钢屋架设计桁架与屋盖

第四讲钢桁架设计1、钢桁架的实际应用钢屋架常见形式钢结构连廊、通廊等常见形式2、桁架设计一般规定或经验A：桁架的形式应根据建筑的要求，综合考虑屋面材料、天窗、檩条、支撑布置以及屋架与柱时铰接或刚接等因素最终确定外形尺寸和腹杆体系。

B：桁架的腹杆体系。

应使结构受力合理、节点构造简单统一。

腹杆数量少而总长度短，宜使长腹杆收拉，短腹杆受压，弦杆不产生局部弯矩。

斜腹杆与弦杆的交角宜在35~55度。

C：常见腹杆体系有人字式、单斜式以及减小上弦的节间长度而增加的再分式腹杆体系。

人字式在屋架中应用最广泛，再分式桁架体系较加密主腹杆的结构方案更省钢材。

D：桁架节间的设置应结合建筑或工艺需求，设备吊挂等设置，并应使荷载尽量作用在节点上。

E：对于跨度较大的桁架，当变形超限时可以采用起拱解决。

起拱值可取1/500,或者将恒载作用下挠度起拱。

F：跨度小于或等于12 m 的桁架，可以不分段；跨度大于12 m 但小于20 m 时，可以分成两段；大于等于20 m 时，可以分成多段，但每段长度均不宜超过12m；拼接接头宜位于廊身跨度的1/3处；G：当桁架节间数为奇数时，中央节间宜布置交叉腹杆。

3、桁架计算时的基本力学假定A：桁架所有杆件的轴线都在一个平面内且相交于一点。

杆件轴线按照下列规定确定，此时可不考虑偏心的影响。

当用螺栓连接时，以靠近截面形心轴的准线为轴线；当采用焊缝连接时，对角钢可取角钢背至截面形心轴的距离为5mm的整数倍（即5mm的模数）。

当弦杆截面在节点处有改变时，以受力较大的杆件重心线为轴线，不同截面的轴心线偏移距离在不超过较大弦杆截面高度的5%时，可不考虑此偏心的影响。

B：各节点均为铰接，但在桁架平面内，当截面高度与几何长度（节点中心距离）之比大于1/10或大于1/15(腹杆)时，应考虑节点刚性产生的次弯矩。

（一般取应力增大系数1.15~1.20）。

C：计算时，将荷载先作用在节点上，并按此计算出各杆件的内力。

对弦杆的节间荷载（最好不要这样，计算长度选取会出现不可靠），可假定弦杆为支撑于铰接节点的连续梁按下述近似方法计算局部弯矩。

设计60中国建筑金属结构钢屋盖设计中的桁架和网架设计要点陈卓【摘要】随着建筑设计中对空间和跨度要求越来越高，钢屋盖的应用越来越普遍，常见的结构形式有平面桁架和空间网架,本文针对钢屋盖设计中的桁架和网架设计要点进行了分析和探讨。

【关键词】桁架结构；网架结构；支座；用钢量1.结构选型常规钢屋盖跨度为30m~60m之间。

一般结构形式为钢网架、钢桁架等。

屋盖结构形式的确定因素，主要是建筑的形状和规则性。

当建筑造型规则性较好时，可以选用钢桁架。

而建筑造型相对复杂时，可以选用钢网架。

桁架结构屋架形式一般有三种：平行弦式，梯形式，三角形式。

各种屋架形式有其适用情况。

无论选用哪种桁架形式，主要原则是：（1）满足建筑功能，主要是净空和排水坡度及造型要求；（2）施工方便，应适当减少杆件和节点的数量和种类；（3）受力合理，使得桁架造型与弯矩图接近。

网架屋架形式也有三种：由四角锥体系组成的正放四角锥网架等，由交叉桁架体系组成的两向正交正放网架，由三角锥体系组成的三角锥网架。

选择的主要原则是平面形状：（1）当平面为圆形，正六边形及近似正六边形时，可选用三角锥体系；（2）当平面为矩形时，边长比大于1.5以上，导荷方式趋于单向受力，宜选用两向正交正放网架；边长比小于1.5时，导荷方式趋于双向受力，宜选用正放四角锥体系[1]。

2.结构尺寸屋架尺寸是屋盖设计中的重要内容，直接决定美观度和经济性。

一般是根据屋架确定的选型，结合经验确定端部尺寸，由屋面坡度和屋面建筑做法（荷载）确定屋架跨中高度，最后综合确定。

3.支座节点支座节点是整个结构中的重要部位，是连接屋盖结构与下部支承结构的纽带。

从概念上讲，受力明确、传力简捷、安全可靠是基本要求，从经济性上讲，构造简单，安装方便。

支座落位于钢筋混凝土柱或砖柱上时，通常设计为铰接。

支座构造包括锚栓、支座底板、节点板、加劲肋等部件，见图1。

鉴于支座的重要性，要保证安全而可靠地传递反力，除了具有足够的强度和刚度之外，还应该满足以下条件：（1）支座节点的构造应与电算模型相符合。

renchunmin一、设计计算资料1. 办公室平面尺寸为18m ×66m ，柱距8m ，跨度为32m ，柱网采用封闭结合。

火灾危险性：戊类，火灾等级：二级，设计使用年限：50年。

2. 屋面采用长尺复合屋面板，板厚50mm ，檩距不大于1800mm 。

檩条采用冷弯薄壁卷边槽钢C200×70×20×2.5，屋面坡度i =l/20～l/8。

3. 钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.800m ，柱上端设有钢筋混凝土连系梁。

上柱截面为600mm ×600mm ，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值f c ＝14.3N/mm 2。

抗风柱的柱距为6m ，上端与屋架上弦用板铰连接。

4. 钢材用 Q235-B ，焊条用 E43系列型。

5. 屋架采用平坡梯形屋架，无天窗，外形尺寸如下图所示。

6. 该办公楼建于苏州大生公司所属区内。

7. 屋盖荷载标准值：(l) 屋面活荷载 0.50 kN/m 2(2) 基本雪压 s 0 0.40 kN/m 2(3) 基本风压 w 0 0.45 kN/m 2(4) 复合屋面板自重 0.15 kN/m 2(5) 檩条自重 查型钢表(6) 屋架及支撑自重 0.12+0. 01l kN/m 28. 运输单元最大尺寸长度为9m ，高度为0.55m 。

二、屋架几何尺寸的确定1.屋架杆件几何长度屋架的计算跨度mm L l 17700300180003000=-=-=，端部高度取mmH 15000=跨中高度为mm 1943H ,5.194220217700150020==⨯+=+=取mm L i H H 。

跨中起拱高度为60mm （L/500）。

梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。

120图1 梯形屋架形式和几何尺寸（虚线为起拱后轮廓）2.檩条、拉条、及撑杆：长尺复合屋面板可以不考虑搭接需要，檩条最大允许间距为1800mm 。

另外，屋架上弦节点处一般应设檩条。

屋盖钢结构平面桁架体系的设计及相关标准图的编制和选用先举两个工程实例说明合理选用桁架结构的经济性 1 以某跨的屋顶花园钢结构设计为例某工程需要在双向跨度尺寸均为m 8.36 的屋頂上面设计成一屋顶花园，其屋盖结构采用的是实腹式井式梁方案。

梁高米，用钢量为每平米2142m kg ，究其原因，主要是由于大部分钢材均花在板厚为18mm 的梁腹板上。

其梁腹板的抗剪承载力得不到充分发挥。

再加上又是井式梁，故用钢量大，很不经济。

该工程也曽考虑过用焊接球网架方案,但因其焊接球的直径需要一米,无法实现而放弃。

假如该工程采用单向平行弦桁架，杆件截面用H 型钢，或采用井式梁布置的平行弦桁架。

其用钢量就可大大降低。

最多也不会超过1402m kg 。

如北京长城饭店宴会厅屋盖结构(系82年由美国人设计的)，单向平行弦桁架，跨度为米。

柱间距有、和三种，桁架高米，上下弦杆与腹杆截面均为H 型钢（其H 型钢的翼缘均垂直于地面）。

屋顶为网球场，其屋面荷截与屋顶花园的荷载大致相等。

但他们设计的屋架用钢量分别才有、和。

折合每平米用钢量为每平米70公斤到64公斤。

如下图所示：考虑到该屋架跨度为米，比米长，假定用钢量与跨度的平方成正比增大，则屋顶花园工程的用钢量可近似为222933.318.3667m kg ≈⨯。

加上檩条估计最多也不会超过2140m kg （至少可节省270m kg 钢材）。

2 又以许昌体育舘的设计为例我曾在1971年给许昌市体委设计了一幢平面尺寸为30⨯45m 的小型体育舘，但在当时，地区体委只有七万元的投资,要完成这样一个每平方米不到50元造价的体育舘，难度相当大。

后经多方案比较，便采用了如下图所示的结构方案。

其屋面采用小波石棉瓦（檩距只能用m 8.0~），结构采用格构式轻型门式刚案，刚架间距m 54.，刚架横梁和柱的外弦杆均为10# 轻型槽钢, 刚架横梁的内弦杆为10# 和12#号轻型槽钢，刚架柱的内弦杆为14# 轻型槽钢(所有槽钢的槽口均指向桁架截面内)，腹杆用单角钢，有∟45,4⨯ ∟56,4⨯ ∟635⨯三种。

屋盖钢结构设计第一节屋盖结构布置一、屋盖结构组成钢屋盖结构组成：屋面板、檩条、屋架、托架、天窗架、支撑等构件。

屋架的跨度和间距取决于柱网布置，柱网布置取决于建筑物工艺要求和经济要求。

屋架跨度较大：为了采光和通风，屋盖上常设置天窗。

柱网间距较大，超出屋面板长度：应设置中间屋架和柱间托架，中间屋架的荷载通过托架传给柱（图3－1）。

图3―1 屋盖结构组成屋架与屋架之间：布置支撑，增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载和保证屋盖体系的整体稳定。

二、屋盖体系分类两种屋盖：无檩屋盖和有檩屋盖。

无檩屋盖：屋面荷载直接通过大型屋面板传递给屋架（图3－2）。

优点：屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，施工方便等；缺点：屋盖自重大，不利于抗震，其多用于有桥式吊车的厂房屋盖中。

有檩屋盖：当屋面采用轻型材料如石棉瓦、瓦楞铁、压型钢板和铁丝网水泥槽板等时，屋面荷载要通过檩条再传递给屋架（图3－3）。

优点：构件重量轻，用料省；缺点：屋盖构件数量较多，构造较复杂，整体刚度较差。

图3－2 无檩屋盖体系图3－3 有檩屋盖体系第二节屋盖支撑体系一、屋盖支撑作用主要作用：①保证屋盖结构的整体稳定；②增强屋盖的刚度；③增强屋架的侧向稳定；④承担并传递屋盖的水平荷载；⑤便于屋盖的安装与施工。

屋架——屋盖的主要承重结构。

需要用支撑连接屋架。

长的屋盖结构，在中间设置横向支撑。

横向支撑——屋架弦杆的侧向支承点，减小弦杆在平面外的计算长度，减小动力荷载作用下的屋架平面外的受迫振动。

屋盖支撑将作用于山墙的风荷载、悬挂吊车水平荷载及地震作用传递给房屋的下部支承结构。

钢屋架安装：首先吊装有横向支撑的两榀屋架，将支撑和檩条与之连系形成稳定体系，然后再吊装其他屋架与之相连。

二、屋盖支撑布置五种屋盖支撑：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。

1．上弦横向水平支撑图3－4 屋盖支撑布置在屋盖体系中，一般都应设置屋架上弦横向水平支撑，包括天窗架的横向水平支撑。

目录工程概述施工准备项目管理及施工人员机具配备材料采购检验包装运输现场场地要求钢桁架加工及安装钢桁架生产制造钢桁架焊接工艺钢构件除锈和涂装工艺钢桁架安装玻璃安装现场管理安全管理质量保证措施工期安排及保证措施文明施工管理钢结构桁架梁屋面施工一、基本概况本工程体育中心屋盖采用三角形空间钢管桁架，节点形式为直接相贯节点，方管檩条，压型钢板屋面，屋面最低点标高为17.6m,最高点标高21。

35m。

屋面最宽处轴线距为72米，最长处轴线距为80米。

屋架梁最大跨度为56米，边跨支座间距8。

0米，纵向7根，横向4根，见下图示。

屋架梁支座为钢筋混凝土柱，柱与梁采用螺栓连接，见下图示.檩条为200＊100＊5方管，与梁上弦焊接，见下图示。

檩条与梁上弦连接示意图1-1剖面二、施工部署2。

1施工方案本工程钢结构采用工厂加工与部分现场焊接相结合的加工方式,采用现场安装。

2.1.1桁架梁的施工方案桁架梁按照部位不同分为两种施工方式。

一种施工方式为中间三道纵向梁的施工:以两跨长的桁架梁为一个安装单元进行工厂预制加工，半成品采用载重汽车运抵现场，现场搭设安装平台,把桁架梁按照安装单元采用大吨位吊车吊至安装平台，在平台上现场焊接成整根梁完成安装。

第二种安装方式为其他梁的施工:以两跨长的桁架梁为一个安装单元进行工厂预制加工,半成品采用载重汽车运抵现场,把桁架梁按照安装单元采用大吨位吊车，吊至安装部位的对应楼（地)板处，在楼（地）板上现场焊接成整根梁，再用四台吊车一次吊装到位，完成安装。

2。

1。

2屋面檩条的加工与安装屋面檩条全部采用工厂预制,现场用吊车吊装到位,进行现场焊接安装。

2。

1.3屋面板加工与安装屋面板采取现场压制成型，现场用吊车吊装到位,进行现场安装。

2.2施工准备2.2.1人员准备成立专门的钢结构施工领导小组，对施工进行技术指导、质量检查、安全作业和进度控制。

选择专业工人进行现场作业，主要为6个重要工种：焊接工、吊运工、指挥工、安装工、架子工、涂装工等。