大连理工大学网络教育学院
钢结构辅导资料十七
主 题：第七章 屋盖结构
第一节 钢屋盖系统
第二节 桁架的形式及尺寸 第三节 屋盖支撑
第四节 桁架的荷载和内力计算 学习时间：2011年2月7日－2月13日
内 容：
本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下： 1、了解钢屋盖系统；
2、熟悉桁架的形式及尺寸； 3、熟悉屋盖支撑；
4、掌握桁架的荷载和内力计算；
基本概念：钢屋盖结构的组成体系与钢屋架形式，支撑体系及其作用，钢桁架结构的荷载。
知识点：钢屋盖支撑体系；钢桁架结构的荷载与杆件内力计算。 本周内容共包含两大部分：第一部分是知识点讲解，第二部分是本周练习题，包含了本周学习的知识点，题型以考试题型为主。
第一部分 本周主要内容讲解及补充
一、钢屋盖系统
钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。钢屋盖结构可分为两类：一类为有檩屋盖，是指在屋架上放臵檩条，檩条上再铺设石棉瓦、瓦楞铁皮、钢丝网水泥槽形板、压型钢板等轻型屋面材料；另一类称无檩屋盖，是指在屋架上直接放臵钢筋混凝土大型屋面板，屋面荷载由大型屋面板直接传给屋架。
有檩屋盖重量轻、用料省、运输安装方便，但构件数量多、构造复杂、吊装次数多，屋盖横向刚度较差。有檩屋盖的屋架间距为檩条跨度，屋架经济间距为4～6m。无檩屋盖，构件数量少、安装简便、施工速度快，易于铺设保暖层，屋盖横向刚度大、整体性好，但由于自重大使下部结构用料增多，且对抗震不利。无檩屋盖方案的屋架间距为大型屋面板的跨度，一般为6m或6m的倍数。屋架的跨度和间距需结合柱网布臵确定。当柱距较大时，可采用在柱间设臵托梁和中间屋架，或采用格构式檩条的布臵方案。
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屋盖结构设计，通常包括屋盖结构布臵，屋架形式的选择，支撑布臵，屋盖荷载计算，屋架各杆内力计算，屋架杆件截面选择，檩条、拉条和撑杆的计算，节点设计以及绘制施工图。 钢屋架的形式和尺寸
屋架是由各种直杆相互连接组成的一种平面桁架；在横向节点荷载作用下，各杆件产生轴：心压力或轴心拉力，因而杆件截面应力分布均匀，材料利用充分，具有用钢量小、自重轻、刚度大、便于加工成形和应用广泛的特点。屋架按外形可分为三角形屋架、梯形屋架及平行弦屋架三种形式。
屋架的选型应符合以下原则：第一、满足使用要求，主要是排水坡度、建筑净空、天窗、天棚以及悬挂吊车的需要。第二、受力合理。应使屋架的外形与弯矩图相近，杆件受力均匀；短杆受压、长杆受拉；荷载布臵在节点上，以减少弦杆局部弯矩，屋架中部有足够高度，以满足刚度要求。第三、便于施工。屋架的杆件和节点宜减少数量和品种、构造简单、尺寸划一、夹角在30°～60°之间。跨度和高度避免超宽、超高。设计时应全面分析、具体处理，从而确定具体的合理形式。
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屋架的形式：a）、b）、d）三角形屋架；e）、f）、g）、h）梯形屋架；c）下撑式屋架；i）平行弦屋架 屋架的形式
1、三角形屋架
三角形屋架(上图a、b、d)适用于屋面坡度较陡的有檩屋盖结构。坡度i=1／2-1／6；上、下弦交角小，端节点构造复杂；外形与弯矩图差别大，受力不均匀，横向刚度低，只适用于中、小跨度轻屋面结构。
三角形屋架的腹杆布臵可有芬克式、单斜式、人字式三种。芬克式屋架受力合理、便于运输，多被采用；单斜式屋架只适用于下弦设臵天棚的屋架，较少采用；人字式屋架只适用于跨度小于18m的屋架。
2、梯形屋架
梯形屋架(上图e、f、s、h)适用于屋面坡度平缓的无檩屋盖结构。坡度i<1／3，且跨度较大时多采用梯形屋架。梯形屋架外形与弯矩图接近，弦杆受力均匀；腹杆多采用人字式，当端斜杆与弦杆组成的支承点在下弦时称为下承式，多用于刚接支承节点；反之，为上承式。梯形屋架上弦节间长度应与屋面板的尺寸配合，使荷载作用于节点上，当上弦节间太长时，应采用再分式腹杆。
3、平行弦屋架
当屋架的上、下弦杆相平行时，称为平行弦屋架(上图i)。多用于单坡屋盖和双坡屋盖，或用作托架、支撑体系。腹杆多为人字形或交叉式。平行弦屋架的同类杆件长度一致、节点类型少，符合工业化制造要求，有较好的效果。
二、桁架的形式及尺寸
1、桁架的应用
桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，截面上应力分布均匀，因而节省材料，结构的自重小，且易于构成各种外形以适应不同用途。桁架是一种应用及其广泛的结构，除了经常用于屋架结构外，还用于皮带运输机桥、输电线塔架、桥梁等。
在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架。这种用于屋盖承重结构的梁式桁架叫屋架。此外，拱架、网架也都能用作屋盖的承重结构。
2、桁架的外形及腹杆形式
桁架的外形直接受其用途的影响，就屋架来说，外形一般分为三角形、梯形及平行弦三种。桁架的腹杆形式常用的有人字式、芬克式、豪氏式、再分式及交叉式五种。
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3、确定桁架形式的原则
桁架外形与腹杆形式的选择，应经过下述几个方面的综合考虑来确定。 （1）满足使用要求
对屋架而言，上弦的坡度应适合防水材料的需要。此外，屋架在端部与柱是简支还是刚接，房屋内部净空有何要求，有无吊顶，有无悬挂吊车，有无天窗及天窗形式及建筑造型的需要等，也都影响屋架外形的确定。
三角形屋架上弦坡度比较陡，坡度一般在1/2～1/3。适应于轻型屋面材料，如石棉瓦、瓦楞铁皮等。三角形屋架端部尺寸较小，一般与柱间形成铰接，也可通过加偶撑与柱形成刚接。梯形屋架上弦较平坦，适合于采用大型钢筋混凝土屋面板（常为1.5×6m)、板上敷设油毡防水材料，坡度一般在1/8～1/12。当采用长压型钢板顺坡铺设屋面时，其坡度最缓可用到i=1/20甚至更小。梯形屋架的端部可以做成足够的高度，因而既可铰支于柱也可以通过两个结点与柱相连形成刚接框架。平行弦屋架可以做成不同大小的坡度，其端部可以铰接或刚接，并能用于单坡屋盖和双坡屋盖。近年来许多国家在工业厂房中多采用平行弦双坡屋架，我国宝钢初轧厂的屋架如图所示。这种屋架的杆件尺寸及结点划一，制作简便，且制作时不必起拱。
对于斜臵的皮带运输机的桁架，通常跨度不特别大，一般采用平行弦桁架，腹杆体系采用带竖杆的人字式或豪氏式。
（2）受力合理
为了节省材料，需作到受力合理。对于弦杆而言，应使各节间弦杆的内力相差不太大，这样可使得用一根通长的弦杆时不致造成过大的浪费。简支梯形屋架与均布荷载下的弯矩图接近，各处弦杆内力差别较小；三角形屋架及平行弦式屋
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