钢屋架设计:桁架与屋盖.ppt
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1、2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,1,第三章 桁架与屋盖,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,2,内容,1.1 钢桁架概述 1.2屋盖的组成及主要平面尺寸 1.3 屋架 1.4屋架的支撑系统 1.5实腹式檩条设计 1.6桁架杆件的计算长度和容许长细比 1.7 桁架杆件的截面形式、节点板厚度和角钢间的填板 1.8桁架杆件的截面设计 1.9桁架的节点设计 1.10 屋架的施工详图,1.1 钢桁架概述,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,4,平面桁架与空间桁架,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,5,构件截面与节点形式,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,6
2、,1.2屋盖的组成及主要平面尺寸,1,屋盖组成 2,屋面系统:有檩体系,无檩体系(屋面材料等等) 3,屋架的名义跨度和计算跨度 4,屋架间距 5,屋盖平面尺寸,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,8,屋盖的组成,屋架,支撑系统,屋面系统,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,9,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,10,屋面系统,有檩体系,无檩体系,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,11,屋架的名义跨度和计算跨度,两相邻柱列定位轴线间的距离为屋架的名义跨度 L 屋架左右两支座中心线间的距离为屋架的计算跨度l。 计算跨度常取名义跨度减去300mm,2019年7月1
3、5日,浙江大学钢结构研究室,12,屋架间距,一般应由设计人员按经济要求确定 。 当屋架间距增大,所有纵向构件如檩条等因跨度加大而需增大其截面;但在一定建筑面积下,屋架和支柱(包括柱基础)数目则可减少,利用求极值的数学方法理论上可求得使整个屋盖和支柱用钢量最少或工料最省时的屋架经济间距 实际设计时屋架间距l约为屋架跨度的1/31/5 常用间距:6m,压型钢板屋面:612m,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,13,屋盖平面尺寸,当区段长度超过某规定值时,需设置伸缩缝。最常用的设置方法是在伸缩缝处设置双柱。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,14,1.3 屋架,1,平面桁架的外形
4、及主要尺寸 2,平面桁架的腹杆体系,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,16,平面桁架的外形,三角形、梯形、平行弦、人字行、多边形,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,17,上弦坡度,主要由屋面材料确定: 1)波形石棉瓦屋面要求屋面坡度,瓦楞铁屋面要求,若这种屋面的坡度过小,易造成漏雨,因此常需选用三角形屋架。 2)油毡防水屋面则要求,因此常用的梯形屋架 3)近来常被采用的长尺压型钢板屋面,则可用于时,因而常选用梯形屋架和接近于平行弦的屋架。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,18,屋架的适用跨度,平面桁架作为两端简支的受弯构件在满跨均布荷载作用下,弯矩图形为一抛物线
5、,其上、下弦杆主要承受桁架截面上的弯矩,而腹杆则主要承受桁架截面上的剪力。 三角形屋架外形与抛物线形差别较大,因而其弦杆各节间的内力很不均匀,屋架端部高度小,该处节间的内力最大,因弦杆截面常按整根弦杆的最大内力选用,造成弦杆截面钢材的增加,故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的,其常用跨度宜在2427m以下。 梯形屋架因为外形接近于抛物线形,则弦杆各节间中的内力最为均匀。加之刚度也较好,常用跨度可达36m左右 平行弦屋架弦杆内力不及梯形屋架均匀,但其腹杆长度一致,杆件类型少,节点构造统一,便于制造,是其优点。 屋架外形图与弯矩图的比较,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,19,屋架的高跨
6、比,对三角形屋架,1/41/6。 与柱刚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),端弯矩愈大,比值可取大;跨度愈大,比值可取小些。高跨比:1/6-1/10。 与柱铰接的梯形屋架的常用端部高度2m左右,保证连续性。 平行弦桁架的经济高度常为其跨度1/15的左右。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,20,平面桁架的腹杆体系,布置原则 1. 提供承受荷载的节点,尽可能使荷载都作用在节点上而使桁架的弦杆都是轴心受力构件; 2. 使荷载传递至支座的路线最短,以减少腹杆的总长度和节点数目; 3. 对非人字形的腹杆体系,应使长腹杆受拉,短腹杆受压。对人字形腹杆体系,宜使斜腹杆的倾角
7、在3555范围内。目的都是减小腹杆的截面积。,1.4屋架的支撑系统,1,横向支撑 2,纵向支撑 3,垂直支撑 4,系杆 5,支撑系统与屋架的连接节点,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,22,支撑系统图,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,23,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,24,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,25,支撑系统作用,保证桁架结构的空间几何稳定性,及几何形状不变 保证桁架结构的空间刚度和空间整体性 为桁架弦杆提供必要的侧向支撑点 承受并传递水平荷载 保证结构安装的稳定和方便 防止构件在动力荷载作用下产生较大的振动,2019年7月15日,浙
8、江大学钢结构研究室,26,横向支撑布置在屋架上下弦和天窗架上弦平面,功能: 1,对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要的作用。2,传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载的作用。3,在传力平面增加屋盖结构的刚度 横向支撑一般应设置在房屋两端(或温度伸缩缝区段两端)的第一个柱间或第二柱间,两道横向支撑的间距不宜超过60m。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,27,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,28,纵向支撑布置在屋架上弦或下弦,功能:1.与横向支撑一起形成一水平刚性盘,增加房屋的整体刚度;2.当房屋为工厂车间并设有吊车时,在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用,可减轻受荷较大的框架
9、所受水平荷载和产生的水平变形;3.当有托架时,可保证托架的侧向稳定。 布置位置:纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大 或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备(如锻压车间)因而对房屋的整体刚度要求较高时始设置之。对梯形屋架,纵向支撑常设在屋架的下弦平面,而对三角形屋架则常设在上弦平面,与横向支撑构成环路。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,29,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,30,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,31,垂直支撑:布置在屋架间和天窗架间,垂直支撑的作用是:1.保持屋架侧向的几何稳定性;2.下弦无横向支撑时,作为下弦系杆的支点;3.传递山墙所受纵向
10、风荷载等至屋架支柱;4.保证吊装屋架时的稳定和安全。 布置位置:垂直支撑只设在有横向支撑的同一柱间的屋架上,对跨度L30m的梯形屋架和跨度L24m的三角形屋架,通常只在跨度中点设置一道中间垂直支撑;当跨度大于上述情况时,则需在跨度中间设置两道垂直支撑。此外,在梯形屋架两端则不论跨度大小均需设置垂直支撑。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,32,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,33,垂直支撑形式,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,34,系杆,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,35,支撑系统与屋架的连接节点,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,36
11、,1.5屋盖设计的内容和屋架的内力计算,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,38,屋盖设计内容,1. 结构方案的确定和结构布置 例如选定屋盖的组成,确定屋架的间距、形式和腹杆体 系,布置各种支撑系统等; 2. 檩条设计; 3. 屋架的内力分析 包括屋架荷载的计算、内力分析及内力组合等; 4. 屋架杆件截面设计 包括钢材牌号、杆件截面形式和尺寸的选用,强度和稳定计算等; 5. 屋架节点设计 包括各个节点中的连接计算和构件的拼接等; 6. 施工详图的绘制 包括材料表的编制。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,39,屋架的荷载,永久荷载:包括屋面材料、保温材料、檩条及屋架(包括支撑
12、及天窗)的自重。 屋面均布可变荷载 雪荷载 风荷载 其他荷载(吊顶,积灰),2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,40,屋架的内力计算,计算假定: 1.所有荷载都作用在节点上;2.所有杆件都是等截面直杆;3.各杆轴线在节点处都能相交于一点;4.所有节点均为理想铰接。在这些假设下,桁架杆件就只承受轴心拉力或压力。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,41,屋架内力包括:构件的轴力,和有节间荷载时的上弦弯矩,杆件轴力由节点荷载计算,节点荷载包括所有荷载,就是屋面水平投影计算的荷载。 上弦弯矩由节间荷载计算,节间荷载应从屋面水平投影计算的荷载中应扣除屋架自重再加上屋架上弦杆的自重,在上
13、弦杆的截面尚未知道时,可取上弦杆的自重为屋架和支撑自重估计值的1/41/5。,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,42,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,43,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,44,2019年7月15日,浙江大学钢结构研究室,45,屋架的内力组合,三角形屋架荷载组合: 1.2全跨恒荷载+1.4全跨活荷载 梯形屋架荷载组合: 1.2全跨恒荷载+1.4全跨活荷载(左、右) 1.2全跨恒荷载+1.4半跨活荷载(左、右) 1.2全跨屋架及支撑自重+(1.2半跨屋面板自重+1.4半跨活荷载)(左、右),1.6桁架杆件的计算长度和容许长细比,2019年7月15
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