钢屋盖.ppt
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1、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,在学习过程中应主要掌握下列内容: (1) 掌握钢屋盖结构的组成,各组成部分的分类、作用和布置; (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,并能绘制简单施工图; (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
2、支撑系统 21.4 钢屋架的设计计算 21.5 钢屋架施工图 21.6 普通钢屋架设计计算实例 21.7 轻型钢屋架,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,平铺于屋架上,承受外荷载。 (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,(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。
3、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21.1 装配式钢筋混凝土单层厂房结构,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,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
4、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。,图21.3 屋盖结构布置,(a) 有檩屋盖;(b) 无檩屋盖,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),表21.1 常见屋架形式对照表, 屋架的外形应与屋面材料所要求的排水坡度相适应。 屋架的外形尽可能与其弯矩图相适应,使弦杆各节间的内力相差不大。 腹杆的布置要合理,腹杆的总长度要短,数量要少,并应使较长的腹杆受拉、较短的腹杆受压。 节点构造要简单合理、易于制造。
5、对于设有天窗或悬挂式起重运输设备的房屋,还要配合天窗的尺寸和悬挂吊点的位置来划分节间和布置腹杆。,21.2.2 确定屋架形式的原则,(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等。 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,屋架高度确定的主要程序: 根据屋架的形式和设计经验确定出屋架的端部高度; 按屋面材料对屋面坡度的要求确定
6、出屋架的跨中高度; 综合考虑其他各影响因素,最后确定屋架的高度。 当屋架的外形和主要尺寸(跨度、高度)都确定之后,桁架各杆的几何长度即可根据三角函数或投影关系求得。,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/4l/6;梯形屋架的跨中高度一般取l/6l/10,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。 梯形屋架端部高度一般不宜小于l/18,陡坡梯形屋架的端部高度一般为5001000mm,平坡梯形屋架端部高度一般为18002100mm,当屋架跨度较小时,取下限值。屋架跨度越大,其端
7、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) 保证屋盖结构的几何稳定性 (2) 保证屋盖的空间刚度和整体性 (3) 为受压弦杆提供侧向支承点 (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) 保证结构在安装和架设过程中的稳定性,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),图21.5 无檩屋盖支撑布置示例,(a) 上弦横向水平支撑布置;(b) 下弦横向与纵向水平支撑布置; (c) 天窗架上弦横
8、向水平支撑; (d) 屋架支座与跨中垂直支撑;(e) 天窗架侧竖杆垂直支撑,当荷载反向作用时(如风荷载反向作用),斜腹杆受力变更,仍是一根参加受力工作,另一根弯扭屈曲而退出工作。支撑和刚性系杆按压杆计算,采用双角钢组成十字形或T形截面。 屋盖支撑受力通常都较小,一般不必计算,截面尺寸大多根据杆件的容许长细比和构造要求而定。 支撑构件与屋架的连接,应力求构造简单,安装方便。,21.3.3 支撑的计算和构造,21.4 钢屋架的设计计算,(1) 屋架的各节点均为理想的铰接。 (2) 屋架各杆件的轴线均为直线,都在同一平面内,且相交于节点的中心。 (3) 荷载都作用在节点上,且都在屋架平面内。,21.
9、4.1 屋架杆件内力计算,21.4.1.1 基本假定,作用在屋架节点上的荷载,有檩屋盖通过檩条,无檩屋盖通过大型屋面板的纵肋传在桁架的节点上(图21.6所示,sd阴影范围内的屋面荷载)。 (1) 永久荷载 包括屋面材料和檩条、支撑、屋架、天窗架等结构的自重。 (2) 可变荷载 包括屋面均布活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载,以及悬挂吊车荷载等,其中屋面活荷载和雪荷载不同时考虑,取两者中的较大值。,21.4.1.2 屋架上的荷载,屋架内力应根据使用过程或施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算。在屋架设计时应考虑以下三种荷载组合: 永久荷载+可变荷载 永久荷载+半跨可变荷载 屋架、支撑和天窗架自重+
10、半跨屋面板重+半跨屋面活荷载 屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆按第一种荷载组合计算;而跨中附近的腹杆按第二、三种荷载组合计算,取大值。,图21.6 节点荷载汇集简图,(1) 轴向力 屋架各杆件的轴向力可用图解法或数解法(节点法或截面法)求得。 (2) 局部弯矩 屋架的上弦节间作用有荷载时,除轴向力外,还要产生局部弯矩。 由于焊缝的约束作用,可以把上弦杆视为弹性支座上的连续梁来考虑。但为了简化,可按近似法计算,先按简支梁计算出弯矩M0 。,21.4.1.3 内力计算,角钢屋架的杆件由两个角钢组成,截面有两个弯曲轴,即x轴和y轴(图21.7),这样它就有两种弯曲失稳的可能性:一种是在屋架平面内屈曲;
11、另一种是在屋架平面外屈曲。 (1) 平面内的计算长度 弦杆、支座斜杆和支座竖杆,由于它的截面尺寸一般较大,节点板对其影响相对较小,所以其计算长度取l0x=l(l为构件几何长度,即节点中心间距离); 其他受压杆,考虑到节点板的牵制作用,其计算长度取l0x=0.8l。,21.4.2 屋架杆件设计,(2) 平面外的计算长度 弦杆平面外的计算长度l0y等于侧向固定点间的距离。 腹杆平面外的计算长度取节点中心间的距离。 当弦杆侧向支撑点之间的距离为节间长度的2倍,且两个节间的内力不相等,则该弦杆平面外的计算长度,应按下式计算: l0y=l1(0.75+0.25N1/N2),钢结构设计规范对屋架弦杆和腹杆
12、的计算长度作了规定,详见表21.2。 在屋架平面外的计算长度应按下列规定采用。 压杆: 当相交的另一杆受拉,且两杆的交叉点均不中断:l0=0.5l; 当相交的另一杆受拉,两杆中有一杆在交叉点中断,并以节点板搭接:l0=0.7l; 其他情况:l0=l。 拉杆:l0=l。,图21.7 杆件截面的主轴,表21.2 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l0,21.4.2.2 杆件的容许长细比,钢结构设计规范中对压杆和拉杆规定了容许的最大长细比,称为容许长细比,见表21.3。 屋架杆件一般都是由双角钢组成的T形截面,它的横截面的两个主轴方向分别在屋架的平面内和平面外。 两个主轴的长细比验算:,屋架的腹杆为单角钢
13、或双角钢组成的十字形截面杆件时,应取截面的最小回转半径imin计算杆件在斜面上的最大长细比,即:,表21.3 桁架杆件的容许长细比,21.4.2.3 杆件的截面形式与构造,(1) 截面形式见表21.4 (2) 截面选择 为了便于订货和下料,在同一榀屋架中角钢的规格不宜过多,一般不宜超过56种; 为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏,角钢的尺寸不宜小于454或56364; 应选择肢宽而壁薄的角钢,增大回转半径,对受压更有利;, 屋架弦杆一般采用等截面;当采用变截面时,半跨内只能改变一次,而且要保持肢厚不变,改变肢宽,以便于拼接处理。 (3) 截面计算(表21.5),表21.4 钢屋架的杆
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