第七章 钢屋盖
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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 。
钢结构讲义7
2 1
l w1
N max 4 0.7 h f f
w f
2hf
跨度大，取大值
12
拼接角钢长度 L 2 lw1 10mm (40 ~ 60) cm 铲棱切肢削弱一般不超过截面积的15％ ，
r
(t+ h f +5)mm
对下弦，削弱部分由节点板承担，节点板与弦杆之间 的焊缝②受力为：
loy l
因拉杆少、本身刚度大、 嵌固弱，下端铰接
十字形截面和单角钢：lo 0.9 l 因屈曲时，沿斜截面，即不是平面内也不是平面外。 再分式：oy l1 ( 0.75 0.25 N 2 N1 ) l N1：较大压力 压正、拉负 N2：较小压力或拉力 N N N1段：lox l l1 平面内计算长度 9 N2段：lox 0.8 l
跨度小于等于24m。
2
缺点： 它的外形与均布荷载的弯矩图不相适应， 跨中M大，h大，杆力N小 内力分布不均 支座处M小，h更小，杆力N大 支座处，杆件间的夹角过小，节点难于处理。 改进 梯形屋架： 适用于坡度较为平缓的无檩屋盖，它的形状 与简支受弯构件的弯矩图接近，弦杆内力分 布均匀，可与柱铰接也可刚接。 无虚线时，腹杆体系为人字式 有虚线时，腹杆体系为再分式 单斜式
封 闭 结 合
150~200
非 封 闭 结 合
封 闭 结 合
l0 l
铰接
刚接
非 封 闭 结 合
内移尺寸
4
l0 l (300 ~ 400)
（柱宽） l0 l 2 （内移尺寸） l0 l 2
屋架高度：指跨中的最大高度。 跨中高度： h h 0 1 2 l i h0：屋架端部高度； i：坡度 0 三角形屋架 陡坡梯形屋架 铰接： h0＝ 0.5～1.0 m 1.8～2.1 m 缓坡梯形屋架 注意：实际是先确定跨中高度，后确定 h0 。 起拱：对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生很大 的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。宜采用起 拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后 产生的部分挠度。 三角形屋架 l ≥15m时，起拱。 梯形、平行弦屋架 l ≥24m时， 5 起拱。 起拱高度 l 500 ，且以5mm为模数
l w1
N max 4 0.7 h f f
w f
2hf
跨度大，取大值
12
拼接角钢长度 L 2 lw1 10mm (40 ~ 60) cm 铲棱切肢削弱一般不超过截面积的15％ ，
r
(t+ h f +5)mm
对下弦，削弱部分由节点板承担，节点板与弦杆之间 的焊缝②受力为：
loy l
因拉杆少、本身刚度大、 嵌固弱，下端铰接
十字形截面和单角钢：lo 0.9 l 因屈曲时，沿斜截面，即不是平面内也不是平面外。 再分式：oy l1 ( 0.75 0.25 N 2 N1 ) l N1：较大压力 压正、拉负 N2：较小压力或拉力 N N N1段：lox l l1 平面内计算长度 9 N2段：lox 0.8 l
跨度小于等于24m。
2
缺点： 它的外形与均布荷载的弯矩图不相适应， 跨中M大，h大，杆力N小 内力分布不均 支座处M小，h更小，杆力N大 支座处，杆件间的夹角过小，节点难于处理。 改进 梯形屋架： 适用于坡度较为平缓的无檩屋盖，它的形状 与简支受弯构件的弯矩图接近，弦杆内力分 布均匀，可与柱铰接也可刚接。 无虚线时，腹杆体系为人字式 有虚线时，腹杆体系为再分式 单斜式
封 闭 结 合
150~200
非 封 闭 结 合
封 闭 结 合
l0 l
铰接
刚接
非 封 闭 结 合
内移尺寸
4
l0 l (300 ~ 400)
（柱宽） l0 l 2 （内移尺寸） l0 l 2
屋架高度：指跨中的最大高度。 跨中高度： h h 0 1 2 l i h0：屋架端部高度； i：坡度 0 三角形屋架 陡坡梯形屋架 铰接： h0＝ 0.5～1.0 m 1.8～2.1 m 缓坡梯形屋架 注意：实际是先确定跨中高度，后确定 h0 。 起拱：对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生很大 的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。宜采用起 拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后 产生的部分挠度。 三角形屋架 l ≥15m时，起拱。 梯形、平行弦屋架 l ≥24m时， 5 起拱。 起拱高度 l 500 ，且以5mm为模数
《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：
钢结构施工方案
第七章钢结构专项施工方案第一节钢结构工程概况一、钢结构基本概况（1)体育馆支承大跨屋盖的36根柱采用型钢混凝土柱,局部大跨梁采用型钢混凝土梁，钢构件截面为H型.屋盖平面形状为圆角矩形(接近椭圆形），短跨方向跨度109。
2m,长跨方向126m，采用双向交叉平面钢桁架结构.屋盖支承于下部型钢混凝土柱顶,桁架结构高度(上、下弦杆轴线间距离）5。
77~8。
717m。
桁架上弦采用方钢管,下弦和腹杆采用H型钢。
（2）热身馆北侧入口前厅采用钢框架结构体系，局部楼板采用压型钢板组合楼板。
屋盖为平面形状为直角矩形,短跨方向跨度40。
5m，长跨方向50.4m，采用双向交叉平面钢桁架结构.屋盖支承于下部钢筋混凝土柱顶，桁架结构高度(上、下弦杆轴线间距离)2。
2~3。
0m。
桁架杆件采用方钢管,节点采用相贯节点。
二、钢结构主要构件及节点概况1、钢结构主要构件类型12构件类型图例规格(mm ）H 型HN250×125×6×9、HM390×300×10×16、H400×200×10×20、HM482×300×11×15、H600×250×12×25、H600×300×16×30、H600×300×20×30、H700×300×24×40、H800×500×14×14、H800×500×16×20 箱型B60x4、B80x4、B120x6、B100x5、B150x6、B200x8、B250x150x8、B250x8、B300x8、B300x10、B400x12圆型P245×122、主要节点桁架相贯节点H 型钢柱柱脚节点第二节钢结构深化设计一、深化准备工作深化设计前，应对原设计图纸、资料和相应规范进行全面深入了解，将一些特殊的设计内容进行探讨，并且对结构进行有效分析，将原设计图纸中存在的问题进行归纳和总结,并及时向原设计方提出，并与之配合及时解决问题。
钢结构设计原理第七章(屋架)
7.5.1 结构形式和布置
（1）结构形式 单跨、双跨、多跨等
要求：构造简单、施工方便、易于连接， 具有一定的侧向刚度，取材方便，宜使杆 件对两个主轴有相近的稳定性 （1）单壁式屋架杆件的截面形式
双壁式屋架杆件的截面形式
双角钢杆件的填板
7.3.3.4 杆件的截面选择
（1）一般原则
①优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面， 但受压构件应满足局部稳定的要求，最小厚度为 4mm ②最小角钢∟45×4，当开有螺栓孔时，肢宽应 满足相应要求 ③屋架节点版（或T型钢弦杆的腹板）厚度，据 表7.4采用
（3）内力计算与荷载组合
内力组合：①解析法 ②图解法 荷载组合：①全跨永久荷载+全跨屋面活载（雪 载）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载 ②全跨永久荷载+半跨屋面活载（雪 载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载 （少数腹杆可能内力变号） 采用大型屋面板的屋架，应考虑安装 时可能的半跨荷载： 屋架及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨 施工荷载
2
(7.20)
(7.21)
（3）T型钢作弦杆的屋架节点
7.3.3.6 连接节点处板件的计算
（1）连接节点处的板件在拉、剪作用下的强度 必要时按下式计算：
N / i A1 f (7.24) (7.25)
i 1/ 1 2 cos2 i
（2）为保证桁架节点板在斜腹杆压力作用 下的稳定性，受压腹杆连接肢断面中点沿 腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离c应满足 下列条件：
↙
→底板→支承柱顶
计算： 支座底板毛面积： A ab
R fc
A0
2 M q a1
6M 支座底板厚度： t f 且t 16mm 加劲肋与节点板连接焊 缝：
第7章钢屋架资料
Q 1kN m（2 轻屋盖），＝0.01 1 Q 2.5kN m（2 q0中 屋L 盖），＝0.012 Q 2.5 kN m（ 2 重屋盖），＝0.12 0.011
l
可变荷载（活载） 单独汇聚
如有节间荷载，先把节间荷载分配到该节间相 邻的节点上，计算弦杆时再考虑节间荷载引起 的局部弯矩。
垂直支撑：两相邻屋架间竖直平面，间隔4～6 个屋架设置一道，凡有横向支撑的柱间均设
系杆：保证未设横向支撑屋架弦杆的稳定，在 安装中还起架立屋架作用
刚性系杆：能传递压力
柔性系杆：仅能传递拉力
下弦纵向水平支撑
单跨结构：沿房屋纵向靠近柱列设置在下弦 端节间的平行弦桁架(三角形屋架可在上弦)
多跨结构：多跨结构，下弦纵向水平支撑须 根据具体情况沿部分柱列设置。
上/下弦杆、端斜/竖杆： l0x = l，l为几何长度 其它腹杆：l0x = 0.8l 在屋架平面外
上弦杆：① l0y = l1 ② l0y =两块屋面板宽度且不大于3m ③ l0y = l1 (0.75+0.25N2/N1) 0.5l1， N1>N2
腹杆：① l0y = l，侧向刚度低（节点处仅为一板厚） ② 再分受拉主斜杆：l0y = l1 ③ 再分受压主斜杆： l0y=l1(0.75+0.25N2/N1)
梯形，L<36m，i = 1/16-1/8，无檩，铰/刚接 人字式：上乘式和下乘式（端斜杆） 再分式：上弦节间短，节点和腹杆数量多 平行弦屋架：上下弦杆平行，单坡/双坡
3 屋架的主要尺寸
屋架计算跨度l0: 指屋架两端支座反力的间距
铰接：标志跨度－联系尺寸150～200mm×2(封闭结合) 标志跨度（非封闭结合）
• 弦杆肢尖焊缝：承受ΔN和ΔM＝ e ×ΔN
l
可变荷载（活载） 单独汇聚
如有节间荷载，先把节间荷载分配到该节间相 邻的节点上，计算弦杆时再考虑节间荷载引起 的局部弯矩。
垂直支撑：两相邻屋架间竖直平面，间隔4～6 个屋架设置一道，凡有横向支撑的柱间均设
系杆：保证未设横向支撑屋架弦杆的稳定，在 安装中还起架立屋架作用
刚性系杆：能传递压力
柔性系杆：仅能传递拉力
下弦纵向水平支撑
单跨结构：沿房屋纵向靠近柱列设置在下弦 端节间的平行弦桁架(三角形屋架可在上弦)
多跨结构：多跨结构，下弦纵向水平支撑须 根据具体情况沿部分柱列设置。
上/下弦杆、端斜/竖杆： l0x = l，l为几何长度 其它腹杆：l0x = 0.8l 在屋架平面外
上弦杆：① l0y = l1 ② l0y =两块屋面板宽度且不大于3m ③ l0y = l1 (0.75+0.25N2/N1) 0.5l1， N1>N2
腹杆：① l0y = l，侧向刚度低（节点处仅为一板厚） ② 再分受拉主斜杆：l0y = l1 ③ 再分受压主斜杆： l0y=l1(0.75+0.25N2/N1)
梯形，L<36m，i = 1/16-1/8，无檩，铰/刚接 人字式：上乘式和下乘式（端斜杆） 再分式：上弦节间短，节点和腹杆数量多 平行弦屋架：上下弦杆平行，单坡/双坡
3 屋架的主要尺寸
屋架计算跨度l0: 指屋架两端支座反力的间距
铰接：标志跨度－联系尺寸150～200mm×2(封闭结合) 标志跨度（非封闭结合）
• 弦杆肢尖焊缝：承受ΔN和ΔM＝ e ×ΔN
第七章 钢结构基本知识
《建筑结构基础与识图》
第7章 钢结构基础知识
7.1 钢结构的连接 7.2 钢结构构件 7.3 钢屋盖
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
§7.1 钢结构的连接
7.1.1 钢结构的连接方法 钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接 和铆钉连接三种。
焊缝连接
螺栓连接
铆钉连接
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
7.1.2、焊接连接
（1）焊接方法 钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊、自动或 半自动电弧焊以及气体保护焊等。 手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单， 操作灵活方便。但劳动条件差，生产效率比自动或半自动焊低，焊缝 质量的变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。
《建筑结构基础与识图》
2.格构式轴心受压柱
图示是常用的轴心受压格构柱的截面形式。由于柱肢布置在距截面形心一 定距离的位置上，通过调整肢间距离可以使两个方向具有相同的稳定性。与实腹柱相 比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度和稳定性。
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
≤1:2.5 ≤1:2.5
≤1:2.5
变截面板的拼接 （a）改变宽度；（b）改变厚度
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
2.角焊缝的构造要求
要求满足最小角焊脚尺寸 、最大焊脚尺寸、 最小计算长度、侧面角焊缝的最大计算长度、搭 接长度以及转角处连续施焊等。
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
格构式轴心受压柱常用两槽钢组成，通常使翼缘朝内，这样缀材长度较 小，外部平整。当荷载较大时，也常用两工字钢组成的双肢截面柱。对于轴 向力较小但长度较大的杆件，也可以采用钢管或角钢组成的三肢或四肢截面 形式。肢件通过缀材连成一体，根据缀材的不同可分为缀条柱和缀板柱两种。 缀条常采用单角钢，一般与构件轴线成α =40°~70°夹角斜放，此称为斜缀 条，如图（a）所示，也可同时增设与构件轴线垂直的横缀条。缀板用钢板 制造，一律按等距离垂直于构件轴线横放，如图（b）所示。
第7章 钢结构基础知识
7.1 钢结构的连接 7.2 钢结构构件 7.3 钢屋盖
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
§7.1 钢结构的连接
7.1.1 钢结构的连接方法 钢结构的连接方法有焊缝连接、螺栓连接 和铆钉连接三种。
焊缝连接
螺栓连接
铆钉连接
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
7.1.2、焊接连接
（1）焊接方法 钢结构常用的焊接方法是电弧焊，包括手工电弧焊、自动或 半自动电弧焊以及气体保护焊等。 手工电弧焊是钢结构中最常用的焊接方法，其设备简单， 操作灵活方便。但劳动条件差，生产效率比自动或半自动焊低，焊缝 质量的变异性大，在一定程度上取决于焊工的技术水平。
《建筑结构基础与识图》
2.格构式轴心受压柱
图示是常用的轴心受压格构柱的截面形式。由于柱肢布置在距截面形心一 定距离的位置上，通过调整肢间距离可以使两个方向具有相同的稳定性。与实腹柱相 比，在用料相同的情况下可增大截面惯性矩，提高刚度和稳定性。
（a）
（b）
（c）
（d）
（e）
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
≤1:2.5 ≤1:2.5
≤1:2.5
变截面板的拼接 （a）改变宽度；（b）改变厚度
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
2.角焊缝的构造要求
要求满足最小角焊脚尺寸 、最大焊脚尺寸、 最小计算长度、侧面角焊缝的最大计算长度、搭 接长度以及转角处连续施焊等。
第九章 钢结构基础知识
《建筑结构基础与识图》
格构式轴心受压柱常用两槽钢组成，通常使翼缘朝内，这样缀材长度较 小，外部平整。当荷载较大时，也常用两工字钢组成的双肢截面柱。对于轴 向力较小但长度较大的杆件，也可以采用钢管或角钢组成的三肢或四肢截面 形式。肢件通过缀材连成一体，根据缀材的不同可分为缀条柱和缀板柱两种。 缀条常采用单角钢，一般与构件轴线成α =40°~70°夹角斜放，此称为斜缀 条，如图（a）所示，也可同时增设与构件轴线垂直的横缀条。缀板用钢板 制造，一律按等距离垂直于构件轴线横放，如图（b）所示。
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。
屋盖结构
拉条通常采用直径10~16mm的圆钢制成。 撑杆主要是限制檐檩的侧向弯曲，故多采用 角钢，其长细比按压杆考虑，不能大于200， 并据此选择其截面。
拉条与檩条、撑杆与檩条的连接构造如图所 示； 图中d 为拉条直径。拉条的位置应靠近檩条 的上翼缘约30~40mm，并用位于腹板两侧的 螺母将其固定于檩条的腹板上。撑杆与焊在 檩条上的角钢用Ｃ级螺栓连接。
7.2 屋面材料
7.2.1 有檩体系屋面材料 传统材料：粘土瓦或水泥平瓦、石棉水泥瓦 等，其尺寸较小，并且强度、耐久性、保温 隔热等性能较差 现代材料： 压型钢板和夹心板 发泡水泥复合板
7.2.2 无檩体系屋面材料
传统材料：预应力混凝土大型屋面板 现代材料：发泡水泥复合板（太空板）、玻 璃纤维增强水泥（GRC）板
托架形式 在工业厂房的某些部位，常因放置设备或交 通运输要求而需局部少放一根或几根柱。这 时该处的屋架（称为中间屋架）就需支承在 专门设置的托架上。 托架两端支承于相邻的柱上，跨中承受中间 屋架的反力。 钢托架一般做成平行弦桁架，其跨度一般不 大，但所受荷载较重。钢托架通常做在与屋 架大致同高度的范围内，中间屋架从侧面连 接于托架的竖杆，构造方便且屋架和托架的 整体性、水平刚度和稳定性都好。
天窗架形式 在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求， 常需在屋盖上设置天窗。 天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗 三种。后两种天窗的构造较为复杂，较少采 用。 最常用的是沿房屋纵向在屋架上设置天窗架， 该部分的檩条和屋面板由屋架上弦平面移到 天窗架上弦平面，而在天窗架侧柱部分设置 采光窗。 天窗架支承于屋架之上，将荷载传递到屋架。
垂直支撑一般采用平行弦桁架形式，其上、 下弦可兼作水平支撑的横杆； 腹杆体系根据高和长比例确定可分别采取交 叉式、v式或w式
《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
单层厂房钢屋盖结构
§7.3 屋盖的形式及尺寸
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。 2、天窗架系杆 在纵向天窗架上弦屋脊节点处设通长刚性系杆，在天窗架上弦
两侧端节点处设置通长的水平柔性系杆。
7.2.3 支撑的形式、计算和连接构造
7.2.3.1 支撑的形式
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。
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。
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、 纵向天窗架上弦横向支撑
无论有檩或无檩屋盖体系，在每个 天窗架区段的两端及中部与屋架上弦横 向支撑相对应区间内均应设置上弦横向 支撑。
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。
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,
第7章单层厂房钢屋盖结构
第7章单层厂房钢屋盖结 构
2020年7月24日星期五
•§7.1 单层厂房钢屋盖结构的组成与布置
•7.1.1 屋盖结构体系
• 钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构 件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为 无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。
•1.无檩屋 • 一般用于预应力混凝土大型屋面板等重
•图7-15 三角形屋架
•
• 7.3.2.2 梯形屋架
• 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适受力情况较 三角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度平 缓且跨度较大时的无檩屋盖结构，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形 式。
• 人字式（图a）的布置不仅可 使受压上弦的自由长度比受拉下 弦为小，还能使大型屋面板的主 肋搁支在上弦的节点上，避免上 弦产生局部弯矩，特点腹杆总长 度短，节点少。
• 设置：在横向支撑或竖向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。
• 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。
•
•§7.4 屋架的杆件设计
•7.4.1 屋架的荷载和内力计算
• 7.4.1.1 屋架荷载
•永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架 等结构自重。 •可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载 等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。
•屋架和支撑自重可按经验公式：
•
• 屋架的外形主要有三 角形、梯形、矩形和曲 拱形等。
2020年7月24日星期五
•§7.1 单层厂房钢屋盖结构的组成与布置
•7.1.1 屋盖结构体系
• 钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构 件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为 无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。
•1.无檩屋 • 一般用于预应力混凝土大型屋面板等重
•图7-15 三角形屋架
•
• 7.3.2.2 梯形屋架
• 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适受力情况较 三角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度平 缓且跨度较大时的无檩屋盖结构，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形 式。
• 人字式（图a）的布置不仅可 使受压上弦的自由长度比受拉下 弦为小，还能使大型屋面板的主 肋搁支在上弦的节点上，避免上 弦产生局部弯矩，特点腹杆总长 度短，节点少。
• 设置：在横向支撑或竖向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。
• 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。
•
•§7.4 屋架的杆件设计
•7.4.1 屋架的荷载和内力计算
• 7.4.1.1 屋架荷载
•永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架 等结构自重。 •可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载 等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。
•屋架和支撑自重可按经验公式：
•
• 屋架的外形主要有三 角形、梯形、矩形和曲 拱形等。
《钢结构》第七章 屋盖结构
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。
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
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
(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
Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第七章
屋盖结构
图7.9
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
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）。
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桁架的形式和截面设计
桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆端 相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架中的杆件 大多只承受轴向力，杆件截面上应力分布均匀，材料性能发 挥较好，从而能节省钢材和减轻结构自重，特别适用于跨度 和高度较大的结构。
桁架在钢结构中应用很广，分为空间桁架和平面桁架两 类。网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的平面桁架 如屋架、吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简支桁架的杆件内 力不受支座沉降和温度变化的影响，且构造简单、安装方便 最为常用。本节着重讨论平面简支钢桁架——屋架的设计。
图9.6.1 三角形桁架
第9章 单层厂房钢结构
（2）梯形桁架 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。 适 用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。
人字式 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）。
图9.6.2 梯形桁架
屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为 （1/10～1/6）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 1.6～2.4m。 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。
内力计算
用数解法或图解法或借 助电算，求出节点荷载作用 下屋架各杆件的内力
0.6M0 0.8M0 0.6M0 0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
局部弯矩
图9.6.6 局部弯矩作用的计算简图
上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应 按弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正 弯矩M1＝0.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M2＝±0.6M0， M0是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。
1.横向框架 2.屋盖结构
3.支撑体系 4.吊车梁和制动梁
5.墙架
9.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置 1.柱网布置 2.温度伸缩缝
第9章 单层厂房钢结构
§9.4
屋盖结构体系
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。
第9章 单层厂房钢结构
9.6.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比
1. 桁架平面内计算长度l0x
弦杆、支座斜杆、支座竖 杆 l0x=l， 中间腹杆 l0x=0.8l 。
2. 桁架平面外计算长度l0y 取决于弦杆侧向支承点间距离。 图9.6.7a 杆件平面内的计算长度
无檩方案: 能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时: •上弦杆 l0y=2b（≤3m） b—屋面板宽度。 有檩方案: 檩条与支撑点交叉不连接时：l0y=l1 檩条与支撑点交叉连接时：l0y=l1 • 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 图9.6.7b 杆件平面外的计算长度 l0y=l
图9.4.2 无檩屋盖
第9章 单层厂房钢结构
1.上弦横向水平支撑
组成： 屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在 平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。 布置：
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。
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
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第9章 单层厂房钢结构
§9.1 单层厂房钢结构的组成及布置原则 9.1.1 单层厂房钢结构的组成 单层厂房钢结构一般由屋盖结构、柱、吊车梁、 制动梁（或制动桁架）、各类支撑及墙架等构件组成 的空间体系。按其作用分为：
第9章 单层厂房钢结构
图9.4.5d 垂直支撑的布置
第9章 单层厂房钢结构
（2）三角形屋架 跨度小于18m 时，布置在屋 架中间 。
图9-9e 垂直支撑的布置
跨度大于18m 时，一般视具体 情况布置两道 。
图9-9f 垂直支撑的布置
第9章 单层厂房钢结构
5.系杆 作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向稳定，减小弦 杆的计算长度，传递水平荷载。 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。 布置： 在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。 水平横向支撑设在第二柱间时，第一柱间端屋架需与第 二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。 屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。
第9章 单层厂房钢结构
9.6.2 桁架的荷载和内力计算
1. 桁架的荷载计算与荷载组合 （1）桁架荷载 永久荷载： 屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、
天窗架等结构自重。
可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊
车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值 计算。
桁架和支撑自重可按经验公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 （9.6.1）
图9.4.5a 垂直支撑的布置
无天窗，跨度 l>30m，布置在屋 架两端、跨度l/3 处。
图9.4.5b 垂直支撑的布置
第9章 单层厂房钢结构
有天窗、跨 度l<30m，布置 在屋架两端、跨 中、天窗架两 端。
图9.4.5c 垂直支撑的布置
有天窗、跨 度l<30m，布置 在屋架两端、跨 度l/3处、天窗架 两端 。
第9章 单层厂房钢结构
1. 桁架的形式 主要有三角形、梯形、矩形等。
（1）三角形桁架 受力不均匀，刚度小，坡度 大，排水好，适用于中、小跨度 （l在18～24m）采用轻型屋面材 料的有檩体系。 · 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。
芬克式
芬克式
· 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。
第9章 单层厂房钢结构
7.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
第9章 单层厂房钢结构
3.天窗架形式
4.托架形式
第9章 单层厂房钢结构
9.4.2 钢屋盖支撑 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 系杆
第9章 单层厂房钢结构
钢屋盖的类别包括：
平 面 钢 屋 架
第9章 单层厂房钢结构
空间桁架：
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
网架
第9章 单层厂房钢结构
9.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置 钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构 件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为 无檩屋盖体系和有檩屋盖体系。 1.无檩屋盖 结构体系： 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。 2.有檩屋盖 结构体系： 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。
第9章 单层厂房钢结构
2.下弦横向水平支撑
组成： 屋架下弦杆、斜杆、系杆 作用： 山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、 悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平 面外计算长度，减小下弦的振动。 布置： 与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体 系，其最大间距为60m。 屋架跨度大于18m时， 屋架下弦设有悬挂吊车时， 抗风柱支承在屋架下弦时， 屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。
h
h
第9章 单层厂房钢结构
2.桁架主要尺寸 跨度：据工艺需要定，一般为3m模数，12、15、18、21、 24、27、30、36m等(注意：柱轴线距离) 。 l0(桁架两端支座反力间的距离)＝ l-（300～400mm） 高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输 条件等确定。 三角形跨中 h≈（1/4～1/6）l 梯形 跨中 h≈（1/6～1/10）l，上弦坡度（1/8～1/12） 端部 h0≈1.6～2.2m（铰接时） h0≈1.8～2.4m（刚接时） 屋架跨中最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限 为3.85m 。 屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作 用在屋架节点上 ,避免上弦杆产生局部弯距。
第9章 单层厂房钢结构
图9.4.3
第9章 单层厂房钢结构
图9-7
第9章 单层厂房钢结构
图9-8
第9章 单层厂房钢结构
3.下弦纵向水平支撑 组成：系杆、斜杆 作用：增加屋盖空间刚度，承 受和传递吊车横向水平制动力。 布置：屋架两边，与横向支撑 形成封闭框。 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。
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。