1、鋼結構房屋設計 單元二 屋蓋結構單元二 屋 蓋 結 構本章主要講述鋼屋蓋結構的組成和分類、普通鋼屋架的形式、尺寸和設計計算方法以及鋼屋架的施工圖，并簡述了輕型鋼屋架的基本知識，在學習過程中應主要掌握下列內容：(1) 掌握鋼屋蓋結構的組成，各組成部分的分類、作用和布置；(2) 掌握常用鋼屋架的形式、尺寸，區別不同形式屋架的性能和適用范圍； 本章提要(3) 了解鋼屋蓋中支撐的布置方法和所起作用；(4) 掌握普通鋼屋架的設計計算方法和構造要求；(5) 能看懂鋼屋架施工圖紙，并能繪制簡單施工圖；(6) 了解輕鋼屋架的基本知識。 本 章 內 容2.1 屋蓋結構的組成和形式2.2 檁條、拉條和撐桿2.3

2、屋蓋支撐2.4 屋架2.5普通鋼屋架設計實例單元二 屋蓋結構第一節 鋼屋蓋結構的組成和分類第一節 屋蓋結構的組成和形式 鋼屋蓋結構一般由屋架、托架、天窗架、檁條和屋面材料等組成。 根據屋面材料和屋面結構布置情況的不同，可分為 有檁體系屋蓋和無檁體系屋蓋 兩類（圖7-1）。前一類多采用瓦楞鐵皮、波形石棉瓦、預應力鋼筋混凝土槽瓦、鋼絲網水泥折板瓦、彩色涂層壓型鋼板、壓型鋼板夾芯保溫板（圖1-6c、e）等輕型屋面材料，故須設置檁條作支承并傳遞屋面荷載給屋架，這種體系稱為有檁體系屋蓋。后一類則是在屋架上直接安放面鋼筋混凝土預應力大型屋面板、鋼筋加氣混凝土板、太空輕質大型屋面板等，屋面荷載可通過大型屋面

3、板直接傳給屋架，這種屋蓋體系稱為無檁體系屋蓋。第一節 屋蓋結構的組成和形式第一節 屋蓋結構的組成和形式 無檁體系屋蓋屋面剛度大，整體性能好，在構造上易于設置保溫和防水材料，且構件的種類和數量少，施工速度快。但大型屋面板自重大，故要增大屋架和柱等下部承重結構的截面，且對抗震不利。 有檁體系屋蓋屋柱距不受限制，屋面材料可供選擇的種類多且自重輕，用料省，但屋面剛度較差，構件數量多構造復雜，。兩種屋蓋體系各有優缺點，選用哪種體系作為設計方案，應綜合考慮建筑物的使用要求、受力特點、材料供應情況、施工和運輸條件等確定。第一節 屋蓋結構的組成和形式 屋架的跨度和間距取決于柱網布置，而柱網布置則根據建筑物工藝

4、要求和經濟合理等各方面因素而定。 對無檁體系屋蓋因受大型屋面板尺寸的限制（大型屋面板的尺寸一般為1.5 x 6m），故屋架跨度一般取3m的倍數，常用的有15m、18m、21m36m等，屋架間距為6m；當柱距超過屋面板長度時，就必須在柱間設置托架，以支承中間屋架（圖62）。 有檁體系屋蓋的屋架間距和跨度比較靈活，不受屋面材料的限制。有檁屋蓋比較經濟的屋架間距為46m。但對壓型鋼板，常為12m甚至更大， 第一節 屋蓋結構的組成和形式可結合使屋面材料、屋架和檁條三者的總造價最低的原則選用。對柱距較大的部分，一般采用在柱間設置托架支承中間屋架，以保持屋架的間距不變。 為了采光和通風等要求，屋蓋上常需設

5、置天窗。天窗的形式有縱向天窗、橫向天窗和井式天窗等三種；一般采用縱向天窗（圖72）。其形式多為沿房屋縱向在屋架上設置天窗架和連系構件。 天窗架的外形和高度應根據采光及通風需要的窗扇、窗下側墻和檐頭的尺寸等建筑要求，結合屋架形式確定。第一節 屋蓋結構的組成和形式第一節 屋蓋結構的組成和形式橫向天窗和井式天窗可不另設天窗架，只須將部分屋面材料和屋面構件放在屋架下弦，而部分屋面材料和屋面構件仍設置在上弦，就形成了天窗。這兩種天窗的構造和施工都比較復雜，但用鋼量較省。單元二 屋蓋結構第二節 檁條、拉條和撐桿第二節 檁條、拉條和撐桿 屋蓋中檁條的數量多，其用鋼量常達屋蓋總用鋼量的一半以上，因此設計時應給

6、予充分重視，合理地選擇其形式和截面 檁條可全部布置在屋架上弦節點，亦可由屋檐起沿屋架上弦等距離設置，其間距應結合檁條的承載能力、屋面材料的規格和其最大容許跨度、屋架上弦節間長度及其是否考慮節間荷載等因素決定。 如中波石棉瓦直接放置在檁條上時，由于其長度一般為1820mm，去掉搭接長度150mm，且中部還須有一支承，故檁條最大容許間距為（1820-150）/2=835mm， 若石棉瓦下面鋪設木望板等基層材料時，則檁條最大容許距離須由基層材料的強度決定。第二節 檁條、拉條和撐桿 實腹式檁條常用槽鋼、角鋼、H型鋼和Z形薄壁型鋼（圖5-10），并按雙向受彎構件計算（見第五章第五節）。 圖5-10 檁條

7、截面形式圖19.10 斜放檁條的受力 第二節 檁條、拉條和撐桿 檁條在屋架上應可靠地支承。一般采取在屋架上弦焊接用短角鋼制造的檁托，將檁條用C級螺栓（不少于兩個）和其連接（圖7-3）。對H型鋼檁條，應將支承處靠向檁托一側的下翼緣切掉，以便與其連接（圖7-3a)，若翼緣較寬，還可直接用螺栓與屋架連接（圖7-3b），但檁條端部宜設加勁肋，以增強抗扭能力。槽鋼檁條的槽口可向上或向下，但朝向屋脊便于安裝。角鋼和Z形薄壁型鋼檁條的上翼緣肢尖均應朝向屋脊。 拉條的作用是作為檁條的側向支承點，以減小檁條在平行于屋脊方向的跨度，提高檁條的承載能力，減少檁條在使用和施工過程中的側向變形和扭轉。當檁條跨度l=46

8、m時，宜設置一道拉條；當l6m時，宜設置兩道拉條（圖7-4a、b）。第二節 檁條、拉條和撐桿第二節 檁條、拉條和撐桿第二節 檁條、拉條和撐桿 為使拉條形成一個整體不動體系，并能將檁條平行于屋面方向的反力上傳至屋脊，須使某些拉條與可作為不動點的屋架節點或檁條連接。當屋面有天窗時，應在天窗側邊兩檁條間設斜拉條和作檁條側向支承點的承壓剛性撐桿（圖7-4c）。當屋面無天窗時，屋架兩坡面的脊檁須在拉條連接處相互連接（圖7-4b），以使兩坡面拉力相互平衡，或同天窗側邊一樣，設斜拉條和剛性撐桿（圖7-4a）。對Z形薄壁型鋼檁條，還須在檁口處設斜拉條和撐桿，因為在荷載作用下它也可能向屋脊方向彎曲。當檁口處有圈

9、梁或承重天溝時，可只設直拉條與圈梁或天溝板相連（圖7-4aa）。第二節 檁條、拉條和撐桿 拉條常用10、20或16圓鋼制造，撐桿則多用角鋼，按支撐壓桿容許長細比200選用截面。 拉條、撐桿與檁條的連接構造如圖7-5所示。 拉條的位置應靠近檁條上翼緣約3040mm，并用螺母將其張緊固定。 撐桿則用C級螺栓與焊在檁條上的角鋼固定。第二節 檁條、拉條和撐桿單元二 屋蓋結構第三節 屋蓋支撐單元二 屋蓋結構屋蓋支撐的作用1屋蓋支撐的布置 2支撐的形式、計算和連接構造3第三節 屋蓋支撐 幾乎所有各種工程結構都呈空間受力狀態，都是空間結構。但在結構設計時，為了便于計算和使結構構件受力簡單化，常把有些實際結構

10、假定是許多獨立工作（在某種荷載作用下）的平面結構。再用必要的支撐系統把這些獨立工作的平面結構組成一個整體（空間結構）。使它具有必要的空間工作性能、剛度和整體穩定性。 因此在設計鋼屋蓋時除了要保證屋架（平面結構）的強度、剛度和穩定性外，還要慎重和妥善地設計鋼屋蓋的支撐系統；保證支撐的強度和穩定性。否則，無論屋架設計得多好，屋蓋結構的安全仍得不到保證。所以支撐系統是屋蓋結構不可缺少的重要組成部分。一、 屋蓋支撐的作用 一、 屋蓋支撐的作用(1) 保證屋蓋結構的空間幾何不變和穩定性(2)作為屋架弦桿的側向支承點(3)承受和傳遞水平荷載(風荷載、懸掛吊車縱向制動力、地震荷載等)(4)保證屋蓋結構安裝質

11、量和施工安全一、 屋蓋支撐的作用(一) 保證屋蓋結構的空間幾何不變和穩定性 由屋架、檁條和屋面板等互相垂直的平面構件鉸接連接而成的屋蓋結構是幾何可變體系。在某種荷載作用下或在安裝時，各屋架有可能向一側傾倒，故必須布置支撐使屋架與屋架連接成幾何不變的空間體系，才能保證整個屋蓋在各種荷載作用下都能很好地工作。 首先用支撐將相鄰兩個屋架組成空間穩定體（幾何不變體），然后用檁條、系桿或大型鋼筋混凝土屋面板將其余各屋架與此空間穩定體連接起來，形成幾何不變的、空間穩定的屋蓋結構?？臻g穩定體通常是由相鄰兩個屋架和它們之間的上弦橫向水平支撐，下弦橫向水平支撐以及屋架端部和跨中豎直平面內的豎直支撐組成的六面盒式

12、體系。有時，也可采用簡單的做法，不設置屋架下弦橫向平面支撐，這就成了一個五面的盒式體系。這種五面盒式體系也還是空間穩定體，在一般房屋中采用這種型式的也不少。一、 屋蓋支撐的作用 通常采用的沿屋架上弦平面布置的橫向水平支撐（上弦平面不一定水平而常是斜平面），是一個水平放置（或接近水平放置）的桁架。桁架兩端的支座是柱（或柱間支撐）或是桁架端部豎向支撐。這個支撐桁架的高度即為屋架的間距，通常是6m。在屋架上弦平面內具有很大的抗彎剛度，在山墻傳來的沿房屋縱向風荷載或懸掛吊車縱向制動力作用下，可以保證屋蓋結構不產生過大的變形（圖7-6b）。 在工業廠房中常有起重量大而工作繁忙的橋式吊車或其他振動設備。對

13、屋蓋結構的空間剛度和穩定性提出了更高的要求。有時需要設置屋架下弦橫向水平支撐和縱向水平支撐。一、 屋蓋支撐的作用一、 屋蓋支撐的作用(二)作為屋架弦桿的側向支承點 屋架上弦平面支撐可作為上弦桿（壓桿）的側向支承點，從而減少其出平面（垂直屋架平面方向）的計算長度。如果沒有屋架上弦平面支撐，則上弦出平面的計算長度等于上弦的全部長度（圖7-6），這樣的壓桿的穩定性是很差的，也是很不經濟的。采用屋架上弦平面橫向支撐后，橫向支撐桁架的節點就是屋架上弦壓桿的側向支承點，計算長度減少很多。沒有直接設置橫向支撐桁架的屋架弦桿可由系桿與支撐桁架的節點連接，同樣也能起到壓桿（屋架弦桿）的側向支承點的作用。所以系桿

14、也是支撐系統的組成部分，不能只重視支撐桁架的設計而忽視系桿的重要性。一、 屋蓋支撐的作用(三)承受和傳遞水平荷載支撐體系可有效地承受和傳遞風荷載、懸掛吊車的制動荷載及地震作用等水平荷載。 房屋兩端的山墻擋風面面積較大，所承受的風壓力或風吸力有一部分將傳遞到屋面平面（也可傳遞給屋架下弦平面）。這部分的風荷載必須由屋架上弦平面橫向支撐（有時同時設置屋架下弦平面橫向支撐）承受。所以，這種支撐一般都設在房屋兩端，就近承受風荷載并把它傳遞給柱（或柱間支撐）。(4)保證屋蓋結構安裝質量和施工安全 屋架是平面結構，安裝時必須很快把兩個屋架互相連接成簡單的各具有一定穩定性的空間體，以便施工。最先安裝的是屋架與

15、屋架間的垂直（豎向）支撐。二、屋蓋支撐的布置 二、屋蓋支撐的布置 (1) 上弦橫向水平支撐(2) 下弦橫向水平支撐 (3) 下弦縱向水平支撐 (4) 垂直(豎向)支撐 (5) 系桿 二、屋蓋支撐的布置二、屋蓋支撐的布置（一）上弦橫向水平支撐 在鋼屋蓋中，無論是有檁條的屋蓋或采用大型鋼筋混凝土屋面板的無檁屋蓋，都應設置上弦橫向水平支撐（圖77a）。當屋架上有天窗架時，天窗架上弦也應設置橫向水平支撐。在天窗架范圍內屋架上弦橫向水平支撐應連續設置（連通），并應把天窗架上弦橫向水平支撐通過豎向支撐與屋架上弦橫向水平支撐相連接。 上弦橫向水平支撐（圖77a）通常設置在房屋兩端（當有橫向伸縮縫時設在溫度區

16、段兩端）的第一或第二個開間內，以便就近承受山墻傳來的風荷載等。當設置在第二個開間內時，必須用剛性系桿（既能受拉也能受壓，按壓桿設計）將端屋架與橫向水平支撐桁架的節點連接，保證端屋架上弦桿的穩定和把端屋架受到的風荷載傳遞到橫向水平支撐桁架的節點上。當無端屋架時，則應用剛性系桿與山墻的抗風柱連牢，作為抗風柱的支承點，并把這支承點所受的力傳遞給橫向水平支撐桁架的節點。二、屋蓋支撐的布置 上弦橫向水平支撐的間距不宜超過60m。當房屋縱向長度較大時，應在房屋長度中間再增加設置橫向水平支撐。 大型鋼筋混凝土屋面板本身雖有較大的剛度，但它與鋼屋架的連接僅靠角部的預埋件與屋架上弦節點焊牢，施工中焊點質量不易保

17、證，常易漏焊，且預埋件與混凝上的錨固質量也不易保證。所以，大型鋼筋混凝上屋面板不宜代替鋼屋架的支撐。特別是在有吊車或動力設備的工業廠房中，更不宜考慮大型鋼筋混凝屋面板起支撐作用。在無振動影響的一般房屋中，也有把大型鋼筋混疑土屋面板起部分系桿作用的。二、屋蓋支撐的布置（二）下弦橫向水平支撐 下弦橫向水平支撐（圖77b）與上弦橫向水平支撐共同設置時，再加豎向支撐則使相鄰兩榀屋架組成六面盒式空間穩定體，對整個房屋結構的空間工作性能大有好處。在一般房屋中有時不設置下弦橫向水平支撐，相鄰兩榀屋架組成五面盒式空間穩定體，也能滿足要求。只有在有懸掛吊車的屋蓋，有橋式吊車或有振動設備的工業房屋或跨度較大的一般

18、房屋中，必需設置下弦橫向水平支撐。二、屋蓋支撐的布置凡屬下列情況之一者，宜設置下弦橫向水平支撐。1.屋架跨度18m時；2.屋架下弦設有懸掛吊車，廠房內有起重量較大的鞒式吊車或有振 動設備時；3.端墻抗風柱支撐于屋架下弦時；4.屋架下弦設有通長的縱向水平支撐時；5.屋架與屋架間設有沿屋架方向的懸掛吊車時；6.屋架下弦設有沿廠房縱向的懸掛吊車時。 二、屋蓋支撐的布置（三）下弦縱向水平支撐 在有橋式吊車的單層工業廠房中，除上、下弦橫向水平支撐外，還設置下弦縱向水平支撐（圖7一7b）。下弦縱向水平支撐的作用主要是與屋架下弦橫向水平支撐一起形成封閉體系以增強屋蓋的空間剛度（圖77b），并可承受、分布和傳

19、遞吊車橫向水平制動力。（圖77b）。當有托架時，在托架處必須布置縱向水平支撐，并由托架兩端各延伸一個柱間設置（圖7- 7b），以保證托架的平面外穩定。凡屬下列情況之一者，宜設置屋架下弦縱向支撐（圖7 b）：二、屋蓋支撐的布置1.當廠房內設有重級工作制吊車或起重量較大的中、輕級工作制吊車時；2.在廠房排架計算時考慮空間工作時；3.廠房內設有較大的振動設備時；4.屋架下弦有縱向或橫向吊軌時；5.當屋架跨度較大，高度較高而空間剛度要求大時；6.當設有托架時，在托架處局部加設下弦縱向支撐，由托架兩端各延伸一個柱間設置。二、屋蓋支撐的布置 4垂直支撐 在梯形屋架兩端必須設置垂直（豎向）支撐，它是屋架上弦

20、橫向水平支撐的支承結構，它將承受上弦橫向水平支撐桁架傳來的水平力并將其傳遞給柱頂（或柱間支撐）。它和上弦橫向水平支撐同樣重要，是必不可少的受力支撐。此外，在屋架跨度中間，根據屋架跨度的大小，設置一道或二道垂直（豎向）支撐，它將在上述六面（或五面）盒式空間穩定體中起橫隔作用。在施工過程中，它還起安裝定位時的架設支撐作用。 垂直（豎向）支撐的主要作用是使相鄰兩屋架形成幾何不變的空間體系，以保證屋架在使用和安裝時的側向穩定。垂直（豎向）支撐應布置在設有上弦橫向支撐的開間內，按下列要求布置：二、屋蓋支撐的布置（1）對于梯形屋架和平行弦屋架，當屋架跨度30m時，應在屋架跨中和兩端的豎桿平面內各布置一道豎

21、向支撐；當屋架跨度30m時，在無天窗的情況下，應在屋架跨度l/3處的豎桿平面內和屋架兩端各布置一道垂直（豎向）支撐，在有天窗時，垂直（豎向）支撐可布置在天窗腳下的屋架豎桿平面內（圖78 ）；（2）三角形屋架當跨度18m時，應在屋架中間布置一道豎向支撐，當跨度18m時，應按具體情況布置兩道豎向支撐。 二、屋蓋支撐的布置 垂直（豎向）支撐本身是一個平行弦桁架，根據其高跨比不同，腹桿可布置成單斜桿式（圖7一9）或交叉斜桿式（圖7一9）。 當屋架上有天窗時，天窗也應設置豎向支撐，作為天窗架上弦橫向水平支撐的支承結構。把天窗架上弦橫向水平支撐承受的水平力傳遞到屋架上弦橫向水平支撐的節點上。 沿房屋的縱向

22、，垂直（豎向）支撐應與上下弦橫向水平支撐設置在同一開間內（圖7 7）。為保證屋架安裝時的穩定性，每隔4 5個開間應布置一道垂直（豎向）支撐。二、屋蓋支撐的布置二、屋蓋支撐的布置 5系桿 在一幢房屋的屋蓋結構中，以一個空間穩定體作為核心，其他屋架的上下弦節點都可以用系桿與空間穩定體的有關節點連接，即可作為其他各屋架的側向支承點而保證各屋架的空間穩定性。但這些系桿可能受拉，也可能受壓，應按壓桿設計，常稱為剛性系桿。要求較大的截面尺寸和回轉半徑，用料很不經濟。通常是在房屋的兩端（第一或第二個開問）各設置一個空間穩定體。中間的其他屋架分別用系桿與兩端空間穩定體的有關節點連接。同樣也可以作為中間的其他屋

23、架的側向支承點，而且這種系桿只需承受拉力，當它承受壓力時可退出工作而由另一側的系桿受拉即可，系桿按拉桿設計，可以充分發揮鋼材的強度，常稱為柔性系桿。雖然多設了一個空間穩定體而多用了交叉支撐的鋼材，但能把大量剛性系桿改為柔性系桿，還是能夠節約鋼材的。柔性系桿把許多中間屋架與空間穩定體連接起來，如中間屋架的數量太多，柔性系桿的總長度太大，其效果則越差，故兩個空間穩定體的間距不宜大于60m。二、屋蓋支撐的布置系桿的作用是保證無支撐開間處屋架的側向穩定、減少弦桿的計算長度以及傳遞水平荷載。系桿系桿有剛性（壓桿）和柔性系桿（拉桿）。剛性系桿一般由兩個角鋼組成十字形截面，柔性系桿一般采用單角鋼。系桿在上、

24、下弦平面內按下列原則布置：1.在一般情況下，豎向支撐平面內的屋架上、下弦節點處應設置通長的系桿；2.在屋架支座節點處和上弦屋脊節點處應設置通長的剛性系桿；3.當屋架橫向支撐設在廠房兩端或溫度縫區段的第二開間時，則在支撐節點與第一 榀屋架之間應設置剛性系桿。其余可采用柔性或剛性系桿。 在屋架支座節點處如設有鋼筋混凝土圈梁時，則支座處下弦剛性系桿可以省去。在有檁屋蓋中，檁條可以代替上弦水平系桿。在無檁屋蓋中，大型屋面板可以代替上弦剛性系桿。三、支撐的形式、計算和連接構造三、支撐的形式、計算和連接構造 屋架的上、下弦橫向水平支撐都是利用屋架的弦桿（上弦或下弦）兼作支撐桁架的弦桿，斜腹桿一般都采用十字

25、交叉的體系（圖7一7）。屋蓋支撐一般都是平行弦桁架（圖711a、b）。這種平行弦桿交叉斜腹桿體系的支撐桁架的剛度大，用料省。其中的斜腹桿常采用單角鋼做成，因交叉設置，受力時一根受拉則另一根受壓，常假定受壓的這根單角鋼因彎扭屈曲而退出工作。只有受拉的一根單角鋼斜桿參加桁架受力工作。這樣桁架在受力時屬于靜定結構，受力明確，計算簡單。當荷載反向作用時（如風荷載反向作用），斜腹桿受力變更，仍是一根參加受力工作，另一根彎扭屈曲而退出工作。對于屋架跨度較小而又無振動設備的房屋，支撐桁架的交叉斜腹桿也可用圓鋼做成。用圓鋼代替角鋼更為經濟。但采用圓鋼時必須有拉緊裝置（花籃螺栓），且其直徑d16mm。支撐和剛性

26、系桿按壓桿計算，采用雙角鋼組成十字形或T型截面。三、支撐的形式、計算和連接構造三、支撐的形式、計算和連接構造三、支撐的形式、計算和連接構造三、支撐的形式、計算和連接構造 屋架支撐的受力較小，截面尺寸大多由桿件的容許長細比和構造要求而定，按拉桿設計斜腹桿和柔性系桿等的容許長細比為400，按壓桿設計的直撐和剛性系桿等的容許長細比為200。 當屋架跨度較大，屋架下弦標高大于15m，基本風壓大于0.5kN / m2時，屋架各部位的支撐桿件除滿足容許長細比的要求外，尚應根據所受的荷載按桁架體系計算出內力，桿件截面按所得的內力確定。計算支撐桿件內力時，可將屋面支撐展開為平面桁架，假定在水平荷載作用下，每個

27、節間只有一根受拉的斜桿參加工作（圖7-10），圖中虛線斜桿為壓桿，假定不起作用，這樣就成為靜定桁架。圖中W為支撐節點上的水平節點荷載，由風荷載或吊車荷載引起。三、支撐的形式、計算和連接構造 對于上弦橫向水平支撐，不但承受山墻（端墻）傳來的風力，它還要通過系桿（剛性系桿或柔性系桿）來保證其他相鄰屋架受壓的上弦桿件的穩定性。按規定用作減小軸心受壓構件（屋架上弦）自由長度（垂直屋架平面）的支撐，其內力應根據被支承構件的剪力V（作為側向力）確定。每個支撐桁架擔負著保證數榀相鄰屋架受壓的上弦桿件的穩定性。屋架上弦承受的壓力很大，臨界狀態是可能產生較大的剪力。數榀屋架的上弦桿件是否有可能同時臨界狀態，這些

28、問題還有待進一步研究?，F在還很難確定作用在支撐桁架上的可能出現的最大外荷載。目前在設計屋蓋支撐系統的構件截面時，除按容許長細比外尚應參照多年的工程實際經驗選定支撐構件截面尺寸，截面尺寸不宜用的太小。三、支撐的形式、計算和連接構造 支撐構件與屋架的連接應構造簡單，安裝方便。支撐節點板與屋架弦桿，一般采用粗制螺栓（C級螺栓）連接，螺栓直徑為d=20mm（單純作為安裝螺栓時可用d=16mm）。每一節點板至少有二個螺栓。在有重級工作制吊車或有較大振動設備的工業廠房中，除粗制螺栓外，還應加安裝焊縫。施焊時，不容許屋架滿載。焊縫長度80mm, 焊角尺寸hf6mm。支撐構件內力由焊縫單獨承受。僅采用螺栓連接

29、而不加焊縫時，在構件校正固定后，可將螺紋出打毛或將螺桿與螺母焊接，以放松動。圖711為支撐構件與屋架的連接構造。單元二 屋蓋結構第四節 屋架單元二 屋蓋結構屋架的形式和選型原則1各型屋架的特性和使用范圍2屋架的荷載和荷載組合4屋架的主要尺寸3屋架桿件的內力計算5屋架桿件的計算長度6單元二 屋蓋結構 屋架桿件的截面形式7屋架桿件的截面選擇9節點板厚度8屋架的節點設計10屋架施工圖11第四節 屋架 屋架是主要承受橫向荷載作用的格構式受彎構件。 由于其是由直桿相互連接組成，各桿件一般只承受軸心拉力或軸心壓力，故截面上的應力分布均勻，材料能充分發揮作用。 因此，與實腹梁相比，屋架具有耗鋼量小、自重輕、

30、剛度大和容易按需要制成各種不同外形的特點，所以在工業與民用建筑的屋蓋結構中得到廣泛應用，但屋架在制造時比梁費工。 本節主要以普通鋼屋架為對象，就其造型、計算、構造和施工圖繪制等作較詳細的介紹，但其基本原理同樣是適用于其他用途的桁架體系，如吊車桁架、制動桁架和支撐桁架等。一、屋架的形式和選型原則一、屋架的形式和選型原則 屋架按其外形可分為三角形、梯形、拱形及平行弦（人字形）四種。 屋架的選型應符合使用要求、受力合理和便于施工等原則。（一）使用要求 屋架上弦坡度應適應屋面材料的排水需要。當采用短尺壓型鋼板、波形石棉瓦和瓦楞鐵等時，其排水坡度要求較陡，應采用三角形屋架。當采用大型混凝土屋面板鋪油氈防

31、水材料或長尺壓型鋼板時，其排水坡度可較平緩，應采用梯形或人字形屋架。另外，還應考慮建筑上凈空的需要，以及有無天窗、天棚和懸掛吊車等方面的要求。一、屋架的形式和選型原則（二）受力合理 屋架的外形應盡量與彎矩圖相近，以使弦桿內力均勻，材料利用充分。 腹桿的布置應使內力分布合理，短桿受壓，長桿受拉，且桿件和節點數量宜少，總長度宜短。 同時應盡可能使荷載作用在節點上，以避免弦桿因節間荷載產生的局部彎矩而加大截面。 當梯形屋架與柱剛接時，其端部應有足夠的高度，以便能有效地傳遞支座彎矩而端部弦桿不致產生過大內力。 另外，屋架中部亦應有足夠高度，以滿足剛度要求。一、屋架的形式和選型原則（三）便于施工 屋架桿

32、件的數量和品種規格宜少，尺寸力求劃一，構造應簡單，以便于制造。 桿件夾角宜在300600之間，夾角過小，將使節點構造困難。 以上各條要求要同時滿足往往不易，因此須根據各種有關條件，對技術經濟綜合分析比較，以便得到較好的經濟效果。二、各型屋架的特性和使用范圍二、各型屋架的特性和使用范圍（一）三角形屋架 三角形屋架適用于屋面坡度較陡的有檁體系屋蓋。 根據屋面材料的排水要求，一般屋面坡度i=1/21/3。 三角形屋架端部只能與柱鉸接，故房屋橫向剛度較低。且其外形與彎矩圖的差別較大，因而弦桿的內力很不均勻，在支座處很大，而跨中卻較小，使弦桿截面不能充分發揮作用。 三角形屋架的上下弦桿交角一般都較小，尤

33、其在屋面坡度不大時更小，使支座節點構造復雜。 綜上所述原因，三角形屋架一般只宜用于中、小跨度（l1824mm）的輕屋面結構。二、各型屋架的特性和使用范圍 三角形屋架的腹桿多采用芬克式（圖7-12a ），其腹桿雖較多，但壓桿短，拉桿長，受力合理。且它可分成兩榀小屋架和一根直桿（下弦中間桿），便于運輸。 人字式(圖7-12b)的腹桿較少，但受壓腹桿較長，適用于跨度l18mm的屋架。 單斜式(圖7-12c)的腹桿較長且節點數目較多，只適用于下弦須設天棚的屋架，一般較少采用。 如屋面材料要求的檁距很小，以致檁條有可能不全放在屋架上弦節點，而使節間因荷載作用產生局部彎矩，此時是縮小節間增加腹桿還是加大截

34、面以承受彎矩，須綜合分析比較。二、各型屋架的特性和使用范圍二、各型屋架的特性和使用范圍（二）梯形屋架 梯形屋架適用于屋面坡度平緩的無檁體系屋蓋和采用長尺壓型鋼板和夾芯保溫板的有檁體系屋蓋。 其屋面坡度一般為i=1/81/6，跨度l1836mm。由于梯形屋架外形與均布荷載的彎矩圖比較接近，因而弦桿內力比較均勻。 梯形屋架與柱連接可做成剛接，也可做成鉸接，由于剛接可提高房屋的橫向剛度，因此在全鋼結構廠房中廣泛采用。 當屋架支承在鋼筋混凝土柱或磚柱上時，只能做成鉸接。二、各型屋架的特性和使用范圍 梯形屋架按支座斜桿（端斜桿）與弦桿組成的支承點在下弦或在上弦分為下承式（圖7-13a） 和上承式（圖7-

35、13b）兩種。一般情況，與柱剛接的屋架宜采用下承式，與柱鉸接的則兩者均可。梯形屋架的腹桿多采用人字式（圖7-13 a），如在屋架下弦設置天棚，可在圖中虛線處增設吊桿或采用單斜式腹桿（圖7-13 c）。在屋架高度較大的情況下，為使斜桿與弦桿保持適當的交角，上弦節間往往比較大，當上弦節間為3m ，而大型屋面板寬度為1.5m 時，可采用再分式腹桿（圖7-13 d）將節間縮短至1.5m ，但其制造較費工。故有時仍采用3m 節間而使上弦承受局部彎矩，不過這將使上弦截面加大，為同時兼顧，可采取只在跨中一部分節間增加再分桿，而在弦桿內力較小的支座附近采用3m 節間，以獲得經濟效果。二、各型屋架的特性和使用范

36、圍二、各型屋架的特性和使用范圍（三）拱形屋架 拱形屋架適用于有檁體系屋蓋。由于屋架外形與彎矩圖（通常為拋物線形）接近，故弦桿內力較均勻，腹桿內力較小，故受力合理。 拱形屋架的上弦可做成圓弧形（圖7-14a）或較易于加工的折線形（圖7-14b）。腹桿多采用人字式，也可采用單斜式。 拱形屋架由于制造費工，故應用較少，僅在大跨度重型屋蓋（多做成落地拱式桁架）有所采用。一些大型農貿市場，利用其美觀的造型，再配合新品種輕型屋面材料，也有一定應用。二、各型屋架的特性和使用范圍二、各型屋架的特性和使用范圍（四）平行弦和人字形屋架 平行弦屋架的上、下弦平行，且可做成不同坡度。 與柱連接亦可做成剛接或鉸接。 平

37、行弦屋架多用于單坡屋蓋（圖7-15a ）和做成人字形屋架的雙坡屋蓋（圖7-15 b）或用作托架，支撐桁架亦屬此類。 平行弦屋架的腹桿多采用人字式（圖7-15a 、 b ），用作支撐時常采用交叉式（圖7-15 c）。 我國近年來在一些大型工程廠采用了坡度i=2/1005/100的人字形屋架，由于腹桿長度一致，節點類型統一，且在制造時不必起拱，符合標準化、工廠化制造的要求，故效果較好。二、各型屋架的特性和使用范圍三、屋架的主要尺寸三、屋架的主要尺寸 屋架的主要尺寸為跨度l和跨中高度h。 對梯形屋架還有端部高度h0。（一）跨度 屋架的跨度（即房屋橫向間的柱子間距）應首先滿足房屋的工藝和使用要求，同時

38、考慮結構布置的合理性，使屋架與柱子的總造價為最小。 柱網橫向軸線的間距即屋架的標志跨度l，在無檁體系屋蓋中鋼屋架的跨度應與大型屋面板的寬度相配合，以3m為模數。（有12m、15m、18m、21m、24m、27m、30m、33m、36m等幾種）。 有檁屋蓋結構中的三角形屋架跨度比較靈活，不受3m模數的限制，而可以任意決定。鋼屋架的計算跨度決定于支座的間距及支座的構造。在一般的工業廠房中屋架的計算跨度取支柱軸線之間的距離減去0.3m 。三、屋架的主要尺寸 當屋架簡支于鋼筋混凝土柱且與柱網采用封閉結合時，考慮屋架支座處的構造尺寸，一般可取l0=l-(300400)mm(圖7-16a)；當柱網采用非封

39、閉結合時，計算跨度等于標志跨度，即l0=l(圖7-16b)。 （二）高度 屋架的高度應根據經濟、剛度、建筑等要求以及屋面坡度，運輸條件等因素來確定。根據屋架的容許撓度可確定最小高度，最大高度則取決于運輸界限，例如鐵路運輸界限為3.85m；屋架的經濟高度是根據上下弦桿和腹桿的總重量為最小的條件確定；有時，建筑設計也可能對屋架的最大高度加以某種限制。三、屋架的主要尺寸三、屋架的主要尺寸 和組合梁一樣，屋架的高度亦取決于建筑高度、剛度要求和經濟高度等條件，同時還須結合屋面坡度和滿足運輸界限的要求。 屋架的最大高度不能超過運輸界限， 最小高度應滿足屋架容許撓度（v=l/500）的需要， 經濟高度則應根

40、據屋架弦桿和腹桿的總重為最小的條件確定。 三角形屋架高度主要取決于屋面坡度，當i=1/21/3時，h=(1/41/6)l。 平行弦屋架和梯形屋架的中部高度主要由經濟高度決定，一般取h=(1/61/10)l（l大時取小值，l小時取大值）。 梯形屋架的端部高度，當屋架與柱剛接時，為了有效傳遞端部負彎矩，應具有一定高度，一般為h0=(1/101/16)l，常取1.82.4m； 當屋架與柱鉸接時，根據跨中經濟高度和屋面坡度決定即可。但為多跨房屋時，h0應力求統一，以便于屋面構造處理。三、屋架的主要尺寸 一般情況下，設計屋架時，首先根據屋架形式和設計經驗先確定屋架的端部高度ho，再按照屋面坡度計算跨中高

41、度。 當屋面材料要求屋架具有較大的坡度時應采用三角形屋架，三角形屋架的高度為h=（1/41/6）l。 梯形屋架的屋面坡度較平坦，屋架跨中高度應滿足剛度要求，當上弦坡度為1/81/12時，跨中高度一般為（1/61/10）l。跨度大（或屋面荷載?。r取小值，跨度?。ɑ蛭菝婧奢d大）時取大值。 梯形屋架的端部高度；當屋架與柱鉸接時為1.6m2.2m，剛接時為1.8m2.4m。端彎矩大時取大值，端彎矩小時取小值。三、屋架的主要尺寸屋架上弦節間的劃分，主要根據屋面材料而定，盡可能使屋面荷載直接作用在屋架節點上，使上弦不產生局部彎矩。對采用大型屋面板的無檁屋蓋，上弦節間長度應等于屋面板的寬度，一般為1.5m

42、或3m。當采用有檁屋蓋時，則根據檁條的間距而定。一般為0.8m3.0m。 屋架的高確定之后，各桿件的軸線長度可根據幾何關系求得。四、屋架的荷載和荷載組合四、屋架的荷載和荷載組合（一）屋架的荷載 屋蓋上的荷載有永久荷載和可變荷載兩大類。 1.永久荷載 包括屋面材料和檁條、支撐、屋架、天窗架等結構的自重以及放置或懸掛于屋架上的設備、管道等自重。屋架自重可按經驗公式PW =0.12+0.011L計算（L為屋架跨度，單位為m）。PW的單位是kNm2 ，按水平投影面分布。 2. 可變荷載 包括屋面活荷載、積灰荷載、雪荷載、風荷載以及懸掛吊車荷載等等，其中屋面活菏載和雪荷載不會同時出現，可取兩者中的較大值

43、計算。 3.偶然荷載 包括地震力、爆炸力和其它意外事故產生的荷載。 四、屋架的荷載和荷載組合永久荷載和可變荷載可按建筑結構荷載規范（GB500092001）或按材料的規格計算。 屋架設計時必須根據使用和施工過程中遇到的荷載組合對屋架桿件的內力最不利進行計算。 荷載組合要按荷載效應的基本組合設計式（3-7）和式（3-8）。一般應考慮下面三種荷載組合。（二）屋架的荷載組合 屋架內力應根據使用過程和施工過程中可能出現的最不利荷載組合計算。在屋架設計時應考慮以下三種荷載組合：（1）全跨永久荷載 +全跨可變荷載（2）全跨永久荷載 + 半跨可變荷載 （3）全跨屋架、天窗架和支撐自重 + 半跨屋面板重 +

44、半跨屋面活荷載。 四、屋架的荷載和荷載組合上述1、2為使用時可能出現的不利情況，而3則是考慮在屋面（主要為大型混凝土屋面板）安裝時可能出現的不利情況。在多數情況，用第一種荷載組合計算的屋架桿件內力即為最不利內力。但在第二和第三種荷載組合下，梯形、平行弦、人字形和拱形屋架跨中附近的斜腹桿可能由拉桿變為壓桿或內力增大，故應予考慮。有時為了簡化計算，可將跨中央每側各23根斜腹桿，不論其在第一種荷載組合下是拉桿還是壓桿，均當作壓桿計算，即控制其長細比不超過150，此時一般可不再計算第二、第三兩種荷載組合。 屋架上、下弦桿和靠近支座的腹桿按第一種荷載組合計算；而跨中附近的腹桿在第二、三種荷載組合下可能內

45、力為最大而且可能變號。如果在安裝過程中能保證屋脊兩側的屋面板對稱均勻鋪設，則可以不考慮第三種荷載組合。 采用輕質屋面材料的三角形屋架，在風荷載為吸力時和永久荷載作用下可能使原來受拉的桿伴變為受壓；另外，對于采用輕質屋面的廠房，要注意在排架分析時求得的柱頂最大剪力會使屋架下弦出現變號內力（即壓力）或附加內力。四、屋架的荷載和荷載組合 在荷載組合時，屋面活荷載和雪荷載不會同時出現，可取兩者中的較大值計算。 對風荷載，當屋面傾角300時為產生卸載作用的風吸力，故一般可不予考慮。但對瓦楞鐵等輕型屋面和風荷載大于490N/m2時，則應計算風荷載的作用。屋架和支撐的自重g0可參照下面經驗公式估算： g0=

46、l(kN/m2,水平投影面） （7-1）式中 系數， 當屋面荷載Q1kN/m2k（輕屋蓋）時，=0.01； 當Q=12.5kN/m2（中屋蓋）時，=0.012； 當Q2.5kN/m2(重屋蓋)時,=0.12/l+0.011四、屋架的荷載和荷載組合 l屋架的標志跨度（m）。 當屋架下弦未設天棚時，通常假定屋架和支撐自重全部作用在上弦； 當設有天棚時，則假定上、下弦平均分配。五、屋架桿件的內力計算五、屋架桿件的內力計算計算屋架桿件內力時采用如下假定：(一) 節點均視為鉸接。 對實際節點中因桿件端部和節點板焊接而具有的剛度以及引起的次應力，在一般情況下可不考慮。(二) 各桿件軸線均在同一平面內，且相

47、交于節點中心。 屋架桿件的內力均按荷載作用于屋架的上、下弦節點進行計算。對有節間荷載作用的屋架，可先將節間荷載分配在相鄰的兩個節點上，按只有節點荷載作用的屋架求出各桿件內力，然后再計算直接承受節間荷載桿件的局部彎矩。 滿足上述假定后，桿件內力將是軸心拉力或壓力。但上述假定是理想的情況，實際上由于節點的連接具有一定的剛度，桿件不能自由轉動，因此節點不完全是鉸接，故在屋架桿件中還有一定的次應力。根據分析，對于角鋼組成的T形截面，次應力對屋架的承載能力影響較小，設計時可不予考慮。但對于剛度較大的箱形或H形截面，且在桁架平面內的桿件截面高度與其幾何長度（節點中心間的距離）之比大于1/10（對弦桿）或大

48、于1/15（對腹桿）時，應考慮節點剛度所引起的次彎矩。其次由于制造的偏差和構造等原因，桿件軸線不一定全部交于節點中心，外荷載也可能不完全作用在節點上，所以節點上受力可能有偏心。 如果上弦有節間荷載，應先將荷載換算成節點荷載，才能計算各桿件的內力。而在設計上弦時，還應考慮節間荷載在上弦引起的局部彎矩，上弦按偏心受壓桿件計算。五、屋架桿件的內力計算作用于屋架上節點的荷載Q可按均布荷載對節點匯集進行計算，如圖7-17所示陰影部分： Q=qhsa+ (qscos)sa (7-2)式中qh 按屋面水平投影面分別的荷載（雪荷載、 活荷載屋架自重等）； qs按屋面坡向分別的永久荷載（屋面材料 等）； S屋架

49、的間距； a上弦節間的水平投影長度； 屋面傾角。當較小時，可近似取 cos=1。五、屋架桿件的內力計算五、屋架桿件的內力計算 屋架桿件內力可根據屋架計算簡圖采用圖解法、數解法或電算方法計算，但圖解法對三角形屋架和梯形屋架使用較方便。另外，對一般常用形式的屋架，各種建筑結構設計手冊中均有單位荷載作用下的桿件內力系數，可方便地查表應用。 上弦桿承受節間荷載時的局部彎矩，在理論上應按彈性支座連系梁計算，但其過于繁瑣，故一般簡化按簡支梁彎矩M0乘以調整系數計算（圖7-18）：對端節間正彎矩取M1=0.8M0；對其他節間正彎矩和節點（包括屋脊節點）負彎矩取M2=0.6M0。當僅有一個節間荷載Q作用在節間

50、中點時，M0=Qa/4。五、屋架桿件的內力計算六、屋架桿件的計算長度六、屋架桿件的計算長度（一）屋架平面內的計算長度l0 x 在理想鉸接的屋架中，桿件在屋架平面內的計算長度l0 x應等于節點中心間的距離，即桿件的幾何長度l。但實際屋架是用焊接將桿件端部和節點板相連，故節點本身具有一定剛度，桿件兩端均為彈性嵌固。當某一壓桿因失穩桿端繞節點轉動時（圖7-19a），節點上匯集的其他桿件將對其起約束作用，且其中以拉桿的作用為大。因此，若節點上匯集的拉桿數目多，線剛度大，則產生的約束作用也大，壓桿在節點處的嵌固程度也大，其計算長度就小。六、屋架桿件的計算長度六、屋架桿件的計算長度如圖7-19（a）所示，

51、弦桿、支座斜桿和支座豎桿的自身剛度均較大，且其兩端節點上的拉桿卻很少，因而嵌固程度很小，與兩端鉸接的情況比較接近，故其計算長度均采用l0 x= l。其他中間腹桿，雖上端相連的拉桿少，嵌固程度小，可視為鉸接，但其下端相連的拉桿則較多，且下弦的線剛度大，嵌固程度較大，故其計算長度可取l0 x= 0.8l。再分式腹桿（圖7-20 b）在中間節點上匯集的均為腹桿，且拉桿少，截面一般又較小，嵌固程度很低，故其計算長度取l0 x= l。六、屋架桿件的計算長度六、屋架桿件的計算長度(二)屋架平面外的計算長度l0y 弦桿在屋架平面外的計算長度l0y應取弦桿側向支承點之間的距離l1，即l0y=l1。 對上弦桿，

52、一般取橫向水平支撐的節間長度（圖7-19b）。在有檁體系屋蓋中，前已述及，如檁條與橫向水平支撐的交叉點用連接板焊牢，則可取檁條之間的距離；在無檁體系屋蓋中，當考慮大型屋面板能起支撐作用時，一般可取兩塊屋面板的寬度但不大于3m，若不能保證屋面板三個角焊牢，則仍取支撐間距離。 對下弦桿，應取縱向水平支撐節點與系桿或系桿與系桿間的距離。六、屋架桿件的計算長度當受壓弦桿側向支承點之間的距離l1為節間長度的兩倍，且兩節間弦桿的內力N1和N2不等（圖7-20a），若N1為較大壓力，N2為較小壓力或拉力，顯然在取N1作為弦桿在屋架平面外穩定性的計算內力時，仍將l1作為計算長度偏于保守，因此可按下式將其適當折

53、減： （7-3）當按上式算得的l0y1640mm取值） 第五節 普通鋼屋架設計實例2.加勁肋計算加勁肋厚度采用8mm，焊腳尺寸hf=5mm。驗算焊縫強度：按式（7-12）第五節 普通鋼屋架設計實例3.加勁肋、節點板與底板的連接焊縫計算取加勁肋切口寬度為15mm，焊縫的總計算長度為：按式（7-13）lw=2a+2(b-t-2c)-12hf =2250+2(250-10-215)-125=860mm其余節點略十、屋架施工圖繪如圖7-42所示。第五節 普通鋼屋架設計實例【例7-2】根據下列資料設計一T型鋼屋架一、設計資料某房屋跨度l=24m，長度60m。冬季計算溫度高于-200C。房屋內無吊車。不須

54、地震設防。采用1.5m6m預應力混凝土大型屋面板，10cm厚泡沫混凝土保溫層和卷材屋面。雪荷載0.40kN/m2，屋面積灰荷載0.75kN/m2。屋架與柱鉸接。鋼材選用Q235-B。焊條選用E43型，手工焊。二、屋架形式與幾何尺寸屋面材料為大型屋面板，故采用無檁體系平坡梯形屋架。屋面坡度i=1/10。屋架計算跨度l0=l-300=23700mm。端部高度取H0=2000mm,中部高度H=3200mm(約l0/7.4)。屋架幾何尺寸示如圖7-44左半部。第五節 普通鋼屋架設計實例第五節 普通鋼屋架設計實例三、支撐布置由于房屋長度只60m，故僅在房屋兩端部開間設置上、下弦橫向水平支撐和屋架兩端及跨

55、中三處垂直支撐。其他屋架則在垂直支撐處分別于上、下弦設置三道系桿，其中屋脊和兩支座處為剛性系桿，其余三道為柔性系桿。四、屋架節點荷載 屋面坡度較小，故對所有荷載均按水平投影面計算（風荷載為風吸力，且本例為重屋蓋，故不考慮）：第五節 普通鋼屋架設計實例第五節 普通鋼屋架設計實例預應力混凝土大型屋面板和灌縫 1.40kN/m2 冷底子油、熱瀝青各一度 0.05kN/m2 100mm厚泡沫混凝土保溫層（6kN/m3） 0.6kN/m2 20mm厚水泥砂漿找平層 0.40kN/m2二氈三油上鋪小石子 0.35kN/m2屋架和支撐自重 0.12+0.011l=0.12+0.01124=0.38kN/ m

56、2 永久荷載總和 3.182kN/ m2屋面活荷載（大于雪荷載） 0.5 kN/ m2屋面積灰荷載 0.75 kN / m2 荷載組合按全跨永久荷載和全跨可變荷載并根據式（3-7）和式（3-8）計算。對跨中的部分斜腹桿因半跨荷載可能產生的內力變號，采取將跨中央每側各三根斜腹桿（圖7-44中FM、MH、HN桿）均按壓桿控制長細比，故不再考慮半跨荷載作用的組合。第五節 普通鋼屋架設計實例按式（3-7）由可變荷載效應控制的組合計算：取永久荷載G=1.2，屋面活荷載Q1=1.4，屋面積灰荷載Q2=1.4、2=0.9，則節點荷載設計值F=(1.23.18+1.40.5+1.40.90.75)1.56=49.1kN按式（3-8）由永久荷載效應控制的組合計算：取永久荷載G=1.35，屋面活荷載Q1=1.4、1=0.7，屋面積灰荷載Q2=1.4、2=0.9，則節點荷載設計值F=(1.353.18+1.40.70.5+1.40.90.75)1.56 =51.6kN故應取節點荷載設計值=51.6kN第五節 普通鋼屋架設計實例五、屋架桿件內力經計算在全跨荷載作用下的屋架桿件內力設計值示如圖7-44右半部。六、桿件截面選擇（一）上弦桿整個上弦采用等截面，按最大內力NHF= -783.7kN計算。l0 x=150.8cm,l0y=301.6cm(取兩塊屋面板寬度)。由附表5，選