钢屋盖结构的组成和分类

21钢屋盖本章主要讲述钢屋盖结构的组成和分类、普通钢屋架的形式、尺寸和设计计算方法以及钢屋架的施工图，并简述了轻型钢屋架的基本知识，在学习(1)掌握钢屋盖结构的组成，各组成部分的分类、(2)掌握常用钢屋架的形式、尺寸，区别不同形式屋架的性能和适用范围；本章提要(3)了解钢屋盖中支撑的布置方法和所起作用；(4)掌握普通钢屋架的设计计算方法和构造要求；(5)能看懂钢屋架施工图纸，并能绘制简单施工(6)了解轻钢屋架的基本知识。本章内容21.1钢屋盖结构的组成和分类21.2钢屋架的形式和尺寸21.3钢屋盖的支撑系统21.4钢屋架的节点构造要求21.5钢屋架施工图21.1钢屋盖结构的组成和分类钢屋盖结构主要由屋面、屋架和支撑三部分组成，有的还设有托架和天窗架等构件(如图21.1)。(1)屋面,主要由各种屋面板材组成，平铺于屋架(2)屋架，主要由各种钢构件组合连接而成。(3)支撑：根据支撑设置的部位和所起的作用不同，支撑分为上弦横向支撑、下弦水平支撑、垂直支撑和系杆四种。21.1.1组成图21.1装配式钢筋混凝土单层厂房结构(4)托架和天窗架屋架的跨度和间距取决于柱网布置，而柱网布置则根据建筑物工艺要求和经济合理等各方面因素而定。天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗等三种，一般常采用纵向天窗。纵向天窗则需单独设置天窗架，常见的几种天窗架形式如图21.2。图21.2天窗架的形式根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，钢屋盖可分为无檩屋盖和有檩屋盖两种(图21.3)。当屋面材料采用预应力大型屋面板时，屋面荷载可通过大型屋面板直接传给屋架，这种屋盖体系称为无檩屋盖；当屋面材料采用瓦楞铁皮、石棉瓦、波形钢板和钢丝网水泥板等时，屋面荷载要通过檩条传给屋架，这种体系称为有檩屋盖21.1.2分类图21.3屋盖结构布置(a)有檩屋盖；(b)无檩屋盖两种屋盖体系各有优缺点，具体设计时应根据建筑物使用要求、结构特性、材料供应情况和施工条件等综合考虑而定。一般中型厂房，特别是重型厂房，由于对横向刚度要求较高，所以宜采用大型屋面板的无檩屋盖；而对于中、小型特别是不需要做保温层的房屋，则宜采用具有轻型屋面材料的有檩屋盖。芬克式腹杆人字式腹杆单向斜杆式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架21.2钢屋架的形式和尺寸21.2.1常用的钢屋架形式（见表21.1）(1)屋架的跨度主要是根据工艺和建筑要求来确定，普通钢屋架常见跨度为18m、21m、24m、27m、30m、36m钢屋架计算跨度的确定：简支于柱顶的钢屋架，其计算跨度取决于屋架支反力间的距离。如图21.4所示。(2)屋架的高度取决于经济、刚度要求和运输界限等三个方面，同时又和屋面坡度密切相关，有时还受到建筑要求的限制。21.2.3屋架的主要尺寸图21.4屋架的计算跨度从经济和刚度的要求来看，三角形屋架的跨中高度一般取(l/4～l/6)l；梯形屋架的跨中高度一般取(l/6~l/10)l,其中l为屋架的跨度。跨度越大，此比值越小。屋面荷载越大，则此比值越大。从运输条件来看，屋架的高度一般不应超过3.8m。梯形屋架端部高度h0一般不宜小于l/18l，陡坡梯形屋架的端部高度一般为500～1000mm，平坡梯形屋架端部高度一般为1800～2100mm，当屋架跨度较小时，取下限值。屋架跨度越大，其端部高度的取值应越大。21.2.4构造要求21.3钢屋盖的支撑系统(1)(2)保证屋盖的空间刚度和整体性(3)(4)承受和传递纵向水平力(风荷载、悬挂吊车纵向制动力、地震荷载等)(5)21.3.1屋盖支撑作用(1)上弦横向支撑(2)下弦横向水平支撑(3)下弦纵向水平支撑(4)垂直(竖向)支撑(5)系杆21.3.2屋盖支撑布置（图21.5）二支撑布置1上弦横向水平支撑①各种屋盖，包括天窗架都要设置②布置在房屋或纵向温度缝区两端第一或第二柱间③横向间距不超过60米，大于60m时应在区段中间增加上弦横向水平支撑。上弦横向水平支撑3垂直支撑•有横向支撑的柱间两端必须设置垂直支撑•跨中应根据屋架形式和跨度设1道或2道梯形屋架：L30m,1道L30m,2道三角形屋架：L24m,1道L24m,2道天窗架：设在两侧，且L12m中部增设1道•每隔4－6个屋架应设置1道4系杆设置在屋架和天窗架两端，以及垂直支撑和横向水平支撑的节点处，沿纵向通长布置。21.4钢屋架的设计21.4.1屋架杆件内力计算3、杆件截面形式表21.4钢屋架的杆件截面形式杆件截面选取的原则：等稳定原则3、杆件截面形式xyi5131i).~.(xyi9262i).~.(xyi01750i).~.(①上弦：垫板无节间荷载时，在一般支撑布置下，loy＝2lox；为满足λx＝λy；应使iy＝2ix，故采用两不等边角钢短肢相并；有节间荷载时，两不等边角钢长肢相并；xyi9262i).~.(xyi01750i).~.(xyi5131i).~.(②下弦：下弦杆可采用双等肢角钢或两不等肢角钢短肢相并的T形截面，以提高侧向刚度，利于满足运输、吊装的刚度要求，且便于与支撑侧面连接。下弦杆截面主要由强度条件决定，尚应满容许长细比要求。垫板③支座斜杆及竖杆：两不等肢角钢长肢相并④其它腹杆：两等肢角钢相并⑤与竖向支撑相连的竖腹杆，用“＋”字截面xyi90750i).~.(xyi51251i).~.(为了保证双角钢共同作用，在双角钢之间至少设两块垫板，且使压杆中垫板间距l0≤40i，拉杆l0≤80i（i为单角钢绕1-1轴回转半径）4、填板桁架节点处设置节点板，交汇于节点的各杆件均与节点板连接。符合计算简图传力明确、可靠构造简单制造、安装方便六、屋架节点设计上弦中央拼接节点下弦中央拼接节点上弦节点支座节点下弦节点一般节点有集中荷载的节点拼接节点支座节点1、节点设计的一般要求①杆件的形心线：各杆件轴线汇交于节点中心，使实际受力与计算简图相一致，减少附加偏心弯矩。通常将角钢肢背至轴线的距离取为5mm的倍数。节点处各杆件的轴线②考虑焊缝质量，节点板一般应伸出弦杆肢背10～15mm，应尽量使焊缝中心受力。图10-61③在节点板处弦杆与腹杆，或腹杆与腹杆之间应留有≥20mm的空隙，动载时≥50mm以利于拼接和施焊，且避免因焊缝过于密集而导致节点板钢材变脆。④角钢端部的切断面一般应与其轴线垂直。当杆件较大，为使节点紧凑，斜切时，应切去肢尖。角钢端部的错误做法⑤节点板的形状和尺寸在绘制施工图时候决定，应该尽量简单而有规则，至少有两条边平行，不应有凹角。⑥节点板与焊缝布置对称于所传力。(a)正确；(b)不妥⑦支承大型屋面板的上弦杆，当屋面节点荷载较大而角钢肢厚较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。(2)节点构造节点设计时，首先要根据连接杆件的内力确定出焊缝的焊角尺寸和长度，然后再根据节点上各杆件的①下弦中间节点(图21.9)②上弦中间节点，有檩(图21.10)与无檩(图21.11)③拼接接点屋架的弦杆的拼接有工厂拼接和工地拼接。图21.9下弦中间节点下弦节点1)一般节点节点无集中荷载也无弦杆拼接N3N2N1N4N510~15“1”“2”上弦节点节点板缩进（缩进深度≥(t/2+2)mm，且≤t，t为节点板厚度）2）上弦节点图21.11有檩屋架上弦中间节点上弦节点节点板伸出上弦节点，先通过螺栓定位，再进行焊接。弦杆与拼接角钢连接焊缝的计算如图21.12。下弦杆与节点板的连接焊缝的计算如图21.13。上弦杆与节点板的连接焊缝的计算如图21.14。3）弦杆的拼接节点双角钢杆件采用拼接角钢拼接图21.12弦杆与拼接角钢连接图21.13下弦杆与节点板连接“1”l图21.14上弦杆与节点板连接B、上弦跨中拼接节点构造：拼接角钢的弯折角用热弯形成。④支座节点(图21.15)屋架和柱子的连接可以做成简支或刚接。支承于钢筋混凝土柱或砖柱上的屋架，一般为简支。而支承于钢柱上的屋架通常为刚接。支座节点包括节点板、加劲肋、支座底板和锚栓。加劲肋的作用是加强支座底板刚度，以便均匀传递支座反力并增强节点板的侧向刚度。支座节点的传力路线是：屋架杆件的内力汇交后通过连接焊缝传给节点板，然后经节点板和加劲肋把力传给底板，最后传给柱子。支座节点设计(铰接)：竖向支座反力•支座节点板•支座底板•加劲肋图21.16屋架与柱刚性连接的支座节点§10.4钢结构图一、型钢的代号及标注二、焊接图三、钢结构尺寸标注四、钢屋架结构详图一、型钢的代号及标注二、焊接图（一）焊接的概念（二）常用的焊接接头型式（三）焊接符号及其标注方法（二）常用的焊接接头型式（a）对称接头（b）T形接头（c）角接接头（d）搭接接头（三）焊缝符号及其标注方法(1)常见焊缝的基本符号及标注示例一(2)常见焊缝的基本符号及标注示例二(3)焊缝辅助符号及标注示例(4)常用焊缝补充符号及标注示例(5)常用焊缝尺寸符号及标注示例(6)指引线（1）常见焊缝的基本符号及标注示例一基本符号——表示焊缝横断面形状的符号，用粗实线绘制（2）常见焊缝的基本符号及标注示例二（3）焊缝辅助符号及标注示例（4）常用焊缝补充符号及标注示例（4）指引线箭头线（细实线）基准线（细实线）（5）常用焊缝尺寸符号及标注示例21.5钢屋架施工图施工图主要包括：屋架正面详图、上弦和下弦平面图，必要数量的侧面图和零件图。当屋架为对称时，可绘制半榀屋架。图21.17为某一钢屋架施工图详图。钢屋架施工图的绘制的主要内容和基本要求：(1)图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的几何尺寸，右半跨注明杆件的设计内力。(2)图纸的正中为屋架详图及上、下弦平面图，(3)右上角绘制材料表，把所有杆件和零件的编号、规格尺寸、数量、重量和整榀屋架的重量填入(4)钢屋架施工图可以采用两种比例绘制，屋架轴线一般用1∶20～1∶30的比例尺，杆件截面和节点尺寸采用1∶10～1∶15(5)施工图上应注明屋架和各构件的主要几何尺寸。(6)在施工图中应全部注明各零件的型号和尺寸。(7)跨度较大的屋架，在自重及外荷载作用下将产生较大的挠度，特别当屋架下弦有吊平顶或悬挂吊车荷载时，则挠度更大，这将影响结构的使用和有损建筑的外观。(8)施工图上还应加注必要的文字说明，包括钢材的钢号，焊条型号，加工精度和质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔的尺寸，以及防锈处理的要图21.17某一钢屋架施工图21.6普通钢屋架设计计算实例建筑跨度为18m，端部高度1.99m，跨中高度2.89m，屋面坡度i=1/10，屋架间距为6m，屋架两端屋架上、下弦设有横向支撑和垂直支撑，布置如图21.18所示21.6.1设计资料（设计一梯形钢屋架）图21.18屋架支撑布置图(1)预应力混凝土大型屋面板：1.2×1.4=1.68kN/m2二毡三油防水层加找平层：1.2×0.7=0.84kN/m280mm厚泡沫混凝土保温层：1.2×0.5=0.60kN/m2屋架自重和支撑自重按经验公式(跨度L=18m)：Pw=0.12+0.011L=0.12+0.011×18=0.32kN/m21.2×0.32=0.384kN/m221.6.2荷载计算(2)可变荷载1.4×0.30=0.42kN/m2(3)荷载组合永久荷载+可变荷载为主要荷载组合，屋架上弦P=［(1.68+0.84+0.60+0.384)+0.42］×1.5×6=35.316kN另两种荷载组合为永久荷载+半跨可变荷载;永久荷载+半跨屋面重+半跨施工荷载。桁架杆件的内力在单位力作用下用图解法(图21.19)求得如下：屋架各杆件内力如图21.20所示。21.6.3内力计算（表21.7）表21.7杆件内力计算图21.19屋架内力图解图21.20屋架各杆件的内力图(单位：kN)(1)上弦杆截面选择(2)下弦杆截面选择(3)(4)支座斜杆截面选择(5)斜杆②－③截面选择(6)竖杆③-④截面选择(7)斜杆④-⑤截面选择(8)斜杆⑤-⑥(9)竖杆⑥-⑦21.6.4截面选择(10)斜杆⑦-⑧截面选择(11)斜杆⑧-⑨(12)竖杆⑨-10(1)下弦节点i设计节点i如图21.21(2)下弦节点j设计节点