北工大钢结构课件第二章
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钢结构设计原理 第2版课件第2章
2.2.2 冶金过程
冶炼：平炉、转炉 浇铸：钢水—钢锭—初轧—成材（传统工艺）
钢水—连铸机—钢坯—成材（新工艺） 轧制：改善内部组织结构 热处理：显著提高强度
2.2.3 钢材硬化
冷加工硬化：强度提高，塑性、韧性降低。 自然时效、人工时效 应变时效
2.2.4 温度
正温 在200℃以内钢材性能没有很大变化， 430～540℃强度急剧下降。
同外增加一个等级E，主要是要求-40℃的冲击韧性。钢的牌号如：
Q345-B、Q390-C等等。
3、高强钢丝及钢索：主要用于抗拉构件中，如： 斜拉结构、悬索结构、桅杆结构等。高强钢丝分 光面钢丝和镀锌钢丝，由碳素结构钢多次冷拔而 成，其主要指标为抗拉强度fu，且有“松弛”现象。 多根钢丝可组成“平行钢丝束”和“钢绞线”； 多根钢绞线可组成“钢绞线束”和“钢丝绳”。
2.4.4 钢材的规格：
热轧钢板：薄板、厚板
热轧型钢：角钢、槽钢、工字钢、钢管、H型 钢、T型钢
冷弯薄壁型钢：
工字钢有普通工字钢、轻型工字钢和H型钢。普通工字钢和轻型工字钢用号数 表示，号数即为其截面高度的厘米数。20号以上的工字钢，同一号数有三种 腹板厚度分别为a、b、c三类。如I30a、I30b、I30c，a类腹板较薄用作受弯构 件较为经济，c类腹板较厚。轻型工字钢的腹板和翼缘均较普通工字钢薄，因 而在相同重量下其截面模量和回转半径均较大。H型钢是世界各国使用很广泛 的热轧型钢，与普通工字钢相比，其翼缘内外两侧平行，便于与其他构件相 连。它可分为宽翼缘H型钢，代号HW，翼缘宽度B与截面高度H相等；中翼缘 H型钢，代号HM，B＝(1/2～2/3)H；窄翼缘H型钢，代号HN，B=(1/3—1/2)H。 各种H型钢均可剖分为T型钢供应，代号分别为TW、TM和TN。H型钢和剖分 T型钢的规格标记均采用：高度H×宽度B×腹板厚度t1
北工大钢结构第二章(参考课件)
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，这种用 于屋盖承重结构的梁式的桁架叫屋架。
20
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
桁架的外形直接受到它的 用途的影响。屋架外形一 般分为三角形(图a、b、c)、 梯形(图d、e)及平行弦三 种。桁架的腹杆形式常用 的有人字式(图b、d、f)、 芬克式(图a)、豪式(也叫 单 向 斜 杆 式 ， 图 c) 、 再 分 式(图e)及交叉式(图g)。 其中前四种为单系腹杆， 第五种即交叉腹杆为复系 腹杆。
第 2 章 重型厂房结构设计
重型厂房特点：跨度大、高度大、吨位大。 综合分析可靠性，耐久性和经济性表明，重型工业厂 房最适宜采用全钢结构建造。
2.1 结构形式和结构布置
2.1.1 一般说明
重型厂房一般取单层刚（框）架结构形式，其屋顶既 可采用 钢屋架-大型屋面板结构体系，亦可采用钢屋 架-檩条-轻型屋面板结构体系，或横梁-檩条-轻型屋 面板结构体系。
15
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。当温度区段长度大于150 m 或 抗震设防烈度为8度Ⅲ、Ⅳ 类场地和 9度时，应当增 设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不 应超过72m。 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。每列柱顶均 要布置刚性系杆。
9
铰接—铰接框架：在多跨时，特别在吊车起重量不很 大和采用轻型围护结构时，适宜采用铰接框架。
10
从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱一般采用阶梯形 柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采用实腹 式，亦可采用格构式。
格构式柱 11
分离式承重柱的吊车肢和屋盖肢分别单独承担吊车荷 载和屋盖（包括围护结构）荷载。
20
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
桁架的外形直接受到它的 用途的影响。屋架外形一 般分为三角形(图a、b、c)、 梯形(图d、e)及平行弦三 种。桁架的腹杆形式常用 的有人字式(图b、d、f)、 芬克式(图a)、豪式(也叫 单 向 斜 杆 式 ， 图 c) 、 再 分 式(图e)及交叉式(图g)。 其中前四种为单系腹杆， 第五种即交叉腹杆为复系 腹杆。
第 2 章 重型厂房结构设计
重型厂房特点：跨度大、高度大、吨位大。 综合分析可靠性，耐久性和经济性表明，重型工业厂 房最适宜采用全钢结构建造。
2.1 结构形式和结构布置
2.1.1 一般说明
重型厂房一般取单层刚（框）架结构形式，其屋顶既 可采用 钢屋架-大型屋面板结构体系，亦可采用钢屋 架-檩条-轻型屋面板结构体系，或横梁-檩条-轻型屋 面板结构体系。
15
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。当温度区段长度大于150 m 或 抗震设防烈度为8度Ⅲ、Ⅳ 类场地和 9度时，应当增 设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不 应超过72m。 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。每列柱顶均 要布置刚性系杆。
9
铰接—铰接框架：在多跨时，特别在吊车起重量不很 大和采用轻型围护结构时，适宜采用铰接框架。
10
从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱一般采用阶梯形 柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采用实腹 式，亦可采用格构式。
格构式柱 11
分离式承重柱的吊车肢和屋盖肢分别单独承担吊车荷 载和屋盖（包括围护结构）荷载。
钢结构设计全套教学课件
附图1：拉伸试件
20
2
附 图 ： 冲 击 韧 性 试 验
21
3
附 图 ： 冷 弯 试 验
22
第二章 钢结构的材料
2.4 各种因素对钢材主要性能的影响
影响钢材性能的两大方面：生产过程
使用过程
一、生产过程
1：化学成分 普通碳素钢中Fe占99%，其他杂质元素占1% 普通低合金钢中有＜5%的合金元素
2.按炉种分
平炉
成本高，质量好（6小时100t左右）
氧气顶吹转炉 成本低，质量也可（15分钟150t）
3. 按脱氧程度分
沸腾钢（F） 脱氧较差 镇静钢（Z） 脱氧充分 半镇静钢（b） 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间 特殊镇静钢（TZ）
32 2.5 钢的种类和钢材规格
第二章 钢结构的材料
4. 按质量等级分 A级：保证抗拉强度、屈服点和伸长率及硫、磷含量 B、C、D级：保证抗拉强度、屈服点、伸长率、冷弯和冲击
梅氏U型缺口试件: k J / cm2
冲击试验的标准试件型式：
夏比V型缺口试件: CV J
我国采用夏比V型缺口试件
➢ 冲击韧性受温度的影响
17 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
四、冷弯性能 ➢ 冷弯性能是检验钢材适应冷加工（常温下加工）
的能力和显示钢材内部缺陷状况的一项指标 ➢ 冷弯性能是考察钢材在复杂应力状态下发展塑性
变形能力的指标 ➢ 冷弯性能由冷弯试验确定
18 2.3 钢材的主要性能
第二章 钢结构的材料
➢ 钢材物理性能指标
弹性模量 E 206 103 N mm 2
泊松比 0.3
剪变模量
G
E
21
79
钢结构基础知识教程PPT课件
二、钢结构的应用
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
3
第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
4
第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
5
第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
6
第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
1、重型结构及大跨度建筑结构； 2、多层、高层及超高层建筑结构； 3、轻钢结构； 4、塔桅等高耸结构； 5、钢－混凝土组合结构。
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第二节 钢结构的设计原理与方法
结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068）规定：结构的可靠度应采用以概率论为 基础的极限状态设计方法分析确定。
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第三节 钢结构的发展
我国是最早应用钢结构的国家，但是历史的原因致使 现代建筑钢结构的应用及发展与发达国家相比，已有 相当大的差距，最大的差距在于建筑钢结构。
97年新发布的《中国建筑技术政策》中强调要重点发 展建筑钢结构，国家相关部门也多次发布文件，要求 扩大钢结构住宅的市场占有率。
96年我国钢产量已开始超亿吨，居世界首位，为钢结 构发展奠定物质基础，对钢材的使用已由“节约使用” 变为“合理用钢”、“加大建筑用钢”。
的气孔、裂纹、疏松等缺陷焊合，使金属晶体组织密 实，晶粒细化，消除纤维组织缺陷，使钢材的力学性 能提高。
3、冷作硬化与时效硬化
• 由于某种因素的影响而使钢材强度提高，塑性、韧性 下降，增加脆性的现象称之为硬化现象。
• 冷加工时（常温进行弯折、冲孔剪切等），钢材发生 塑性变形从而使钢材变硬的现象称之为冷作硬化。
当今我国建筑业中发展最快的就是钢结构，最缺的人 才也是钢结构专业，发展钢结构以带动其它相关产业 的发展，已成为建筑业发展的重要任务。
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第二章 建筑钢材
第一节 建筑结构用钢的基本要求 第二节 钢材的主要机械性能 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节 建筑结构用钢的种类及选择
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第一节 建筑结构用钢的基本要求
• 钢材中的C、N，随着时间的增长和温度的变化，而形 成碳化物和氮化物，使钢材变脆的“老化”现象称之 为时效硬化。
钢结构经典教程PPT课件
• —— 结构重要性系数，
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
• --永久荷载设计值 在结构构件中或连接中产生的应力， 为标准值， 为分项系数，一般取1.2，当永久荷载效应对结构有利 时取1.0；
• 结构设计首层规范《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068）规定：结构的可靠度应采用以 概率论为基础的极限状态设计方法分析确定。
• 钢结构和其他建筑结构一样，遵循“统一标准”要求，采用的也是以概率论为基础，用分项系数表 达的极限状态设计方法。
结构概率设计法
• 对结构设计中需要考虑的多种非确定性因素，如荷载、材料性 能等，运用概率论和数理统计的方法来寻找它们的规律性，从 而进行结构设计，这就是结构概率设计法。
• 荷载效应S：取决于各种荷载（恒载、活载、风、地震作用，温
度变化等）。
• 结构或构件的承载力或抗力R：取决于材料、构件的几何特性等。
结构概率设计法
• 设结构状态方程：Z=R-S • 当 Z>0 时，结构可靠；
• 当 Z<0 时，结构失效； • 当 Z=0 时，结构或构件承载能力处于极限状态。
结构概率设计法
• 在这里，燃烧的高温致使被飞机冲力撞剩的钢柱软化，而被撞击层以上楼层的重力在加速度作用下， 以雷霆万钧之势，造成了世界贸易中心遇袭后的必然结果——坍塌。所以，世界贸易中心只能是坍 塌，而不是倒塌。
钢结构抗腐蚀性较差
• 钢结构的最大缺点是易于锈蚀。新建造的钢结构一般都需仔细除锈、镀锌或刷涂料。以后隔一定时间又要 重新刷涂料，维护费用较高。目前国内外正在发展不易锈蚀的耐候钢，可大量节省维护费用，但还未能广 泛采用。
构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
网架结构
• 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三
钢结构基本原理》第2章 钢结构的材料幻灯片PPT
当σeq< fy时，钢材处于弹性阶段； 当三σ轴eq≥拉f应y时力，作钢用材下处，于破塑坏性表阶现段为。脆性。
有一向为异号应力，且同号两个应力相差又较大， 破坏为塑性。
钢结构基本原理
平面应力状态
eq 1 22 21 2
σ eq σ x 2 σ2 y σ xσy 3 τx 2y
普通梁
σeq σ23τ2
名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当 荷载循环到达一定次数后，钢材会发生突然脆性断 裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。
(二)低周疲劳破坏
反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段， 反复荷载会使钢材的剩余应变逐渐增长，最后产生 突然破坏。
钢结构基本原理
出版社 科技分社
(三)包辛格〔Bauschinger〕效应
对于没有缺陷和剩余应力 影响的试件,可认为钢材是图 2-3所示理想弹-塑性体，经历 两个阶段，即假定钢材应力小 于fy时是完全弹性的，应力超 过fy后那么是完全塑性的。设 计时，取fy作为强度限值，而 取fu作为材料的强度储藏。
图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图
钢结构基本原理
出版社 科技分社
钢结构基本原理
本章内容
出版社 科技分社
第一节 钢材的工作性能 第二节 钢构造对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原那么
钢结构基本原理
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第一节 钢材的工作性能
一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能 钢材的主要强度指标和变形性能根据常温〔20
±5°〕、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定。 常温静载条件下，图2-1所示低碳钢标准试件
单向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如 图2-2所示，钢材历经五个阶段 :
有一向为异号应力，且同号两个应力相差又较大， 破坏为塑性。
钢结构基本原理
平面应力状态
eq 1 22 21 2
σ eq σ x 2 σ2 y σ xσy 3 τx 2y
普通梁
σeq σ23τ2
名义应力低于屈服点、材料处于弹性阶段，当 荷载循环到达一定次数后，钢材会发生突然脆性断 裂破坏，疲劳计算方法详见第9章。
(二)低周疲劳破坏
反复应力高于屈服强度、材料处于弹塑性阶段， 反复荷载会使钢材的剩余应变逐渐增长，最后产生 突然破坏。
钢结构基本原理
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(三)包辛格〔Bauschinger〕效应
对于没有缺陷和剩余应力 影响的试件,可认为钢材是图 2-3所示理想弹-塑性体，经历 两个阶段，即假定钢材应力小 于fy时是完全弹性的，应力超 过fy后那么是完全塑性的。设 计时，取fy作为强度限值，而 取fu作为材料的强度储藏。
图2-3 理想弹-塑性 应力-应变曲线图
钢结构基本原理
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第一节 钢材的工作性能 第二节 钢构造对钢材性能的要求 第三节 影响钢材性能的主要因素 第四节钢材的种类、规格和选用原那么
钢结构基本原理
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第一节 钢材的工作性能
一、钢材静力单向均匀拉伸时的性能 钢材的主要强度指标和变形性能根据常温〔20
±5°〕、静载条件下标准试件一次拉伸试验确定。 常温静载条件下，图2-1所示低碳钢标准试件
单向一次拉伸试验得到的简化光滑应力-应变曲线如 图2-2所示，钢材历经五个阶段 :
钢结构上第二章学习课件
(1)弹性阶段(OB段)： fe;fp;E(Et)
(2)弹塑性阶段(BC段): Et
(3)屈服阶段(CD段)： fy
(4)强化阶段(DG段)： fu
(5)颈缩阶段(GH段)：
d,
<4>
主要力学指标：
弹性模量E 屈服强度fy 抗拉强度fu
伸长率d
建筑钢材取屈服强度fy 为静力强度标准值。
E为常量，低碳钢有明显屈服点，对无明显屈服阶段 的钢材，以 f0.为2 名义（条件）屈服点。 fy作为破坏标志， fu/fy为强度储备，
图 3-4 冲击试验示意
试件
图 3-5 冲击试验
<8>
GB50017-2003规定: (1)对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击
韧性的合格保证。对结构工作温度不高于0℃ 但高于-20℃ 时 ，Q235钢和Q345钢应具有0℃ 冲击韧性的合格保证；对 Q390钢和Q420钢应具有 -20℃冲击韧性的合格保证。当结构 工作温度不高于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲 击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有 -40℃冲击韧 性的合格保证。
d表示塑性变形能力。
<5>
钢材设计强度的取用：
极限状态法设计强度：
f fy / R ， R 为材料分项系数
容许应力法中，容许应力
[ ] f y / K ，
K 为安全系数
理想弹塑性体的曲线
<6>
2．冷弯性能：指钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时 对产生裂纹的抵抗能力。是衡量钢材质量和塑性的综合 指标。 冷弯试验—冷弯角a
S热脆； P冷脆； O类似S; N类似P； H氢脆。 2．金属缺陷：
(2)弹塑性阶段(BC段): Et
(3)屈服阶段(CD段)： fy
(4)强化阶段(DG段)： fu
(5)颈缩阶段(GH段)：
d,
<4>
主要力学指标：
弹性模量E 屈服强度fy 抗拉强度fu
伸长率d
建筑钢材取屈服强度fy 为静力强度标准值。
E为常量，低碳钢有明显屈服点，对无明显屈服阶段 的钢材，以 f0.为2 名义（条件）屈服点。 fy作为破坏标志， fu/fy为强度储备，
图 3-4 冲击试验示意
试件
图 3-5 冲击试验
<8>
GB50017-2003规定: (1)对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击
韧性的合格保证。对结构工作温度不高于0℃ 但高于-20℃ 时 ，Q235钢和Q345钢应具有0℃ 冲击韧性的合格保证；对 Q390钢和Q420钢应具有 -20℃冲击韧性的合格保证。当结构 工作温度不高于-20℃时，对Q235钢和Q345钢应具有-20℃冲 击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有 -40℃冲击韧 性的合格保证。
d表示塑性变形能力。
<5>
钢材设计强度的取用：
极限状态法设计强度：
f fy / R ， R 为材料分项系数
容许应力法中，容许应力
[ ] f y / K ，
K 为安全系数
理想弹塑性体的曲线
<6>
2．冷弯性能：指钢材在常温下弯曲加工产生塑性变形时 对产生裂纹的抵抗能力。是衡量钢材质量和塑性的综合 指标。 冷弯试验—冷弯角a
S热脆； P冷脆； O类似S; N类似P； H氢脆。 2．金属缺陷：
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(a) (b) (c)
(d)
(e) (f) (g)
2.1.2.3 确定桁架形式的原则 （1）满足使用要求 （2）受力合理 （3）制造简单及运输与安装方便 （4）综合技术经济效益好
2.1.3 屋 架 支 撑
2.1.3.1 屋盖支撑的作用
（1）保证屋盖结构的几何稳定性 （2）保证屋盖的刚度和空间稳定体 （3）为弦杆提供适当的侧向支承点 （4）承担并传递水平荷载 （5）保证结构安装时的稳定与方便
（4）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≤24m时，仅在跨度中央设置一道（2-18a、 b），当屋架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（2-18c、d）。梯形屋架不分跨度大小，其两端 还应各设置一道（图2-17、2-18），当有托架时则由托架代 替。垂直支撑本身是一个平行弦桁架，根据尺寸的不同，一 般设计成图2-18（e、f）及（g）的形式。
2.1.3.3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则 屋架支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截 面常按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性系杆按拉 杆设计，可用单角钢；非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及 刚性系杆按压杆设计，可用双角钢，但刚性系杆通常 将双角钢组成十字形截面，以便两个方向的刚度接近。
横向水平支撑计算简图
2.1.2 桁架外形及腹杆形式
2.1.2.1 桁架的应用
桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。 桁架主要承受横向荷载，在荷载作用下桁架整体受弯， 有些情况下还同时受拉和受压；但桁架中的杆件大部 分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分 布，因而容易发挥材料的作用。桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。
(1) 柱网布置首先要满足生产工艺流程的要求，包括 预期的扩建和工艺设备更新的需求。这些要求往往涉 及到设备基础，地下管沟等与柱基础的协调布置。
(2) 柱网布置必须满足结构上的要求，在保证厂房具 有必需的刚度和强度的同时，注意柱距和跨度的类别 尽量少些，以利施工。
柱距的大小，直接影响着布置在柱距间的构件（如檩 条，吊车梁等）的截面大小。加大柱距一般可以减少 处理地基的费用和基础的造价，但将使布置在柱距间 的构件的材料增加。因此，合理的柱网布置应使总的 经济效最佳。
下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑设在同一柱间， 以形成空间稳定体。在组成空间桁架结构的相邻两榀 屋架的上弦和下弦平面内沿跨度全长设置。
横向水平支撑桁架的节间划分应与屋架节间相配合， 一般为4.5m～6.0m，个别可小至3.0m。因其杆件较长 而受力较小，通常采用交叉斜腹杆体系：交叉斜腹杆 常采用单角钢柔性杆，横腹杆采用双角钢组成的十字 形截面刚性杆。
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，这种用 于屋盖承重结构的梁式的桁架叫屋架。
2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式
桁架的外形直接受到它的 用途的影响。屋架外形一 般分为三角形(图a、b、c)、 梯形(图d、e)及平行弦三 种。桁架的腹杆形式常用 的有人字式(图b、d、f)、 芬克式(图a)、豪式(也叫 单 向 斜 杆 式 ， 图 c) 、 再 分 式(图e)及交叉式(图g)。 其中前四种为单系腹杆， 第五种即交叉腹杆为复系 腹杆。
屋盖支撑作用示意图
a-上弦横向水平支撑 b-下弦横向水平支撑
c-垂直支撑
d-檩条或大型屋面板
2.1.3.2 屋盖支撑的布置
（1）上弦横向水平支撑： 一般在房屋或每个温度区 段的两端各设置一道，区段较长时还应在中间增设一 道或几道使其净距不超过60m。从受力考虑,端部横向 支撑最好设在端部第一开间，这样房屋端部抗风柱顶 荷载传给横向水平支撑更为直接；但当区段较长中间 也设横向支撑、且端部第一开间比其它开间缩进0.5m 时，常将端部横向支撑移到端部第二开间。
刚架承受的永久荷载包括：屋面恒载、屋架、檩条、 墙梁及刚架自重、围护结构自重等。它们一般换算为 计算单元上的均布面荷载考虑。
实腹式檩条的自重标准值选用均布荷载0.05～0.1kN/m2。
墙架结构自重标准值选用均布荷载0.25～0.42kN/m2， 檐高较大时相应取大者。
屋面活荷载不和屋面雪荷载同时考虑，因此只需在屋 面活荷载与雪荷载的标准值中取较大者计算。
柱网布置
国家规范要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时， 一般应按表2-2 在平面布置中设置温度收缩缝，以避 免结构中衍生过大的温度应力。超出表中数值时，应 考虑温度应力和温度变形影响。双柱温度收缩缝或单 柱温度收缩缝原则上皆可采用，在地震域区宜布置双 柱收缩缝。
将柱距局部加大—拔柱。
通常在拔柱处设置一构件，如图中T1，上承屋架（其 他屋面结构），下传柱子，该构件为实腹式时称为托 梁，桁架式时称为托架。托梁和托架一般作成简支受 弯构件。
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。每列柱顶均 要布置刚性系杆。
下层柱间支撑的形式：
单层十字形 人字形
K形
Y形
单斜杆形
门形
门形
L形
下层柱间支撑的形式：
刚架形
双层十字形
柱间支撑的截面及连接均要由计算决定。
上层柱间支撑的形式：
十字形
人字形
K形
八字形
V形
（3）纵向水平支撑
一般房屋的屋盖结构不设纵向水平支撑。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（三角形屋架可在下弦或上弦）端节 间处设置纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向水平 支撑形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并能提 高房屋纵、横向的刚度。
天窗架的垂直支撑，一般在两侧设置(图2-19a)，当天窗的宽 度大于12m时还应在中央设置一道(图2-19b)。两侧的垂直支 撑桁架，考虑到通风与采光的关系常采用图2-19(c)及(d)的 形式，而中央处仍采取与屋架中相同的形式（图2-19e）。
沿房屋的纵向 ，屋架的垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布 置在同一柱间（图2-16、图2-17）。
吊车按照使用的繁重程度分为八个工作级别，称为 A1～A8（或以轻、中、重和特重四个工作制等级来划
单层厂房构造简图 1-柱；2-屋架；3-吊车梁；4-天窗架；5-柱间支撑
2.1.1.1 柱网布置和计算单元
厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多 因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。
当支撑桁架受力较大，如横向水平支撑传递较大的山 墙风荷载时，支撑杆件除满足允许长细比的要求外， 尚应按桁架体系计算内力，并据以选择截面。 交叉斜腹杆的支撑桁架是超静定体系，但因受力比较 小，一般常用简化方法进行分析。例如，当斜杆都按 拉杆设计时认为图中用虚线表示的一组斜杆因受压屈 曲而退出工作，此时桁架按单斜杆体系分析。当荷载 反向时，则认为另一组斜杆退出工作。
横向水平支 撑计算简图
2.2 计 算 原 理
结构内力计算—将单层房屋结构简化为平面刚架。
2.2.1 荷载计算
在刚架的平面分析中，认为一个刚架仅承担一个计算 单元内的各种荷载。这些荷载包括永久荷载、可变荷 载及偶然荷载。它们原则上依据《建筑结构荷载规范》 （GB50009）进行计算。
可变荷载包括：屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风 荷载及吊车荷载。
（a）
（b）
吊车起重量不超过50t的中列柱可选取（c）类截面， 否则需做成（d）类截面；
截面类型（e）适合于吊车起重量较大的边列柱；
特大型厂房的下柱截面可做成（f）类截面。
(c)
(d)
(e)
(f)
2.1.1.3 柱间支撑
作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震 力等均要求厂房具有足够的纵向刚度。这在结构上是通过合理 的柱间支撑和屋盖支撑的设置来实现的。
(a)
(e) (c)
(f)
(b)
(g)
(d) 屋架的垂直支撑
(ห้องสมุดไป่ตู้) (a)
(d) (b)
(e)
天窗架的垂直支撑
（5） 系杆
没有参与组成空间稳定体的屋架，其上下弦的侧向支撑点 由系杆来充当，系杆的另一端最终连接于垂直支撑或上下弦横 向水平支撑的节点上。能承受拉力也能承受压力的系杆，叫刚 性系杆；只能承受拉力的系杆，叫柔性系杆。
一般地，在跨度≥30m、高度≥14m、吊车额定起重量 ≥50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m 柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取大柱距 15m、18m 及24m较为适宜。位于软弱地基上的重型厂 房，应采用较大柱距。在一些工业部门，为了满足工 艺要求，厂房亦可呈多跨形式（如图2-2所示）。
从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱一般采用阶梯形 柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采用实腹 式，亦可采用格构式。
格构式柱
分离式承重柱的吊车肢和屋盖肢分别单独承担吊车荷 载和屋盖（包括围护结构）荷载。
双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见型式。 阶形柱的上柱截面通常取实腹式等截面焊接工字形或 类型（a）； 下柱截面类型要依吊车起重量的大小确定； 类型（b）常见于吊车起重量较小的边列柱截面；
每列柱都必须设置柱间支撑，多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜 与其边列柱的柱间支撑布置在同一柱间。
通常将吊车梁上部的柱间支撑称为上层柱间支撑，吊车梁下部 的柱间支撑称为下层柱间支撑。
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。当温度区段长度大于150 m 或 抗震设防烈度为8度Ⅲ、Ⅳ 类场地和 9度时，应当增 设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不 应超过72m。
（2）下弦横向水平支撑： 一般情况下应该设置下弦 横向水平支撑。只是当跨度比较小（L≤18m）且没有 悬挂式吊车，或虽然有悬挂式吊车但起重吨位不大， 厂房内也没有较大的振动设备时，可不设下弦横向水 平支撑。