杆: l 0 0.9l (斜截面绕主轴) 一般腹杆: l 0x 0.8l, l 0y l
在无檩体系中,尽管有大型屋面板可以作 为横向支撑,但考虑施工中条件不好,焊接质 量难以保证,加上施工过程中屋盖系统的整体 稳定性要求,必须设置。 一般设在第一或第二柱间及温度缝区段两 端的第一柱间,且其间距一般不超过60m,当厂 房纵向大于66m时,跨中要增设一道。
(2)下弦横向水平支撑
当屋架跨度大于18m 小于18m但有悬挂吊车 厂房内有震动设备 山墙抗风柱支在下弦上 要设在与上弦横向水平支撑的同一柱间。
l
w
图示所有焊缝总长度,并应考虑切角及起落弧 点缺陷。
底板
b
a
五、屋架施工图
1、支撑布置图
33
2、钢屋架施工图
测试二
按下图所示条件,试设计该节点,并画出施工图。
(-97kN) (+559kN)
N3 N4
63 6
N 5(-355kN)
100 6
45°
50°
100 6
(+1235kN)
N2
N1
(+597kN)
连垂直支撑的竖杆,为保证连接不偏心,选(d)
25
4、杆件截面设计
(1)拉杆 :按净截面强度要求选择截面, 并
进行刚度验算;
(2)压杆:按稳定要求选择截面,可假设:
70 ~ 100
A N
查
x(y) f
l ox ix
iy
l
oy
当压力较小时可按刚度要求选择截面
5、双角钢填板
21
(3)节间荷载引起的局部弯矩
0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
0 0 0 0 0
0.6 0.6 0.6
0 0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6
0
0
0.6 0.6 0.8
0 0
0
0.6 0.8 0.6
0
0
0.6
0
0
0
0
(三)杆件截面选择
1、截面选择的原则 (1)选择合理的截面形式 (2)规格尽可能统一 (3)经济、构造简单、施工方便
3、构件设计:构造、计算 4、绘制施工图
2
四、柱网和温度伸缩缝布置
1、柱网布置
原则:
工艺要求:生产、设备、流程、发展 结构要求:稳定、强度、刚度 经济合理:综合分析确定 柱距规定(统一化规则、统一模数化)
等柱距柱网
不等柱距柱网
3
2、温度伸缩缝
按 规 范 要 求 横 向 、 纵 向 均 应 设 缝
16
6000
6000
≤3000
6000
6000
三、钢屋架设计
≤3000
3000~4000
>4000
17
(一)屋架的要尺寸 (1)跨度: 柱网轴线间距为屋架标志跨度
a) b) c)
l
计算跨度是屋架两端支座反力的距离 l 0
150~200
l0 l
联系尺寸
l0 l
内移尺寸
l0 l
(2)高度
a.建筑要求及运输要求(≤3.85m) b.刚度要求v≤[v] c.经济要求使桁架杆件总重最小的高度
弦杆与节点板之间的焊缝计算同前,但应注意△N的取值
31
(4)支座节点
a.底板毛面积:
节点板 加劲肋
R A0 A ab fc
b.底板厚度:
切口c
底板
t
6M 且 16mm f
b
a
c. 加劲肋 —悬臂梁
高度取决于节点板 的尺寸,厚度略小 于节点板厚度。
切口c
节点板 加劲肋
底板
与节点板件的焊缝: R 4
柱顶
轨顶
h2 — 由工艺条件确定
h3 — 800 ~ 1200mm
基顶 地面
肩梁
5
2、计算简图
柱顶刚接
柱顶铰接
横向框架的计算高度H确定:
刚接EI 刚接EI c
铰接
6
二、横向框架的荷载和内力
1、荷载 恒载(永久荷载) 活荷载(可变荷载) 可变荷载按设备现行荷载规范和吊车重量(及 起重量)取用 2、内力分析和内力组合
N2
≥ 100mm ≥ 100mm e ≥ 15~20mm
N1
10~15mm
28
5)有檩设计时, 节点板缩进 N 2 弦杆角钢背 5~10mm; 10mm;
N1
e≥ 15~20mm
6)角钢切角
(a)
(b)
(c)
(d)
7 )节点板的形状应尽量归整,一般至少 有两条边平行。
8)角钢截面改变
Ki Ki
25 8
40 10
55 12
75 14
不满足时的处理办法:
7、节点板厚度
梯形钢屋架腹杆 最大内力设计值(kN) Q235支座节点板厚度(mm) Q235中间节点板厚度(mm) ≤180 10 6~8 181~300 301~500 501~700 10 8 12 10 14 12
27
四、节点设计
节点设计包括:
§2-1 厂房结构的形式和布置
一.钢结构厂房的应用
特点:承载能力大,整体刚度大,抗 震性能好,耐热(但不耐火),制做 安装运输方便,
二、厂房结构的组成
1
1、横向框架 2、屋盖结构 3、支撑体系 4、吊车梁系统 5、墙架体系 6、维护结构
三、厂房的结构设计步骤
1、结构选型及整体布置: 根据 工艺 要求,确定厂房的长、宽尺寸, 确定柱网,确定框(排)架形式及尺寸(屋 架),吊车梁系统、支撑体系、墙架体系。 2、荷载及内力计算与组合
L≤30m时,两边各一道跨中一道。 L>30m时,除两边及中间外,还应在 端部与中部之间加设一道。
14
垂直支撑的布置
a)
<12m
b)
≥12m
l≤30m
l>30m
c)
d)
l≤18 m
l >18 m
(5)系杆:
在横向水平支撑基础上使其它 屋架形成稳定的几何不变体系,能 承受压力的为刚性系杆,只能受拉 的为柔性系杆,如当横向支撑设在 第二柱间,则在第一柱间应设刚性 系杆,以传递山墙风荷。
上弦、下弦一般节点; 屋脊节点(拼接节点); 下弦中央节点(拼接节点); 支座节点。
1、节点设计的一般要求
1)各杆的形心线应在节点上汇交于一点; 2)角钢肢背至形心线的距离取5mm的模数; 3)节点上腹杆与腹杆、腹杆与弦杆之间的净距不小于 N4 15~20mm; N5 N3 e e 4)通常节点板 伸出弦杆角钢 10~15mm;
拉杆:ld≤80i1
a)
且不少于1块
10~15
压杆:ld ≤ 40i1 且不少于2块
5 0~ 8 0 1
ld
b)
ld
1
10~15
1
ld
ld
1
26
6、最小角钢要求 (1)等肢角钢不小于∟45×4、 不等肢角钢不小于∟56×36×4 (2)承受集中荷载角钢肢最小厚度
支承处总集中荷载(kN) Q235角钢厚度(mm)
l oy l ox 故: i y i x 选(a)或(g)
下弦杆: l oy l ox 故: i y i x 选(b)或(f)
l oy l ox 故: i y i x 选(a)或(c) 支座斜杆: loy 1.25lox 故:i y 1.25i x 选(a) 一般腹杆:
18
①端部高度
陡坡梯形屋架为0.5~1m 缓坡梯形屋架:1.8~2.1m 刚接时一般不小于跨度的1/18~ 1/10,一般为1.8~2.4m
②中央高度 h h0 1 / 2 L0 i
i —坡度
一般梯形屋架和平行弦屋架:
h (1 / 10 ~ 1 / 6) L
三角形屋架:
h (1/6 ~ 1/4 ) L
15
檩条和大型屋面板都可作为 系杆使用,故上弦不另设系杆, 但在屋脊及屋架两端加设系杆, 以保证屋架直立,且所有系杆必须 连在横向支撑节点上。
4.屋盖支撑形式及截面选择 支撑受力很小。因此,通常按容 许长细比(刚度)选截面,一般按压 杆设计。截面形式可为单角钢,也可 为双角钢,与屋架用C级螺栓相连。
一、屋盖结构的形式
1、屋盖结构体系
无檩体系
有檩体系
9
2.屋架的形式
a) b) c)
d)
e)
f)
g)
h)
i)
j)
k)
3.托架、天窗架形式
纵向水平支撑 刚性系杆
托架
中间屋架 系杆 系杆
托架
中间屋架
横向水平支撑
10
天窗架
二、屋盖支撑
1. 支 撑 系 统 的 组 成
11
2、支撑的作用
(1)保证钢屋盖的空间稳定性— 形成几何不可变体系
三、 框 架 柱 等截面实腹 的 类 型
等截wk.baidu.com格构
阶形实腹
阶形格构
双阶柱
分离式柱
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四、纵向框架的柱间支撑
1、柱间支撑的作用和布置 作用: (1)保证厂房纵向刚度; (2)承受纵向荷载并传递至基础; (3)为框架柱提供平面外支撑,减小 平面外计算长度。
柱间支撑的布置
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2、柱间支撑的形式
§2-3 屋盖结构
满足其一 即要设置
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(3)纵向水平支撑
1)硬钩吊车或抓斗等类似吊车; 2)设有壁行吊车或双层吊车的厂房; 3)有 5t 以上锻锤的厂房; 4)屋盖有托架和中间屋架时; 5)跨度≥30m,轨顶标高≥15m,并有大 吨位吊车。
沿纵向柱列设在屋架端节间平面内
(4)垂直支撑 —— 形成几何不可变体系 的 必要构件,与上、下横向水平支撑一起 形成“盒子”,作为几何不可变基本单元。
(见书表2.2)。
可以设单柱,也可以设双柱来实现
温度缝构造
§2-2 厂房结构的框架形式
一、横向框架主要尺寸和计算简图
1、主要尺寸 跨度:Lo=Lk+2S
其中:S=B+D+b1/2
4
Lo=Lk+2S
S=B+D+b1/2
框架由柱脚底面到横梁下弦距离H:
H h1 h2 h3
h1 A 100 (150 ~ 200)(mm)
e
N1
N2
Mi M
M=N1e
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2、角钢屋架的节点设计
(1)一般节点
N4 N3
3
e
e
N5
4 2
N2
e ≥ 15~20mm
N1
10~15mm ≥ 100mm ≥ 100mm
1
(2)上弦节点
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(3)拼接节点
弦杆与拼接角钢之间的焊缝: N — 两侧弦杆内里较大值。
l
w
N 0.7hf f fw
a) 屋架倾斜 b)
檩条
上 弦 横 向 水 平 支 撑
垂直支撑 下弦横向水平支撑
(2)保证屋架受压上弦平面外稳定, 同时减小下弦的受迫震动
a) b) 屋架倾斜 (3)承受和传递纵向水平力
上 弦 横 向 水 平 支 撑
(4)增加厂房的整体刚度 檩条
垂直支撑 下弦横向水平支撑
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3、支撑的布置及要求
(1)上弦横向水平支撑
端竖杆 上弦杆
端斜杆
中央竖杆
上 下弦杆
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另:
b
1
c
N
2
c b a
l1 N2 N1 l1
a
N
a
N1
l1
b
c
N2
l0x l,
l0y l1 (0.75 0.25
N2 ) 0.5l1 N1
钢管,轻型钢屋架不加节点板,嵌固作用小
l ox l oy l
3、杆件的截面形式
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上弦杆:l oy 2l ox 故: i y 2i x 选(b)或(f)