单层厂房钢屋盖结构

7.2.2 屋盖支撑的布置
屋盖支撑系统可分为横向水平支撑、纵向水平支撑、 竖向支撑及系杆。 7.2.2.1 横向水平支撑
横向水平支撑，布置在屋架上、下弦及天窗架上弦平面，是沿 屋架方向布置的支撑。 1、 屋架上弦横向水平支撑
上弦横向水平支撑一般应设置在 房屋两端或纵向温度区段两端的第 一柱间或第二柱间，其最大间距为 60m，否则在中间应增设一道或几 道支撑。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。
端部高度：当屋架与柱铰接时为 1．6～2．2 m，刚接时为 1．8～2．4 m；端弯矩大时取大值，反之取小值。 跨中高度：根据端部高度、屋面坡度计算，最大高度应小于运输 界限，如铁路运输界限为 3．85 m。 起拱高度：对跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的 挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。为此，对跨度l 》 15m的三角形屋架和跨度l 》24m的梯形、平行弦屋架，当下弦 无向上曲折时，宜采用起拱，即预先给屋架一个向上的反挠度， 以抵消屋架受荷后产生的部分挠度。 起拱挠度一般为其跨度的1/500作用。
7.2.3.3 支撑的连接构造
屋架支撑的构造应力求简单、安装方便。 支撑与屋架的连接通常用M20的C级螺栓，支撑与天窗架的连接通常 用M16的C级螺栓 。在有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房，除 螺栓外，还应加安装焊缝，焊缝长度≥80 mm，焊脚尺寸≥6 mm。当 采用圆钢作支撑时，应用花篮螺栓预加拉力将圆钢拉紧。
§7.2 屋盖结构的支撑体系
平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能 承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度 和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
7.1.2 屋盖支撑的作用
① 保证屋盖的整体性，提高空间刚度 仅由平面桁架、檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体 系，如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来，成为稳定的空间体系， 其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上，就保证了整 个屋盖结构的稳定。 ② 避免压杆侧向失稳，防止拉杆产生过大的振动 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。 ③ 承担和传递水平荷载（如纵向和横向风荷载、悬挂吊车水平荷载和地 震作用等）。 ④ 保证结构安装时的稳定与方便 屋盖的安装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。
2.有檩屋盖 结构体系： 常用于轻型 屋面材料的情 况。
屋架间距灵活， 构件重量轻、 施工、安装方 便；屋盖构件 数量多，整体 刚度差。
7.1.2 屋盖结构布置
7.1.2.1 柱网布置 屋架的跨度和间距须结合柱网的布置确定，而柱网布置则 根据建筑物使用要求和经济合理等各方面因素而定。 7.1.2.2 天窗架设置 为了采光和通风等要求，屋架上常设置天窗。天窗的形 式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗3种，一般采用纵向天窗。 纵向天窗的天窗架形式一般有多竖杆式、三铰拱式和三支 点式。
§7.3 屋盖的形式及尺寸
7.3.1 屋架的形式和选型原则
在确定钢屋架外形时，应满足用途、建筑造型、屋面排水和制造 安装方便的原则。 满足使用要求：屋架的外形应与屋面材料排水的要求相适应，还要考 虑 建筑上净空的需要，以及有无天窗、天棚和悬挂吊车等方面的要 求； 受力合理：屋架的外形应尽量与弯矩图相近，以使屋架弦杆的内力沿 全长均匀分布，能充分发挥材料的作用；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，最 好是45°左右；还要使弦杆尽量不产生局部弯矩； 施工方便：屋架的节点要简单、数目宜少些；应便于制造、运输和安 装。 同时满足上述的要求困难，要根据具体情况合理设计，对技术经 济进行综合分析比较，以便得到较好的经济效果。
7.2.2.4 系杆
1、屋架系杆 作用：系杆能保证无横向水平支撑的所有屋架在上弦杆平面外的稳 定和安装时屋架的稳定，第一柱间的刚性系杆能将山墙的风荷载传到 横向水平支撑。 设置：在横向支撑或竖向支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。在屋 架上弦平面内，对无檩体系屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系杆； 对有檩体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆。 系杆分刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能承受拉力） 两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用
§7.4 屋架的杆件设计
7.4.1 屋架的荷载和内力计算
7.4.1.1 屋架荷载
永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、天窗架等 结构自重。 可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。 屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。 屋架和支撑自重可按经验公式：
腹杆体系
桁架中的腹杆主要用以联系上下弦杆 和构成节点并传递节点荷载。常用的腹 杆体系人字式、交叉式、再分式。
h0
L 图7-18 平行弦桁架
h
7.3.3 屋架的主要尺寸
跨度：按使用和工艺要求确定，一般以3m为模数。屋架的跨度为3的 倍数，有 12 m，15 m，18 m，21m，24 m，27 m，30 m，36 m等几种， 也有更大的跨度。三角形有檩屋盖结构比较灵活，不受3m模数的限制。 屋架计算跨度：屋架两端支座反力的距离，一般取支柱轴线之间的距 离减去 300 mm。 l0(桁架两端支座反力间的距离)＝ l-（300～400mm） 高度：根据经济、刚度和建筑要求，以及屋面坡度，运输条件等确定。 三角形跨中 h≈（1/4～1/6）l，以适应屋架材料要求屋架具有较大 的坡度。 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1／8～1／12时，跨中高度一般为（l／6～1／10） l ，跨度大（或 屋面荷载小）时取小值，反之则取大值。
刚性系杆。 2、天窗架系杆 在纵向天窗架上弦屋脊节点处设通长刚性系杆，在天窗架上弦两 侧端节点处设置通长的水平柔性系杆。
7.2.3 支撑的形式、计算和连接构造
7.2.3.1 支撑的形式
屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁架的弦杆，斜腹杆一般采用十 字交叉式，与弦杆的交角在30o～60o之间。通常横向水平支撑节点间的距离为 屋架上弦节间距离的2～4倍，纵向水平支撑的宽度取屋架端节间的长度，一般 为6m左右。
q荷载
1. 桁架的荷载计算与荷载组合 （1）桁架荷载 永久荷载： 屋面材料、保温层、防水层、檩条、支撑、屋架、
天窗架等结构自重。
§7.4 屋架的杆件设计
可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊
车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值 计算。
a. 桁架的各节点均视为铰接。 b. 桁架所有杆件的轴线平直且都在同一平面内且在节点处交汇。 c. 荷载都作用在节点上，且都在桁架平面内。
内力计算
用数解法或图解法或借 助电算，求出节点荷载作用 下屋架各杆件的内力
0.6M0 0.8M0 0.6M0 0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
局部弯矩
图9.6.6 局部弯矩作用的计算简图
上弦有节间荷载时，除轴心力外还产生局部弯矩。理论上应 按弹性支座的连续梁进行计算，一般偏于安全地简化取端部节间正 弯矩M1＝0.8M0，其它节间的正弯矩和节点负弯矩M2＝±0.6M0， M0是把弦杆节间视为简支梁求得的最大弯矩。
9.6.3 桁架杆件的计算长度和容许长细比
图7-15 三角形屋架
7.3.2.2 梯形屋架
外形与弯矩图较接近，受力好，省材料，应用广泛。适受力情况较三 角形好，腹杆较短，与柱子可刚接，也可铰接。一般用于屋面坡度平缓 且跨度较大时的无檩屋盖结构，现已成为工业厂房屋盖结构的基本形式。
人字式（图a）的布置不仅可使 受压上弦的自由长度比受拉下弦 为小，还能使大型屋面板的主肋 搁支在上弦的节点上，避免上弦 产生局部弯矩，特点腹杆总长度 短，节点少。
桁架和支撑自重可按经验公式： gWk=(0.12+0.11l)kN/m2 （9.6.1）
桁架上的荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力方式作用于桁架节点
（2）节点荷载计算 （3）荷载组合
① 永久荷载＋可变荷载 ② 永久荷载＋半跨可变荷载 ③ 屋架、支撑和天窗架自重＋半跨屋面板重＋半跨屋面活荷载
2. 桁架杆件的内力计算 基本假定
若节间长度过长，可采用再分 式腹杆形式（图b），可避免节间 直接受荷（非节点荷载）。
图7-16 梯形屋架
7.3.2.3 平行弦屋架和人字形屋架
屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦 件内力分布不均匀。 上、下弦杆水平，腹杆长度一致，杆件 类型少，标准化、工业化程度高，主要 用于托架、支撑体系 。 h L h L
第7章 单层厂房钢屋盖结构
§7.1 单层厂房钢屋盖结构的组成与布置
7.1.1 屋盖结构体系
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。
一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型 1.无檩屋盖 结构体系： 屋面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上。 房屋横向刚度大，整体性、耐久性好；屋 面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震 不利。
屋架的外形主要有三 角形、梯形、矩形和曲 拱形等。
7.3.2 不同屋架的适用范围
7.3.2.1 三角形屋架
三角形屋架主要用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构或中、小跨度的 轻型屋面结构中。
屋架多与柱子铰接，横向刚度 较小。屋架的外形与均布荷载的 弯矩图差别大，使弦杆的内力变 化大，支座弦杆内力大，跨中弦 杆内力小。若荷载和跨度较大时， 采用三角形屋架不经济。 单斜杆式（图a）中较长的斜杆 受拉，较短的竖杆受压，比较经 济。 人字式（图b）的腹杆数较少， 节点构造简便。 芬克式（图c）的腹杆受力合理 较小的桁架，便于运输。
7.2.3.2 支撑设计计算原则
屋盖支撑因受力较小一般不进行内力计算，其截面尺寸一般由杆件容 许长细比和构造要求决定。
支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，通常用单角钢做成；非 交叉斜杆、弦杆、横杆以及刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的 T形截面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形截面使在两个 方向具有等稳定性。 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，图中W为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷载 引起。
2、 下弦横向水平支撑 当屋架间距 <12m 时，尚应在屋 架下弦设置横向水平支撑，一般和上 弦横向水平支撑布置在同一柱间以形 成空间稳定体系的基本组成部分。 但当屋架跨度比较小（<18m）又 无吊车或其他振动设备时，可不设下 弦横向水平支撑。 3、 纵向天窗架上弦横向支撑 无论有檩或无檩屋盖体系，在每个天 窗架区段的两端及中部与屋架上弦横向 支撑相对应区间内均应设置上弦横向支 撑。
1. 桁架平面内计算长度l0x
弦杆、支座斜杆、支座竖 杆 l0x=l， 中间腹杆 l0x=0.8l 。
7.2.2.2 纵向水平支撑
当房屋较高、跨度较大、空间 刚度要求较高时，设有支承中间屋 架的托架，或设有重级或大吨位的 中级工作制桥式吊车等较大振动设 备时，均应在屋架端节间平面内设 置纵向水平支撑。
一般情况可以省掉。 屋架间距<12m时，通常布置在屋 架下弦平面。 屋架间距≥12m时，宜布置在屋架 的上弦平面内。
下弦纵向水平支 撑
7.2.2.3 竖向支撑
1、屋架竖向支撑 竖向支撑联系屋架上、下弦水平支撑，并和屋架水平支撑一起形成 几何不变的屋盖空间结构，是上弦横向水平支撑的支承点，在屋盖安 装过程中保证屋盖稳定。
屋架的竖向支撑应与上、下弦横向水平支撑设置在同一柱间。
2、天窗架竖向支撑 应设在有上弦横 向水平支撑天窗架 区段，并沿天窗两 侧立柱水平面内设 置竖向支撑。 当天窗跨度大于 或等于12m时，尚 应在中央竖杆平面 内增设一道竖向支 撑。