《屋盖结构燕兰》PPT课件.ppt

1/62,第八章 钢屋盖结构第一节 概述,屋盖结构是单层工业厂房的重要组成部分之一。类型包括：平面钢屋架 空间桁架 空间网架钢屋盖结构主要包括：屋面、屋架和支撑，另外还有托架、天窗架等。根据屋面所用材料不同分为:一 无檩屋盖结构 二 有檩屋盖结构,2/62,第二节 钢屋盖结构的结构形式组成和布置,一、无檩屋盖1.形式和布置 见右图。2.组成 屋架、天窗架、支撑（水平支撑、垂直支撑）、大型屋面板。,3/62,3.传力路线：屋面荷载 大型屋面板 屋架（或天窗架）4.特点：屋盖刚度大、整体性好、施工方便，但自重大、抗震性能差。可用于屋架坡度较小的屋盖。,第一节 屋盖结构的组成和布置,4/62,二、有檩屋盖1.形式和布置见下图2.组成 轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架,5/62,3.传力路线：屋面荷载 屋面板 檩条 屋架4.特点：屋面材料轻，整体性、刚度差些，有拉条（甚至斜拉条、撑杆等）、构造较复杂。可用于屋架坡度较大的屋盖。拉条的作用：减小檩条的侧向变形和扭转，一般设在檩条腹板受压区域。有檩屋盖的单层厂房的吊装过程动画,第一节 屋盖结构的组成和布置,6/62,三、轻钢厂房1.形式和布置见下图2.组成 轻质屋面板（压型钢板）、檩条、隅撑、水平支撑、垂直支撑、刚架,7/62,3.传力路线：屋面荷载 屋面板 檩条 刚架4.特点：轻质、耐火、保温及防水性好，构造简单、施工方便、工业化生产程度高（材料整齐地装箱，现场安装施工犹如搭积木）。,第一节 屋盖结构的组成和布置,8/62,第三节 屋盖结构的支撑,一、支撑的作用 由屋架、檩条和屋面材料等构件组成的有檩屋盖是几何可变体系。各个平面屋架需要用各种支撑及纵向杆件连成一个空间几何不变体才能承受荷载,9/62,屋架的受压上弦虽然与檩条连接，但所有屋架的上弦有可能向同一方向以半波的形式鼓曲（见上图），使得上弦的计算长度为屋架的跨度，承载力下降。其次，屋架下弦虽是拉杆，但侧向无联系时，会引起较大的水平振动和变位，增加杆件和连接中的受力。此外端墙传来的风荷载，仅靠屋架的弦杆承受和传递是不够的。因此设置支撑有以下作用：l 保证结构的空间作用 l 增强屋架的侧向稳定 l 传递屋盖的水平荷载 l 便于屋盖的安全施工 按照支撑所起的作用不同分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。,10/62,二、支撑布置1.上弦横向水平支撑 组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。布置：端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和风荷载传递。（因有时天窗架从第二开间起设）,11/62,横向水平支撑间距大于60m时，中间应增设。屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是需要设上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架时，上弦横向支撑仍需布置。,12/62,2.下弦支撑下弦支撑包括下弦横向水平支撑和下弦纵向水平支撑下弦横向水平支撑 组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆作用：山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系。屋架跨度大于18m时；屋架下弦设有悬挂吊车时，抗风柱支承在屋架下弦时，屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。,13/62,下弦纵向水平支撑 组成：系杆、斜杆作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。布置：屋架两边，与横向水平支撑形成封闭框。有重级工作制吊车或起重量较大的中、轻工作制吊车时；有振动设备、屋架下弦有吊轨、有托架时；房屋跨度较大、空间刚度要求较高时，均需设置下弦纵向水平支撑。,14/62,3.竖向支撑 组成：系杆、斜杆 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。布置位置：设有上弦横向支撑的开间内，每隔45个开间布置一道。布置原则:（1）梯形或平行弦屋架 无天窗，跨度l30m，布置在屋架两端和跨中；,15/62,无天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、跨度l/3处 有天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、跨中、天窗架两端,16/62,有天窗、跨度l30m，布置在屋架两端、跨度l/3处、天窗架两端（2）三角形屋架 跨度小于18m时，布置在屋架中间,17/62,跨度大于18m时，一般视具体情况布置两道,18/62,三、轻型钢结构支撑布置 横向水平支撑：端部或第二开间，横向支撑区段长度不大于60m。纵向水平支撑：厂房内有较大的振动设备，厂房有较大的刚度要求时。系杆：檩条可兼作系杆。,19/62,四、支撑的形式，计算与构造 支撑一般呈平行弦桁架，受力较小，按容许长细比的构造要求是：拉杆：=400，压杆：=200当屋架下弦标高大于15m，基本风压大于0.5kN/m2时，与抗风柱连接的水平支撑承受和传递风荷载。计算简图：假定受压斜腹杆不起作用，变为静定桁架，简化计算。,20/62,支撑连接的构造力求简单，安装方便。一般用M20粗制螺栓连接，杆件每端至少2个螺栓。圆钢作柔性支撑杆件时，采用花篮螺栓，将杆件张紧。,21/62,22/62,第四节 钢檩条设计,一、实腹式檩条形式,23/62,与屋架的连接方式,24/62,计算 简图 荷载计算 对x-x轴 qy=qcos 对y-y轴 qx=qsinq为线荷载。屋面均布活荷载的取值：不上人屋面：对压型钢板等轻质屋面，验算屋面板和檩条时取0.5kN/m2，验算屋架、刚架等承重结构时取0.3kN/m2，施工荷载较大时按实际情况取。上人屋面：按使用要求确定，但不小于1.5kN/m2。,25/62,檩条弯矩,26/62,强度 无拉条、一根拉条时，采用檩条跨中弯矩；有两根拉条时，如跨中qyqx/3.5，采用跨度1/3处的弯矩。挠度（只验算垂直于屋面方向的挠度，以保证屋面平整），对无积灰的瓦楞铁、石棉瓦；，对压型钢板、有积灰的瓦楞板、石棉瓦及其它屋面。,27/62,整体稳定性 如果满足：设置檩间拉条、屋面坡度1/7、屋面刚度较大且与檩条用焊缝或螺栓连牢时，可不作整体稳定性验算。否则需按下式验算：,28/62,二、桁架式檩条形式：平面桁架式、T形桁架式和空间桁架式计算：看作平面桁架，按结构力学方法计算杆件轴力。上弦还需考虑由均布荷载引起的局部弯矩。,29/62,三、拉条的布置作用：减小檩条的侧向变形和扭转，提高檩条承载力。布置：檩条跨度46m时，至少跨中设一道拉条，檩条跨度 l 6m时，设两道。,30/62,屋面有天窗时，天窗两侧檩条间布置斜拉条和直撑杆。,31/62,构造：拉条用圆钢，812mm，按檩距和荷载定；撑杆限制檩条的侧向弯曲，其长细比按压杆取值：200。,32/62,第五节 钢屋架设计,一、形式及尺寸 组成：角钢、节点板焊接而成 特点：标准屋架，受力性能好，构造简单，施工方便。分类：三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架,33/62,二、内力计算 1、基本假定 屋架的节点为铰接；所有杆件的轴线平直且都在同一平面内汇交于节点的中心；荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内。2、屋架上的荷载和内力计算 永久荷载：屋面材料、保温层、防水层、吊车顶、檩条、支撑、屋架、天窗架等结构自重。,34/62,可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载、悬挂吊车荷载等。屋面活荷载与雪荷载不同时出现，取两者中较大值计算。荷载组合：（1）全部（永久荷载可变荷载）（2）全部永久荷载半跨可变荷载（3）全部屋架、支撑和天窗架自重半跨屋 面板重半跨屋面活荷载,35/62,轴力计算 附加弯矩,局部弯矩计算简图,36/62,三、杆件设计 1、杆件计算长度 平面内弦杆、支座斜杆、支座竖杆 l0 x=l 其它受压腹杆 l0 x=0.8l,37/62,平面外弦杆l0y为横向支撑点间的距离 腹杆 l0y=l,38/62,“”、“”截面形式的杆件 l0=0.9l,右图中，侧向支承点间距为2倍节间长度，且两个节间弦杆内力不同，则弦杆在平面外的计算长度；当l00.5l1时，取l0=0.5l1，N1为较大的压力，N2为较小的压力或拉力，压力取“”，拉力取“”。,芬克式屋架、再分式腹杆受压杆件在平面外计算长度同上，平面内计算长度为节间长度l。,39/62,2.允许长细比受压构件=150 受拉构件=350 无吊车或轻、中级工作制吊车=300 有重级工作制吊车=250 直接承受动荷载,40/62,3.杆件设计截面形式：以双角钢拼成一根构件。原则：使两个主轴方向的长细比接近，以达到经济的目的。(见下表）整体作用：加垫板(见下图）。,41/62,42/62,续上表,43/62,材料选择要求 同一榀屋架中规格不宜过多，56种。角钢尺寸不宜过小，一般不小于L454或L56364。对压杆，选择回转半径大的材料。屋架弦杆至多变一次截面，变肢宽不变肢厚，跨度小于30m的梯形屋架和跨度小于24m的三角形屋架一般不变截面。,44/62,截面计算 轴拉 强度 轴压 强度（截面无削弱时不用算）稳定 先假定，弦杆80左右，腹杆100左右，查表，算出A，选定材料规格，再验算。,45/62,压弯或拉弯杆件（上、下弦）强度 稳定 i）平面内 ii）平面外 此外，截面计算时还需满足长细比要求。,46/62,四、节点设计 1、基本要求,(1）各杆件的形心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩。(2）弦杆材料规格沿长度变化时，屋架轴线取在两种材料的重心线中间，偏心不超过较大弦杆截面高度的5。,47/62,（3）偏心较大时，需计算偏心弯矩，将此弯矩分配于各杆：Mi所计算杆件承担的弯矩 M 节点偏心弯矩，M（N1N2）eKi所计算杆件的线刚度杆件按偏压（拉）构件设计。,48/62,(4）上弦杆直接搁置大型钢筋混凝土屋面板时的加强方式。(5）节点板形式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免凹角。,49/62,(6）角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢。(7）焊接或螺栓连接的屋架节点两杆间最小距离要求。,50/62,(8）斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心。(9）节点板应有足够的强度，厚度一般620mm，同一榀屋架所有节点板应采用同一厚度，节点板不能作为主要传力杆件。,51/62,2.杆件设计（1）节点设计步骤 根据屋架几何形式定出节点的轴线关系，杆件按比例画出，弦杆肢尖与腹杆距离满足前述基本要求。计算腹杆焊缝，一般腹杆焊缝厚度同肢厚，图中作出定位点。计算弦杆与节点板的焊缝，假定焊缝厚度，计算长度，图中作出定位点。画出节点板，将各定位点都包括在内。适当调整焊缝厚度、长度，重新验算。,52/62,（2）节点计算上弦节点 肢背 肢尖 注：焊缝实际长度应比计算长度长2hfmm。,53/62,上弦节点常有大型屋面板或檩条传来的集中荷载，在计算时需考虑上弦杆内力与集中荷载的共同作用。假定集中荷载为P，对梯形屋架上弦节点计算时，忽略坡度的影响，认为P垂直于上弦。因上弦节点上搁置屋面板或檩条，节点板需缩进角钢肢背，缩进的距离一般小于节点板厚，,大于节点板的二分之一厚度加2mm。节点板缩进后用槽焊缝连接，计算时槽焊缝可作为两条焊缝，强度设计值乘以0.8的折减系数。计算公式如下：,54/62,上弦肢背塞焊缝的计算公式：上弦肢尖角焊缝的计算公式：注：hf为角钢肢背塞焊缝的焊脚尺寸，取节点板厚度的一半；肢背和肢尖分别承担P/2的力。上弦节点也可这样计算：集中荷载P由肢背槽焊缝承受，上弦节点相邻节间的内力差N1-N2由角钢肢尖与节点板的角焊缝承受，考虑偏心力矩M(N1-N2)e的作用。,55/62,下弦节点 腹杆与节点板的连接按肢尖、肢背分配力后计算焊缝长度和焊缝厚度。弦杆与节点板的连接，无节点荷载时，按相邻节间内力差N=N1-N2，在肢尖、肢背上分配力计算，往往N较小，所以按构造确定焊缝。有集中荷载作用时，计算同上弦与节点板的连接，但下弦节点板伸出肢背，而非槽焊缝，所以焊缝强度设计值 不需乘以0.8。,56/62,屋脊节点 注意施工顺序，拼接角钢刨角切肢。拼接角钢单边长度计算 式中:N相邻上弦节间中较大的内力。拼接角钢实际长度(lw+2hf)2，且不小于600mm。,57/62,下弦拼接节点a）中拼接角钢端部直切，下弦内力传递时，由于力线转折引起较大的应力集中。b）中角钢肢宽大于125mm，将拼接角钢的肢端斜切，使内力均匀传递。下弦拼接角钢与下弦连接焊缝长度计算：Af 下弦杆最大抗拉承载力，节点计算时与杆件等强度。,58/62,下弦与节点板的连接焊缝计算时，荷载N为：N1，N2为节点两侧杆件的内力。当下弦节点有竖向荷载P作用时，同时考虑P、N的作用。,第四节 普通钢屋架,59/62,支座节点支座节点有铰接和刚接两大类。铰接：连接于砖或钢筋混凝土柱顶；刚接：连接于钢柱上。铰接屋架支座 底板的面积：R 屋架支座反力；fc 钢筋混凝土轴心抗压强度设计值；An支座底板净面积。,60/62,底板厚度：M支座底板单位宽度上的最大弯矩，同第五章柱脚计算。加劲肋与节点板的连接焊缝：焊缝受剪力 焊缝受弯矩支座节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝：lw节点板、加劲肋与支座底板的水平焊缝总长度。锚栓、底板构造：锚栓直径1826mm，底板厚度大于16mm。,61/62,五、施工图施工图需明确：屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。比例：轴线图与节点图可取不同比例，如轴线可用1:301:20，杆件截面和节点尺寸可用1:151:10，以使节点画清楚些。,62/62,起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度大于等于24m的梯形屋架和跨度大于等于15m的三角形屋架，中间起拱约为跨度的1/500。,63/62,施工图设计分为施工设计和详图设计两个阶段，设计文件（图纸）的名称相应为施工图和施工详图，施工图是编制施工详图的依据，施工详图则是施工图的深化和补充。随着国内钢结构生产企业技术能力的提高，向国际惯用做法靠拢，施工图由设计院完成，施工详图由生产、施工企业的技术部门完成。,