钢屋架设计

为了保证两个角钢组成的杆件共同作用，应在两角钢 相并肢之间每隔一定距离设置垫板，并与角钢焊接 （图1.25)。垫板厚度与节点板相同，宽度一般取 50~80 mm,长度比角钢肢宽大15~20 mm，以便 于与角钢焊接。
1.3.2屋架杆件设计
�
垫板间距在受压杆件中不大于40 i ，在受拉杆件中不 大于80 i 。在T形截面中， i 为一个角钢对平行于垫 板的形心轴1-1的回转半径（图1.25a），在十字形 截面中，为一个角钢的最小回转半径（图1.25b)。在 杆件的计算长度范围内至少设置两块垫板。
�
梯形屋架（图 1.16b）受力情况较三角形好，腹杆较短， 与柱子的连接既可做成刚接，也可做成铰接。这种屋架一 般用于屋面坡度较小的屋盖结构中，是工业厂房屋盖结构 的最常用形式。
1.3.1屋架形式选择
�
矩形屋架（图 1.16c）的上、下弦平行，腹杆长度相等，杆 件类型少，节点构造统一，便于制造，但弦杆内力分布不 均匀，这种形式一般用于托架或支撑体系中。
�
曲拱形屋架（图 1.16d)的外形与简支梁承受均布荷载的弯 矩图最为接近，作为简支结构受力最合理，但弦杆的曲线 形制造复杂，如改为折线形则较好，这种屋架用于有特殊 要求的房屋中。
1.3.1屋架形式选择
� �
2.腹杆体系 三角形屋架的腹杆体系有单斜杆式、人字式和芬克式。 单斜杆式（图1.17a）中较长的斜杆受拉，较短的竖杆 受压，比较经济。人字式（图1.17b)的腹杆数较少， 节点少，构造简便。芬克式（图1.17c）的腹杆受力合 理，还可分为两榀较小的桁架运输。
1.3.2屋架杆件设计
�
当有节间荷载作用时，为提高上弦在屋架平面内的抗 弯能力，宜采用不等肢角钢长肢相并的T形截面（图 1.24c）。
�
对于受拉下弦杆，平面外的计算长度比较大，此时可 采用两个等肢角钢或不等肢角钢短肢相并组成的T形 截面（图1.24a、b)。
1.3.2屋架杆件设计
�
对于屋架的支座斜杆及竖杆，由于它在屋架平面内和 平面外的计算长度相等，应使截面的，因而可采用两 个不等肢角钢长肢相并而成的T形截面（图1.24c）。
1.3.2屋架杆件设计
图1.22 弦杆轴心压力芬克式屋架、再分式腹杆体系中的受压杆件和 K形腹杆体系中的竖杆（图1.23a、b、c），在屋架平 面内的计算长度取节间长度，在屋架平面外的计算长 度也按公式(1.11)计算。
�
c.对于单角钢杆件和双角钢组成的十字形杆件，由于 主轴不在屋架平面内，有可能发生斜平面屈曲，考虑 到杆件两端对其有一定的嵌固作用，故其计算长度 取 l0 = 0.9l 。
�
屋架上下弦杆、支座竖杆和端斜杆的两端节点上相交的压 杆多、拉杆少，杆件本身线刚度又大，所以嵌固程度较 弱，同时考虑到这些杆件在屋架中较重要，可偏安全地视 为铰接，计算长度可取为节点间的轴线长度， 即 l0 x = l ；
�
对于其他腹杆，一端与受压上弦杆相连，嵌固作用不大， 可视为铰接，另一端与受拉下弦杆相连，嵌固程度较大， 可视为刚接，计算长度取 l0 x = 0.8l （见图1.21）。
式（1.11） 式（1.11） 式（1.12-15）
1.3.2屋架杆件设计
�
为了保证钢屋架杆件在运输、安装和使用阶段的正常 工作，无论压杆或拉杆，都应满足一定的刚度要求， 即符合规范规定的容许长细比。
�
钢屋架杆件的容许长细比，对压杆一般为150，支撑 的受压杆件一般为200，拉杆为350，支撑的受拉杆 件为400。对压杆和拉杆容许长细比的详细规定见 《钢结构设计规范》(GB50017)。
1.3.1屋架形式选择
�
（3）屋架上弦节间的划分应根据屋面材料决定，尽 量避免上弦杆产生局部弯矩。
�
当采用大型屋面板时，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，则根据檩 条的间距而定，一般取0.8~3.0m。
桁架荷载
1.桁架荷载：永久荷载 和可变荷载 2.节点荷载计算
（a）桁架平面内 （b）桁架平面外
（2）普通钢屋架平面外计算长度 l0 y
�
在屋架平面外，上、下弦杆的计算长度应取屋架侧向支撑 节点之间的距离。
�
有檩屋架：上下弦杆当檩条与支撑不相连 loy = l1 ；当檩条与 支撑相连 l = l1 ，即檩距。 oy
2
1.3.2屋架杆件设计
�
在无檩屋盖中，根据施工情况，当能够保证大型屋面板与屋
（2）几个特例
�
a.当屋架弦杆侧向支承点间的距离为节间长度的两倍且 两个节间弦杆的内力不相等时（图1.22），弦杆在平面 外的计算长度按下式计算：
⎛ N2 ⎞ l0 y = l1 ⎜ 0.75 + 0.25 ⎟ N1 ⎠ ⎝
�
按公式（1.11)算得的 l0 y < 0.5l1 时，取 l0 y = 0.5l1
�
相交的另一杆受压，两杆中一杆在交叉点中断但与节点板 搭接时：
π 2 N0 l0 = l 1 + 12 N
1.3.2屋架杆件设计
�
相交的另一杆受拉，两杆在交叉点均不中断时：
1 ⎛ 3 N0 ⎞ l0 = l ⎜1 − ⎟ ≥ 0.5l 2⎝ 4 N ⎠
�
相交的另一杆受拉，两杆中一杆在交叉点中断但与节点板 搭接时：
1.3.1屋架形式选择
�
矩形屋架的腹杆体系可采用人字式、交叉式和K形。 人字式（图1.19a)的腹杆数目少，节点简单。交叉式 （图1.19b)常用于承受反复荷载的桁架中，有时斜杆 可用柔性杆。K形腹杆（图1.19c）用在桁架高度较 高时，可减小竖杆的长度 。
1.3.1屋架形式选择
�
曲拱形屋架的腹杆体系多为单斜杆式（图1.20）。
：对于跨度大于 15m 的三角形屋架和跨度大于 24m 的梯形、 补充 补充：对于跨度大于 ：对于跨度大于15m 15m的三角形屋架和跨度大于 的三角形屋架和跨度大于24m 24m的梯形、 平行弦行家，宜采用起拱，预先给屋架桁架一个向上的反挠 度，抵消其受荷载后产生的部分挠度。 1/500 左右。 起拱高度一般为跨度的 起拱高度一般为跨度的1/500 1/500左右。
�
�
� �
轻型钢屋架
定义：采用圆钢、小角钢和薄壁型钢组成的结构。 应用范围：该结构采用杆件截面尺寸较小，适宜 9~18m之间跨度的屋架和 屋面荷载较轻的屋架，不适用于直接承受动力荷载及处于高温、高湿和强烈 侵蚀环境等使用条件复杂的钢结构。
1.3普通钢屋架设计
1.3.1屋架形式选择
屋架外形和主要尺寸
1.3.2屋架杆件设计
� �
3.杆件截面形式选择 普通钢屋架的杆件一般采用等肢或不等肢角钢组成的 T形截面或十字形截面。这些截面的两个主轴回转半 径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合， 以满足经济、制造方便、承载能力和刚度等方面的要 求。
1.3.2屋架杆件设计
�
对于屋架上弦杆，因屋架平面外计算长度往往是屋架 平面内计算长度的两倍（见图1.21），要满足等稳定 性要求，即λx = λ y，必须使 iy ≈ 2ix，上弦宜采用两个 不等肢角钢短肢相并而成的T形截面形式（图1.24b)， 这种截面可使两个方向的长细比比较接近。
目前在国内外的实际工程中也有用焊接或轧制的T形 截面或用H型钢一分为二（图1.24e)取代双角钢组成 的T形截面，特别是屋架的弦杆。该截面的优点在于 翼缘的宽度大，可达到等稳性要求，另外可减化节点 以便于制做，比较经济。除了上述截面外，跨度和荷 载较大的桁架还可采用钢管和宽翼缘H型钢截面。
1.3.2屋架杆件设计
1.3.1屋架形式选择
�
梯形屋架的腹杆体系可采用人字式和再分式。人字式 （图1.18a)的布置不仅可使受压上弦节间短，有利于 提高受压上弦的承载能力，还能使大型屋面板的主肋 支承于上弦的节点上，避免上弦产生局部弯矩。受拉 下弦节间长，可减少节点，便于制造。还可采用再分 式腹杆形式减小上弦节间长度（图1.18b)。
�
屋架中其他腹杆，宜采用两个等肢角钢组成的T形截 面（图1.24a)。
1.3.2屋架杆件设计
�
与竖向支撑相连的竖腹杆宜采用两个等肢角钢组 成的十字形截面（图1.24d），使竖向支撑与屋架 节点连接不产生偏心作用。对于受力特别小的腹 杆，也可采用单角钢截面。
截面形式选择
1.3.2屋架杆件设计
�
第1章 屋盖结构设计
1.3普通钢屋架设计 1.3.1屋架形式的选择 1.3.2屋架杆件的设计 1.3.3屋架节点设计
普通钢屋架定义
�
�
普通钢屋架
定义：采用两个角钢组成的 T形或十字形截面的杆件，在杆件汇交节点处通 过焊缝连接而成的钢屋架，称为普通钢屋架。 应用范围：该结构主要采用普通型钢（角钢）的厚度较大，因此耗钢量较 大，适宜跨度为 18-36m之间跨度的屋架。
架上弦的焊点质量时，上弦杆在平面外的计算长度可取两块屋 面板宽，但不大于3 m。否则，上弦杆在平面外的计算长度可 偏安全地取为支撑节点之间的距离；屋架下弦杆的计算长度 取 l0 y = l1 ，即侧向支撑节点的距离 。
�
当腹杆平面外屈曲时，由于节点板在屋架平面外的刚度很
小，腹杆在屋架平面外的计算长度取其两端节点间距。
3.荷载组合
桁架内力计算
1.三个假定
2.数解法、图解法和电算法 3.节间荷载计算
桁架内力计算
1.3.2屋架杆件设计
屋架杆件内力计算
屋架杆件计算长度与长 细比
杆件截面形式的选择
截面计算
1.3.2屋架杆件设计
�
1.屋架杆件内力计算 钢屋架的内力分析时假定各节点均为铰接。各杆件的 内力可按结构力学的方法计算。
腹杆体系
屋架主要尺寸确定
1.3.1屋架形式选择
� �
1.屋架外形 屋架外形设计依据：钢屋架设计应遵循适用、经济和制 造安装方便的原则，综合考虑，合理设计。
（1）屋架的外形应与屋面材料排水的要求相适应 （2）应尽量与弯矩图相近，使屋架弦杆的内力分布比较均匀，充分发挥材料 的作用； （3）腹杆的布置应使短杆受压，长杆受拉，且数量少而总长度短，杆件夹角 宜在30 ~60° 之间； （4）还要使弦杆尽量不产生局部弯矩。 （5）屋架的节点构造要简单，受力合理，节点总数目较少，便于制造、运输 和安装。
� �
标志跨度 计算跨度
�
（2）高度应按建筑要求，经济、刚度、以及运输界 限等因素来确定。
�
当要求屋架具有较大的坡度时，应采用三角形屋架， 三角形屋架高度h=(1/6~1/4)L（跨度）。梯形屋架坡 度较平坦，屋架跨中高度应满足刚度要求，当上弦坡 度为 1/12 ~ 1/8时，跨中高度一般为（1/10~1/6)L，跨 度大（或屋面荷载小）时取小值，反之取大值。梯形 屋架的端部高度当屋架与柱铰接时为1.6~2.2 m，刚接 时为1.8~2.4m；
3 N0 l0 = l 1 − ≥ 0.5l 4 N
�
拉杆：均取 。
l
摘自
1.3.2屋架杆件设计
GB50017-2003 表5.3.1
注：斜平面指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两个主轴均不在桁架平 面内的单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆。
特殊情况均采 用不同公式进 行套用
a.节间内力不等 b.再分式腹杆 d.交叉腹杆
� �
�
� �
1.3.1屋架形式选择
�
屋架的外形主要有三角形、梯形、矩形和曲拱形等 （图1.16）。
1.3.1屋架形式选择
�
三角形屋架（图 1.16a）主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖 结构中或中、小跨度的轻型屋面结构中。这种屋架多与柱 子铰接，因此房屋横向刚度较小，弦杆的内力变化较大， 故弦杆截面不能充分发挥作用。
�
d.当为交叉腹杆时，在屋架平面内的计算长度应取节 点中心到交叉点间的距离。在屋架平面外的计算长度 则与杆件的受力性质和交叉点的连接构造有关，可按 下列规定采用：
1.3.2屋架杆件设计
� �
压杆： 相交的另一杆受压，且两杆的交叉点均不中断时：
l0 = l
1 ⎛ N0 ⎞ ⎜1 + 2⎝ N ⎟ ⎠
�
2.屋架杆件计算长度与长细比 在理想的铰接屋架中，杆件在屋架平面内的计算长度 应是节点中心之间的距离。
1.3.2屋架杆件设计
�
但实际上屋架节点具有一定的刚度，所以节点不 是真正的铰接，而是一种介于刚接和铰接的弹性 嵌固。嵌固程度与节点构造有关，也与相交于同 一节点的构件刚度和受力状况有关。
（1）普通钢屋架平面内计算长度 l0 x
1.3.1屋架形式选择
� � �
3.屋架主要尺寸的确定 屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、节间宽度。 （1）跨度应按以下要求进行设计
a.使用和工艺的要求确定 b.考虑结构布置的合理性 c.无檩体系中，应与大型屋面板的宽度相配合，一般为3m的倍 数。
�
屋架的计算跨度是屋架两端支座反力的距离。
1.3.1屋架形式选择