钢桁架与屋盖结构
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『本章要求』 1.了解钢桁架及屋盖结构的组成及应用 2.掌握屋盖支撑的种类和布置； 3.掌握钢屋架的设计步骤； 4.掌握普通钢屋架的设计实例。
『关键知识』 1.屋盖支撑的种类和布置； 2.钢屋架的设计步骤。
『重点讲解』 1.屋盖支撑的种类和布置； 2.钢屋架的设计步骤。
『难点解析』 1.钢屋架的设计步骤。
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2）立体桁架 立体桁架是由平面桁架演变而来，常用的做法是把单根的上弦或下弦分 成两根，使桁架的横截面成为倒三角形或正三角形。
图8.6 立体桁架 （成都双流机场 候机楼）
Steel Structure 第7页/共93页
3）网壳结构
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4.垂直支撑---垂直于地面并垂直于屋架平面的支撑体系称为垂直支撑。 所有房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在 跨度L≤18m时，可仅在跨度中央设置一道垂直支撑，当跨度大于上述数 值时宜在跨度1/3附近或天窗架侧柱处设置两道。屋架的垂直支撑与上、 下弦横向水平支撑应尽量布置在同一柱间，以确保屋盖结构为几何不变 体系。
2.下弦横向水平支撑---在各屋架下弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称 为下弦横向水平支撑。一般情况均应设置下弦横向水平支撑。下弦横向水 平支撑应与上弦横向水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定体系。
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3.下弦纵向水平支撑---当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作 制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、 跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦(三角形屋架可在上弦或 下弦)端节间设置纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑与下弦横向水平支撑 形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。
（4）承受并传递水平荷载。水平荷载包括纵向和横向水平荷载，例如风荷 载、吊车的水平制动力、振动荷载、地震作用等，最后都通过支撑体系 传到屋架支座。
（5）保证结构安装时的稳定且便于安装。屋盖的安装工作一般是从房屋温 度区段的一端开始的，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。
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5.系杆---不设横向支撑的其它屋架，其上下弦的侧向稳定性由与横向支撑节 点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承受压力的系杆称为刚性系杆；只能 承受拉力的系杆称为柔性系杆。它们的长细比分别按压杆和拉杆控制。
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3）门式钢架 大跨度的门式刚架大多采用 钢结构，当跨度达50～60m 时，可以做成实腹式，跨度 更大时，就应做成格构式。
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（2）空间杆系结构 1）网架结构
（a）正放四角锥网架
（b）六角锥网架（锥尖向下）
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（2）有檩屋盖－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。
Steel Structure 第12页/共93页Biblioteka Baidu
补充 屋面材料
敷设钢筋法是钢结构屋面板安装的基本方法，它通过每块板板端接合处焊 在钢梁或钢檩条上的穿筋压片限定板位，且通过板缝灌浆固定板材的拉结 钢筋，从而可靠地将屋面板安装在钢梁或钢檩条上。
8.1.2 屋盖的组成及应用
1.常见的屋盖结构形式 常用的钢屋盖结构形式有平面杆系结构、空间杆系结构、 悬索结构、膜结构等。 （1）平面杆系结构 1）桁架
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2）拱 拱在大跨度屋盖中经常采 用，特别是当建筑物要 求墙体与屋顶连成一体 时，落地拱尤为适用。 拱在竖向均布荷载作用 下，基本上处于受压状 态，适合于以钢筋混凝 土之类的材料制成。但 在大跨度时，往往做成 格构式钢拱。
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（3）为屋架弦杆提供必要的侧向支承点。水平支撑和垂直支撑桁架的节点 以及由此延伸的支撑系杆都成为屋架弦杆的侧向支承点，从而减小弦杆 在桁架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦不 会在某些动力荷载作用下（如吊车运行时）产生过大的振动。
（3）悬索结构
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（4）膜结构
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2.平面桁架钢屋盖的组成及应用 根据屋盖结构有无檩条，可将屋盖结构分为无檩屋盖和有檩屋盖。 （1）无檩屋盖－一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋
面板直接放在屋架或天窗架上。
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8.1 钢桁架与屋盖结构 的组成及应用
8.1.1 钢桁架的组成及应用
钢桁架是指由轴心受力构件（拉杆和压杆）相互连接组成的格构式构件， 用以承受横向荷载和跨越较大的空间。
图8.1 两向正交正放交叉桁架体系网架
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8.2.2 屋盖支撑的类型和布置
屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。
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1.上弦横向水平支撑 在各屋架上弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称为上弦横向水平支撑。
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8.2 屋盖支撑
8.2.1 屋盖支撑的作用
（1）保证屋盖结构的空间几何稳定性即几何形状不变。平面桁架能保证屋 架平面内的几何稳定性，支撑系统则保证屋架平面外的几何稳定性。
（2）保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性。屋架上弦和下弦的水平支撑 与屋架弦杆组成水平桁架，屋架端部和中部的垂直支撑则与屋架竖杆组 成垂直桁架，无论桁架结构承受竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一 定的桁架体系把力传向支座，只发生较小的弹性变形，即有足够的刚度 和整体性。
『关键知识』 1.屋盖支撑的种类和布置； 2.钢屋架的设计步骤。
『重点讲解』 1.屋盖支撑的种类和布置； 2.钢屋架的设计步骤。
『难点解析』 1.钢屋架的设计步骤。
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2）立体桁架 立体桁架是由平面桁架演变而来，常用的做法是把单根的上弦或下弦分 成两根，使桁架的横截面成为倒三角形或正三角形。
图8.6 立体桁架 （成都双流机场 候机楼）
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3）网壳结构
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Steel Structure 第19页/共93页
4.垂直支撑---垂直于地面并垂直于屋架平面的支撑体系称为垂直支撑。 所有房屋中均应设置垂直支撑。梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在 跨度L≤18m时，可仅在跨度中央设置一道垂直支撑，当跨度大于上述数 值时宜在跨度1/3附近或天窗架侧柱处设置两道。屋架的垂直支撑与上、 下弦横向水平支撑应尽量布置在同一柱间，以确保屋盖结构为几何不变 体系。
2.下弦横向水平支撑---在各屋架下弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称 为下弦横向水平支撑。一般情况均应设置下弦横向水平支撑。下弦横向水 平支撑应与上弦横向水平支撑设在同一柱间，以形成空间稳定体系。
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3.下弦纵向水平支撑---当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作 制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、 跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦(三角形屋架可在上弦或 下弦)端节间设置纵向水平支撑。下弦纵向水平支撑与下弦横向水平支撑 形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并提高房屋纵、横向的刚度。
（4）承受并传递水平荷载。水平荷载包括纵向和横向水平荷载，例如风荷 载、吊车的水平制动力、振动荷载、地震作用等，最后都通过支撑体系 传到屋架支座。
（5）保证结构安装时的稳定且便于安装。屋盖的安装工作一般是从房屋温 度区段的一端开始的，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。
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5.系杆---不设横向支撑的其它屋架，其上下弦的侧向稳定性由与横向支撑节 点相连的系杆来保证。能承受拉力也能承受压力的系杆称为刚性系杆；只能 承受拉力的系杆称为柔性系杆。它们的长细比分别按压杆和拉杆控制。
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3）门式钢架 大跨度的门式刚架大多采用 钢结构，当跨度达50～60m 时，可以做成实腹式，跨度 更大时，就应做成格构式。
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（2）空间杆系结构 1）网架结构
（a）正放四角锥网架
（b）六角锥网架（锥尖向下）
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（2）有檩屋盖－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。
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补充 屋面材料
敷设钢筋法是钢结构屋面板安装的基本方法，它通过每块板板端接合处焊 在钢梁或钢檩条上的穿筋压片限定板位，且通过板缝灌浆固定板材的拉结 钢筋，从而可靠地将屋面板安装在钢梁或钢檩条上。
8.1.2 屋盖的组成及应用
1.常见的屋盖结构形式 常用的钢屋盖结构形式有平面杆系结构、空间杆系结构、 悬索结构、膜结构等。 （1）平面杆系结构 1）桁架
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2）拱 拱在大跨度屋盖中经常采 用，特别是当建筑物要 求墙体与屋顶连成一体 时，落地拱尤为适用。 拱在竖向均布荷载作用 下，基本上处于受压状 态，适合于以钢筋混凝 土之类的材料制成。但 在大跨度时，往往做成 格构式钢拱。
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（3）为屋架弦杆提供必要的侧向支承点。水平支撑和垂直支撑桁架的节点 以及由此延伸的支撑系杆都成为屋架弦杆的侧向支承点，从而减小弦杆 在桁架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦不 会在某些动力荷载作用下（如吊车运行时）产生过大的振动。
（3）悬索结构
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（4）膜结构
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2.平面桁架钢屋盖的组成及应用 根据屋盖结构有无檩条，可将屋盖结构分为无檩屋盖和有檩屋盖。 （1）无檩屋盖－一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋
面板直接放在屋架或天窗架上。
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8.1 钢桁架与屋盖结构 的组成及应用
8.1.1 钢桁架的组成及应用
钢桁架是指由轴心受力构件（拉杆和压杆）相互连接组成的格构式构件， 用以承受横向荷载和跨越较大的空间。
图8.1 两向正交正放交叉桁架体系网架
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8.2.2 屋盖支撑的类型和布置
屋盖支撑系统可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。
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1.上弦横向水平支撑 在各屋架上弦杆所在平面沿房屋横向设置的支撑称为上弦横向水平支撑。
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8.2 屋盖支撑
8.2.1 屋盖支撑的作用
（1）保证屋盖结构的空间几何稳定性即几何形状不变。平面桁架能保证屋 架平面内的几何稳定性，支撑系统则保证屋架平面外的几何稳定性。
（2）保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性。屋架上弦和下弦的水平支撑 与屋架弦杆组成水平桁架，屋架端部和中部的垂直支撑则与屋架竖杆组 成垂直桁架，无论桁架结构承受竖向或纵、横向水平荷载，都能通过一 定的桁架体系把力传向支座，只发生较小的弹性变形，即有足够的刚度 和整体性。