钢结构设计原理第七章(屋架)
三角形刚屋架
三⾓形刚屋架钢结构设计原理课程设计——三⾓形钢屋架结构设计指导教师：班级学⽣姓名学号设计时间⽬录1课程设计指导书 (6)2屋架杆件⼏何尺⼨的计算 (6)3屋架⽀撑布置 (7)3.1屋架⽀撑 (7)3.2屋⾯檩条及其⽀撑 (8)3.2.1截⾯选择 (8)3.2.2强度计算 (9)3.2.3强度验算 (9)3.2.4荷载计算 (9)4屋架的内⼒计算 (10)4.1杆件的轴⼒ (10)4.2上弦杆的弯矩 (10)5屋架杆件截⾯设计 (10)5.1上弦杆 (11)5.2下弦杆 (12)5.3腹杆 (13)5.3.1中间竖腹杆JG (13)5.3.2主斜腹杆IK、KG (14)5.3.3腹杆DI (14)5.3.4腹杆BH、CH、EK、FK (15)5.3.5腹杆HD、DK (15)5.4填板设置与尺⼨选择 (15)6屋架节点设计 (16)6.1⽀座节点A (16)6.2上弦⼀般节点B、C、E、F、D (20)6.3屋脊拼接节点G (21)6.4下弦⼀般节点H (23)6.5下弦拼接节点I (23)6.6下弦中央节点J (25)6.7受拉主斜杆中间节点K (25)8参考资料 (25)三⾓形钢屋架课程设计指导书西南交通⼤学⾃考班课程设计任务书——钢屋架设计⼀、设计资料1.某地区某⾦⼯车间，长18×Sm，跨度Lm，柱距Sm，采⽤⽆檩屋盖结构体系，梯形钢结构屋架，1.5m×Sm预应⼒混凝⼟⼤型屋⾯板，膨胀珍珠岩制品保温层（容重4kN/m3，所需保温层厚度由当地温度确定），卷材屋⾯，屋⾯坡度i。
基本风压W，基本雪压S. 活荷载q2.某地区某车间，长18×S m，跨度L m，采⽤有檩屋盖体系，三⾓形屋架，屋⾯采⽤压型钢板0.15Kn/m2，不保温，屋⾯坡度i。
基本风压W，基本雪压S.活荷载q根据附表选择题⽬。
屋架均简⽀于钢筋混凝⼟柱⼦上，混凝⼟标号为C20，建造地点见附表。
屋架所受荷载，包括恒载，活荷载，及风雪荷载等，均应该根分组表采⽤。
钢结构设计原理知到章节答案智慧树2023年兰州理工大学
钢结构设计原理知到章节测试答案智慧树2023年最新兰州理工大学第一章测试1.钢结构具有良好的塑性变形能力，不会出现脆性断裂。
（）参考答案:错2.钢结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。
（）参考答案:对3.钢结构具有良好的加工性能和焊接性能。
（）参考答案:对4.钢结构具有良好的密封性能。
（）参考答案:对5.构件初弯曲对轴心受压件承载力影响很大。
（）参考答案:对6.8 钢结构的耐火性差。
（）参考答案:对7.钢结构的承载能力极限状态主要包括变形控制。
（）参考答案:错8.钢结构的正常使用极限状态要包括强度、刚度、稳定性。
（）参考答案:错第二章测试1.韧性是结构或构件承受静力荷载时，吸收变形能的能力。
（）参考答案:错2.钢材耐火不耐热。
（）参考答案:错3.钢材随着含碳量的增加，强度越高，塑性越好。
（）参考答案:错4.承重结构用钢材，应保证的力学性能包括（）参考答案:抗拉强度、屈服强度、伸长率5.钢材在双向拉力作用下，抗拉强度和伸长率的变化是（）参考答案:降低，降低6.当钢结构表面长期受辐射热作用时，应采取有效防护措施的温度低限值为（）参考答案:150℃7.结构的可靠性包括（）参考答案:适用性;安全性;耐久性8.建筑结构用钢在性能方面的基本要求是（）参考答案:强度;韧性;塑性9.钢材的硬化有下面哪些类型（）参考答案:应变时效;时效硬化;冷作硬化10.同一构件的伸长率，正确的是（）参考答案:δ5>δ10第三章测试1.梁受固定荷载作用，当局部承压强度不能满足时，较合理的措施是（）。
参考答案:在集中荷载作用处设置支撑加劲肋2.按照强度条件选择梁截面时，截面的最小高度依据（）。
参考答案:刚度条件确定3.强度计算时，不考虑截面部分塑性发展的构件是（）。
参考答案:轴心受力构件4.对下列（）梁，常以截面边缘纤维屈服作为强度极限。
参考答案:冷弯薄壁型钢梁；;需要计算疲劳的梁；5.计算梁的弯曲正应力时，要用到（）的几何参数。
钢结构讲义7
l w1
N max 4 0.7 h f f
w f
2hf
跨度大，取大值
12
拼接角钢长度 L 2 lw1 10mm (40 ~ 60) cm 铲棱切肢削弱一般不超过截面积的15％ ，
r
(t+ h f +5)mm
对下弦，削弱部分由节点板承担，节点板与弦杆之间 的焊缝②受力为：
loy l
因拉杆少、本身刚度大、 嵌固弱，下端铰接
十字形截面和单角钢：lo 0.9 l 因屈曲时，沿斜截面，即不是平面内也不是平面外。 再分式：oy l1 ( 0.75 0.25 N 2 N1 ) l N1：较大压力 压正、拉负 N2：较小压力或拉力 N N N1段：lox l l1 平面内计算长度 9 N2段：lox 0.8 l
跨度小于等于24m。
2
缺点： 它的外形与均布荷载的弯矩图不相适应， 跨中M大，h大，杆力N小 内力分布不均 支座处M小，h更小，杆力N大 支座处，杆件间的夹角过小，节点难于处理。 改进 梯形屋架： 适用于坡度较为平缓的无檩屋盖，它的形状 与简支受弯构件的弯矩图接近，弦杆内力分 布均匀，可与柱铰接也可刚接。 无虚线时，腹杆体系为人字式 有虚线时，腹杆体系为再分式 单斜式
封 闭 结 合
150~200
非 封 闭 结 合
封 闭 结 合
l0 l
铰接
刚接
非 封 闭 结 合
内移尺寸
4
l0 l (300 ~ 400)
（柱宽） l0 l 2 （内移尺寸） l0 l 2
屋架高度：指跨中的最大高度。 跨中高度： h h 0 1 2 l i h0：屋架端部高度； i：坡度 0 三角形屋架 陡坡梯形屋架 铰接： h0＝ 0.5～1.0 m 1.8～2.1 m 缓坡梯形屋架 注意：实际是先确定跨中高度，后确定 h0 。 起拱：对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生很大 的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。宜采用起 拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后 产生的部分挠度。 三角形屋架 l ≥15m时，起拱。 梯形、平行弦屋架 l ≥24m时， 5 起拱。 起拱高度 l 500 ，且以5mm为模数
钢结构屋架设计
一丶设计资料厂房总长60ｍ，跨度为24m，屋架间距b=6m，端部高度H=1990mm，中部高度H=3190mm1、结构形式：钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。
柱的混凝土强度等级为C20，屋面坡度为i=1:10；L为屋架跨度。
地区计算温度高于—20℃，无需抗震设防。
2、屋架形式及荷载屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附表图所示。
屋架采用的钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊3、屋盖结构及荷载采用无檩体系。
用1.5×6.0预应力混凝土屋板。
荷载：①屋架及支撑自重：q=0.384KN/m²②屋面活荷载：活荷载标准值为0.7 KN/m²，雪荷载的基本雪压标准值为 =0.7 KN/m²，活荷载标准值与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值③屋面个构造层的恒荷载标准值：水泥砂浆找平层0.4KN/m²保温层 0.4KN/m²预应力混凝土屋面板 1.6KN/m²永久荷载总和=2.784KN/㎡，活荷载总和=0.7 KN/㎡4、荷载组合。
一般按全跨永久荷载和全跨可变荷载计算。
节点荷载设计值：按可变荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.2；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7）F=（1.2×2.7844+0.7×1.4）×1.5×6=37.2 KN按永久荷载效应控制的组合计算（永久荷载：荷载分项系数γg=1.35；屋面活荷载活雪荷载：γq=1.4，组合值系数φ=0.7）F=（1.35×2.784+0.7×1.4×0.7）×1.5×6=38.2KN故取节点荷载设计值为F=38.2 KN，支座反力R=8F=305.6 KN二丶屋架形式和几何尺寸屋面材料为大型屋面板，故采用无檩体系平破梯形屋架。
屋面坡度i=1/10；＝24000－300＝23700mm；端部高度取H=1990mm，跨中高度取屋架计算跨度L3190mm，下端起拱50mm。
第七章屋盖钢结构
第七章屋盖钢结构第⼋章屋盖钢结构⼀、选择题8.1.1(Ⅰ)如轻型钢屋架上弦杆的节间距为，其平⾯外长细⽐应取。
(A)(B) 0.8(C) 0.9(D)侧向⽀撑点间距8.1.2(Ⅰ)⼗字交叉形柱间⽀撑，采⽤单⾓钢且两杆在交叉点不中断，⽀撑两端节点中⼼间距(交叉点不作为节点)为，按拉杆设计时，⽀撑平⾯外的计算长度应为下列何项所⽰?。
(A) 0.5(B) 0.7(C) 0.9(D) 1.08.1.3(Ⅰ)梯形钢屋架受压杆件，其合理截⾯形式，应使所选截⾯尽量满⾜。
(A)等稳定(B)等刚度(C)等强度(D)计算长度相等8.1.4(Ⅰ)为了保证两个⾓钢组成的T形截⾯共同⼯作，在两个⾓钢肢间应设置垫板，压杆垫板间距应满⾜≤40，式中，为图中单⾓钢对1—1轴的回转半径。
8.1.5(Ⅰ)普通钢屋架的受压杆件中，两个侧向固定点之间。
(A)垫板数不宜少于两个(B)垫板数不宜少于⼀个(C)垫板数不宜多于两个(D)可不设垫板8.1.6(Ⅰ)梯形钢屋架节点板的厚度，可根据来选定的。
(A)⽀座竖杆中的内⼒(B)下弦杆中的最⼤内⼒(C)上弦杆中的最⼤内⼒(D)腹杆中的最⼤内⼒8.1.7(Ⅰ)槽钢檩条的每⼀端⼀般⽤下列哪⼀项连于预先焊在屋架上弦的短⾓钢上?。
(A)⼀个普通螺栓(B)两个普通螺栓(C)安装焊缝(D)⼀个⾼强螺栓8.1.8(Ⅰ)屋架下弦纵向⽔平⽀撑⼀般布置在屋架的。
(A)端竖杆处(B)下弦中间(C)下弦端节间(D)斜腹杆处8.1.9(Ⅰ)屋架中杆⼒较⼩的腹杆，其截⾯通常按。
(A)容许长细⽐选择(B)构造要求决定(C)变形要求决定(D)局部稳定决定8.1.10(Ⅰ)屋盖中设置的刚性系杆。
(A)可以受压(B)只能受拉(C)可以受弯(D)可以受压和受弯8.1.11(Ⅰ)桁架弦杆在桁架平⾯外的计算长度应取。
(A)杆件的⼏何长度(B)弦杆节间长度(C)弦杆侧向⽀撑点之间的距离(D)檩条之间的距离8.1.12(Ⅱ)梯形屋架的端斜杆和受较⼤节间荷载作⽤的屋架上弦杆的合理截⾯形式是两个。
钢结构屋架
课程设计说明书课程设计任务书设计题目三角形钢屋架课程设计学生姓名设计要求：1.计算书内容包括：选题（屋架形式）、选择钢材、选择焊接方法及焊条型号、荷载计算及内力组合、杆件截面设计、屋架节点设计。
2.施工图（用CAD绘制或手绘）绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图，图面内容：屋架索引图（画在图面左上角）比例：1：100-1：150屋架正面图（画对称的半榀）比例：1：20或1：30或自定上、下弦杆俯视图比例：1：10或1：15必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）屋架支座详图及零件详图、施工图说明、标题栏（写明题目、指导教师、姓名、班级、日期）学生应完成的工作：1.设计计算书一份；2.绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图（1号图纸）一张；3.图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后上交。
参考文献阅读：1.戴国欣主编.钢结构（第3版）[M].武汉：武汉理工大学出版社，2011.1.2.张耀春主编.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2004.8.3.唐岱新，孙伟民主编.高等学校建筑工程专业课程设计指导[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.6.4.陈志华编著.建筑钢结构设计[M]. 天津：天津大学出版社，2004.3.5.周俐俐，姚勇等编著.土木工程专业钢结构课程设计指南[M]. 北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，2007.5.工作计划：周一、周二完成截面及节点设计。
周三、周四绘制施工图。
周五、周六。
任务下达日期：2012年12月7日任务完成日期：2012年12月15日指导教师（签名）：学生（签名）：三角形钢屋架课程设计摘要：为了使我们对钢结构设计课程有更深刻的理解，我们开展了为期一周的课程设计任务。
三角形钢结构屋架作为工业厂房的主要结构，已经大量的应用于现实生活之中。
因为其具有诸多的特点，能够很好的满足人们对现代生产的要求，所以钢结构设计要趋向成熟。
通过设计，我们应该可以对课本的知识有更为深刻的理解。
[工学]第7章拉弯压弯构件-钢结构设计原理课件
![[工学]第7章拉弯压弯构件-钢结构设计原理课件](https://img.taocdn.com/s3/m/96bbb7f2b90d6c85ed3ac66b.png)
一．工作阶段
在轴心压力和绕主轴弯矩的共同作用下，截面上应力 发展过程，构件中应力最大的截面可能发生强度破坏。
hw h ηh (1-2) η h ηh
Af=b×t
x Mx
x
Aw=hw×tw
fy
fy
fy
fy
fy fy
fy
(a)
(b)
(c)
压弯构件截面应力的发展过程
fy (d)
钢结构基本原理
工程管理08级
2020/12/14
钢结构基本原理及设计
7.2.2 构件强度与刚度计算
1．单向拉弯、压弯构件按下式计算截面强度：
N Mx f
An xWnx
2．双向拉弯、压弯构件计算截面强度： N Mx My f
An xWnx yWny
3． x
x y 1
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钢结构基本原理及设计
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钢结构基本原理及设计
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钢结构基本原理及设计
4．按其截面形式
实腹式 格构式 常用的截面形式： 热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面 组合截面
5．满足正常使用极限状态和承载能力极限状态
同轴心构件
钢结构基本原理
工程管理08级
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钢结构基本原理及设计
§7-3 实腹式构件在弯矩平面内的稳定
7.3.1 压弯构件整体失稳形式
单向压弯构件的整体失稳分为： 弯矩作用平面内和弯矩作用平面外两种情况 弯矩作用平面内失稳为弯曲屈曲 弯矩作用平面外失稳为弯扭屈曲 双向压弯构件则只有弯扭失稳一种可能
第7章钢屋架资料
l
可变荷载（活载） 单独汇聚
如有节间荷载，先把节间荷载分配到该节间相 邻的节点上，计算弦杆时再考虑节间荷载引起 的局部弯矩。
垂直支撑：两相邻屋架间竖直平面，间隔4～6 个屋架设置一道，凡有横向支撑的柱间均设
系杆：保证未设横向支撑屋架弦杆的稳定，在 安装中还起架立屋架作用
刚性系杆：能传递压力
柔性系杆：仅能传递拉力
下弦纵向水平支撑
单跨结构：沿房屋纵向靠近柱列设置在下弦 端节间的平行弦桁架(三角形屋架可在上弦)
多跨结构：多跨结构，下弦纵向水平支撑须 根据具体情况沿部分柱列设置。
上/下弦杆、端斜/竖杆： l0x = l，l为几何长度 其它腹杆：l0x = 0.8l 在屋架平面外
上弦杆：① l0y = l1 ② l0y =两块屋面板宽度且不大于3m ③ l0y = l1 (0.75+0.25N2/N1) 0.5l1， N1>N2
腹杆：① l0y = l，侧向刚度低（节点处仅为一板厚） ② 再分受拉主斜杆：l0y = l1 ③ 再分受压主斜杆： l0y=l1(0.75+0.25N2/N1)
梯形，L<36m，i = 1/16-1/8，无檩，铰/刚接 人字式：上乘式和下乘式（端斜杆） 再分式：上弦节间短，节点和腹杆数量多 平行弦屋架：上下弦杆平行，单坡/双坡
3 屋架的主要尺寸
屋架计算跨度l0: 指屋架两端支座反力的间距
铰接：标志跨度－联系尺寸150～200mm×2(封闭结合) 标志跨度（非封闭结合）
• 弦杆肢尖焊缝：承受ΔN和ΔM＝ e ×ΔN
钢结构课程设计钢屋架
钢结构课程设计钢屋架一、课程目标知识目标：1. 学生能理解钢结构的基本概念，掌握钢屋架的设计原理和构造要求。
2. 学生能描述钢屋架的主要组成部分，并了解各部分的功能和相互关系。
3. 学生能掌握钢材的性质和选用原则，了解钢屋架的材料特性。
技能目标：1. 学生能够运用基本设计原理，独立完成钢屋架的初步设计，包括结构布局、截面选择和连接方式。
2. 学生能够运用计算工具进行钢屋架的受力分析，并计算出主要构件的截面尺寸。
3. 学生能够运用绘图软件，绘制出钢屋架的施工图，并准确表达设计意图。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习钢屋架设计，培养对工程设计和建筑行业的兴趣和热情。
2. 学生能够认识到钢结构在建筑领域的重要性和应用价值，增强对技术创新的意识。
3. 学生在团队协作中培养合作精神和沟通能力，提高解决问题的自信心。
课程性质：本课程为专业实践课程，以理论为基础，注重实践操作。
学生特点：学生为工科专业的高年级本科生，具备一定的力学基础和工程制图能力。
教学要求：结合理论教学和实践操作，提高学生的设计能力和工程素养，培养具备创新精神和实践能力的工程技术人才。
通过本课程的学习，使学生能够将理论知识应用于实际工程，为未来的职业发展打下坚实基础。
二、教学内容1. 钢结构基本概念：介绍钢结构的特点、分类及在建筑中的应用，重点讲解钢屋架的结构类型和优缺点。
参考教材章节：第一章 钢结构概述2. 钢屋架设计原理：讲解钢屋架的设计原则、构造要求，包括荷载取值、材料性能、稳定性分析等。
参考教材章节：第二章 钢屋架设计原理与构造3. 钢材性质与选用：介绍常用钢材的性质、牌号及应用，使学生了解钢材的选用原则。
参考教材章节：第三章 钢材的性质与选用4. 钢屋架受力分析：教授钢屋架的受力分析方法，包括弯矩、剪力、轴力等的计算。
参考教材章节：第四章 钢屋架受力分析5. 钢屋架设计计算：讲解钢屋架主要构件的截面尺寸计算方法，培养学生实际设计能力。
《钢结构》(钢屋架)课程设计任务书
《钢结构》(钢屋架)课程设计任务书课程设计任务书《钢结构》（钢屋架）课程设计任务书一、设计任务的目的与要求：本次课程设计的任务是设计一个钢屋架结构，要求学生运用所学的钢结构设计知识与技能进行设计，包括荷载计算、结构分析与设计、构件尺寸确定等。
通过本次设计任务，旨在提高学生的综合应用能力，加深对钢结构设计原理的理解，并培养学生的团队合作和解决实际工程问题的能力。
二、设计任务的内容与流程：1. 设计内容：设计一个三层多跨度的钢屋架结构，用于承担一定的荷载和风力荷载。
要求设计满足结构安全、稳定和经济性的要求。
2. 设计流程：(1) 根据设计要求和建筑功能确定结构基本参数，包括跨度、层数、荷载类型和大小等。
(2) 进行荷载计算，包括使用现行规范确定荷载，并对各种荷载进行组合计算。
(3) 进行结构分析与设计，包括确定结构的受力情况和选择适当的材料和截面形式。
(4) 进行构件尺寸确定，包括对主要构件进行动静力分析，确定其合理的尺寸和型号。
(5) 进行结构的耐久性设计，包括使用合适的防腐措施，保证结构的使用寿命。
(6) 进行结构的施工图设计，包括绘制结构的剖面图、节点连接图等。
三、设计任务的要求与评价指标：1. 设计要求：(1) 结构安全可靠，满足国家规范要求的承载能力和稳定性要求。
(2) 结构经济合理，材料使用充分，尺寸合理。
(3) 结构施工方便，构件可制造性好。
(4) 结构具有良好的耐久性，能满足设计寿命要求。
2. 评价指标：(1) 结构的安全性：承载能力满足设计要求，结构稳定性好。
(2) 结构的经济性：材料使用充分，构件尺寸合理。
(3) 结构的可施工性：结构构件制造方便，施工条件易于满足。
(4) 结构的耐久性：防腐措施合理，能满足设计寿命要求。
四、设计任务的开题与验收：1. 开题内容：(1) 设计题目的背景与意义。
(2) 设计任务的目的与要求。
(3) 设计内容与流程。
2. 验收内容：(1) 设计任务书完整准确。
钢结构设计原理
钢结构设计原理1.1 钢结构的特点钢结构主要是指由钢板、热轧型钢、薄壁型钢或焊接型材等构件通过连接件连接组合而成的结构，它是土木工程的主要结构形式之一。
目前，钢结构在工业厂房、大跨结构、房屋建筑、桥梁、塔桅和特种结构中都得到广泛采用，这是由于钢结构与其他材料的结构相比有如下特点：(1) 建筑钢材强度高，塑性和韧性好强度高，钢与混凝土、木材相比，虽密度较大，但其强度较混凝土和木材要高得多，其密度与强度的比值一般比混凝土和木材小，因此在同样受力的情况下，钢结构与钢筋混凝土结构和木结构相比，构件较小，质量较轻。
适用于建造跨度大、高度高和承载重的结构。
塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂，只会增大变形，因此容易被发现。
此外，还能将局部高峰应力重分配，使应力变化趋于平缓。
韧性好，适宜在动力荷载下工作，因此在地震区采用钢结构较为有利。
(2) 钢结构的重量轻钢材容重大，强度高，但做成的结构却比较轻。
结构的轻质性可用材料的质量密度和强度的比值来衡量，值越小，结构相对越轻。
建筑钢材的值在之间；木材的值为；钢筋混凝土的值约为。
以同样的跨度承受同样的荷载，钢屋架的质量最多不过为钢筋混凝土屋架的1/4～1/3，冷弯薄壁型钢钢屋架甚至接近1/10。
重量轻，可减小基础的负荷，降低地基、基础部分的造价，同时还方便运输和安装。
(3) 材质均匀，和力学计算的假定比较符合钢材由于冶炼和轧制过程的严格控制，材质波动范围小，其内部组织比较均匀，接近各向同性，可视为理想的弹—塑性体，因此，钢结构的实际受力情况和工程力学的计算结果比较符合，在计算中采用的经验公式不多，从而，计算的不确定性较小，计算结果比较可靠。
(4) 钢结构制造简便，施工工期短钢结构构件一般采用由专业化的金属结构厂轧制成型的各种型材，制作简便，准确度和精密度都较高。
制成的构件可直接运到现场拼装，采用焊接或螺栓连接。
钢构件重量较轻、连接简单、安装方便、施工机械化程度高、施工工期短、降低造价，综合经济效益较好。
钢结构设计原理
绪 论
Chapter 1 Preface to Steel Structure
第一章
3、我国钢结构的发展概况
绪 论
Chapter 1 Preface to Steel Structure
• 古代
• 公元前200多年，秦始皇时代用铁建造了 公元前200多年， 200多年 桥墩 • 公元60年，汉明帝时代建造了铁链悬桥 公元60 60年 • 山东济宁寺铁塔 • 江苏镇江甘露寺铁塔
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第一章
平板网架
绪 论
Chapter 1 Preface to Steel Structure
构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、 构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截 头四角锥等。 头四角锥等。 一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式： 一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第一章
绪 论
Chapter 1 Preface to Steel Structure
网架结构是由许多杆件按一定规律布置， 网架结构是由许多杆件按一定规律布置，通过节 点连接成空间杆系结构，其外形成平板状。 点连接成空间杆系结构，其外形成平板状。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第一章
绪 论
Chapter 1 Preface to Steel Structure
天津奥林匹克体育场
钢结构设计原理新7
在未设横向支撑的开间连接各屋架 通常在屋架两端，有垂直支撑位置 的上、下弦节点以及屋脊和天窗侧 柱位置 系杆沿房屋纵向通长布置 当房屋两端为山墙时，上、下弦横 向水平支撑及垂直支撑可设在两端 第二开间，这时第一开间的所有系 杆均设为刚性系杆
作用：系杆对屋架上、下弦杆提供侧向 支承，对于有檩屋盖，檩条可兼作系杆
有檩体系
§7.1.1 单层厂房钢结构的组成
1) 横向框架
由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成 是厂房的主要承重体系，承受自重、风、雪荷载和吊车的竖 向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础
2) 屋盖结构
承担屋盖荷载的结构体系，包括横向框架的横梁、托架、中 间屋架、天窗架、檩条等
3) 支撑体系
§7.2.2 主要尺寸
吊车示意图
§7.2.2 主要尺寸
2) 柱高 ( 柱脚底面到横梁下
弦底部的距离)
H h1 h2 h3
h1—地面至柱脚底面的距离， 中型车间为0.8~1.0m，重型车 间为1.0~1.2m； h2—地面至吊车轨顶的高度， 由工艺要求决定； h3—吊车轨顶至屋架下弦底面 的距离, h3=A+100+(150~200)
6) 其它
梯子、走道、门窗、工作平台
§7.1.2 柱网和温度伸缩缝的布置
1) 柱网布置——承重柱在平面上的排列方式
跨度：纵向定位轴线之间的尺寸 柱距：横向定位轴线之间的尺寸 柱网布置原则： (1) 应满足生产工艺要求
流程、设备、产品尺寸和生产 空间决定跨度和柱距
(2) 应满足结构的要求
柱应在同一轴线上，以便与屋 架或横梁组成框架
3) 天窗架形式
为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗 结构形式如下：
建筑钢结构设计原理课件第7章：钢屋架设计
2.屋盖支撑的布置原则
1）上弦横向水平支撑布置原则:
所有屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑， 当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平 支撑。
1）上弦横向水平支撑布置原则:
支撑间距 L0≤60m。
设置在房屋的两端 或温度区段两端 一般设在第一个柱间有时可将其布置在第二个柱 间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端 屋架和传递端墙风力。
无檩方案:能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时:
lOy=l¹1 （ l¹1≤3m ）l度¹1— 两 块 屋 面 板 宽
有檩方案: 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
2. 下弦杆计算长度： (1)在桁架平面内
lox = l
(2)在桁架平面外
取纵向水平支撑节点与系杆或系杆与系 杆之间的距离。
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
lOy=l 单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， l0 y 0.9l
确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时，其计算 长度应按下表规定采用。
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
N f
An
刚度 max max x y
2）压杆： 强度，刚度，稳定
强度
Nf
A
N An
0.7
fu
刚度
x
lox ix
y
loy iy
整体稳定
N f
A
设计步骤
钢结构设计原理(北方民族大学)智慧树知到答案章节测试2023年
第一章测试1.钢结构计算中，实际内力和力学计算结果最符合的原因是（）A:钢材韧性好B:钢材强度高C:钢材材质均匀D:钢材塑性好答案:C2.下述破坏属于正常使用极限状态的是（）A:结构转变为机动体系B:连接的强度计算C:梁腹板加劲肋计算D:构件在荷载作用下产生较大变形而影响作答案:D3.结构的重要性系数是根据结构的( )分别取 1.1、1.0、0.9。
A:安全等级的一、二、三级B:耐久性等级的一、二、三级C:抗震等级D:建筑面积的大小答案:A4.在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（）的典型特征。
A:强度破坏B:脆性破坏C:塑性破坏D:失稳破坏答案:C5.下列关于荷载分项系数的论述( )不正确。
A:不分场合均取为1.2B:一般情况下取1.4，当楼面活荷载大于4kN/mm2时，取1.3C:用于计算活荷载效应的设计值D: 为结构永久荷载分项系数答案:A6.验算型钢梁正常使用极限状态的变形时，用荷载( )。
A:组合值B:最大值C:设计值D:标准值答案:D7.钢结构设计中按荷载设计值计算的有 ( )A:局部稳定B:强度C:疲劳D:梁的刚度E:整体稳定答案:ABE8.承载能力极限状态包括构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载的状态。
A:对B:错答案:A9.承载能力极限状态包括影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形，影响正常使用的振动，影响正常使用或耐久性能的局部破坏。
A:对B:错答案:B10.焊接结构的疲劳强度的大小与（）关系不大。
A:残余应力大小B:连接的构造细节C:钢材的种类D:应力循环次数答案:D第二章测试1.反映钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力的指标为（）A:冷弯性能B:屈服强度C:韧性D:伸长率答案:C2.钢中含碳量越高（）A:强度越高B:塑性韧性越高C:可焊性越好D:塑性越差，韧性越好答案:A3.结构钢的屈服强度 ( ) ：A:随着厚度增大而降低，而且随质量等级从A到D逐级提高B:随着厚度增大而降低，但于质量等级（A、B、C、D）无关C:随着厚度增大而提高，而且随质量等级从A到D逐级降低D:随着厚度增大而降低，而且随质量等级从A到D逐级降低答案:A4.在钢的化学元素中,下列哪一种元素的有害作用主要是使钢在低温时韧性降低并容易发生脆性破坏( )A:硫B:磷C:硅D:锰答案:B5.碳的含量对钢材性能的影响很大，一般情况下随着含碳量的增高，钢材的塑性和韧性逐渐增高。
钢屋架设计钢结构基本原理及设计梯形桁架的弦杆
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
a —屋架上弦横向水平支撑
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
b．下弦横向水平支撑。在相邻两 榀桁架的下弦平面内沿跨度全 长设置。其杆件形式同上弦横 向水平支撑。
下弦平面
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
当屋架跨度大于18m 或屋架跨度虽小于18m，但屋架下弦设有悬挂吊车; 或厂房内设有桥式吊车 或采用下弦弯折的屋架以及山墙抗风柱支承于屋架 下弦时。 必须设下弦横向水平支撑。 与上弦横向水平支撑布置同一柱间。
柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，作用为： (1) 组成纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度； (2) 承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水 平荷载及温度应力等，将力传至基础。 (3) 可作为框架柱在框架平面外的支点，减少计算长度。 柱间支撑由两部分组成：上层支撑，下层支撑。 柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架 式等。
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
f．系杆 末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆
来保证。系杆通常设于屋架两端以及有垂直支撑位置的上、 下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。 f—柔性系杆 K —刚性系杆
此外，对受压的 上弦，必要时也对下 弦，还应根据控制弦 杆长细比的要求按一 定间距增设中间系杆。
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
人字式，再分式 用于托架或支撑体系
§9-2 屋盖结构体系
钢结构基本原理及设计
二. 屋盖支撑
1. 屋盖支撑作用 1）保证钢屋盖的空间稳定性 2）保证屋架受压上弦杆在屋架平面外稳定 3）承受并传递屋架的纵向水平力 4）增加房屋的整体刚度 5）保证结构安装时的稳定与方便
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7.5.1 结构形式和布置
（1）结构形式 单跨、双跨、多跨等
要求：构造简单、施工方便、易于连接， 具有一定的侧向刚度，取材方便，宜使杆 件对两个主轴有相近的稳定性 （1）单壁式屋架杆件的截面形式
双壁式屋架杆件的截面形式
双角钢杆件的填板
7.3.3.4 杆件的截面选择
（1）一般原则
①优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面， 但受压构件应满足局部稳定的要求，最小厚度为 4mm ②最小角钢∟45×4，当开有螺栓孔时，肢宽应 满足相应要求 ③屋架节点版（或T型钢弦杆的腹板）厚度，据 表7.4采用
（3）内力计算与荷载组合
内力组合：①解析法 ②图解法 荷载组合：①全跨永久荷载+全跨屋面活载（雪 载）+全跨积灰荷载+悬挂吊车荷载 ②全跨永久荷载+半跨屋面活载（雪 载）+半跨积灰荷载+悬挂吊车荷载 （少数腹杆可能内力变号） 采用大型屋面板的屋架，应考虑安装 时可能的半跨荷载： 屋架及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨 施工荷载
2
(7.20)
(7.21)
（3）T型钢作弦杆的屋架节点
7.3.3.6 连接节点处板件的计算
（1）连接节点处的板件在拉、剪作用下的强度 必要时按下式计算：
N / i A1 f (7.24) (7.25)
i 1/ 1 2 cos2 i
（2）为保证桁架节点板在斜腹杆压力作用 下的稳定性，受压腹杆连接肢断面中点沿 腹杆轴线方向至弦杆边缘的净距离c应满足 下列条件：
↙
→底板→支承柱顶
计算： 支座底板毛面积： A ab
R fc
A0
2 M q a1
6M 支座底板厚度： t f 且t 16mm 加劲肋与节点板连接焊 缝：
2
V 6M fw f 20.7 20.7 2 hf lw hf lw f 1 1 式中 V R M V b 4 4 节点板、加劲肋与底板 的连接焊缝 R f fw f f 0.7 h f l w
7.3.3.7 钢屋架施工图
7.3.4 刚接屋架（框架横梁）设计特 点
与柱刚接的屋架端部弯矩效应可转化为一对水平 为H=M/h0，此水平力有可能使屋架端部下弦杆受 压
屋架与柱刚接构造如图7.58 上弦最大内力由上盖板传递 下弦拉力H由连接螺栓承受（偏心受拉）
H H e y1 Nb N max t n 2 yi2
（2）支撑的布置
①上弦杆的水平支撑 在屋架上弦和天窗架上弦均设间距不大于60m ②下弦横向水平支撑 屋架跨度小于18m且无吊车或其它振动设备时， 可不设，其它情况应设 ③纵向水平支撑 房屋较高、跨度较大，空间刚度要求较大时， 设纵向水平支撑，与横向水平支撑形成封闭体系 ④垂直支撑：均应设 ⑤系杆：沿房屋通长设，分为刚性系杆和柔性系 杆
④跨度较大的桁架（例如大于等于24m）与柱铰接 时，弦杆应根据内力变化改变截面（半跨内一次） ⑤同一屋架的型钢规格不宜太多，以便订货
（2）杆件的截面选择
轴心拉杆：强度、刚度 轴心压杆、压弯杆：强度、整体稳定、局部稳 定、刚度
7.3.3.5 节点设计
（1）节点设计的一般要求
①杆件的形心线与桁架轴线重合，通常取角钢 肢背至轴线的距离为5mm的倍数 ②杆件与杆件之间的空隙不小于15-20mm
2 0.7 l w f
f
肢尖： h f 2
2 N
2 0.7 l w f
w f
(7.9)
②有集中荷载的节点（如上弦节点）
角钢肢背采用塞焊缝时 ：（图7.35a、b） 假定塞焊缝承受集中荷 Q 载 Q f fw f f 2 0.7 h f 1 l w
(7.10)
弦杆内力差N N 2 N1 由肢尖焊接承担（焊缝 按受剪、弯计算） N 6M f f 2 0.7 h f 2 l w 2 0.7 h f 2 l 2 w f 2f f w f f 节点板向上伸出角钢肢 背时（图7.35c d） 、 肢背焊缝： 肢尖焊缝：
③对轻质屋面材料的屋架，一般应 考虑负风压的影响 ④轻屋面的厂房，吊车起重量较大 （Q≥300KN）应考虑按框架分析 求得的柱顶水平力是否会使下弦 内力增加引起下弦内力变号
7.3.3.2 杆件的计算长度和容许长细比
（1）杆件的计算长度
（2）杆件的容许长细比
7.3.3.3 杆件的截面形式
7.3 屋盖结构
7.3.1 屋盖结构的形式
7.3.1.1 屋盖结构体系 （1）无檩屋盖：屋面板直接铺设在屋架或 天窗架上，需另设支撑，屋盖刚度大，但 自重大，对抗震不利。 （2）有檩屋盖：轻型屋面板、檩条、屋架、 支撑自重轻，现应用越来越广泛。
7.3.1.2 屋架的形式
三角形、梯形、平行弦。 屋架选形应考虑：建筑物的用途及外观要 求；屋面材料对排水坡度的要求；经济 的要求；受力合理的要求，构造简单、 施工方便的要求等。
③杆件端部的切割一般垂直与轴线
④节点板的外形尽可能简单、规则 ⑤支承大型屋面板的上弦杆，当支承处的总集中荷 载（设计值）超过表7.5的数值时，支承处应加强
（2）角钢桁架的节点设计
①一般节点： 计算内容：肢件与节点板的连接焊缝 弦杆与节点板的连接焊缝 △N=N2-N1 肢背： h f 1 1 N w (7.8)
（3）支撑的计算和构造
横向、纵向水平支撑均为平行弦桁架，计 算简图见（图7.21）
屋盖支撑杆内力较小，截面尺寸一般由长细比 及构造要求控制
7.3.3 简支屋架设计
7.3.3.1 屋架的内力分析
（1）基本假定：节点处所有杆件轴线在同一平 面内相交于一点（节点中心）；节点均为理想铰 接；荷载作用在节点上 （2）节间荷载引起的局部弯矩的处理
（1）三角形屋架
梯形屋架
人字形屋架和平行弦桁架
7.3.1.3 托架、天窗架形式
支承中间屋架的桁架称为托架，一般采用 平行弦桁架。
天窗架的形式如图7.15
天窗的作用是采光、通风。多采用纵向天窗
7.3.2 屋盖支撑
（1）支撑的作用
①保证结构的空间整体性 ②为屋架弦杆侧向支撑点，减小其在屋架平面外 的计算长度 ③承担和传递水平荷载 ④保证结构安装时的稳定与方便
2
(7.13)
N 2 0.5Q 2
1
2 0.7 h f 2 l w1
fw f
(7.14)
2 2 N 0.5Q fw f 2 0.7 h f 2 l w 2
2
(7.15)
③拼接节点
④支座节点
铰接：屋架支承于混凝土柱上或钢柱上 刚接：屋架支承于钢柱 铰接支座节点的传力路径： 杆件→节点板→加劲肋
(7.27)
下弦支座节点板与端板 连接焊缝计算见（ ） 7 （7.29 ）
支托和柱连接焊缝按轴 心受剪计算， 考虑偏心支座反力 加大25% R
7.5 轻型门式刚架结构
应用：轻工业厂房、仓库、超市、展厅等 特点：轻屋面系统，轻墙面系统，轻荷载 系统，轻结构系统
①对有竖腹杆或无竖腹杆但自由边有加劲肋的节 点板， c/t 15 235/f y ②对无竖腹杆且自由边无加劲肋的节点板，
c/t 10 235/f y , 且N 0.8be t f
（3）当采用上述方法计算节点板的强度和稳定 时，尚应满足下列要求： ①节点板边缘与腹杆轴线之间的夹角不小于15°； ②斜腹杆与弦杆的夹角应在30°— 60°之间； ③节点板的自由边长度lf与厚度t之比不得大于 ，否则应沿自由边设加劲肋 60 235/f y 屋架设计例题详见教材