1、2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室1第三章 桁架與屋蓋2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室2內容l1.1 鋼桁架概述l1.2屋蓋的組成及主要平面尺寸l1.3 屋架l1.4屋架的支撐系統l1.5實腹式檁條設計l1.6桁架桿件的計算長度和容許長細比l1.7 桁架桿件的截面形式、節點板厚度和角鋼間的填板l1.8桁架桿件的截面設計l1.9桁架的節點設計l1.10 屋架的施工詳圖1.1 鋼桁架概述2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室4平面桁架與空間桁架2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室5構件截面與節點形式2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室61.2屋蓋的組成及主要平面尺寸1，屋蓋

2、組成2，屋面系統：有檁體系，無檁體系（屋面材料等等）3，屋架的名義跨度和計算跨度4，屋架間距5，屋蓋平面尺寸 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室8屋蓋的組成l屋架，支撐系統，屋面系統2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室92022年3月15日浙江大學鋼結構研究室10屋面系統l有檁體系，無檁體系2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室11屋架的名義跨度和計算跨度l兩相鄰柱列定位軸線間的距離為屋架的名義跨度 Ll屋架左右兩支座中心線間的距離為屋架的計算跨度l。l計算跨度常取名義跨度減去300mm 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室12屋架間距l一般應由設計人員按經濟要求確定 。l當屋

3、架間距增大，所有縱向構件如檁條等因跨度加大而需增大其截面；但在一定建筑面積下，屋架和支柱（包括柱基礎）數目則可減少，利用求極值的數學方法理論上可求得使整個屋蓋和支柱用鋼量最少或工料最省時的屋架經濟間距 l實際設計時屋架間距l約為屋架跨度的1/31/5l常用間距：6m，壓型鋼板屋面：612m2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室13屋蓋平面尺寸l當區段長度超過某規定值時，需設置伸縮縫。最常用的設置方法是在伸縮縫處設置雙柱。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室141.3 屋架 1，平面桁架的外形及主要尺寸 2，平面桁架的腹桿體系 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室16平面桁架的外形l

4、三角形、梯形、平行弦、人字行、多邊形2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室17上弦坡度l主要由屋面材料確定：l1）波形石棉瓦屋面要求屋面坡度，瓦楞鐵屋面要求，若這種屋面的坡度過小，易造成漏雨，因此常需選用三角形屋架。l2）油氈防水屋面則要求，因此常用的梯形屋架l3）近來常被采用的長尺壓型鋼板屋面，則可用于時，因而常選用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室18屋架的適用跨度l平面桁架作為兩端簡支的受彎構件在滿跨均布荷載作用下，彎矩圖形為一拋物線，其上、下弦桿主要承受桁架截面上的彎矩，而腹桿則主要承受桁架截面上的剪力。l三角形屋架外形與拋物線形差別較大，因而其

5、弦桿各節間的內力很不均勻，屋架端部高度小，該處節間的內力最大，因弦桿截面常按整根弦桿的最大內力選用，造成弦桿截面鋼材的增加，故跨度較大時選用三角形屋架是不經濟的，其常用跨度宜在2427m以下。l梯形屋架因為外形接近于拋物線形，則弦桿各節間中的內力最為均勻。加之剛度也較好，常用跨度可達36m左右l平行弦屋架弦桿內力不及梯形屋架均勻，但其腹桿長度一致，桿件類型少，節點構造統一，便于制造，是其優點。l屋架外形圖與彎矩圖的比較2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室19屋架的高跨比l對三角形屋架，1/41/6。l與柱剛接的梯形屋架的端部高度常取跨度的（常用端部高度2m左右），端彎矩愈大，比值可取大；跨

6、度愈大，比值可取小些。高跨比：1/6-1/10。l與柱鉸接的梯形屋架的常用端部高度2m左右，保證連續性。l平行弦桁架的經濟高度常為其跨度1/15的左右。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室20平面桁架的腹桿體系 l布置原則l1. 提供承受荷載的節點，盡可能使荷載都作用在節點上而使桁架的弦桿都是軸心受力構件；l2. 使荷載傳遞至支座的路線最短，以減少腹桿的總長度和節點數目；l3. 對非人字形的腹桿體系，應使長腹桿受拉，短腹桿受壓。對人字形腹桿體系，宜使斜腹桿的傾角在3555范圍內。目的都是減小腹桿的截面積。 1.4屋架的支撐系統1，橫向支撐2，縱向支撐 3，垂直支撐4，系桿 5，支撐系統與屋

7、架的連接節點2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室22支撐系統圖2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室232022年3月15日浙江大學鋼結構研究室242022年3月15日浙江大學鋼結構研究室25支撐系統作用l保證桁架結構的空間幾何穩定性，及幾何形狀不變l保證桁架結構的空間剛度和空間整體性l為桁架弦桿提供必要的側向支撐點l承受并傳遞水平荷載l保證結構安裝的穩定和方便l防止構件在動力荷載作用下產生較大的振動2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室26橫向支撐布置在屋架上下弦和天窗架上弦平面l功能: 1，對保證上弦桿的側向穩定性有著重要的作用。2，傳遞作用在房屋山墻上的縱向水平風荷載的作用。3，

8、在傳力平面增加屋蓋結構的剛度 l橫向支撐一般應設置在房屋兩端（或溫度伸縮縫區段兩端）的第一個柱間或第二柱間，兩道橫向支撐的間距不宜超過60m。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室272022年3月15日浙江大學鋼結構研究室28縱向支撐布置在屋架上弦或下弦l功能:1.與橫向支撐一起形成一水平剛性盤，增加房屋的整體剛度；2.當房屋為工廠車間并設有吊車時，在吊車橫向制動力作用下使框架起空間作用，可減輕受荷較大的框架所受水平荷載和產生的水平變形；3.當有托架時，可保證托架的側向穩定。l布置位置：縱向支撐僅當房屋的跨度和高度較大 或房屋為廠房并設有壁行吊車或有較大振動設備（如鍛壓車間）因而對房屋的

9、整體剛度要求較高時始設置之。對梯形屋架，縱向支撐常設在屋架的下弦平面，而對三角形屋架則常設在上弦平面，與橫向支撐構成環路。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室292022年3月15日浙江大學鋼結構研究室302022年3月15日浙江大學鋼結構研究室31垂直支撐：布置在屋架間和天窗架間l垂直支撐的作用是：1.保持屋架側向的幾何穩定性；2.下弦無橫向支撐時，作為下弦系桿的支點；3.傳遞山墻所受縱向風荷載等至屋架支柱；4.保證吊裝屋架時的穩定和安全。l布置位置：垂直支撐只設在有橫向支撐的同一柱間的屋架上，對跨度L30m的梯形屋架和跨度L24m的三角形屋架，通常只在跨度中點設置一道中間垂直支撐；當跨

10、度大于上述情況時，則需在跨度中間設置兩道垂直支撐。此外，在梯形屋架兩端則不論跨度大小均需設置垂直支撐。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室322022年3月15日浙江大學鋼結構研究室33垂直支撐形式2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室34系桿2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室35支撐系統與屋架的連接節點2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室361.5屋蓋設計的內容和屋架的內力計算2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室38屋蓋設計內容l1. 結構方案的確定和結構布置 例如選定屋蓋的組成，確定屋架的間距、形式和腹桿體 系，布置各種支撐系統等；l2. 檁條設計；l3. 屋架的內力

11、分析 包括屋架荷載的計算、內力分析及內力組合等；l4. 屋架桿件截面設計 包括鋼材牌號、桿件截面形式和尺寸的選用，強度和穩定計算等；l5. 屋架節點設計 包括各個節點中的連接計算和構件的拼接等；l6. 施工詳圖的繪制 包括材料表的編制。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室39屋架的荷載l永久荷載：包括屋面材料、保溫材料、檁條及屋架（包括支撐及天窗）的自重。 l屋面均布可變荷載l雪荷載l風荷載 l其他荷載（吊頂，積灰）2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室40屋架的內力計算l計算假定： 1.所有荷載都作用在節點上；2.所有桿件都是等截面直桿；3.各桿軸線在節點處都能相交于一點；4.所有節點

12、均為理想鉸接。在這些假設下，桁架桿件就只承受軸心拉力或壓力。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室41屋架內力包括：構件的軸力，和有節間荷載時的上弦彎矩l桿件軸力由節點荷載計算，節點荷載包括所有荷載，就是屋面水平投影計算的荷載。l上弦彎矩由節間荷載計算，節間荷載應從屋面水平投影計算的荷載中應扣除屋架自重再加上屋架上弦桿的自重，在上弦桿的截面尚未知道時，可取上弦桿的自重為屋架和支撐自重估計值的1/41/5。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室422022年3月15日浙江大學鋼結構研究室432022年3月15日浙江大學鋼結構研究室442022年3月15日浙江大學鋼結構研究室45屋架的內力組

13、合l三角形屋架荷載組合：l1.2全跨恒荷載+1.4全跨活荷載l梯形屋架荷載組合：l1.2全跨恒荷載+1.4全跨活荷載（左、右）l1.2全跨恒荷載+1.4半跨活荷載（左、右）l1.2全跨屋架及支撐自重+（1.2半跨屋面板自重+1.4半跨活荷載）（左、右）1.6桁架桿件的計算長度和容許長細比2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室47桁架平面內計算長度l弦桿和支座斜桿（支座豎桿）在桁架平面內的計算長度系數均取1.0l對單系腹桿（即無中間節點的腹桿），其上端與受壓弦桿相連，對其轉動約束影響不大，而其下端則與剛度較大的受拉弦桿相連，對其轉動約束的影響較大。取0.8，l非單系腹桿（即有中間節點的腹桿），

14、其在桁架平面內的計算長度應取節點中心間距離。l在桁架交叉腹桿所在平面內，計算長度應取節點中心到交叉點間的距離；l注意：只有一端與受壓的上弦相連，一端與受拉的下弦相連的腹桿（支座斜桿與支座豎桿除外）取0.8。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室482022年3月15日浙江大學鋼結構研究室49桁架平面外計算長度l在桁架平面外，弦桿的計算長度取其側向支承點的距離。l所有單系腹桿在平面外的計算長度都等于其各自的幾何長度，。l桁架弦桿側向支承點間距為節間長度2倍時弦桿的平面外計算長度：l同樣適用再分式腹桿體系中的受壓主斜桿和K形腹桿體系的豎桿lNNll0.5)25. 075. 0(121y02022

15、年3月15日浙江大學鋼結構研究室50桁架交叉腹桿所在平面外計算長度l在桁架交叉腹桿所在平面外，當兩交叉桿的長度相等時，其計算長度按下列規定采用：2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室51斜平面計算長度l單角鋼截面和雙角鋼十字截面的腹桿，斜平面計算長度系數可取0.9l對支座豎桿則取1.0。l當確定交叉腹桿中單角鋼桿件，斜平面內計算長度應取節點中心至交叉點的距離。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室52桁架構件計算長度2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室53容許長細比2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室541.7 桁架桿件的截面形式、節點板厚度和角鋼間的填板截面形式圖節點構造節點板厚

16、度（表，給出計算規范出處）角鋼間的填板2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室56截面形式2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室57節點構造l單節點板l雙節點板l無節點板2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室58節點板厚度表9.1 單節點板桁架和屋架的節點板厚度（mm）三角形屋架弦桿或梯形屋架（包括平行弦屋架）支座斜桿的最大內力設計值（kN）180181300301500501700701950951 12001201155015512000中間節點板厚688101214161820支座節點板厚810121416182024注：表列厚度系按鋼材為Q235鋼考慮，當節點板為Q345鋼或其它低

17、合金高強度結構鋼時，其厚度可較表列數值減小12mm，但板厚不得小于6mm。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室59l在通常設計中仍可按上述表9.1選用節點板厚度而不經計算。l僅當遇到重要的節點或擬采用較表9.1規定的板厚為小的節點板時，可按規范的規定進行復核。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室60角鋼間的填板l填板作用：格構式構件的綴板。l設計規范GB50017中規定：用填板連接的雙角鋼（或雙槽鋼）構件，可按實腹式構件進行計算，但填板間的距離不應超過下列數值：l受拉構件 80i，受壓構件 40il受壓構件除滿足 外，在構件的兩個側向支承點之間的填板數還應不得少于2個。l填板的尺寸：

18、l厚度： 節點板厚度l寬度 ：保證最小焊縫長度，可按構造要求采用。l高度： 當為T形截面時，角鋼連接邊寬度+2（1015）mm，即填板伸出角鋼連接邊每邊1015mm；當為十字形截面時，填板不伸出角鋼輪廓以外，每邊縮進1520mm，以布置焊縫。il4012022年3月15日浙江大學鋼結構研究室612022年3月15日浙江大學鋼結構研究室621.8桁架桿件的截面設計l注意9點l（一）應優先選用厚度較薄的截面，使在相同用鋼量下截面具有較大的剛度（截面回轉半徑）。與此同時，還需注意規范中規定的最小截面。規范GB50017規定，在鋼結構的受力構件及其連接中不宜采用：厚度小于4mm的鋼板；厚度小于3mm的

19、鋼管；截面小于454或56364的角鋼（對焊接結構），或截面小于505的角鋼（對螺栓連接的結構）。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室63l（二）凡需用C級螺栓與支撐桿件相連接的屋架桿件角鋼的邊長，應注意其所能采用的螺栓最大直徑。連接支撐系統的C級螺栓直徑一般為d20mm，拼接處定位用的安裝螺栓直徑可用d16mm（直徑為18mm的螺栓為不常用規格，必要時才選用），相應的角鋼開孔邊的最小邊長將為70mm和63m（參閱第5章表5.2）。l（三）為減少拼接的設置，屋架弦桿的截面常根據受力最大的節間桿力選用。只當跨度較大（例如大于24m）、因角鋼供應長度限制而必須設置拼接以接長時，可根據節間內力變

20、化在半跨內改變截面一次。改變截面時宜改變角鋼的邊長而保持厚度不變，以利拼接。各種型號角鋼通常的供應長度見角鋼的國家標準2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室64l（四）焊接屋架中，弦桿角鋼水平邊上連支撐構件的螺栓孔的位置，若位于豎向節點板范圍以內并距豎向節點板邊緣100mm時，考慮節點板的參與，計算弦桿凈截面時可不計孔對弦桿截面的削弱。否則應考慮其影響。l（五）由于屋架桿件在屋架平面內和平面外的計算長度有的相同（例如支座斜桿），有的不同（例如一般單系腹桿和上、下弦桿），當采用以角鋼組成的T形截面時，應根據圖9.18（b）所示相應截面的值，盡可能使兩個方向的長細比與相接近，以獲得經濟的截面。例

21、如一般單系腹桿，此時宜選用兩等邊角鋼；又如弦桿的2，則宜選用長邊外伸的兩不等邊角鋼，但當上弦桿承受節間荷載時，宜改用兩個等邊角鋼；支座斜桿1.0，則宜選用短邊外伸的兩不等邊角鋼。選用截面時，最好能預先得知型鋼規格的供應情況，據此選用，則不易造成制造時的截面替代而多費鋼材。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室65l（六）當屋架豎桿的外伸邊需與垂直支撐相連接，則該豎桿宜采用由雙角鋼組成的十字截面。十字截面不但剛度大于T形截面，而且還可使垂直支撐對該豎桿的連接偏心為最小。此外當該豎桿位于屋架中央時還可使在工地吊裝時屋架的左、右端可以任意放置（如用T形截面，由于截面對桿件軸線為不對稱，屋架左、右端

22、不能任意放置，否則各屋架中央豎桿截面的外伸邊將不在同一豎向平面）。2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室66l（七）單面連接的單角鋼截面，因連接偏心易使構件受壓時彎扭失穩，故只能用于跨度較小的桁架或桁架中受力較小、長度較短的次要腹桿。l（八）為了便于備料，整榀屋架所用角鋼規格品種不宜超過56種。當兩種規格尺寸相近時，宜盡量使其統一，以減少規格數量。l（九）屋架的弦桿可選用熱軋剖分T型鋼，此時腹桿可直接焊接在T型鋼的腹板上，省去節點板。 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室671.9桁架的節點設計l節點設計時，構造很重要，每種構造都是為了保證使用方便，并確保力的安全傳遞，不同節點構造有不同

23、的傳力路徑。節點設計就是先根據受力特點確定節點構造，再計算每一個傳力步驟，保證其滿足強度要求即可 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室68點設計的步驟和一般設計原則l畫出節點軸線，軸線交于一點。l確定構件的軸心線，依據軸線畫出構件外輪廓l切斷桿件l布置焊縫l確定節點板外形l布置節點板與弦桿焊縫l繪制節點大樣l尺寸標注：l桿端到節點距離l節點板平面尺寸l軸線到肢背距離l角鋼邊長l焊縫標注2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室692022年3月15日浙江大學鋼結構研究室70主要節點的設計 l一般節點 al有集中荷載的上弦節點 bl下弦拼接節點 cl屋脊拼接節點 dl支座節點 e 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室71一般節點l要求驗算：弦桿與節點板間的焊縫。l由于弦桿在節點處是連續的，因此弦桿與節點板間的焊縫只需抵抗節點左右兩弦桿的內力差 2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室72有集中荷載的上弦節點2022年3月15日浙江大學鋼結構研究室73l主要受力：1）承受弦桿兩節間的內力差，2）承受檁條傳給上弦桿的豎向節點荷載。 l近似假設：l（1