屋盖钢结构设计

屋盖钢结构设计

第一节屋盖结构布置

一、屋盖结构组成

钢屋盖结构组成：屋面板、檩条、屋架、托架、天窗架、支撑等构件。

屋架的跨度和间距取决于柱网布置，柱网布置取决于建筑物工艺要求和经济要求。屋架跨度较大：为了采光和通风，屋盖上常设置天窗。柱网间距较大，超出屋面板长度：应设置中间屋架和柱间托架，中间屋架的荷载通过托架传给柱（图3－1）。

图3―1 屋盖结构组成

屋架与屋架之间：布置支撑，增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定。

二、屋盖体系分类

两种屋盖：无檩屋盖和有檩屋盖。

无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架（图3－2）。

优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等；

缺点：屋盖自重大，不利于抗震，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中。

有檩屋盖：当屋面采用轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架（图3－3）。

优点：构件重量轻，用料省；

缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂，整体刚度较差。

图3－2 无檩屋盖体系

图3－3 有檩屋盖体系

第二节屋盖支撑体系

一、屋盖支撑作用

主要作用：①保证屋盖结构的整体稳定；②增强屋盖的刚度；③增强屋架的侧向稳定；

④承担并传递屋盖的水平荷载；⑤便于屋盖的安装与施工。

屋架——屋盖的主要承重结构。需要用支撑连接屋架。长的屋盖结构，在中间设置横向支撑。

横向支撑——屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在平面外的计算长度，减小动力荷载作用下的屋架平面外的受迫振动。

屋盖支撑将作用于山墙的风荷载、悬挂吊车水平荷载及地震作用传递给房屋的下部支承结构。

钢屋架安装：首先吊装有横向支撑的两榀屋架，将支撑和檩条与之连系形成稳定体系，然后再吊装其他屋架与之相连。

二、屋盖支撑布置

五种屋盖支撑：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。

1．上弦横向水平支撑

图3－4 屋盖支撑布置

在屋盖体系中，一般都应设置屋架上弦横向水平支撑，包括天窗架的横向水平支撑。

上弦横向水平支撑：布置在房屋两端或在温度缝区段的两端的第一柱间或第二柱间。横向水平支撑的间距≤60 m，房屋长度>60 m，还应另加设水平支撑。

2．下弦横向水平支撑

设置条件：

屋架跨度＞18 m；

屋架跨度<18 m，但屋架下弦设有悬挂吊车；

厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其他振动设备；

山墙抗风柱支承于屋架下弦。

设置位置：下弦与上弦横向水平支撑应在同一柱间内，以便形成稳定的空间体系。

3．下弦纵向水平支撑

设置条件：

设有重级工作制吊车或起重吨位较大的中、轻级工作制吊车；

设有锻锤等大型振动设备；

屋架下弦设有纵向或横向吊轨；

设有支承中间屋架的托架和无柱支撑的中间屋架；

房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高。

设置位置：设在屋架下弦端节间内，与下弦横向水平支撑组成封闭的支撑体系，提高屋盖的整体刚度。

4．垂直支撑

垂直支撑作用：使相邻两榀屋架形成空间几何不变体系保证侧向稳定的有效构件。设置位置：

设置在设有上弦横向支撑的柱间内；

在屋架跨度方向还要根据屋架形式及跨度大小在跨中设置一道或几道。

梯形屋架：

当跨度≤30 m时，应在屋架跨中和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑；

当跨度＞30 m时，

无天窗时，应在屋架跨度 1／3处和两端的竖杆平面内各布置一道垂直支撑，

有天窗时，垂直支撑应布置在天窗架侧柱的两侧。

三角形屋架：

当跨度≤24 m时，应在跨中坚杆平面内设置一道垂直支撑；

当跨度＞24 m时，应根据具体情况布置两道垂直支撑（图3－5）。

图3－5 垂直支撑布置

屋架安装时，每隔4～5个柱间设置一道垂直支撑，以保持安装稳定。

5．系杆

系杆作用：充当屋架上下弦的侧向支撑点，保证无横向支撑的其他屋架的侧向稳定。

系杆：刚性系杆和柔性系杆。能承受压力的为刚性系杆，只能承受拉力的为柔性系杆。

设置位置：

上弦平面内，檩条和大型屋面板均可起刚性系杆作用，因而可在屋架的屋脊和支座节点处设置刚性系杆。

下弦平面内，可在屋架下弦的垂直支撑处设置柔性系杆。

地震区应按抗震规范的规定设置。

三、屋盖支撑的形式、计算和构造

形式：屋盖支撑一般均为平行弦桁架形式（图3－6）。

腹杆采用十字交叉形式，一般用于上弦横向、下弦横向及下弦纵向水平支撑（图3－7a）。纵向水平支撑桁架的节间，以组成正方形为宜，一般为6m×6m，或长方形，如6m×3m。横向水平支撑节点距离为屋架上弦节点距离的2~4倍。

垂直支撑的腹杆形式可根据桁架的宽高比例确定。

当宽高较接近时，可用交叉斜杆（图3－7b）；

当高度较小时，可用V式及W式斜杆（图3－7c，d），弦杆与斜杆间的交角为30°~60o。

图3－6 平行弦桁架

图3－7 屋盖支撑形式

杆件截面：屋盖支撑受力较小，通常可按容许长细比来选择。

交叉斜杆和柔性系杆按拉杆设计，可采用单角钢；

非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。

当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。可假定在水平桁架节点上的集中风力荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力，这样，使原来的超静定体系简化为静定体系（图3－8）。图中W为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷载引起。