《建筑钢结构设计》课程设计指导书Word格式文档下载.doc
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计算跨度l0：
屋架两端支座反力间的距离。
简支于柱上，柱网封闭式：
柱网非封闭式：
与钢柱刚接时：
取钢柱内侧面距离。
（2）高度
屋架高度应根据经济、刚度和建筑等要求，以及屋面坡度、运输条件等条件确定。
最大高度——由运输条件和建筑高度确定；
最小高度——由屋架容许挠度确定；
经济高度——由屋架杆件的总用钢量最少的条件确定。
一般情况下，可按下式估算：
三角形（跨中）：
梯形（跨中）：
；
梯形（端部）：
注：
跨度较大（三角形屋架≥15m和梯形屋架≥24m）的屋架，因较大挠度不满足要求时，可起拱（预先给屋架一个向上的反挠度），以抵消屋架受荷后的部分挠度，起拱高度为跨度的1/500。
（3）上弦节间长度
上弦节间长度的划分应根据屋面材料而定，尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆件产生局部弯矩。
无檩体系：
上弦节间长度应等于屋面板的宽度，一般取1.5或3m；
有檩体系：
根据檩条间距而定，一般取1.2～2m。
二、屋盖支撑布置
屋架为平面桁架，需要用各种支撑和纵向杆系连成空间几何不变的体系，才能承受荷载。
屋盖支撑的设置不仅增强屋盖结构的空间刚度，还为屋架上下弦节点提供侧向支撑点，减小计算长度，提供侧向稳定性，并保证屋盖结构安装时的稳定和方便。
下面分别介绍各类支撑级系杆的布置、组成、形式及计算。
1、上弦横向水平支撑
一般布置在屋盖两端（或每个稳定区段的两端）的两榀相邻屋架的上弦杆之间，位于屋架上弦平面内沿屋架全垮布置，形成平行弦桁架，其节间长度约为屋架节间距的3~4倍。
它的弦杆为屋架的上弦杆，腹杆由交叉的斜杆和竖杆组成。
交叉斜杆可用单角钢也可用圆钢制成，竖杆常用双角钢的T形截面，当屋架有檩条时，竖杆也可由檩条兼任。
2、下弦横向水平支撑
它与上弦横向水平支撑同一开间布置，位于屋架下弦平面，也形成一个平行弦桁架，构造同上弦横向支撑。
3、下弦纵向水平支撑
它位于屋架下弦两端节间处，位于下弦平面，沿房屋全长布置，也组成一个有交叉斜杆及竖杆的平行弦桁架，其端竖杆为屋架端节间的下弦。
它与横向水平支撑组成封闭的支撑框架，以保证屋盖结构有足够水平刚度。
一般可不设置下弦纵向水平支撑，仅在厂房有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车或锻锤等较大振动荷载时，以及厂房高度或跨度较大或空间刚度要求较大时，进行才设置。
4、垂直支撑
垂直支撑位于上、下弦横向水平支撑同一开间内，形成一个跨长为屋架间距的平行弦桁架。
它的上下弦杆分别为上下弦横向水平支撑的竖杆，端竖杆是屋架的竖杆。
中央腹杆的形式根据高跨比决定，可采用W形或双节间交叉斜杆等，截面为单角钢或双角钢T形截面。
具体设置如下：
梯形屋架：
l<
30m，两端和跨中各设一道；
l≥30m，两端和1/3处共设4道。
三角形屋架：
18m，跨中设一道；
l≥18m，1/3处共设2道。
5、系杆
在未设置横向支撑的开间，相邻平面屋架由系杆连接，通常在屋架两端，有垂直支撑位置的上下弦节点及屋脊和天窗侧柱位置，沿房屋纵向通长布置，对有檩体系可用檩条兼做。
系杆分为：
柔性——只能承受拉力，按[l]=350设置，常采用单角钢和圆钢截面；
刚性——能承受压力，按[l]=200设置，常用双角钢T形和十字形截面。
①一般在屋架下弦端部及上弦屋脊处设置刚性系杆，其余为柔性系杆；
②当房屋两端为山墙时，上下弦横向水平支撑和垂直支撑可设在第二开间，此时第一开间的系杆为刚性的；
③当房屋大于60m时，应在中间增设一道或几道上下弦横向水平支撑和垂直支撑。
④支撑因受力较小不进行内力计算，其截面按[l]和构造要求设置：
交叉斜杆按拉杆[l]=350控制；
非交叉斜杆、弦杆按压杆[l]=200设置。
【例1】
某车间跨度30m，柱距为6m，厂房总长度为90m，屋面采用1.5m×
6m预应力大型屋面板，其屋面支撑系统布置如图1。
图1屋盖支撑布置
三．屋架的荷载和内力计算
1、荷载计算
（1）屋架荷载
永久荷载：
屋面材料（保温层、防水层、屋面板等）和檩条、屋架、天窗架、支撑及天棚等结构自重。
对于屋架和支撑按下面估算（按屋面水平投影面分布）
式中l为屋架的标志跨度。
当屋架下弦不设吊顶近似假定全部作用于屋架的上弦节点；
当设有吊顶假定上下弦节点平均分配。
可变荷载：
屋面活荷载、风荷载、积灰荷载、雪荷载和悬挂吊车荷载。
屋面荷载沿屋面斜面分布时应换算为水平投影面上。
其中只有风荷载是垂直于屋面斜面上，其它均为水平投影面上的荷载，无需换算。
（2）节点荷载
屋架荷载通过檩条和大型屋面板肋以集中力形式作用于屋架的节点上：
式中s为屋架的间距，a为上弦节点的水平投影长度，如图2所示。
弦杆若有节间荷载，先分配到相邻的两个节点上，与该节点原有节点荷载叠加，解得各杆轴力，然后计算由实际节间荷载作用情况下的弦杆内局部弯矩。
图2
2、荷载组合
考虑施工和使用过程中可能出现的不利荷载组合，一般有
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、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载；
（1）活荷载与雪荷载不同时考虑，取两者大值；
（2）第一种组合在大多数情况下为最不利内力，后两种组合考虑跨中部分的斜腹杆内力可能变号，而且可能最大，故给予考虑；
（3）若安装过程中，屋面板采用对称均匀铺设，可不考虑第三种组合；
（4）坡度较大时和自重较轻时，还应考虑风吸力组合。
3、内力计算
计算屋架杆件内力时，通常可近似采用如下假定：
（1）屋架节点视为铰接；
（2）所有杆件轴线都在同一平面内且在节点处交汇；
（3）荷载均作用在屋架平面内的节点上。
屋架内力可根据以上假定计算简图采用数解法、图解法和借助电算等求得。
对一些常用形式的屋架，可利用建筑结构手册中的单位节点荷载作用下的杆件内力计算系数表，设计时，只要将屋架节点荷载值乘以相应杆件的内力系数，即可得该杆件的内力。
图3
四、屋架杆件的计算长度和[l]
1、屋架计算长度
（1）屋架平面内计算长度
弦杆、支座竖杆和斜杆：
其它腹杆：
（2）屋架平面外的计算长度
①上、下弦杆：
其中l1为侧向支撑点的距离，具体规定（图3）：
有檩体系中檩条与支撑交叉点不相连时取横向水平支撑与上弦交点间距离，即支撑节点间距离；
当交叉点用节点板焊牢时，取檩距。
无檩体系中用大型屋面板能保证三点可靠焊接取两块屋面板宽度，不能保证时取支撑点间距离。
A.当受压弦杆侧向支撑点间的距离l1为节间长度l的2倍（图4），且两杆内力不相等时，计算长度为
，且
式中N1、N2为较大和较小的力，压为正拉为负。
B.再分式受压主斜杆平面外计算长度按公式计算且，受拉主斜杆仍取；
平面内上段取节间距离，下段取0.8倍节间间距。
图4
②腹杆：
（3）斜平面计算长度
对双角钢组成的十字形和单角钢截面，绕斜平面（最小主轴）失稳，取。
2、[l]
杆件受力很小或为零时，要按[l]确定其截面，不同杆件的容许长细比详见教材。
五、屋架杆件的截面选择和计算
1、截面形式
屋架杆件一般采用两个角钢组成的T形截面和十字形截面，杆件通过夹在角钢中的节点板连接形成，通过不同角钢的截面组合，近似地满足杆件等稳定性（lx=ly）的要求。
上弦杆：
无弯矩时，因为，由lx=ly，要求所以选不等边短肢相连的T形截面（）；
有弯矩时，提高平面内的抗弯承载力，宜采用不等边长肢相连（）或等边相连组成的T形截面（）；
下弦杆：
受拉力由强度确定，但平面外计算长度较大，优先采用不等边短肢相连或等边相连组成的T形截面，刚度大，便于连接；
端斜杆：
，宜采用不等边角钢长肢相连组成的T形；
，，宜用等边角钢相连组成的T形截面。
2、填板的设置
作用：
保证截面杆件能形成一整体杆件共同受力
构造要求：
厚度同节点板；
宽度为40～60mm；
长度取为：
T形截面比角钢肢宽10～15mm，十字形由角钢肢尖两侧各缩进10～15mm；
间距为：
压杆40i且侧向支撑点间不少于2个，拉杆为80i。
3、节点板厚度
其内力与所连构件内力大小有关，但一般不做计算，同一榀屋架中，取一种厚度，支座可比中间大2mm；
梯形屋架根据受力最大腹杆内力确定，三角形屋架按弦杆最大内力确定，见表1。
表1
梯形屋架腹杆或三角形屋架弦杆最大内力（kN）
<
180
181~300
301~500
501~700
701~950
951~1200
1201~1550
1551~2000
中间节点板厚度（mm）
6
8
10
12
14
16
18
20
支座节点板厚度（mm）
22
4、截面选取原则
（1）相同A时，选用宽肢薄壁角钢，以增加截面的回转半径；
（2）最小角钢规格：
L45×
4或L56×
36×
4；
（3）角钢规格尽量统一，一般宜调整到不超过5~6种；
（4）屋架弦杆沿全跨采用等截面，若要采用变截面时，半跨内宜改变一次，保持厚度不变。
5、截面计算
（1）轴拉杆——按强度选取
（2）轴压杆——按稳定条件确定截面
（3）拉弯或压弯构件——根据经验或参照已有资料进行试算
（4）支撑或零杆——按刚度条件（满足容许长细比）选择杆件截面
六、屋架的节点设计
——传力明确、可靠，构造简单和制造、安装方便
图5
1、节点设计步骤和一般设计原则
（1）布置桁架杆件时，原则上应使杆件形心线与桁架几何轴线重合，以免偏心受力。
为便于制造，通常取角钢肢背至形心距离为5mm的整倍数。
当弦杆截面沿跨度变化时，保持肢背齐平，并使两侧角钢形心线中线与桁架几何轴线重合。
若轴心线引起的偏心不超过较大弦杆截面高度的5％，计算中不考虑其引起的弯矩。
节点处各杆件的轴线如图5所示，图中e0按e1和e2的平均数取5mm的倍数值，e3、e4则按角钢形心距取5mm的整数值。
图6
（2）根据已画出的杆件轴线，按一定比例尺画出各杆件的角钢轮廓尺寸，并按各杆轮廓间的最小间距c（焊接动荷载为50mm，静荷载时为20mm；
非焊接时为5～10mm）定出各杆件的端部位置。
（3）根据事先计算好的各腹杆与节点的连接焊缝（包括角钢肢背和肢尖两者）尺寸，进行焊缝布置并绘于图上，而后定出节点板的外形。
在确定
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