单层房屋钢结构结构设计

在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的 侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。
4.承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。
5.保证结构安装时的稳定
2 屋盖支撑的种类及布置
1.上弦横向水平支撑布置原则: 在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都 应设置屋架上弦横向水平支撑，
• P=∑Rq.a.s
• R---荷载分项系数，永久荷载=1.2 可变荷载=1.4 • q----荷载标准值 • a----上弦节点水平投影长度 • S-----屋架间距
屋架节点荷载汇集及计算简图
4 荷载组合
3种荷载组合 （1）全跨永久荷载+全跨可变荷载 （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载 （3）全跨屋架、天窗和支撑自重+半跨屋面
计算单元 图7-2 柱网布置
2.温度收缩缝 : 超出表中数值时,应考虑温度应力和温度变形
的影响
温度区段长度表(m) 表1
结构情况
纵向温度区段 横向温度区段(屋架或构 (垂直屋架或构 架跨度方向) 架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
采暖房屋和非采
220
暖地区的房屋
热车间和采暖地
180
区的非采暖房屋
2.高度 H—经济、刚度、运输、坡度等
各种屋架中部高度：
三角形屋架： 中部高度H≈(1/6～1/4)L
梯形屋架 ： 中部高度H≈(1/10～1/6)L 端部高度H0≈(1.8～2.1m)
屋盖支撑
1.屋盖支撑的作用
1.保证屋盖结构的几何稳定性。
几何可变体 系屋架侧倾
几何不变体 系屋架稳定
屋盖支撑作用示意图
.垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在 同
一柱间。
(b)
(a) (e)
(c)
(f)
(d) (g)
屋架的垂直支撑布置
5.系杆 刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。 柔性系杆：只能承受拉力的系杆。 作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。 布置原则： 一般在垂直支撑的平面内设置上下弦系杆； 屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆， 天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆； 当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间 所有系杆均应为刚性系杆。
在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋 盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。
桁架的外形及腹杆形式
三 角 形 屋 架 芬克式腹杆
人字式腹杆
豪式腹杆
梯 形 屋 架
人字式腹杆 平 行 弦 屋 架
人字式腹杆
再分式腹杆 交叉式腹杆
确定桁架形式的原则
1.满足使用要求：
三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/3～1/2
约束作用越小。
3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用 大，较远的杆件作用小。
杆件计算长度：
桁架平面内计算长度 l0x
弦杆
支座斜杆 支座竖杆
l0x l (节间长度）
中间腹杆 l0x 0.8l
屋架杆件的计算长度
gwk=0.12+0.011L 单位：KN/m L---屋架标志跨度（m） （3）屋面均布荷载按屋面水平投影面 上的分布荷载计算
《建筑荷载规范》给出的屋面均布活 荷载、雪荷载都是水平投影面上的荷载。
3 节点荷载
• 屋架所受荷载一般通过檩条或大型屋面板 肋以集中力的方式作用于屋架节点上。
• 按各种均布荷载对节点汇集进行计算：
在半跨荷载时可能受压。
半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、 单侧施工
直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。 局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。
简化计算：
M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。
5桁架杆件的计算长度
计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效 的两端铰接的理想轴心压杆。
b (1 1 )l 5 2.5
托架：h ( 1 ~ 1)l 10 5
托架与屋架的连接 叠接：构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。 平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。
横向框架及其截面选择
横向框架梁与柱的连接形式： 刚接框架：（a)、（b）横梁与柱子的刚接连接 铰接框架：（c）横梁与柱子的铰接连接。
μz –风压高度变化系数 μs—体型系数 βz—风振系数 风荷载标准值Wk是沿垂直建筑物表面方 向作用的，为方便将其投影到水平上。
刚架计算单元宽b、跨度方向长为h范 围内风荷载应合力为：
N bhWk / cos
投影到水平面上的值Po为：
P0 N bh Wk / cos
• （2）屋架和支撑自重按经验公式计算：
（a）
（b）
（c）
柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。
铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起 重量不很大的轻型维护结构。
刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。
阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。 下段柱：缀条格构式。
分离式柱：吊车肢,屋盖肢
2.保证屋盖的刚度和空间整体性
横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平 放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑 。
纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗 弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性， 减少横向水平荷载作用下的变形。
3.为弦杆提供适当的侧向支承点 支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆
梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/2～1/8
2.受力合理： 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩 图接近时，各处弦杆内力才比较接近。
2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆 数量宜少，腹杆总长度也应较小。
腹杆形式
单向斜杆式：
P 2EI cr1 L2
P 2EI cr2 ( 0.5 L ) 2
P 2EI cr3 ( L ) 2
杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷 载越高 。
影响钢屋架杆端约束大小的因素：
1）杆件轴力性质 拉力使杆拉直，约束作用大，压力使
杆件弯曲，约束作用微不足道。
2）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，
120
150
100
125
ห้องสมุดไป่ตู้
露天结构
120
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拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时 需要将柱距局部加大。如图中，在纵向 轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因 而导致轴线k和m之间的柱距增大，这种 情形有时形象地称为拔柱。
托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
2.柱间支撑的作用： 1）承受并传递纵向水平荷载： 作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。 2）减少柱在平面外的计算长度。 3) 保证厂房的纵向刚度。
3.柱间支撑的形式：
下层柱间 支撑的形式
(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形; (d)双层十字形
上层柱间 支撑的形式
板自重+半跨屋面活荷载 按最不利荷载组合计算屋架杆件的内力 用第一种荷载组合计算的屋架杆件内力在多
数情况下为最不利内力
4. 桁架内力计算
1. 荷载分项系数及荷载组合系数按《建筑结构荷 载规范》选取。
2. 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力， 常用的内力分析方法有图解法、解析法、电 算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单 位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组 合，列表计算。
节间荷载作用的屋架 将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作 用的屋架计算各杆内力。
计算内力系数
3.节点刚性影响 节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较 小，不予考虑，按铰接桁架进行计算。
但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应 力的影响。
4.杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而
3 屋盖支撑的计算原 则
各种支撑都是一个平面桁架，桁架的腹杆一般采用交 叉斜杆 。
支撑 桁架
弦杆：相邻屋架弦杆兼作 横向支撑桁架的弦杆
斜腹杆：支撑
腹杆
竖腹杆：竖杆
1）屋盖支撑受力比较小时，一般不进行内力计算，杆件 截面常按容许长细比来选 。 拉杆——单角钢 压杆——双角钢 2）当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按 图示拉杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。
荷载计算
单层房 屋结构
简化
平面 桁架
计算单元
屋架荷载
1.永久荷载（恒载） 屋面恒载（保温层、防水层、屋面板）檩条自重、 屋架、其它构件自重和围护结构自重
2.可变荷载（活载） 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷
载。 由《建筑结构荷载规范》查得或根据材料规格计算
（1）风荷载：标准值Wk： z z sW0
2019/12/5
1
一般说明
单层房屋钢结构：
重型厂房钢结构 轻型门式刚架结构
单层房屋钢结构的组成：
屋盖结构、 吊车梁、 柱、支撑及墙架。 （图1示）
天窗架
屋架 柱
吊车梁 柱间支撑
屋盖结构体系：
屋面板、檩条、天窗、屋架（梁、托架）
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系
（按照吊车使用的频繁程度）
垂直 支撑
刚性系杆
刚性系杆
上层柱间支撑
下层柱间支撑
1.柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部， 以减少纵向温度应力的影响。 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。