钢结构基础第九章 桁架及屋盖
合集下载
钢屋架设计：桁架与屋盖
2019年10月27日
浙江大学钢结构研究室
49
桁架交叉腹杆所在平面外计算长度
在桁架交叉腹杆所在平面外，当两交叉杆的长度相等时，其计算长度按下列规定采用：
2019年10月27日
浙江大学钢结构研究室
50
斜平面计算长度
单角钢截面和双角钢十字截面的腹杆，斜平面 计算长度系数可取0.9
对支座竖杆则取1.0。 当确定交叉腹杆中单角钢杆件，斜平面内计算
布置位置：纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大 或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备 （如锻压车间）因而对房屋的整体刚度要求较高 时始设置之。对梯形屋架，纵向支撑常设在屋架 的下弦平面，而对三角形屋架则常设在上弦平面， 与横向支撑构成环路。
2019年10月27日
浙江大学钢结构研究室
28
2019年10月27日
支撑系统作用
保证桁架结构的空间几何稳定性，及几何形 状不变
保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点 承受并传递水平荷载 保证结构安装的稳定和方便 防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动
2019年10月27日
浙江大学钢结构研究室
25
横向支撑——布置在屋架上下弦和天窗 架上弦平面
屋架（包括平行弦屋架）
支座
181 301 501 701 951 1201 1551
斜杆的最大内力设计值（ <180 ~ ~ ~ ~ ~
浙江大学钢结构研究室
14
1.3 屋架
1，平面桁架的外形及主要尺寸 2，平面桁架的腹杆体系
平面桁架的外形
三角形、梯形、平行弦、人字行、多边形
2019年10月27日
浙江大学钢结构研究室
屋盖结构体系
屋盖结构体系Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】第九章单层厂房钢结构§9-4屋盖结构体系9.4.1钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等构件组成。
根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可屋盖结构体系和有檩屋盖结构体系。
一、无檩屋盖结构体系无檩屋盖结构体系(图9.1.1,a)中屋面板通常采用钢筋混凝土大型屋面板、钢筋加气混凝土板等。
屋架的间距应的长度配合一致，通常为6m。
这种屋面板上一般采用卷材防水屋面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8~此常采用梯形屋架做为主要承重构件。
？无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好；但屋大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面，对抗震也不利。
二、有檩屋盖结构体系有檩屋盖结构体系（图）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。
屋架为6m；当柱距大于或等于12m时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面坡度以便排水，常用坡度为1因此常采用三角形屋架做为主要承重构件。
当采用较好的防水措施用压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或时也可用H型钢梁做为主要承重构件。
有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便的种类和数量多，构造较复杂。
在选用屋盖结构体系时，应全面考虑房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及输条件等，以确定最佳方案。
三、天窗架形式四、托架形式当钢屋盖以平面桁架作为主要承重构件时，各个平面桁架（屋架）要用各种支撑及纵向杆件（系杆）连成一个空变的整体结构，才能承受荷载。
这些支撑及系杆统称为屋盖支撑。
它由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦支撑、垂直支撑及系杆组成（图9.4.3）。
下面分别介绍各类支撑及系杆的位置、组成、形式及计算和构造。
钢桁架及屋盖结构PPT课件
18
第18页/共32页
2
1
1
3
4
屋盖支撑作用示意图
1—屋架；2—檩条；3—横向支撑；4—纵向支撑
19
第19页/共32页
屋盖支撑的类型和布置
屋盖支撑的主要作用是：承受屋盖在安装和使用过程中
可出现的纵向水平力，如山墙的水平风力、悬挂吊车
的纵向水平制Leabharlann 力、安装时可能产生的垂直于屋架平面的水平力，以及纵向地震作用等；作为屋架弦杆的
16
第16页/共32页
2. 节点的构造和计算
节点设计首先应按各杆件的截面形式确定节点的构造形
式，根据腹板内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长
度，然后按所需的焊缝长度和杆件之间的空隙，适当
考虑制造装配误差，确定节点板的合理形状和尺寸，
最后验算弦杆和节点板的连接焊缝。桁架杆件与节点
板间的连接，通常采用角焊缝连接形式，对角钢杆件
支撑确定，一般取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与
系杆间 l0y l 的距离。弦杆对腹板在屋架平面外的约束作用
7
第7页/共32页
(3) 在斜平面内的计算长度。单面连接的单角钢腹杆及双角钢组成的十字形截面腹
杆，因截面的两主轴均不在屋架平面内，故当杆件绕最小主轴失稳时，将发生
在斜平面内，情形介于屋架平面内和屋架平面外两者之间，杆件两端的节点具
屋盖垂直支撑也视为一平行弦桁架，可采用交叉腹杆或V形、W形腹杆。
23
第23页/共32页
檩条、拉条和撑杆
檩条应与屋架上的檩托可靠连接，檩托是由焊接在屋架上的短角钢制成，檩条与 檩托一般用普通螺栓连接，槽钢檩条的槽口宜朝向屋脊以利于安装；角钢和S形 薄壁型钢檩条的肢尖均应朝向屋脊。
第18页/共32页
2
1
1
3
4
屋盖支撑作用示意图
1—屋架；2—檩条；3—横向支撑；4—纵向支撑
19
第19页/共32页
屋盖支撑的类型和布置
屋盖支撑的主要作用是：承受屋盖在安装和使用过程中
可出现的纵向水平力，如山墙的水平风力、悬挂吊车
的纵向水平制Leabharlann 力、安装时可能产生的垂直于屋架平面的水平力，以及纵向地震作用等；作为屋架弦杆的
16
第16页/共32页
2. 节点的构造和计算
节点设计首先应按各杆件的截面形式确定节点的构造形
式，根据腹板内力确定连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长
度，然后按所需的焊缝长度和杆件之间的空隙，适当
考虑制造装配误差，确定节点板的合理形状和尺寸，
最后验算弦杆和节点板的连接焊缝。桁架杆件与节点
板间的连接，通常采用角焊缝连接形式，对角钢杆件
支撑确定，一般取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与
系杆间 l0y l 的距离。弦杆对腹板在屋架平面外的约束作用
7
第7页/共32页
(3) 在斜平面内的计算长度。单面连接的单角钢腹杆及双角钢组成的十字形截面腹
杆，因截面的两主轴均不在屋架平面内，故当杆件绕最小主轴失稳时，将发生
在斜平面内，情形介于屋架平面内和屋架平面外两者之间，杆件两端的节点具
屋盖垂直支撑也视为一平行弦桁架，可采用交叉腹杆或V形、W形腹杆。
23
第23页/共32页
檩条、拉条和撑杆
檩条应与屋架上的檩托可靠连接，檩托是由焊接在屋架上的短角钢制成，檩条与 檩托一般用普通螺栓连接，槽钢檩条的槽口宜朝向屋脊以利于安装；角钢和S形 薄壁型钢檩条的肢尖均应朝向屋脊。
第九章钢桁架与屋盖结构
9.2.2 节点荷载计算
1．屋架上的荷载 作用于屋架上的荷载可有： (1)永久荷载，包括屋面材料、檩条、屋架、天窗架、支 撑以及天棚等结构自重。 屋架和支撑自重可按下列经验公式估算 gk l （9-1） 式中 g k —屋架和支排的自重，kN／m2，按水平投影 面积计算； —系数，当屋面荷载 F 1 K N / m 时， 2 0 .0 1 ； 时 F 1 ~ 2 .5 K N / m ， 0 .0 1 2 ；当 F k 2 .5 K N / m 时， 0 .1 2 / l 0 .0 1 1 ； l —屋架的跨度，m。 当屋架仅作用有上弦节点荷载时，将全部合并为上弦节 点荷载；当屋架尚有下弦荷载时，按上、下弦平均分配。
0 0
0
0
图9-5 上弦杆局部弯矩计算简图
注： 设计钢屋架时，应尽量避免节间荷载布置， 以免因节间荷载作用产生的弯矩而引起截 面增大。 在计算其他各杆内力时，应将节间荷载化 为两个集中荷载作用于两相邻节点上可按 简支梁支座反力分配或按节点所属荷载范 围划分的方法取值。然后，按铰接桁架计 算各杆轴心力。
0 y
0 y 1
0 y
当受压弦杆侧向支承点之间的距离 l 1 为节间长度 的两倍，且两节间弦杆的内力 F 和 F 不等时， 设 F F ，若取 F 值计算弦杆在屋架平面外的稳 l1 定性，宜将计算长度 适当减小，可取为： l 0 l1 0 .7 5 0 .2 5 F 2 / F1 （9-3） 当 l 0 .5 l 时 ，取 l 0 .5 l 。式中 F 1为较大的压力， F F 取正号； 为较小的压力，取正号， 为拉力时， 取负号。
图9-4 节点荷载汇集简图
屋面均布活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载等可变 荷载，应按全跨和半跨均匀分布两种情况考虑， 因为荷载作用于半跨时对桁架的中间斜腹杆的内 力可能产生不利影响。 桁架内力应根据使用和施工过程中可能遇到的同 时作用的最不利荷载组合情况进行计算。最不利 荷载组合一般考虑下列三种情况： (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、支撑和天窗自重+半跨屋面板重+半 跨屋面活荷载。
第九章 大跨度建筑结构
• 屋面防水需要
• 使用环境需要 • 屋架结构的跨度
4.桁架结构的布置 •桁架跨度：3m为模数
•桁架间距：6m、7.5m、9m、12m
三. 拱结构
拱结构
1. 受力特点和水平推力的处理方式
杆件为压弯构件，产生水平推力 H=M/f
• 拱轴形式的选择： • 合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩 • 均布荷载：二次抛物线
辐射形布置： 内环受拉、外环受压
网状布置：
双层悬索体系
特点：
稳定性好，整体刚度大，反向曲率的索系可以承
受不同方向的 荷载作用。 适宜采用轻屋面，如铁皮、铝板、石棉板等屋面 材料和轻质高效的保温材料，以减轻屋盖自重、 节约材料、降低造价。
分类：单曲面、双曲面、 1．单曲面双层拉索体系
常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
短向跨度L=30~60m时，取（1/12~1/16）L 短向跨度L>60m时，
取（1/14~1/20）L
腹杆布置
交叉桁架体系：腹杆倾角40~55度 角锥网架：腹杆倾角60度 大跨度网架：再分式腹杆
4. 平板网架的支承方式
周边支承于柱 每个结点都设置柱 周边不设置边桁架 用钢量省
适用范围：大跨 度和中等跨度
横隔：6 ～ 12m
球壳
f < 1/5 L1
L2/L1 < 2
t ～1/600R 且 > 40mm
五. 折板结构
巴黎，联合国教科文组织会议厅（1953～1958）
六. 网架结构
1. 网架结构的特点、优点与适用范围
• 特点：平面桁架相互交叉结合而成 • 优点： • 多向受力的空间结构，跨度大 • 刚度大，稳定性好
气压式薄膜
气承式
• 使用环境需要 • 屋架结构的跨度
4.桁架结构的布置 •桁架跨度：3m为模数
•桁架间距：6m、7.5m、9m、12m
三. 拱结构
拱结构
1. 受力特点和水平推力的处理方式
杆件为压弯构件，产生水平推力 H=M/f
• 拱轴形式的选择： • 合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩 • 均布荷载：二次抛物线
辐射形布置： 内环受拉、外环受压
网状布置：
双层悬索体系
特点：
稳定性好，整体刚度大，反向曲率的索系可以承
受不同方向的 荷载作用。 适宜采用轻屋面，如铁皮、铝板、石棉板等屋面 材料和轻质高效的保温材料，以减轻屋盖自重、 节约材料、降低造价。
分类：单曲面、双曲面、 1．单曲面双层拉索体系
常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
短向跨度L=30~60m时，取（1/12~1/16）L 短向跨度L>60m时，
取（1/14~1/20）L
腹杆布置
交叉桁架体系：腹杆倾角40~55度 角锥网架：腹杆倾角60度 大跨度网架：再分式腹杆
4. 平板网架的支承方式
周边支承于柱 每个结点都设置柱 周边不设置边桁架 用钢量省
适用范围：大跨 度和中等跨度
横隔：6 ～ 12m
球壳
f < 1/5 L1
L2/L1 < 2
t ～1/600R 且 > 40mm
五. 折板结构
巴黎，联合国教科文组织会议厅（1953～1958）
六. 网架结构
1. 网架结构的特点、优点与适用范围
• 特点：平面桁架相互交叉结合而成 • 优点： • 多向受力的空间结构，跨度大 • 刚度大，稳定性好
气压式薄膜
气承式
单层厂房钢结构构造详解
3.支撑体系 4.吊车梁和制动梁 5.墙架
二、柱网和温度伸缩缝的布置
1.柱网布置 2.温度伸缩缝
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
空间桁架
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
网架
第9章 单层厂房钢结构
一、 钢屋盖结构的形式、组成及布置
钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构件 组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩 屋盖体系和有檩屋盖体系。
芬克式屋架、再分式腹杆受压杆
件在平面外计算长度同上，平面内计
算长度为节点长度。
l1——屋架弦杆侧向支承点之间的距
三角形桁架
第9章 单层厂房钢结构
（2）梯形桁架 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。 适
用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。
人字式 特点：腹杆总长度短，节点少。
再分式 特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。
梯形桁架
屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为
（1/10～1/6）L，与柱刚接的 梯形屋架，端部高度一般为 （1/16～1/12）L，通常取为 1.6～2.4m。
第9章 单层厂房钢结构
1. 桁架的形式
主要有三角形、梯形、矩形等。
（1）三角形桁架 受力不均匀，刚度小，坡度大，
排水好，适用于中、小跨度（l
在18～24m）采用轻型屋面材 料的有檩体系。
· 外形和弯矩图不相适应，弦杆内 力分布不均匀，近支座处内力大， 近跨中处小，横向刚度小。
· 上下弦交角小，端节点构造复杂。 可将上弦或下弦改变为折线形或陡 坡梯形，以改善受力和节点构造。
支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。
二、柱网和温度伸缩缝的布置
1.柱网布置 2.温度伸缩缝
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
空间桁架
第9章 单层厂房钢结构
第9章 单层厂房钢结构
网架
第9章 单层厂房钢结构
一、 钢屋盖结构的形式、组成及布置
钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗等构件 组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩 屋盖体系和有檩屋盖体系。
芬克式屋架、再分式腹杆受压杆
件在平面外计算长度同上，平面内计
算长度为节点长度。
l1——屋架弦杆侧向支承点之间的距
三角形桁架
第9章 单层厂房钢结构
（2）梯形桁架 外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。 适
用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。
人字式 特点：腹杆总长度短，节点少。
再分式 特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。
梯形桁架
屋架高度 梯形屋架的中部高度一般为
（1/10～1/6）L，与柱刚接的 梯形屋架，端部高度一般为 （1/16～1/12）L，通常取为 1.6～2.4m。
第9章 单层厂房钢结构
1. 桁架的形式
主要有三角形、梯形、矩形等。
（1）三角形桁架 受力不均匀，刚度小，坡度大，
排水好，适用于中、小跨度（l
在18～24m）采用轻型屋面材 料的有檩体系。
· 外形和弯矩图不相适应，弦杆内 力分布不均匀，近支座处内力大， 近跨中处小，横向刚度小。
· 上下弦交角小，端节点构造复杂。 可将上弦或下弦改变为折线形或陡 坡梯形，以改善受力和节点构造。
支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。
屋盖结构体系
第九章单层厂房钢结构返回§9-4屋盖结构体系9.4.1 钢屋盖结构的形式、组成及布置钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等构件组成。
根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩屋盖结构体系和有檩屋盖结构体系。
一、无檩屋盖结构体系无檩屋盖结构体系(图9.1.1,a)中屋面板通常采用钢筋混凝土大型屋面板、钢筋加气混凝土板等。
屋架的间距应与屋面板的长度配合一致，通常为6m。
这种屋面板上一般采用卷材防水屋面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8~1:12，因此常采用梯形屋架做为主要承重构件。
无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好；但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面，对抗震也不利。
二、有檩屋盖结构体系有檩屋盖结构体系（图9.1.1, b）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。
屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于12m时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面坡度以便排水，常用坡度为1:2~1:3，因此常采用三角形屋架做为主要承重构件。
当采用较好的防水措施用压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或更小，此时也可用H型钢梁做为主要承重构件。
有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便；但构件的种类和数量多，构造较复杂。
在选用屋盖结构体系时，应全面考虑房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及施工和运输条件等，以确定最佳方案。
三、天窗架形式在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗。
天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗三种。
后两种天窗的构造较为复杂，较少采用。
最常用的是沿房屋纵向在屋架上设置天窗架（图9.4.1），该部分的檩条和屋面板由屋架上弦平面移到天窗架上弦平面，而在天窗架侧柱部分设置采光窗。
天窗架支承于屋架之上，将荷载传递到屋架。
《桁架及屋盖》课件
构造方式
平顶、斜屋顶、弯曲屋顶。
应用场景
住宅、商业建筑、工业建 筑。
小结
1
概念
本课程介绍了桁架及屋盖的概念、构造方式、应用场景等相关知识。
2
设计原理
通过学习本课程，能够更好地了解和掌握桁架及屋盖的设计原理。
3
工程实践
通过学习本课程，能够更好地及屋盖》PPT课件
# 桁架及屋盖 本课程将介绍桁架及屋盖的概念、构造方式、应用场景等相关知识。
桁架
概念
桁架是由若干根斜撑和横杆连 接组成的三角形结构体系。
构造方式
单层桁架、复合桁架、空间桁 架。
应用场景
桥梁、摩天大楼、飞机及船舶。
屋盖
概念
屋盖是指房屋顶部的覆盖 物，一般由支撑系统、防 水系统和保温系统组成。
钢屋架设计：桁架与屋盖
实际设计时屋架间距l约为屋架跨度的1/3~1/5 常用间距：6m，压型钢板屋面：6～12m
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
12
屋盖平面尺寸
当区段长度超过某规定值时，需设置伸缩缝。 最常用的设置方法是在伸缩缝处设置双柱。
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
13
2019年11月11日
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
20
1.4屋架的支撑系统
1，横向支撑 2，纵向支撑 3，垂直支撑 4，系杆 5，支撑系统与屋架的连接节点
支撑系统图
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
22
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
23
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
24
截面形式图 节点构造 节点板厚度（表，给出计算规范出处） 角钢间的填板
截面形式
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
56
节点构造
单节点板 双节点板 无节点板
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
57
节点板厚度
表9.1 单节点板桁架和屋架的节点板厚度（mm）
三角形屋架弦杆或梯形
浙江大学钢结构研究室
29
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
30
垂直支撑：布置在屋架间和天窗架间
垂直支撑的作用是：1.保持屋架侧向的几何稳定性； 2.下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的支点；3.传 递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；4.保证吊装 屋架时的稳定和安全。
布置位置：垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间 的屋架上，对跨度L≤30m的梯形屋架和跨度L≤24m 的三角形屋架，通常只在跨度中点设置一道中间垂 直支撑；当跨度大于上述情况时，则需在跨度中间 设置两道垂直支撑。此外，在梯形屋架两端则不论 跨度大小均需设置垂直支撑。
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
12
屋盖平面尺寸
当区段长度超过某规定值时，需设置伸缩缝。 最常用的设置方法是在伸缩缝处设置双柱。
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
13
2019年11月11日
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
20
1.4屋架的支撑系统
1，横向支撑 2，纵向支撑 3，垂直支撑 4，系杆 5，支撑系统与屋架的连接节点
支撑系统图
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
22
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
23
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
24
截面形式图 节点构造 节点板厚度（表，给出计算规范出处） 角钢间的填板
截面形式
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
56
节点构造
单节点板 双节点板 无节点板
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
57
节点板厚度
表9.1 单节点板桁架和屋架的节点板厚度（mm）
三角形屋架弦杆或梯形
浙江大学钢结构研究室
29
2019年11月11日
浙江大学钢结构研究室
30
垂直支撑：布置在屋架间和天窗架间
垂直支撑的作用是：1.保持屋架侧向的几何稳定性； 2.下弦无横向支撑时，作为下弦系杆的支点；3.传 递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；4.保证吊装 屋架时的稳定和安全。
布置位置：垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间 的屋架上，对跨度L≤30m的梯形屋架和跨度L≤24m 的三角形屋架，通常只在跨度中点设置一道中间垂 直支撑；当跨度大于上述情况时，则需在跨度中间 设置两道垂直支撑。此外，在梯形屋架两端则不论 跨度大小均需设置垂直支撑。
第9章 桁架及屋架
A. 三角形屋架 ：当坡度和跨度一旦确定，屋架的高度也随之 确定！ B. 梯形屋架：端部高度常取跨度的1/10~1/18(常用端部高度 Ho=2.0m左右)，跨度愈大，比值可取小些。 C. 平行弦屋架：经济高度主常为跨度的1/15左右。
当然还要考虑运输条件，火车运送时，构件的运送单元 高度应小于3.85m
根据承受荷载后的传力路径分为：空间桁架和平面桁架
上图所示的钢网架和各种塔架等常为空间钢桁架，其内力分 析必需借助于空间力系的平衡条件！
桁架的基本概念
工程结构中的大部分钢桁架则常可按平面桁架考虑； 如下图所示的屋架体系，屋面荷载有檩条传给屋架后， 其内力即可借助于平面力系的平衡条件求解！
注：本章下面介绍的将限于平面桁架，主要是屋架
屋架的支撑系统
屋架在垂直于屋架平面方向，不设支撑体系不能是不 能保持其几何不变，如下图，虽有檩条和系杆的连系， 但屋架相互间几何可变，在侧向力作用下屋架会倾斜
只有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！
屋架的支撑系统
如果在房屋两端的柱间设置上弦横向支撑桁架，则屋架 上弦将屈曲成一个“半波”，从而提高了上弦杆的整体 稳定性，即提高了承载力！
屋架的支撑系统——种类和作用
屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、 纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。
作用
保证桁架结构的空间几何稳定性及几何形状不变 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点 承受并传递水平荷载 保证结构安装的稳定和方便 防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动
屋架的内力计算——屋架的荷载
① 永久荷载：包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架
（包括支撑及天窗）的自重。 其中屋面材料和保温材料的自重，荷载规范中所给的q （kN/m 2 ）常按屋面的实际面积计算，需除以屋面倾角 的余弦cosα 方得按屋面水平投影面积计算的自重值。 所给估算屋架自重经验公式则是按屋面的水平投影面积 计算，常用估算公式为 0.12 +0.011L (kN/m2) 式中，L是屋架的跨度，以m计（式中未包括天窗架但已 包括支撑自重在内）。
当然还要考虑运输条件，火车运送时，构件的运送单元 高度应小于3.85m
根据承受荷载后的传力路径分为：空间桁架和平面桁架
上图所示的钢网架和各种塔架等常为空间钢桁架，其内力分 析必需借助于空间力系的平衡条件！
桁架的基本概念
工程结构中的大部分钢桁架则常可按平面桁架考虑； 如下图所示的屋架体系，屋面荷载有檩条传给屋架后， 其内力即可借助于平面力系的平衡条件求解！
注：本章下面介绍的将限于平面桁架，主要是屋架
屋架的支撑系统
屋架在垂直于屋架平面方向，不设支撑体系不能是不 能保持其几何不变，如下图，虽有檩条和系杆的连系， 但屋架相互间几何可变，在侧向力作用下屋架会倾斜
只有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！
屋架的支撑系统
如果在房屋两端的柱间设置上弦横向支撑桁架，则屋架 上弦将屈曲成一个“半波”，从而提高了上弦杆的整体 稳定性，即提高了承载力！
屋架的支撑系统——种类和作用
屋盖支撑包括上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、 纵向水平支撑、垂直支撑、纵向水平系杆、天窗架支撑等。
作用
保证桁架结构的空间几何稳定性及几何形状不变 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点 承受并传递水平荷载 保证结构安装的稳定和方便 防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动
屋架的内力计算——屋架的荷载
① 永久荷载：包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架
（包括支撑及天窗）的自重。 其中屋面材料和保温材料的自重，荷载规范中所给的q （kN/m 2 ）常按屋面的实际面积计算，需除以屋面倾角 的余弦cosα 方得按屋面水平投影面积计算的自重值。 所给估算屋架自重经验公式则是按屋面的水平投影面积 计算，常用估算公式为 0.12 +0.011L (kN/m2) 式中，L是屋架的跨度，以m计（式中未包括天窗架但已 包括支撑自重在内）。
钢桁架与屋盖结构共93页
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
钢桁架与屋盖结构
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
钢桁架与屋盖结构
l0 l 。
（2）屋架高度 一般情况下，设计屋架时，首先根据屋架形式和设计经验先确定屋架的 端部高度，再按照屋面坡度计算跨中高度。
h h0 il0 / 2
人字形和梯形屋架的中部高度主要取决于经济要求，一般情况下可在下
列范围内采用： 梯形和平行弦屋架： h 1 / 10 ~ 1 / 6l0
钢桁架与屋盖结构
1钢桁架与屋盖结构的组成及应用
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1 两向正交正放交叉桁架体系网架
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。
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。
（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。 （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。
（1）平面杆系结构 1）桁架
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。
钢结构基础 桁架及屋盖PPT文档77页
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
钢结构基础 桁架及屋盖
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞 靡。
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
钢结构基础 桁架及屋盖
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞 靡。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第9章 桁架及屋盖
2.桁架平面外 取侧向支承点之间的距离。 上弦：上弦横向水平支撑的节间长度 （1）有檩屋盖如檩条与横向水平支撑的交叉点用节点板焊 牢，可取檩条间距。 （2）无檩屋盖，横向 支撑由屋面板代替时取 两块屋面板的宽度。一 般不大于3.0m。
第9章 桁架及屋盖
下弦：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：节点在桁架平面外的刚度很小，取l0y＝l0。 3.斜平面 单面连接的单角钢和双角钢组成的十字形杆件， 斜平面计算长度取l0＝0.9l，支撑斜杆和支座竖杆不 变。
第9章 桁架及屋盖
第9章 桁架及屋盖
4.其他杆件 桁架受压弦杆侧向支承点距离为两倍节间长度且两节 间弦杆内力不等时，则该弦杆在 桁架平面外的计算长度 可按下式计算：
N1——较大的压力，计算时取 正值； N2——较小的压力或拉力，计 算时压力取正值，拉力取负值。
第9章 桁架及屋盖
桁架再分式腹杆体系的受压主斜杆在桁架平面内的计 算长度取节点中心间距，在桁架平面外的计算长度按上式 计算。
压力有变化的受压腹杆平面外计算长度
（a）再分式腹杆体系的受压主斜杆 （b）K形腹杆体系的竖杆
第9章 桁架及屋盖
第9章 桁架及屋盖
受拉构件的容许长细比
项 次
承受静力荷载或间接承受动力 荷载的结构
构件名称 一般建筑 结构 桁架的杆件 吊车梁或吊车桁架以下的柱 间支撑 其他拉杆支撑系杆等（张紧 的圆钢除外） 350 300 400 有重级工作制吊车 的厂房 250 200 350
柱间支撑作用示意图 第9章 桁架及屋盖
柱间 支撑
第9章 桁架及屋盖
柱间支撑布置
形式：十字交叉形；当柱 间要通行或放置设备，或 柱距较大而不宜采用交叉 支撑时，可采用门架式支 撑。
门架式柱间支撑
分类：对于有吊车的厂房，按其位置可分为上柱柱间支撑和下 柱柱间支撑。 上柱柱间支撑 ：位于牛腿上部，并在柱顶设置通长的刚性系 杆；承受作用在山墙及天窗壁端的风荷载，并保证厂房上部 的纵向刚度。 下柱柱间支撑 ：位于牛腿下部；承受上部支撑传来的内力、 吊车纵向制动力和纵向水平地震作用等，并将其传至基础 。
第9章 桁架及屋盖
再分式腹杆∶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 。
交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。
再分式腹杆
交叉式腹杆
第9章 桁架及屋盖
3 .制造简单及运输与安装方便
杆件数量少，节点少，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
纵向水平支撑布置 第9章 桁架及屋盖
（4）垂直支撑 构成：由角钢杆件与屋架直腹杆组成的垂直桁架，形式为十字交叉形 或W形。 作用：保证屋架受荷后在平面外的稳定；传递纵向水平力。 布置：应与下弦横向水平支撑布置在同一柱间内。 当厂房跨度小于18m且无天窗时，一般可不设垂直支撑和水 平系杆； 当厂房跨度18～30m、屋架间距为6m、采用大型屋面板时， 应在每一伸缩缝区段端部的第一或第二柱间，屋架跨中设置 一道垂直支撑； 当屋架跨度大于30m时，应在每一伸缩缝区段端部的第一或 第二柱间，屋架跨度1/3左右的节点处设置两道垂直支撑。
直接承受 动力荷载 的结构 250 －
1 2 3
－
第9章 桁架及屋盖
受压构件的容许长细比
项次 构件名称 容缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑 150
2
支撑（吊车梁梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外） 用以减少受压构件长细比的杆件
200
第9章 桁架及屋盖
二、截面形式 1. 单壁式屋架杆件的截面形式
第9章 桁架及屋盖
（6）天窗架支撑
构成：包括天窗架上弦横向水平支撑、天窗架间的垂直支撑和水平系杆。 作用：保证天窗架上弦的侧向稳定 ；将天窗端壁上的风荷载传给屋架 。 布置：
纵向位置（柱间） ：一般天窗架上弦横向水平支撑和垂直支撑均设 置在天窗端部第一柱间内。
横向位置（道） ：一般垂直支撑设置在天窗两侧。 水平系杆 ：在未设置上弦横向水平支撑的天窗架间设置；应在上弦 节点处设置柔性系杆；对有檩屋盖体系，檩条可以代替柔性系杆。
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)
第9章 桁架及屋盖
9.2 屋盖的组成
屋盖结构 ——
有檩体系 ——
由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖 支撑所组成 由大型屋面板、屋架或屋面梁及屋
无檩体系 —— 盖支撑组成，有时还包括有天窗架
第9章 桁架及屋盖
确定原则——等稳定 上弦杆： 节间无荷载：满足计算长度loy≥2lox，要使λy=λx 应使 iy≥2ix，宜采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截面；当 loy=lox时，可采用两个等边角钢截面或TM截面。 节间有荷载：为加强桁架平面内的抗弯能力，可采用不 等边角钢长肢相连的截面或TN截面。 下弦杆： 一般loy＞lox，采用不等边角钢短肢相连的截面或TW截 面。
柱
吊车梁
柱间支撑
第9章 桁架及屋盖
9.1.1 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， 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 。
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 。
2、有檩体系
这种做法是将各种小型屋面板或瓦直接放在檩条上，檩条
可以采用钢筋混凝土或型钢做成。 这种体系构件小、重量轻、吊装容易，但构件数量多，施 工烦琐，工期长，多用在施工机械起吊能力较小的施工现 场。 檩条支承在屋架或屋面梁上。有檩体系的整体刚度较差， 适用于吊车吨位小的中小型 厂房。
第9章 桁架及屋盖
上述要求。
4. 综合技术经济效果好
第9章 桁架及屋盖
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化 三角形屋架下 弦下沉，弦杆交 角增大，方便制 造，屋架重心降 低，提高了稳定 性。
可有效降低屋 架对支撑结构的 推力。
第9章 桁架及屋盖
9.1.3桁架主要尺寸的确定
跨度 L—工艺及使用要求 高度 H—经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：
第九章
主要内容：
桁架及屋盖
桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
屋盖的组成
屋架的支撑系统 屋盖设计的内容和屋架的内力计算
桁架杆件的截面形式和节点板厚度
桁架的节点设计和角钢间的填板
重点：
支撑系统，内力计算，节点设计
第9章 桁架及屋盖
9.1 桁架的外形、主要尺寸和腹杆体系
天窗架
屋架
第9章 桁架及屋盖
柱间支撑布置
优点：纵向水平荷载 作用下传力路线较短； 厂房两端的温度伸缩 变形较小；厂房纵向 构件的伸缩受柱间支 撑的约束较小，所引 起的结构温度应力也 较小。
柱间支撑与伸缩变形的关系
第9章 桁架及屋盖
9.4 屋盖设计内容和屋架内力计算
结构方案确定和结构布置
檩条设计 屋架内力分析 屋架杆件截面设计 屋架节点设计
第9章 桁架及屋盖
垂直支撑和水平系杆布置图
第9章 桁架及屋盖
（5）水平系杆
构成：分为上弦水平系杆和下弦水平系杆 。 作用：上弦水平系杆是为保证屋架上弦或屋面梁受压翼缘的侧向稳定； 下弦水平系杆是为防止在吊车或有其它水平振动时屋架下弦侧向颤动。 布置：当屋盖设置垂直支撑时，未设置垂直支撑的屋架间，在相应于 垂直支撑平面内的屋架上弦和下弦节点处，设置通长的水平系杆。 刚性系杆（压杆）：凡设在屋架端部主要支承节点处和屋架上弦 屋脊节点处的通长水平系杆，均应采用刚性系杆；当屋架横向水 平支撑设在伸缩缝区段两端的第二柱间内时，第一柱间内的水平 系杆均应采用刚性系杆。 柔性系杆（拉杆）：其余均可采用柔性系杆。
和托架等构件
屋盖结构 第9章 桁架及屋盖
1、无檩体系
这是常用的一种做法。其做法是将大型屋面板直接 放置在屋架或屋面梁上，屋架（屋面梁）放在柱子上。 这种做法的整体性好，刚度大，可以保证厂房的稳定 性，而且构件大、类别少，数量少，施工速度快，便 于工业化施工，但要求施工吊装能力强。
第9章 桁架及屋盖
第9章 桁架及屋盖
9.1.2 桁架的外形及腹杆形式
三 角 形 屋 架 梯 形 屋 架 平 行 弦 屋 架
芬克式腹杆
人字式腹杆
豪式腹杆
人字式腹杆
再分式腹杆
人字式腹杆
交叉式腹杆
第9章 桁架及屋盖
9.1.3 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 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
第9章 桁架及屋盖
天窗架支撑布置
第9章 桁架及屋盖
柱间支撑布置
柱间支撑是纵向平面排架中最主要的抗侧力构件。
构成：由交叉钢杆件 组成，交叉倾角宜取 45°，支撑钢构件的 截面尺寸需经承载力 和稳定计算确定 。
作用：提高厂房的纵 向刚度和稳定性；将 吊车纵向水平制动力、 山墙及天窗端壁的风 荷载、纵向水平地震 作用等传至基础。
第9章 桁架及屋盖
上弦横向水平支撑布置 第9章 桁架及屋盖
（2）下弦横向水平支撑
构成：沿厂房跨度方向用交叉角 钢、直腹杆和屋架下弦杆构成的 水平桁架 。 作用：将山墙风荷载及纵向水平 荷载传至纵向柱列；防止屋架下 弦侧向振动。 布置：当屋架下弦设有悬挂吊车， 或厂房内有较大振动，或山墙风 荷载通过抗风柱传至屋架下弦， 应在每一伸缩缝区段两端的第一 或第二柱间设置，宜与上弦横向 水平支撑设置在同一柱间。