第三章屋盖钢结构设计1503-2.doc

九、普通钢屋架设计实例 1屋架简图及几何尺寸 24 m跨度无天窗梯形钢屋架，端部高度20 m，跨中高度30 m，屋面坡度 i=，即屋面坡角=4.76364°，屋架间距6 m，屋架两端与钢筋混凝土柱连接（房屋总长度 60 m）。屋架上、下弦连有横向支撑和竖向支撑，有通长系杆。采用大型屋面板15m×6m，120mm泡沫混凝土保温层、防水层及找平层。屋面雪荷载为 040 kNm2。柱用混凝土强度等级为 C 20，钢材为 Q 235，焊条采用 E 43（图 341）。图341 屋架内力及轴线长度屋架的主要尺寸：（1）屋架计算跨度l0: 指屋架两端支座反力的间距一般单层厂房外墙，边柱与纵向定位轴线的联系：   由于吊车起重量、柱距、跨度、有否安全走道板等因素的影响，边柱与纵向定位轴线的联系有两种情况（下图）：   a.封闭式结合的纵向定位轴线   b.非封闭式结合的纵向定位轴线铰接：l0=标志跨度l联系尺寸150200mm×2(封闭结合) l0=标志跨度l（非封闭结合） 封闭结合: 纵向定位轴线（标志尺寸）与边柱外缘、纵墙内皮三者重合。一般用于吊车轻，重量不大于30t。非封闭结合：纵向定位轴线（标志尺寸）与边柱外缘、纵墙内皮三者不重合。一般用于吊车轻，重量大于30t。刚接：l0=标志跨度l内移尺寸×2(对非封闭结合) l0=标志跨度l上柱宽度(封闭结合) （2）高度：先确定端高h0，再由坡度条件求跨中高度h三角形屋架，h0=0梯形屋架，h0=0.51.0m缓坡梯形屋架，h0=1.82.1m梯形屋架： h =(1/101/6) l0三角形屋架： h=(1/61/4) l0 （3）起拱：当跨度较大时：三角形屋架L>15m，梯形屋架L>24m，屋架起拱高度= l / 500。 图341-1节点荷载汇集简图注：s为屋架间距，s=6m； a为上弦杆水平长度，a=3m。2屋架内力计算假定 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 屋架的节点为铰接 所有杆件等截面 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内（见下图）3屋架上弦节间荷载处理 上弦有节间荷载时，把节间荷载化为节点荷载 考虑节间荷载在上弦引起的局部弯矩4屋架荷载计算结构所受荷载常常是多种工况同时并存，所以在结构设计时，应考虑荷载组合问题。屋架结构设计应按使用和施工中最不利荷载组合计算。屋架杆件荷载组合常按以下情况考虑：（1）荷载效应组合可变荷载效应控制组合1.2×永久荷载标准值+1.4×第一可变荷载标准值+永久荷载效应控制组合1.35×永久荷载标准值+式中，ci第i可变荷载的组合系数，对风荷载取0.6，雪荷载和活荷载取0.7。屋面均布活荷载表注：1不上人的屋面，当施工荷载较大时；应按实际增况采用；对不同结构应按有关设计规范的规定，将标准值作 02kNm2的增减。 2上人的屋面，当兼作其他用途时，应按相应楼面活荷载采用。 3对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载，应采取构造措施加以防止；必要时，应按积水的可能深度确定屋面活荷载。 4屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。（2）屋架荷载计算作用于上弦节点的铅锤荷载P可按各种均布荷载对节点汇集进行计算：P=Gqbk·a·s +Qqsk/cos·a·s式中，G，Q分别为永久荷载和活荷载的分项系数；qbk，qsk分别为永久荷载和活荷载标准值；a为上弦节间的水平投影长度；s为屋架间距；屋面倾角，当较小时，可取cos=1。永久荷载：屋面材料、保温材料、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。其中屋面材料和保温材料的自重常接屋面的实际面积计算，并按几何投影关系确定按屋面水平投影面积计算的自重值；屋架和支撑自重 一般可采用经验公式： （kN/m2，水平投影面） 当屋面荷载： 如重屋盖 有：q=0.12+0.011L(kN/m2)（水平面投影），式中，L为屋架标志跨度（柱网轴线间距）。 可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载、其中屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，可取其中较大者。按屋面水平投影面积计算。 以上永久荷载和可变荷载均为标准值，设计时要乘以荷载分项系数得到荷载设计值。 屋面施工活荷载(使用荷载) : q = 0.7 kN/m2。雪荷载：屋面水平投影面上的雪荷载标准值为Sk=sS0式中，S0基本雪压，随地区不同而异，按建筑结构荷载规范的规定取值；山区的基本雪压应通过实际调查确定；在无实际资料时，可按当地空旷平坦地面的基本雪压乘以系数12采用。s屋面积雪分布系数，随屋面的坡度和形式而变化。按建筑结构荷载规范的规定取值。风荷载：风荷载系指空气流动对建筑物所产生的流体压力或吸力。因而风荷载必然垂直于受风表面。屋面风荷载的标准值为Wk=zszW0 W0基本风压，是以当地比较空旷平坦地面上离地10m高处统计所得的50年一遇平均最大风速V（m/s）为基准，按W0=V021 600确定的风压值。荷载规范中给出了全国基本风压分布图，且最小值规定为0.3kNm2； z高度为Z处的凤振系数，以考虑风压脉动的影响。钢屋架设计取z=1.0； z风压高度变化系数，按荷载规范取值。具体根据地面粗糙度不同而定，地面粗糙度分A，B，C，D四类。A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区。B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市的郊区。C类指有密集建筑群的城市市区。D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。设计钢屋架以屋架高度的中点离地面的高度作为选用风压高度变化系数时z的根据； s风荷载体型系数，随房屋的体型、风向等而变化。重要建筑物的s值应通过风洞试验确定。荷载规范中给出了一些常用房屋和构筑物的s值。图341-1-1摘录了其中两种情况的s值，其一为封闭式双坡屋面，另一为带天窗的封闭式双坡屋面。图中的正值表示压力，负值表示吸力。由图可见，对常用坡度的屋面不论是向风面或背风面，风荷载主要是吸力。只在天窗架面向风面处为压力。图341-1-1风荷载体型系数无天窗缓坡梯形屋架可不考虑(<30°) 风荷载。轻屋面、开敞式房屋以及风压w0>0.49 kN/m2时必须考虑其对屋盖的吸力作用。其他荷载 其他荷载是指在某些情况下需考虑的荷载。例如，用于民用或公共建筑的屋架下弦常有吊顶及装饰品，吊顶及装饰品的自重应以恒荷载考虑并假设作用于屋架的下弦节点上。又如工厂车间的屋架上常有悬挂吊车，此吊车荷载就是屋架承受的一种活荷载。 （3）屋架荷载组合： 柱铰接的屋架 a全跨荷载组合之一：全跨恒载（永久荷载）全跨屋面活荷载或雪荷载（取二者较大者）全跨积灰荷载十悬挂吊车（包括悬挂设备、管道、电葫芦等）荷载。有天窗时应考虑天窗架传来的荷载。 b全跨荷载组合之二：全跨恒载（永久荷载）085全跨屋面活荷载或雪荷载（取二者较大者）全跨积灰荷载十悬挂吊车（包括悬挂设备、管道、电葫芦等）荷载天窗架传来的风荷载由框架内力分析所得到的由柱顶作用于屋架的水平力。 c半跨荷载组合之一：全跨恒载（永久荷载）半跨屋面活荷载或雪荷载（取二者较大者）半跨积灰荷载悬挂吊车（包括悬挂设备、管道、电葫芦等）荷载。 d半跨荷载组合之二：该组合适用于屋面为预制大型屋面板且跨度较大的屋架（i24m）在安装过程中的情况，即：屋架（含支撑）的自重半跨屋面板重半跨安装活荷载。 e坡度较大的轻屋面荷载组合。对于屋面坡度较大（i18）的轻屋面的屋架，应考虑风荷载的影响，其组合为：10×全跨恒载（永久荷载）（14×全跨可变荷载标准值）06×14屋面风荷载标准值。 f地震区的荷载组合。对于地震区且跨度大于 24m的钢屋架为应按建筑抗震设计规范考虑竖向地震荷载作用的组合。 与柱刚接的屋架 应考虑作用在屋架端部的弯矩和水平力（在房屋横向排架计算中屋架作为排架横梁所求得的）的影响。具体需要将端弯矩等效为作用于屋架上下端的一对大小相等方向相反的水平力（即为等效于端弯矩的力偶），再与其他荷载进行组合，以确定最不利的屋架内力。等效水平力的计算表达式即为H=M/ h0屋架的端弯矩和水平力图考虑端弯矩影响的组合为（上面的组合b）：全跨恒载（永久荷载）085全跨屋面活荷载或雪荷载（取二者中较大者）全跨积灰荷载悬挂吊车（包括悬挂设备、管道、电葫芦等）荷载天窗架传来的风荷载由框架内力分析所得到的由柱顶作用于屋架的水平力端弯矩等效水平力。这里的后两项组合应考虑下面三种不利的情况： a主要使下弦可能受压的组合（下图（a）最不利的端弯矩和水平力图 此时的两端弯矩和水平力均使屋架下弦杆受压。必须明确，当左端弯矩M1取可能的最大值时，右端弯矩 M2即为与 M1相对应的结果（由排架计算确定），反之亦然。 b主要使上、下弦内力增加的组合（上图（b）。 此时的端弯矩和水平力作用方向正好与上述情况相反。 c主要使斜腹杆受最不利内力的组合（上图（c）。 此时仅考虑同向弯矩的作用（两端均要反向计算，上图（c）只给出了一种情况，且不考虑水平力。上面的所有组合，应使一端弯矩为最大，水平力和另一端的弯矩相对应。对左右两端均要分别计算最大弯矩进行上述组合。普通屋架荷载组合通常考虑3种： 全跨永久荷载+全跨可变荷载； 全跨永久荷载+半跨可变荷载； 全跨屋架、支撑、天窗架自重和檩条自重+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；跨中附近腹杆在第二、三种荷载组合下，可能出现最大内力，且可能变号，故要按第二、三种荷载组合计算；如果安装过程中屋脊两侧屋面板能对称均匀铺设，则可不计第三种荷载组合。屋面恒载标准值屋面类型瓦楞铁压型钢板波形石棉瓦水泥平瓦恒载标准值（kNm2）0050101502055实腹檩条自重标准值可选用均布荷载00501 kNm2，格构式可近似选用均布荷载003005 kNm2。恒载：屋面荷载按屋面倾斜面积计算，则水平投影面1m×1m，相对应的屋面倾斜面积为1m×1m/cos。1m×1m水平投影面荷载=斜屋面1m×1m/cos×单位面积材料重。本题因屋面坡度较小（cos=cos4.76364º=1.003）, 故下述近似按屋面水平投影面积计算荷载（即按cos=1计算）。 大型屋面板 l2×14/cos=168kNm2（恒载的分项系数l2）（水平面投影） 20 mm防水层及找平层12 ×075/cos=090 kNm2（水平面投影） 80 mm厚泡沫混凝土保温层 12 ×050/cos=060 kNm2（水平面投影）屋架和支撑自重：这里取q=035 kNm2，有12 ×035=042 kNm2（水平面投影）活载：屋面雪荷载 根据建筑结构荷载规范，基本雪压s0=0.4 kNm2，因<25°，则屋面积雪分布系数r=1.0，屋面水平投影面上雪压荷载标准值sk=r×s0=0.4 kNm2。屋面水平投影雪荷载14×040=056 kNm2（活载的分项系数 14）屋面活荷载（本题略）。 屋架上弦节点集中荷载计算： P=168090060042056×3 ×6=7488 kN（3 ×6水平面集中荷载）半跨雪荷载时的荷载组合在本屋架计算中不起控制作用，故计算从略，只计算永久荷载加全跨可变活载的荷载组合（表32）。计算屋架杆件内力时，只需将屋架节点荷载乘以相应屋架杆件内力系数，即可得到该杆件内力。屋架杆件内力系数等于屋架节点作用单位荷载时的屋架杆件内力值。 表32 屋架杆件内力表上弦节间因屋面板宽15m，故有节间荷载引起节间弯矩，考虑到上弦的连续性和上弦节点的弹性位移，为了简化，取端节间的正弯矩M1=08M0（M0为简支梁计算出的节间弯矩）。其他中间节间的正弯矩和节点负弯矩：方式一：中间节间M2=06M0和节点均为M2=06M0。以下计算按方式一计。节间屋面板的集中荷载Q 方式二：中间节间为M2=06M0，节点为M2=04M0。 通常按方式一计。本题上弦节点与节间荷载如图： （P为上弦节点集中荷载；P/2作用在上弦杆节间中央，另外的P/2直接作用在节点上）端节间M1：式中，d为屋架平面内上弦屋檐处边节点间距。中间节间M2：式中，d为屋架平面内上弦中间节点间距。 3杆件截面选择 1）上弦杆截面选择 上弦杆截面选择，采用相同截面，以最大内力（O4杆）来计算： Nmax587882 kN，M216904 kN·m 计算长度在屋架平面内=301 cm，屋架平面外因有大型屋面板与屋架焊牢，=151 cm。 选用两个等肢角钢 2140×10，相并成T形，截面几何特征： A2×27373=54746 cm2 查附录3有 ix=434 cm，iy=619 cm（节点板厚 12 mm）， 查附录4得b类截面轴心受压构件的稳定系数x=0755；y=0956。 双角钢在弯矩作用平面内最大最小纤维净截面模量为 肢背： WmaxW1x 2×1347326946 cm3 肢尖： WminW2x 2×5061012 cm3 （1）强度验算 按照公式（314）计算截面强度，查规范x1=105，x2=12。 上弦杆Ol虽然弯矩较大，但轴力等于零，可不验算，即其它上弦杆强度稳定验算不采用M1，采用中间节间M2，下面公式中的Mx=M2。上弦杆应取截面上下两边验算强度，因W1x×x1= 282.933×103>W2x×x2=121.44×103，故取截面下边无翼缘一端取负弯矩（对截面下边缘产生压力）验算。 （2）计算弯矩平面内的稳定，公式（315）： 欧拉临界力： 节间端弯矩（负弯矩）和横向集中荷载作用使构件产生反向曲率，弯矩等效系数max=085。弯矩作用平面内的稳定验算：l 正弯矩： 截面上部一端： 截面下部一端： T形截面为单轴对称截面，上部翼缘受压，还需计算截面下部一端的弯矩作用平面内的稳定验算 l 负弯矩：（由于节点处节点板及腹杆的作用，因此负弯矩处的稳定问题可不考虑） （3）验算弯矩平面外的稳定，公式（316）： 受弯构件整体稳定系数b见规范： 前面已知，则l 正弯矩： l 负弯矩另一端，腹板宽厚比b/t=140/10=14<18，有等效弯矩系数（节间有横向力横向集中荷载作用使构件产生反向曲率）tx=085因等边T形双角钢截面，杆件节间受力，属于压弯构件，应计算yz，有 b/t=140/10=14>0.58=0.58×151/10=8.758则采用下式计算yz：由yz查附录4 b类，得y=0835 弯矩作用平面外的稳定验算： 杆件节间正弯矩处： 式中因截面不是闭口截面，所以=1.0。 杆件节点负弯矩处：（由于节点处节点板及腹杆的作用，因此负弯矩处的稳定问题可不考虑） 2）下弦杆截面选择 下弦杆（拉杆）截面选择，采用相同截面，以最大内力来计算：Nmax= +598366 kN。计算长度因有水平横向支撑和纵向支撑，跨中还有通长系杆，故。 所需截面积为： 选用两个等肢角钢 280×10，相并成T形，截面几何特性： A2×1512630252 cm22783 cm2 ix242 cm，iy381cm 3）其他杆件均为轴心受拉或轴心受压杆，其截面选择结果如下（表33）：表33 腹杆截面选择一览表 4屋架节点设计 （1）下弦支座节点 1）支座反力 R=4P=4×74880=299520kN，支座底板的平面尺寸取280×372=104160mm2，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：280×212=59360 mm2（图 342）。图342 下弦支座节点 2）验算柱顶混凝土的局部承压强度： 式中，为钢筋混凝土局部承压强度设计值。3）底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成4块，每块为两相邻边固定，另两边自由的板，单位宽度最大弯矩为 Mq式中 q底板所受均布反力，q=； a1两边对角线长度，167mm； 系数，由 b1a1；查下表而定； b1两支承边的相交点到对角线a1的垂直距离，由相似三角形的关系得 =0055 Mq0055×5×16727 669 N·mm 底板厚度：，取 16 mm4）加劲肋与节点板的连接焊缝计算 与牛腿焊缝相似，假定一个加劲肋的受力为屋架支座反力的14，即 ×299520=74880 kN 则焊缝受剪力 V=74880 kN，弯矩 M=74880×50=3 744 kN·mm，设2条竖焊缝 hf=5 mm，焊缝计算长度 =56010=550 mm，焊缝应力为 5）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算 设焊缝传递全部支座反力，R=299520 kN，其中每块加劲肋各传递的力为R，节点板传递的力为R。 节点板与底板的2条连接焊缝 2 ×(28010）=540 mm。所需焊脚尺寸为 采用 hf=5 mm每块加劲肋与底板的连接2条焊缝长度为 （1002010）×2=140 mm（式中20mm为肋板切角减小的焊缝长度；10mm为焊缝两端焊后的缩小长度） 所需焊脚尺寸为 采用 hf=5 mm。6）下弦杆U1与支座斜杆D1和竖杆V1与节点板焊缝计算 脚尺寸 h f=5 mm 下弦杆U1 与节点板焊缝计算： N= + 331943 kN，所需焊缝长度为 肢背： ， 采用肢尖：， 采用 支座斜杆D1与节点板焊缝计算：N= 422922 kN，所需焊缝长度为：肢背： ， 采用肢尖；， 采用 支座竖杆V1与节点板焊缝计算：N= 3744 kN，所需焊缝长度为两肢背： ， 采用 肢尖：取肢尖焊缝与肢背焊缝等长为 25 cm，显然，构造焊缝均大于所需焊缝。 （2）下弦U1 U2节点图343 下弦节点U1 U2 1）设计步骤：首先计算腹杆与节点板连接焊缝尺寸，然后按比例绘出节点板形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。 2）腹杆焊缝长度：假定所有焊缝均为 hf=5 mm，则腹杆所需焊缝长见表 34：表34 腹杆所需焊缝及所取焊缝长度 3）节点板尺寸：所取焊缝长度按构造规定要大于8hf，和40 mm。根据腹杆焊缝长度，绘出节点板尺寸为530×270×12。 4）下弦杆与节点板的焊缝验算：下弦与节点板连接的焊缝长度为 53 cm，hf=5 mm，焊缝所受力为N= U1U2=598366331943=266423 kN，受力较大的肢背处每条焊缝应力为 （3）下弦跨中节点 下弦跨中节点采用同号角钢拼接，为使拼接角钢与弦杆之间密合，并便于施焊，需将拼接角钢的尖角削除，且截去垂直肢一部分宽度（截去垂直肢的宽度一般为t hf5 mm，t拼接角钢厚度），拼接角钢这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算（图344）。 设焊缝 hf=5 mm，下弦杆U2内力N=598 366 kN，一侧拼接角钢与下弦之间所需一条焊缝计算长度为 一根拼接角钢的长度取 600 mm2 ×267.1+4 hf +b=2 ×267.1+4×5+10=564.2 mm。图344 下弦跨中节点 屋架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点处设置工地焊缝拼接。左半边的弦杆和腹杆与节点板连接在工厂焊接，右半边在工地焊接，为便于工地拼接，在拼接角钢与右半边斜杆上各设置一个螺栓M20，作为安装施焊前的定位之用。下弦与节点板之间用hf=5 mm满焊。 斜杆D4 N= 16848kN，竖杆V3 N=22764kN，内力均很小，可取h f=5mm，肢背与肢尖焊缝长度均用= 6 cm。 采用节点板600×360×12，所有焊缝均满焊，构造焊缝长度均大于所需焊缝长度。 （4）上弦节点O1O2 为了便于在上弦节点搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背 8 mm，用塞焊缝把上弦角钢与节点板连接起来，槽焊缝作为2条焊缝计算，这时强度设计值应乘以08的折减系数，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载P与上弦垂直（图345）。图345 上弦节点O1O2方法一：P力由肢背和肢尖各承担P/2，N肢背和肢尖按比例分担。 上弦肢背槽焊缝（按两条角焊缝计） hf=5 mm，节点板长度为 480 360=840 mm。 上弦肢尖角焊缝的剪应力为 另一种算法，节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差N2N1及其由杆件轴线到肢尖产生的偏心力矩由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的，可不必验算，仅需验算肢尖焊缝。上弦肢背槽焊缝（塞焊缝）计算： 上弦肢尖角焊缝计算： 腹杆焊缝长度已知，由此可决定节点板尺寸。 （5）上弦节点O3O4 节点两边弦杆内力差别很小，O4内力N1= 587882 kN，O3内力N2= 525133 kN，肢背塞焊缝承受节点荷载，肢尖焊缝承受内力差值，均可不必验算。节点板根据腹杆焊缝长度按比例绘制，其尺寸为：长 320240=560 mm，宽 280 mm，厚度 12 mm。 （6）上弦支座节点与竖杆V2节点 上弦支座节点弦杆内力O1=0。竖杆V2节点两边弦杆内力差值等于零（O2和O3内力都是525133 kN）。因此这两处肢背焊缝承受节点力均可不必验算，肢尖焊缝也不受力，采用构造焊缝（图346）。图346 上弦支座节点和竖杆节点 （7）屋脊节点 屋脊节点构造与下弦跨中节点相似，用同号角钢进行拼接，接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算（图347）。图 347 屋脊节点 屋脊节点用双角钢拼接，每边四条焊缝，每条焊缝长： ， 采用拼接角钢的长度取 600 mm2×2624+4 hf +b=2×2624+4×510=5548 mm。上弦杆与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不必验算。（若验算可用公式 ，由于较小，可取sin=0，计算肢尖肢背8根中的一条焊缝长度，宜将 乘 以08）上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的 15计算，设肢尖焊缝 hf=5 mm，节点板长度为 50 cm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为，焊缝应力为 节点板应力与稳定计算（略）参考前面的例题。 根据上述计算所得的屋架杆件截面尺寸及节点构造和焊缝尺寸绘制屋架施工图。第五节 轻型钢屋架（门式刚架）设计轻型钢结构体系是指结构构件采用较薄板件，设计时考虑板件局部失稳后的后继强度的钢结构体系。 屋架的上弦一般用小角钢、下弦和腹杆用小角钢或圆钢。 适用于：跨度<=18m，柱距46m，设置有起重量<=50kN的中、轻级工作制桥式吊车的工业建筑和跨度<=18m的民用房屋的屋盖结构。    结构型式：三角形、三铰拱和梭形屋架。 材料： 轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊型钢（如：高频H型钢） 薄钢板（如：彩色涂层钢板）、薄壁钢管、轻型热轧钢（如： 热轧H型钢） 连接： 拼接、焊接、 大量采用轻质维护材料的单层或多层轻型钢结构建筑 优点： 适用范围广，已大量应用于单层工业厂房、多层工业厂房、办公楼以及高层建筑中的非承重构件等。 施工周期短：轻钢结构的最大优点是所有构件均可以由工厂制作现场拼接安装，对一般规模较小的工业厂房仅需45天至 2个月，而若采用钢筋混凝土结构则需要812个月左右。 综合经济效益好,我国的市场价格，轻钢结构的造价已经低于钢筋混凝土结构 抗震性能好,由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。 宜于拆卸搬迁。 有利于环保，钢结构建筑是对城市环境影响最小的一种结构之一，在西方已被广泛采用，有“绿色建筑”之称。设计规定：1. 形式与应用2. 屋架荷载 类似普通钢屋架设计3. 屋架内力分析4. 屋架杆件截面的选用（1）选用原则1）截面尺寸确定；2）压杆优先选用回转半径大、厚度较薄的截面；3）受压构件容许长细比要求；4）一榀屋架中，构件截面规格不宜超过67种。（2）截面形式1）双角钢组成T型钢；2）大跨屋架中主要杆件可选用热轧H型钢或高频焊接轻型H型钢；3）冷弯薄壁型钢。5. 屋架杆件的连接（1）喇叭形焊接（2）抽芯铆钉、自攻螺栓、射钉 轻型钢屋架常用圆钢、小角钢45×4或56×36×4做成的屋架和冷弯薄壁型钢做成。具有用料省、自重轻、抗震性能好的特点。在跨度小、采用轻屋面时，与钢混结构相比，可减轻自重70%80%。一般用于：跨度18 m且吊车起重量不大于5t的轻、中级工作制（A1A5）桥式吊车，且无高温和强烈侵蚀环境的厂房；中小型仓库、食堂、临时候车室屋盖；可拆卸的活动房屋；农用温室、商业售货棚等棚类建筑。 所采用的小角钢。圆钢、小角钢屋架的设计方法与普通钢屋架设计方法原则上相同，只是由于杆件截面、结构形式、连接构造等方面有所不同。 冷弯薄壁型钢屋架由于其杆件壁薄，截面开展，其计算方法、连接构造等与普通钢屋架有较大的区别，具体计算可按冷弯薄壁型钢结构设计规范进行。这里只讨论圆钢、小角钢做成的轻型钢屋架。 一、轻型钢屋架形式 主要形式：三角形屋架、三铰拱屋架和梭形屋架。 轻钢屋面：斜坡屋面和缓坡屋面。（1）斜坡屋面常为有檩屋盖体系，采用三角形屋架和三铰拱屋架；（2缓坡屋面多为无檩屋盖体系，采用梭形屋架。图 348-0 轻型钢屋架的形式（a）芬克式 （b）三铰拱 （c）梭形 （d）两铰拱 （e）下弦呈折线的三角形芬克式轻型钢屋架用得比较多，其特点是构造简单，受力明确，腹杆拉杆长，压杆短，制作方便。一般上弦采用L45 ×5或L56×36×4等小型角钢，下弦和腹杆用圆钢或小角钢，其构造与普通钢屋架相同。三铰拱屋架的斜梁可分为平面桁架式（图348-1a）和空间桁架式（图348-1b）两种。前者杆件较少，构造简单，用料较省，制作方便，但侧向刚度较差，只宜用于小跨度和小檩距的屋架。后者构件较多，构造复杂，制作不便，但侧向刚度较好，用于较大跨度的屋架。图3-48-1 三铰拱屋架截面形式梭形屋架的屋面坡度一般为、，屋架跨度为 1215m，屋架高度为（l为屋架跨度），屋架间距为3m、32m、36m和6m等。屋面板可用钢筋混凝土板和加气钢筋混凝土板。梭形屋架的腹杆倾角4060°。两铰拱屋架多为平面桁架式，可免去屋脊的铰节点，制作较为简单，因属超静定，当结构变形时对某些杆件受力不利，在轻型钢屋架中采用较少。下弦呈折线形的三角形屋架，可减少上下弦杆的受力，但屋架高度增大，也很少采用。轻钢屋架总的说来用料较省，自重较轻（40120 Nm2），便于运输安装，但刚度和稳定性较差，制作费工，仅用于跨度大于 18m，起重量不大于56t轻、中级工作制桥式吊车的厂房中，也可用于可拆卸的活动房屋中。二、轻钢屋架构造和计算特点1、三角形芬克式屋架构造三角形轻型钢屋架可分为芬克式和单斜杆式。芬克式屋架（图348a）和单斜杆式屋架（图348b）的特点与普通钢屋架类似。三角形芬克式轻型钢屋架构造与普通钢屋架大同小异，主要特点是轻型钢屋架的腹杆多用单角钢，连接时要在棱角上开槽，插入节点板再焊接。节点板厚度通常为6 8mm，支座底板厚度 1214 mm。图348 三角形轻型钢屋架形式图348-1 三角形芬克式轻型钢屋架2、三铰拱屋架构造三铰拱屋架斜梁为空间桁架时，可按假想平面桁架进行计算，用图解法求出内力再进行截面验算。三铰拱屋架的支座节点与芬克式屋架相似，由支座节点板、加劲肋和底板组成，但在上弦两角钢上加设一块水平盖板，水平盖板与支座节点板用焊缝连接。屋脊节点设一铰，其构造为两块端面板间有两垫板，并用螺栓连接。三铰拱屋架由两根斜梁和一根水平拉杆组成（图349a），斜梁：平面桁架式和空间桁架式两种（图349b），拉杆可采用圆钢或角钢。这种屋架的杆件受力合理，斜梁的腹杆长度短，取材容易，便于运输和安装。为了保证空间桁架式斜梁的整体稳定性，其截面高度与斜梁长度的比值不得小于118，截面宽度与截面高度的比值不得小于25。图349 三铰拱屋架形式图349-1 三铰拱屋架构造（斜梁为空间桁架）3、梭形屋架构造梭形屋架的上弦杆为角钢，其余为圆钢所组成的空间桁架（图350）。它属于小坡度（坡度为18l12）的无檩屋盖体系。屋面材料一般采用钢筋混凝土槽形板和加气混凝土板，多采用卷材防水。该屋架适用于跨度为 915 m、柱距为342 m的屋盖体系。屋架的矢高为H，H=AB，A值根据屋面坡度确定，B值越大，则弦杆内力越小，但腹杆长度增加，一般取A=B，屋架的高跨比一般采用1/91/12。图350 A型梭形屋架及其截面形式 二、轻型钢屋架构造 连接杆件应尽可能使重心线在节点处交于一点，否则应考虑其偏心的影响。各杆件可以直接连接，也可以通过节点板连接。节点板厚度一般为68mm，支座底板厚度为1214mm。 1、三角形轻型单角钢屋架 三角形轻型钢屋架当采用双角钢时的节点构造与普通钢屋架基本相同。当屋架下弦杆和腹杆采用单角钢时，可采用图351的节点构造。图351a所示的节点构造类似顶接，省去了节点板，但加工较困难，使用较少。图351b的形式施工方便，但节点或杆件均有偏心，一般在受力较小的杆件中采用。图351c的形式需将角钢背切口，角钢根部截面有削弱。图351d的形式有节点板加强，传力和刚度较好。图351 单角钢杆件的连接节点 2、三铰拱屋架的屋脊节点构造与斜梁几何轴线的设置有关。斜梁几何轴线既可以和斜梁组合截面的形心线重合，也可以和斜梁上弦截面的形心线重合。为了简化屋脊节点的构造，改善其受力情况，宜使屋脊处顶铰合力线与斜梁上弦截面的形心线重合。这样能使屋脊节点在构造上和制造上较简单，屋脊顶铰的节点板也相应减小（图352）。图352 三铰拱屋架的屋脊节点 三铰拱屋架的支座节点构造同样与斜梁几何轴线的设置有关。图353为斜梁几何轴线与斜梁上弦截面形心线重合的构造。该节点在上弦两角钢上设置一水平盖板，通过支座节点板和底板连成一个刚性整体，使之传力可靠。图353 三铰拱屋架的支座节点3、梭形屋架一般采用空间桁架形式，上弦为单根角钢，下弦为两根圆钢，共同组成三角形截面。这种屋架截面重心较低，屋面刚度较好，适用于坡度较小的卷材防水无檩盖。图354-0梭形屋架构造梭形屋架的截面形式分为正三角形和倒三角形两种（图350）。在实际工程中，正三角形截面用得较多。屋脊节点构造见图354。支座节点见图355。图354 梭形屋架的屋脊节点构造图355 A型截面的梭形屋架的支座节点构造 三、轻型钢屋架计算 假定各节点均为铰接，计算各杆件的内力。对于三铰拱屋架的空间桁架式斜梁和梭形屋架，为了简化计算，可近似按假想平面桁架进行内力分析。假想平面桁架位于通过下弦形心的竖平面上（图356），其高度等于空间桁架的高度。求得的上弦和腹杆的内力分别由两根上弦和腹杆来承受，下弦内力即为空间桁架下弦的内力。图356 轻型钢屋架内力计算简图 轻型钢屋架的容许应力应比普通钢屋架的有所降低，其强度设计值应按钢材强度设计值乘以下列折减系数： （1）拱的双圆钢拉杆及其连接：085； （2）平面桁架式檩条和三铰拱斜梁，其端部主要受压腹杆：085； （3）其他杆件和连接：095。 单圆钢压杆连接于节点板一侧时，杆件应作为偏心压杆按公式（315）计算其稳定性按c类截面确定公式中的x值。连接可按公式（336）计算，但焊缝