23-钢屋架设计

【例题】 例题2-1 计算屋架节点集中荷载。 例题2-2 求解屋架杆件最不利内力。
2.3 钢屋架设计
2.3.2 屋架杆件的计算长度 上册5.1已讲述。
l 0x = l l0x = 0.8 l
l 0x = l
Page No. 13
=l l 0x
l 0x = l
2.3 钢屋架设计
Page No. 14
轴心受力构件。
强度验算
承载能力极限状态
稳定性验算 （只对受压）
整体稳定验算 局部稳定验算
正常使用极限状态： 刚度验算（长细比）
轴心受压构件：强度、整体稳定、局部稳定、刚度验算。 轴心受拉构件：强度、刚度验算。
2.3 钢屋架设计
Page No. 31
单角钢、双角钢组合截面、剖分T型钢都属于单轴对称 截面，可能绕非对称轴弯曲屈曲，也可能绕对称轴弯扭屈 曲，因此，除了需要计算绕 x、y 轴的长细比外，需要计算 弯扭屈曲换算长细比。
ix 2iy
iy ix iy ix
2.3 钢屋架设计
Page No. 18
受压弦杆： ✓ 不等边角钢短肢相连或TW型截面（无节间荷载） ✓ 不等边角钢长肢相连或TN型截面（有节间荷载）
受拉弦杆： ✓ 不等边角钢短肢相连或TW型截面
支座斜杆及竖杆： ✓ 不等边角钢长肢相连或等边角钢
其它腹杆： ✓ 等边角钢T形或十字形、单角钢
2.3 钢屋架设计
Page No. 10
产生半跨荷载的原因：活荷载、雪荷载、积灰荷载、 单坡施工。
注意杆件变号问题：屋架中部某些腹件在全跨荷载时 受拉，而在半跨荷载时可能受压。拉压性质不同，承载力 相差很大，设计杆件时，两种内力都需要验算。
如果各种组合下内力同号，只取最大内力验算。
0.5 1 1 1 0.5
e
屋架内力组合例表
杆件 名称 及编号
单位荷载作用 下的内力系数
全跨 半跨
单项荷载标准值下内力(kN)
全跨永
可变荷载
久荷载 全跨 半跨
内力组合值 (kN)
1.2全跨恒 1.2全跨恒 +1.4全跨活 +1.4半跨活
最不利 组合值
(kN)
B-b -0.50 -0.25 -3.37 -3.54 -1.77
-9.0
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
等稳定性设计：
压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性，即
x y (yz )
yz
单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭转效 应的换算长细比。
2.3 钢屋架设计
(a)
y
(b)
y
Page No. 16
2.3 钢屋架设计
Page No. 40
本节复习思考题
1. 屋架的荷载有哪些？ 2. 掌握屋架的内力计算及组合。 3. 屋架杆件的截面形式及特点。 4. 杆件的构造要求有哪些？ 5. 会进行杆件截面选择及验算。 6. 会屋架节点设计。 7. 屋架施工图包括哪些部分？
（2）节点板 节点板厚度：梯形屋架和平行弦屋架由腹杆最大内力
确定，三角形屋架支座处的节点板的厚度由上弦杆内力来 决定。节点板的厚度还受到焊缝的焊脚尺寸hf 和T型钢腹 板厚度等因素的影响
2.3 钢屋架设计
Page No. 26
中间节点板厚度可参照下表 取用。支座节点板厚度可比中间 节点板厚度增大2mm，除支座节 点板外，全屋架取相同厚度。
(c)
y
x
x
y i y = (1.35~1.5) i x
(d)
x0
y
x (g)
x
x0 y y
x
x
y i y = (2.6~2.9) ix
(e)
y0 y
x0
x
x0 y
(h)
y
x y0
x (f)
x
(i)
x y i y = (0.75~0.9) ix
y x
y y
x
x
TW
i y = (1.8~2.1) i x y
-6.522
-9.0
腹 D-b -5.753 -4.109 杆
D-c -1.50 0.50
…… …
-38.73 -10.11
…
-40.78 -10.62
…
-29.12 3.54 …
-103.568 -27.0 …
-87.244 -103.568
-7.176 …
-27.0 …
2.3 钢屋架设计
Page No. 12
除了可按上册方法计算换算长细比外，规范还提供了 双角钢组合T形截面换算长细比的简化计算方法（见教材）
2.3 钢屋架设计
Page No. 32
选出杆件截面后，可以用列表的形式逐个验算，以便检查。
2.3 钢屋架设计
Page No. 33
【例题】 例题2-3 三角形屋架下弦杆的设计。
2.3 钢屋架设计
（2）屋架施工详图： 正面图，上、下弦的平面图，必要的侧面图，以及某些 安装节点或特殊零件的大样图； 施工图还应有材料表； 两种比例尺绘制：杆件轴线—般为1:20～1:30，节点一 般为1:10～1:15。 要全部注明各零件的型号和尺寸，包括其加工尺寸、零 件定位尺寸、孔洞的位置，以及对工厂加工和工地施工的 所有要求；定位尺寸； 设计说明。
2.3 钢屋架设计
钢屋架的设计步骤
设计资料
荷载统计
Page No. 1
各种荷载标准值作用下的内力计算
内力最不利组合
杆件及其连接节点设计
绘制施工图
2.3 钢屋架设计
Page No. 2
2.3.1 屋架的内力计算和效应组合
（1）屋架荷载 屋盖永久荷载 ✓屋面材料、檩条、屋架、天窗架、支撑及吊顶等的自 重，屋盖结构的自重估算方法前面已述。
911～1290 16
1291～ 1770
18
1771～ 3090
20
2.3 钢屋架设计
Page No. 27
（3）填板 填板使双角钢共同工作，厚度同节点板。填板的间距：
对压杆取lz 40i，拉杆取lz 80i。i为一个角钢的回转半径。
10~15
50~80
填板
1
lz
来自百度文库
lz
1
2.3 钢屋架设计
Page No. 28
H型钢桁架
2.3 钢屋架设计
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圆钢管桁架
2.3 钢屋架设计
Page No. 23
方钢管桁架
2.3 钢屋架设计
Page No. 24
圆钢、方管管桁架
2.3 钢屋架设计
Page No. 25
2.3.4 一般构造要求与截面选择 2.3.4.1 一般构造要求 （1）杆件截面规格
同一榀屋架中，角钢的规格不超过5～6种。最小角钢 为L45X4或L56X36X4，跨度<18m的小角钢屋架不受此限。
手工计算屋架内力时，一般先计算单位荷载作用下的内
力系数，然后再乘以荷载值 Pi，即可得到 Pi 作用下的内力值。 （因Pi 的取值有很多，这样计算可简化）
0.5 1
1
1 0.5
A
B
C
D
E
FG
H
I
0.5 1
1
1 0.5
A
B
C
D
E
FG
H
I
0.15 0.10
-0.05
0.15 0.10
-0.05
a
b
c
d
e
屋架杆件的刚度要求（长细比） ✓ 受压杆件的容许长细比为150； ✓ 支撑的受压杆件为200； ✓ 直接承受动力荷载的桁架中的拉杆为250； ✓ 只承受静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在
竖向平面内的长细比，容许值为350； ✓ 支撑的受拉杆为400。
2.3 钢屋架设计
Page No. 15
2.3.3 屋架杆件的截面形式
屋面可变荷载 ✓屋面活荷载 ✓风荷载 ✓雪荷载 ✓积灰荷载 ✓悬挂吊车或管道荷载
2.3 钢屋架设计
Page No. 3
（2）屋架内力计算 按荷载作用在节点的铰接平面桁架进行内力分析，常
用方法有：图解法、解析法、电算法（结构力学已学）。 钢屋架两端铰接时，多为静定结构，内力计算简单。
2.3 钢屋架设计
a
b
c
d
e
0.5 1
1
1
1
1
1
1 0.5
A
BC
DE
FG
H
I
a
b
c
d
e
2.3 钢屋架设计
内力系数图 几何尺寸图
Page No. 6
2.3 钢屋架设计
Page No. 7
（3）荷载效应组合注意事项： 活荷载中的屋面活荷载不与雪荷载同时考虑，只需要取 二者中的较大值即可； 积灰荷载应注意局部放大系数，且积灰荷载只与雪荷载 和屋面活荷载中的较大值同时考虑； 风荷载应注意体形系数。
x
x
TM
i y = (0.78~1.4) i x y
常用杆件截面形式
x
x
TN
i y = (0.44~0.83) ix y
2.3 钢屋架设计
Page No. 17
如何选择截面类型？根据等稳定及截面特性确定：
l0 y 2l0x
x y
上弦
x
l0 x ix
y
l0 y iy
下弦 l0 y l0x
腹杆 l0y l0x
Page No. 4
当有节间荷载时，先把荷载分配到相邻节点上，按只 有节点荷载计算各杆内力，再把局部弯矩与计算所得轴力 相加来设计该杆件（按压弯构件设计）。局部弯矩如下：
端节间正弯矩 M = 0.8M0，M0= Pd/4 其他节间及支座弯矩 M =±0.6M0
2.3 钢屋架设计
Page No. 5
2.3 钢屋架设计
Page No. 38
屋架施工图（见附录的折页附图） （1）图纸左上角绘桁架简图：
对称桁架：一半注明杆件几何长度(mm)，另一半注明 杆件内力(N或kN)； 桁架跨度较大时(梯形屋架L24m，三角形屋架L15m) 应予起拱（L/500），在简图中画出。
2.3 钢屋架设计
Page No. 39
Page No. 34
【例题】 例题2-4 梯形形屋架上弦杆的设计。
2.3 钢屋架设计
Page No. 35
【例题】 例题2-5 梯形形屋架上弦压弯杆的设计。
2.3 钢屋架设计
Page No. 36
2.3.5 屋架节点设计和施工图 节点设计的任务：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。节点设计见上册第7章7.13节，不再细述。
2.3 钢屋架设计
Page No. 19
角钢桁架
2.3 钢屋架设计
Page No. 20
可用T型钢取代双角钢，耐腐蚀，经济性好，节省钢材 12～15％。弦杆多采用TW型钢，腹杆可用TM型钢、单角 钢或双角钢。也会采用圆钢管、方钢管、H型钢截面做屋架 杆件。
2.3 钢屋架设计
Page No. 21
2.3 钢屋架设计
Page No. 8
某屋架倒塌
2.3 钢屋架设计
Page No. 9
屋架与柱铰接时，基本组合如下： 1.2×全跨永久荷载+1.4×ψ（全跨屋面活荷载或雪荷载 +全跨积灰荷载+悬挂荷载）。ψ为组合值系数，仅有一项 可变荷载时取1.0，其他情况下取0.9。
1.2×全跨永久荷载+1.4×（半跨屋面活荷载或雪荷载+ 半跨积灰荷载+悬挂荷载）。 1.2×（全跨屋架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重） +1.4×半跨屋面活荷载。 1.0×全跨永久荷载+1.4×风荷载。（只针对轻屋盖）
中间节点板厚度选用表（Q235钢）
梯形屋架、平行弦屋架腹杆最大内力 三角形屋架端节间弦杆内力(kN) 中间节点板厚度(mm)
≤170 6
171～ 290
8
291～ 510
10
51l～ 680
12
68l～ 910
14
梯形屋架、平行弦屋架腹杆最大内力 三角形屋架端节间弦杆内力(kN) 中间节点板厚度(mm)
在十字形双角钢杆件中，填板应横竖交错放置。填板 应比角钢肢宽伸出（十字形截面则缩进） 10～15mm，以 便焊接。
10~15
50~80
lz
lz
2 2
2.3 钢屋架设计
1-1
1
1
Page No. 29
2.3 钢屋架设计
Page No. 30
2.3.4.2 屋架杆件截面选择
先选择截面，然后进行验算。没有节间荷载时，属于
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。
2.3 钢屋架设计
Page No. 37
节点设计步骤： 确定节点力 画出大样图（节点板形状、平面尺寸和杆件相对位置） 进行节点板的设计 进行节点连接计算 屋架节点类型： 一般节点（无集中荷载也无弦杆拼接的节点） 有集中荷载的节点 下弦跨中拼接节点 上弦跨中拼接节点 支座节点
0.5 1 1 1 1 1 1 1 0.5
A
B
C
D
E
FG
H
IA
BC
DE
FGH
I
0.15 0.10
0.10 -0.05
a
b
c
d
ea
b
c
d
e
2.3 钢屋架设计
Page No. 11
0.5 1 1 1 0.5
0.5 1 1 1 1 1 1 1 0.5
A
B
C
D
E
FG
HIA
BC
DE
FGH
I
a
b
c
d
ea
b
c
d