(房屋钢结构设计课件)第二章—3钢屋架设计

项次 截面组合式
1 不等边角钢 短肢相连
2 不等边角钢 长肢相连
3 二等边角钢 相连
4 二等边角钢 组成十字截 面
5
单角钢
截面形式
回转半径
用途
用于 较大的上、 下弦杆
端斜杆、端竖杆、受 较大弯矩作用的弦杆
其余腹杆和下弦杆
与垂直支撑相连的屋 架竖杆
受力较小的腹杆
T型钢-屋架弦杆 优点：耐腐蚀，经济性好（节省钢材12%～15%)。
2.3.4.2 桁架杆件截面选择
拉杆：强度，刚度 max max x y
压杆：强度，稳定，刚度。
压弯构件：强度，稳定，刚度。 双角钢压杆和轴对称放置的单角钢压杆绕对称轴失稳
时的换算长细比可以用简化公式（2-6a～2-9b)计 算。
2.3.5 桁架节点设计
➢任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计 算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 ➢注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与 传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角 钢在两弦杆间直接传力。
•上弦杆
l0 y l1 （两块屋面板的宽度）
有檩: 檩条与支撑点交叉不连接时： loy l1
檩条与支撑点交叉连接时： loy l1 / 2
• 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，
l0 y பைடு நூலகம்l
腹杆在斜平面内的计算长度
杆件的容许长细比
规范中对拉杆和压杆都规定了容许长细比。
2.3.3杆件截面型式
杆件截面选取的原则：
承载能力高，抗弯强度大， 便于连接，用料经济通常 选用角钢和T型钢
截面伸展 壁厚较薄 外表平整
等强设计： 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。
x y (yz )
单轴对称截面绕对称轴屈曲时考 yz 虑扭转效应的换算长细比。
➢ 5.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。
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。
2.3.2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。
2.3.5.1双角钢截面杆件的节点
➢ 1.节点设计的一般原则
（1）各杆件的形心线应尽量与 屋架的几何轴线重合，并交于节 点中心，以避免由于偏心而产生 节点附加弯矩。
(2）弦杆截面沿跨度变化时，为便于拼接和放置屋 面构件，一般使两侧弦杆角钢的肢背齐平。屋架轴 线取在两截面重心线的中间，偏心不超过较大弦杆 截面高度的5％
单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件， 受力后有可能斜向失稳，由于两端节点有一定的嵌 固作用，故斜平面计算长度略作折减(支座斜杆和 支座竖杆除外）
l0 y 0.9l
2.3.2.2 变内力压杆的计算长度
平面内计算长度:
l0x d
平面外计算长度： l0 y l1(0.75 0.25 N2 N1)
2.3 钢屋架设计
❖桁架的内力计算 ❖桁架杆件的计算长度 ❖杆件截面型式 ❖一般构造要求与截面选择 ❖桁架的节点设计 ❖桁架施工图
2.3.1 桁架内力计算
➢1 基本假定 • 屋架的节点为铰接。
• 所有杆件的轴线平直且都在同一平面内汇交于节点的中心。 • 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。
➢2内力组合
P 2EI cr1
(a)
L2
P 2EI
(b) cr 2
( 0.5 L ) 2
(c)
P 2EI cr 3 ( L)2
杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷 载越高 。
2.3.2.1受压弦杆和单系腹杆的计算长度
➢ 1. 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，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。
3. 节点板的厚度
屋架杆件一般采用节点板相互连接，各杆通过 焊缝连接汇交于节点板的中心而达到内力平衡。
节点板内应力大小与所连构件内力大小有关， 按《规范》7.5节中有关规定计算其强度和稳定， 书中P76给出了按照构件内力大小确定节点板的 厚度
同一榀屋架中，所有中 间节点板均采用同一厚度。
支座节点板由于受力大且很重要， 厚度比中间的增大2mm
➢ 2. 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：本身线刚度大，但 两端节点嵌固程度较低，视为两端铰接杆件。
l0x l ➢中间腹杆：两端或一端嵌固程度较大，视为弹性嵌固。
l0x 0.8l
屋架杆件的计算长度
桁架平面外计算长度 loy
无檩: 能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:
2.3.4 一般构造要求与截面选择
屋架构造的一般要求 ➢ 1.同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种
最小角钢 L45X4 L56X36X4,L<18m 的小角钢屋 架不受此限。
➢ 2.屋架杆件中的填板。 作用：保证两角钢共同工作。
间距：压杆 lz 40i 拉杆 lz 80i
数量：不小于2个。
① 全跨恒载+全跨活载：即全跨永久荷载+全跨屋面活载 或雪荷载（取较大值）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。
② 全跨恒载+半跨活载：即全跨永久荷载+半跨屋面活载 （或半跨雪荷载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载。
③ 采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能 的半跨荷载：即屋架、支撑和天窗自重+半跨屋面板自重+ 半跨屋面活荷载。
l1 2d
考虑受力较小的杆件对受力大的杆件的“援助”作用。
杆件的计算长度和允许长细比
项 次 弯曲方向
1 在桁架平面内
2 在桁架平面外
3
斜平面
弦杆
l l1 －
腹杆
支座斜杆和支座 竖杆
其他腹杆
l
0.8 l
l
l
l
0.9 l
l — 构件的几何长度（节点中心间距离）； l1— 桁架弦杆侧向支承点间的距离；
角钢杆件截面形式
受压弦杆：
l0 y 2l0x
x y
x
l0 x ix
y
l0 y iy
iy 2ix
有节间荷载时
受拉弦杆：
l0 y l0 x
支座斜腹杆及竖杆：
l0 y l0x
x y
ix iy
其他腹杆：
l0x 0.8l0 y
x y
ix 0.8iy
连接垂直支撑的竖杆：
垂直支撑传力时竖 杆不致产生偏心， 方便吊装。