第1章 普通钢屋架1

无檩体系
组成：
屋架、天窗架、支撑（水平和垂直支撑）、大型屋面板
传力路线：
屋面荷载
大型屋面板
屋架（或天窗架） 优点：
屋盖横向刚度大，整体wenku.baidu.com好， 构造简单，耐久。
缺点： 屋面自重较大，抗震不利。
有檩体系 组成： 轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架
传力路线： 屋面荷载
屋面板
檩条
屋架
优点： 构件自重轻，用料省，运输 安装轻便。
在高低跨处两倍于屋面高差但不大于
4）风荷载：
wk z s z wo
式中：
(1 3)
wo—基本风压，见荷载规范； βz—高度z处的风振系数，钢屋架取1.0； μz—风压高度变化系数，和地面粗糙程度和高度有关，钢屋架以 屋架高度中点离地面的高度来查取； μs—风荷载体型系数，和房屋体型、风向有关。
一、屋架形式
三 角 形 屋 架 梯 形 屋 架 平 行 弦 屋 架
人字式腹杆 再分式腹杆
芬克式腹杆
人字式腹杆
单向斜杆式腹杆
人字式腹杆
交叉式腹杆
确定桁架形式的原则
①满足使用要求： 满足排水坡度、建筑净空、天窗、天棚及悬挂吊车的要求。 外形与排水要求（防水做法）相适应；

三角形屋架：
适合瓦楞铁、石棉瓦、短尺压型钢板和夹芯板屋面（有 檩体系） i=1/3～1/2 ， l=15～24m
图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架 时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受 压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。
如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上 弦将屈曲成多个“半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦 即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面 “扶持”，将不能发挥它的承重作用。
形成封闭体系，增加屋盖纵 向刚度；承受和传递吊车横向 水平制动力。
①有重级工作制或大吨位吊车或锻 锤等振动设备时设； ②屋架下弦有纵向或横向吊车轨 道时设； ③有托架时设；
上弦平面
④屋架跨度或房屋高度较高时；
⑤设在下弦端节间，与下弦横向 水平支撑构成封闭支撑系统；
⑥三角形屋架或某些特殊情况，纵 向水平支撑也可设于上弦平面。
天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗等三种，一般 常采用纵向天窗。
三、托架形式
当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。
三、托架形式
当厂房由于工艺要求抽柱时，设置托架来承担屋架。
§1.2 屋盖支撑
(Bracing Systems of Steel Roof Truss)
一、支撑的形式
横向水平支撑:布臵在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿 屋架方向布臵的支撑。 纵向水平支撑:布臵在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布臵 的支撑。 垂直支撑:布臵在屋架间及天窗间，是竖向布臵的支撑。 系杆:布臵在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。
梯形屋架：
适合压型钢板（有檩）和大型钢筋混凝土屋面板（无檩）屋面 i=1/20～1/8， l=15～36m
②受力合理
弦杆：屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯矩图接近, 弦杆内力均匀，不受弯。
腹杆：应使长杆受拉,短杆受压，腹杆角度适中（30～ 60）、腹杆数量宜少，腹杆总长度也应较小。
减少受压上弦节间尺 寸，避 免节间的附加弯 矩也减少了上 弦杆在屋 架平面内的长比 。
下弦平面
4、 垂直支撑
使相邻两屋架形成几何不变空间体系，维持屋架端部及中间 截面的竖向稳定。 ①设在有上弦横向支撑的柱间； ②对梯形屋架，至少设三道，跨度大于30米或有天窗时增设； ③对三角形屋架，跨度≤18m时中间设一道，超过18m设两道
梯形屋架，当l＞30m 时在两端以及跨度 l／3处 或天窗架侧柱处共设四道。
(Steel Roof Truss)
1.1 1.2 1.3
屋架结构的形式及主要尺寸 屋盖支撑 钢屋架设计
普通单层厂房
屋架竖向支撑
屋架 托架
横向平面框架 制动桁架 吊车梁
柱间支撑
框架柱
屋盖结构体系
钢屋架—大型屋面板结构体系
钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系
无檩体系——适用于大型屋面板
有檩体系——适用于轻型屋面板
为什么需要设置屋盖支撑？
平面屋架在其本身平面内．由于弦杆与腹杆构成了三 角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于 屋架平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋
架却不能保持其几何不变。
屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑 桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可 变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁 架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。
缺点：
构件较多，构造较复杂，吊 装次数较多。
屋盖结构设计的内容：
屋盖结构布臵；
屋架形式的选择；
支撑布臵； 屋盖荷载计算； 屋架各杆内力计算；
屋架杆件截面选择；
檩条、拉条和撑杆的计算；
节点设计以及绘制施工图。
§1.1 屋架结构的形式及主要尺寸设计
(Form and Chief Size of Steel Roof Truss)
屋盖支撑系统做法是：
屋盖两端的两榀相邻平面屋架对应的上弦杆间、下弦杆间、端部 竖杆(或斜杆)间、以及跨中某些竖杆(或斜杆）间，用水平、垂直和 倾斜方向的支撑杆件互相联系；
这样，在垂直于两相相邻屋架的侧向形成许多水平和垂直支撑桁 架(即图中的上、下弦横向水平支撑和端部、跨中垂直支撑)，并与 两榀相邻屋架共同组成坚强的空间桁架结构体系。
屋盖支撑的设计原则 拉杆—单角钢（交叉斜杆和柔性系杆） 压杆—双角钢（非交叉斜杆、弦杆、刚性系杆）
一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细 比来选 。
柔性系杆的设计可按[λ]＝350，400控制， 刚性系杆的设计可按[λ]=200控制
屋盖支撑的构造
上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、 下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。
2、 下弦横向水平支撑
抵抗端墙传来风载； 增加屋盖横向刚度；减小 屋架下弦计算长度
①当屋架跨度≥18m； ②有桥式吊车、屋架下弦 有悬挂吊车、抗风柱支撑在 屋架下弦时； ③采用下弦弯折的屋架以 及山墙抗风柱支承于屋架下 弦时。 ④与上弦横向水平支撑同 开间设臵。
上弦平面
下弦平面
3、 纵向水平支撑
计算跨度是屋架两端支座反力的距离。
封闭结合： Lo = L-(300~400mm) 非封闭结合： Lo = L
高度
应按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度 等因素来确定。
三角形屋架: 当上弦坡度为1/3~1/2时，跨中高度h=(1/6~1/4)l 梯形屋架: 当 上 弦 坡 度 为 1/8~1/12 时 ， 跨 中 高 度 一 般 为 h=(1/10~1/6)l 。 梯形桁架的端部高度：当桁架与柱刚接时，一般 为=(1/16~1/10)l，通常取2.0~2.5m，铰接时为 1.5~2.0m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小 值。 最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。
设臵原则：
①垂直支撑平面内 ，一般设置上、下系杆； ②在屋架支座节点处和上弦屋脊节点处应设置通常刚性系杆，支 座节点处如有钢筋混凝土圈梁，此处刚性系杆可不考虑； ③当横向支撑做在端部第二开间时，端部开间的所有系杆应按刚 性系杆设计 ； ④天窗侧柱处，下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆。
屋盖支撑的布臵
主要用于可能 从不同方向受力 的支撑体系。
单向斜杆式
斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理
斜腹杆受压 竖腹杆受拉 不合理
③满足施工要求——便于制作和安装
杆件数量少，节点少，规格少杆件，尺寸划一及节 点构造形式划一。 平行弦桁架最容易符合上述要求。
④综合技术经济效果好
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化
二、天窗架形式
一、钢屋架设计内容及步骤 1、 屋架的选型：外形、腹杆体系、主要尺寸
2、荷载计算：永久荷载、活荷载
3、内力计算 4、内力组合 5、屋架的杆件设计 6、节点设计
7、绘制屋架施工图并编制材料表
二、 屋架主要尺寸的确定
跨度
跨度 高度（跨中、端部） 节间宽度
柱网轴线间距为屋架的标志跨度(18m、21m、24m、27m、 30m、36m )，一般以3M为模数。
三、支撑的布置 1、 上弦横向水平支撑
支撑根据：
房屋跨度 高度
柱网布置
屋盖结构形式
抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度； 荷载作用情况进行布置 减小屋架上弦计算长度。 ①各种屋盖，包括天窗架都要设置 ②布置在房屋或纵向温度缝区两端第一或第二柱间 ③横向间距不超过60米，大于60m时应在区段中间增加上弦横向水 平支撑。
3）积灰荷载：
屋面积灰荷载同时考虑
①设计生产中有大量排灰的厂房及其临近建筑时，对于具有 一定除尘设施和保证清灰制度的机械、冶金、水泥等厂的厂 房屋面，按《荷载规范》采用。
②对于屋面上易形成灰堆处,当设计屋面板、檩条时，积灰荷 载标准值可乘增大系数：
6m的分布宽度,取2.0; 在天沟处不大于3m的分布宽度内，取1.4。
永久荷载： •屋面构造（屋面板、保温、防 水、檩条等） •屋架及支撑 •天窗及吊顶的自重 可变荷载： •使用活荷 （悬挂吊车、屋面
活 荷、积灰等）
•风荷载 •雪荷载 ①荷载都作用在节点上； ②杆件等截面； ③各杆件轴线均为直线，相 交于节点的中心； ④各节点均为理想的铰接。
•屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等） 1） 永久荷载： •屋架及支撑
l l /3 /3 l /3
5、 系杆
保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定，充当屋架上 下弦的侧向支撑点。分为刚性系杆和柔性系杆
①上弦平面内，大型屋面板可为系杆（焊牢），因此一般在屋脊及 两端设系杆。有檩屋盖中，檩条可以代替上弦系杆，但必须满足系 杆要求。 ； ②下弦平面内，在跨中或跨中附近设置设置一道或两道系杆。
a. 上弦支撑
b . 下弦支撑
刚性系杆
柔性系杆 支撑连接板
作业：
某单跨厂房，跨度36m，长180m，柱距6m，厂房内设有一台 起重量为50t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为石棉瓦，屋面 坡度为1/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。
36000
§1.3 钢屋架设计
(Design of Steel Roof Truss)
•天窗及吊顶的自重、悬挂管道等 • 屋架及支撑：按经验公式
g=0.12+0.011l
l—屋架的跨度(m)
(1-1)
2）屋面均布活荷载或雪荷载：
屋面均布活荷载，与雪荷载不同时考虑，而取其中的 较大者。
屋面均布活荷载：
屋面水平投影面上的雪荷载标准值S按下式：
sk r so
(1 2)
式中： so—基本雪压，见荷载规范； μr—屋面积雪分布系数，见荷载规范,一般在屋面坡度≤25˚时取 1，≥50˚时取0,中间按直线插值；
(a)上弦横向水平支撑布置
(b)下弦横向与纵向水平支撑布置
(c)天窗架上弦横向水平支撑 (d)屋架支座与跨中垂直支撑
(e)天窗架侧竖杆垂直支撑
四、屋盖支撑的计算和构造
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。
弦杆：相邻屋架弦杆兼作
横向支撑桁架的弦杆
支撑 桁架 腹杆
斜腹杆：支撑 竖腹杆：竖杆
其它的屋架则用较少数量的上、下弦系杆与上述空间桁 架架结构体系相连，使整个屋盖成为具有足够空间几何不变 性、稳定性和刚度的屋盖结构体系。
二、支撑的作用
1）保证钢屋盖的空间稳定性；
2）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定（避免压杆的侧 向失稳），防治拉杆产生过大的振动；
3）承受并传递屋架的纵向水平力（风荷载、悬挂吊车纵向 制动力、地震荷载等 4）保证结构安装时的稳定与方便
风荷载一般可不考虑 对轻型屋面、开敞 式房屋或风荷载标准值 大时，应根据房屋体形、 坡度情况及封闭状况等， 按荷载规范的规定计算 风荷载的作用。
2、屋架节点荷载与局部弯矩
1）仅有节点荷载时：
a a
a
a
a
a
a a
P qsa
(1 4 )
2）有节间荷载时：
①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。
P qbs/ 2
(1 5 )
节间宽度 屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面 荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。
若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度， 一般取1.5m或3m；
当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m～3.0m。
三、 屋架荷载计算与组合
1、屋架分布荷载 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001