屋盖钢结构设计(课程设计)

2）布置原则:
A、设置在房屋两端或房屋温度区段的第一柱间或 第二柱间,其最大间距为60m,否则在中间增设 一道或几道。 B、天窗架的支撑与屋架上弦横向水平支撑应设置 在同一开间，以形成空间整体稳定性。
（2）下弦横向水平支撑
1）作用：减小下弦平面外计算长度;传递悬挂吊
车水平力;传递水平风力(与抗风柱相连,作为 抗风柱的支点)。
1）跨度小于4m可不设拉条，4-6m在跨中
设一道拉条，大于6m在1/3跨度处设二道拉 条。
2）当屋盖有天窗时，应在天窗两侧檩条之间 设置斜拉条和直撑杆。
拉条在高度方向应靠近檩条上翼缘，一般离上 翼缘30-40mm处，拉条直接固定于檩条腹板上.
三、实腹式檩条 实腹式檩条是双向弯曲构件，由于屋面 板和拉条的作用，檩条只计算斜弯曲强度 和垂直于屋面的挠度，而不考虑扭矩影响， 也不计算整体稳定。
2、三角形屋架
单斜式：腹杆长杆受拉，短杆受压比较经济； 人字式：杆件数量少，节点构造简单； 芬棵式：腹杆受力合理，还可以分为左右两榀桁架 便于运输。
3、梯形屋架
1）人字式：上承式、下承式 使受压上弦比受拉下弦短，受力合理；荷载作用于 节点，可避免局部弯矩产生。 2）再分式：为避免局部弯矩产生，若节间长度过长， 可采用再分式。
2、屋盖支撑的形式与计算
（1）支撑的形式
采用斜杆和弦杆交角在300—600的 平行弦桁架
水平支撑（横向、纵向）：一般采用十字交叉式
垂直支撑：十字交叉式、V式、W式。
(2)截面尺寸
1）受力较小时，杆件截面通常由长细比选择。交叉斜杆 和柔性系杆按拉杆设计，选用单角钢；非交叉斜杆、 弦杆、竖杆和刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组 成的十字形截面和T形截面。 2）屋架跨度大，高度高、基本风压大、抗震设防烈度高 应计算确定。计算简图如下：
六、杆件设计
1、计算长度
• 平面内计算长度lox • 平面外的计算长度loy lo=μl
一般情况下，腹杆对弦杆起不了嵌固作用， 而弦杆对腹杆起一定嵌固作用，故弦杆计算长度 系数要大于腹杆。
补充
在分析压杆端部所受到的约束时，应注意以下三点： 1）与计算压杆直接相连的杆件约束作用大，相距较 远的杆件约束作用小。 2）相连杆件约束作用大小，取决于它的线刚度和内 力性质。从内力性质来看，拉杆所起的约束作用 比压杆要大得多；当内力性质相同时，线刚度大 的约束作用大，反之则小。 3）设计中为用足承载力的压杆，也可起到一定的约 束作用。
1 2 1 2 M x q y l ql cos 8 8 1 l 1 2 M y q x ql sin 8 2 32
2
3）设二道拉条且拉条位于1/3跨度时，按三跨 连续梁计算。
Mx
1 l 1 l 1 q y q y ql 2 cos 2 3 2 3 9
1、内力计算： 1)无拉条：按简支梁计算
1 2 1 2 M x q y l ql cos 8 8 1 2 1 2 M y q x l ql sin 8 8 式中：q — 檩条承受的屋面荷载（ 包括自重）设计值； l — 檩条跨度；
— 屋面倾斜角度。
2）设一道拉条且拉条位于中间时，按两跨连 续梁计算。
2、杆件设计
1）截面选择原则： A、选肢宽壁薄的角钢，但须保证局部稳定； B、普通屋架不小于L45x4和L56x36x4； C、一榀屋架角钢种类不宜过多，一般为5-6种； D、为节约用钢量，对跨度大于24m的屋架，可根据 内力的大小，在适当节间处改变弦杆截面，但以 改变一次为宜。
2）上弦杆 A、无节间荷载：仅受轴向压力作用 i）截面选择
2、计算简图
1）上弦有节间荷载时，把节间荷载化为节点荷载；
2）考虑节间荷载在上弦引起的局部弯矩。
3、内力计算
1）轴向力：按数解法、图解法、查表法或电算法等。
有关手册中给出常用屋架的内力系数表，即单位 节点力作用下的内力，计算屋架内力时，只要将 屋架节点荷载乘以相应杆件的内力系数，即可求 得该杆件的内力。 2）上弦局部弯矩 按多跨连续梁进行计算端节间正弯矩M1=0.8M0, 其他节间正弯矩和节点负弯矩M2=0.6M0，其中M0为 简支梁的跨中正弯矩。
2）可变荷载：包括活载、雪载、积灰荷载，风载及 吊挂荷载等。 注：a、活载与雪载不同时出现，两者中取大的； b、对于雪载，要考虑高低跨处积雪增大系数。
2、荷载组合
由于结构所受的荷载不会仅一种工况，而是多种工 况同时存在，所以在结构设计时应考虑荷载组合 的问题，应根据使用和施工过程中可能出现的最 不利荷载组合组合计算，一般考虑三种荷载的组 合： 1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（使用） 2）全跨永久荷载+半跨可变荷载（使用） 3）全跨屋架、支撑和天窗架自重+半跨屋面板重+半 跨屋面活荷载(施工）。
3）下弦杆
A、截面选择 由于平面外计算长度大，故采用短肢相并的不等肢角钢组成 的T形截面。 B、验算（按拉杆设计）：强度、刚度
4）支座斜腹杆
A、截面选择 Loy=lox,而要使λx≈λy，则iy ≈ ix，采用长肢相并的不等肢角 钢组成的T形截面。 B、验算（压杆）：强度、稳定、刚度。
3、平行弦屋架
1）构件规格少，便于工业化制作； 2）弦杆受力不均； 3）常适用于单坡屋面的屋架及托架或支撑体系。
4、曲拱形屋架
1）外形最符合弯矩图，受力最合理；
2）上（下）弦弯成曲线，制作麻烦，一般改成折线 形； 3）适用于特殊要求的房屋。
二、腹杆体系
1、腹杆布置原则
钢材最有利的受力形式是承受拉力，所 以布置腹杆时应注意： 1）应使拉杆多，压杆少； 2）应使拉杆长，压杆短； 3）应使上弦节点密，下弦节点稀，避免弦杆 中产生局部弯矩。
钢屋盖课程设计
一、结构布置
二、屋盖系统的组成
屋盖系统由屋面、屋架和支撑系统三大部分组成。
1、屋面
无檩体系：大型屋面板 屋架 有檩体系：屋面材料 檩条 屋架 比较：无檩屋盖屋面刚 度大，整体性好，构造 简单，施工方便， 但自重大，不利抗震； 有檩屋盖自重轻，用料 省，但构造 复杂，刚度差，须设置 支撑。
2）布置原则:房屋内设有重级工作制吊车或吨
位较大的轻、中级工作制吊车；房屋内设有锻 锤等大型振动设备；屋架下弦设有纵向或横向 吊轨；屋盖设有托架；房屋较高、跨度较大、 空间刚度要求较高。
（4）垂直支撑
1）作用：把屋架上弦的力传到柱顶；保证屋架
安装时的稳定。
2）布置原则:
（5）系杆
1）作用：保证无支撑屋架的侧向稳定性;减小弦
每个节点只有一个受拉斜杆参与，而受压斜杆退 出工作，按平面桁架计算。
然后验算（受拉构件）强度、刚度
第三节
一、分类
檩条设计
作安装方便 实腹式：构造简单，制 ，用料省，但侧向 平面桁架式：受力明确 刚度较差，必须设置拉 条。 T形桁架式：整体性较差 ，应沿跨度全长设 按构件组成 置几道钢箍。 桁架式空间桁架式：整体刚度 好，承载力大，不必 设置拉条，安装方便。 工费时， 适用于跨度大和荷载大 的情况。 ，用了省，目前比较常 用。 下撑式檩条：受力合理 对于实腹式檩条，檩条 高度取跨度的 1 / 35 1 / 50。
2）布置原则:屋架跨度大于18m；屋架跨度小于
18m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 抗风柱支撑于屋架下弦;屋架下弦设有通长的 纵向水平支撑时；设有上弦横向水平支撑的 开间。
（3）下弦纵向水平支撑
1）作用：增加厂房空间整体刚度。传递吊车刹
车力;保证拖架平面外的稳定。
一、屋架的外形
三角形、梯形、平行弦、曲供形屋架等。
1、三角形屋架
1）一般用于坡度较陡的有檩屋面中，高跨比为
1/2.5—1/6； 2）端部与柱铰接，弦杆受力不均匀，跨中内力较小， 支座处内力较大，节点构造复杂； 3）常适用与中小型轻型屋面。
2、梯形屋架
1）一般屋面坡度平缓，高跨比为1/8—1/12； 2）端部与柱铰接或刚接，弦杆受力合理，大大减少 屋架支座处上下弦杆内力，受力比三角形屋架好， 是比较常用的屋架形式； 3）常适用于大中型厂房，或屋面坡度较小的房屋。
实腹式檩条与屋架的连接
二、檩条间拉条
1、作用：保证檩条的整体稳定，减少檩条在使用和 施工过程中的侧向变形和扭转。 2、类型
拉条：水平拉条、斜拉条、撑杆
一般情况下，对于拉条，常采用圆钢，直径为812mm，而对于撑杆，由于是受压构件，其长细比不 能大于200，故撑杆常用圆钢外加套管或直接用角钢。
3、拉条布臵原则
• 注意： A、梯形屋架中屋架上下弦杆和靠近支座的腹杆常按第一 中荷载组合计算；而跨中附近的腹杆在第二、三中荷载 组合下可能内力为最大而且有可能变号，故按第二、三 中荷载组合计算。 B、对于屋面板对称铺设的情况，则可不考虑第三中荷载 组合。
五、内力计算
1、计算假定
1）屋架所有杆件的轴线平直且都在同一平面 内相交于节点的中心； 2）屋架的节点为铰接； 3）荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。
第四节 普通钢屋架的设计
设计钢屋架，首先要选择屋架的形式，应从房屋使 用、受力、构造和施工等几个方面加以考虑。 使用：建筑造型美观，易于排水等。 受力：外型接近于屋面梁弯矩图；弦杆内力全长均 匀分布，尽量避免弦杆产生局部弯矩；腹杆布臵 尽量使拉杆长，压杆短。 构造：构件夹角宜在300—600，节点构造简单，且 数量尽量少。 施工：制造简单，安装运输方便。
2
2
1 l 1 2 M y qx ql sin 10 3 90
2、验算：
My Mx 1)强度： f xWnx yWny 2)刚度：按弹性方法验算 ，仅验算垂直于屋面方 向的挠度。 5q yk l 4 384EI x

注：1）一般情况下，檩条截面Iy比IX小得多，因此要选择 合理、经济的截面，应沿屋面对檩条设臵拉条以减少檩 条在最小刚度平面内的计算长度； 2）在恒载和活载组合情况下，檩条上侧受压，由于其与 屋面有足够联系，可不必验算整体稳定。 3）在恒载与风载组合情况下，檩条下侧受压，由于其与 屋面无联系，需验算整体稳定。
2、屋架
普通屋架 轻型屋架 钢管屋架
3、支撑系统
屋架支撑系统 檩条支撑系统 除上述之外，还有天窗架、托架等。
三、 屋盖支撑体系
1、支撑类型及作用
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
1）作用：传递山墙风力；减少上弦压杆侧向计
算长度；保证屋架平面外稳定。
4、平行弦屋架
人字式：腹杆数量少，节点构造简单； 交叉式：用于承受反复荷载的横加桁架中，斜杆可 采用柔性杆； K形：用于桁架高度较高时，可减少竖杆长度。
5、曲拱形屋架
多为单斜式
三、屋架的主要尺寸
1、跨度：由使用和工艺要求确定。 计算跨度=支柱轴线间距-300mm 2、高度：由建筑、刚度、经济、运输和屋面坡 度等决定。
• 三角形屋架：h=(1/4—1/6）l • 梯形屋架：跨中：h=(1/8—1/10）l 端部：铰接时为1.5—2.0m，刚接2.02.5m。
3、节间宽度
有檩屋盖：为檩距整数倍，一般取0.8-3m 无檩屋盖：与大型屋面板宽度一致，一般取1.5和3m.
四、荷载计算
1、类型： 1）永久荷载：结构本身自重，包括屋面材料，保温 层、檩条、屋架、吊顶等。 其中屋架和支撑自重近似按q=0.12+0.011LKN/m2进 行估算。
• 因为loy>lox,而要使λx≈λy，则iy>ix，所以采用 短肢相并的不等边角钢组成的T形截面。 Ii）验算（按轴压构件设计）：强度、稳定、刚度。
B、有节间荷载：受N、M作用。 i）截面选择
当M较大时，为提高上弦在屋架平面内抗弯能力， 宜采用长肢相并的不等肢角钢组成的T形截面。 ii)验算（压弯构件设计）：强度、整体稳定（平面 内、平面外）、刚度。
杆的计算长度;传递水平力。
2）形式:刚性系杆——可承压,通常采用双角钢或
钢管. 柔性系杆——不可承压，通常采用单角钢或 圆钢。
置密，下弦布置少些 垂直支撑的屋来自百度文库上、下弦节点处；屋架屋脊 节点，支座节点处；当横向水平支撑布置在第 二柱间，第一柱间应布置刚性系杆。
3）布置原则:上下弦杆布置不一样，一般上弦布