第七章普通梯形钢屋架设计 第一节概述 第二节屋架的形式及主要尺寸 ÷第三节屋面系统的支撑布置 。第四节荷载和荷载组合 第五节内力计算 ”第六节屋架杆件的计算长度 。第七节杆件截面设计 冬第八节节点设计 。第九节屋架施工详图
第七章 普通梯形钢屋架设计 第一节 概述 第二节 屋架的形式及主要尺寸 第三节 屋面系统的支撑布置 第四节 荷载和荷载组合 第五节 内力计算 第六节 屋架杆件的计算长度 第七节 杆件截面设计 第八节 节点设计 第九节 屋架施工详图
第一节概述 钢屋架是屋盖结构的一部分，是主要的承重构件。按结构形 式可分为三角形屋架、梯形屋架、两铰拱屋架、三铰拱屋架 和梭形屋架；按照所采用的钢材规格的不同，屋架可分为普 通钢屋架、轻型钢屋架（杆件为圆钢和小角钢）和薄壁型钢 屋架。 ·普通钢屋架是由普通角钢和节点板焊接而成。这种屋架受力 性能好，构造简单，施工方便，广泛应用于工业和民用建筑 的屋盖结构中，一般是用于大型钢筋混凝土屋面板等重型屋 面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上，普通屋架所用的等 边角钢不小于∠45×4，不等边角钢不小于∠56×36×4。 屋架钢材一般采用(3号沸腾钢)钢材，冬季计算温度等于 或低于30℃时的屋架宜采用(3号镇静钢)，荷载较大的大 跨度屋架可采用(16Mn钢)或(15MnV钢)
第一节 概述 钢屋架是屋盖结构的一部分，是主要的承重构件。按结构形 式可分为三角形屋架、梯形屋架、两铰拱屋架、三铰拱屋架 和梭形屋架；按照所采用的钢材规格的不同，屋架可分为普 通钢屋架、轻型钢屋架（杆件为圆钢和小角钢）和薄壁型钢 屋架。 普通钢屋架是由普通角钢和节点板焊接而成。这种屋架受力 性能好，构造简单，施工方便，广泛应用于工业和民用建筑 的屋盖结构中，一般是用于大型钢筋混凝土屋面板等重型屋 面，将屋面板直接放在屋架或天窗架上，普通屋架所用的等 边角钢不小于∠45×4，不等边角钢不小于∠56×36×4。 屋架钢材一般采用（3号沸腾钢）钢材，冬季计算温度等于 或低于30℃时的屋架宜采用（3号镇静钢），荷载较大的大 跨度屋架可采用（16Mn钢）或（15MnV钢）
第二节普通梯形钢屋架的形式及主要尺寸 ,一、普通梯形钢屋架概述 普通梯形钢屋架通常用于屋面坡度较为平缓的 大型屋面板或长尺压型钢板的屋面，跨度一般为 15~36m,柱距6~12m,跨中经济高度为(1/8~ 1/10)。梯形屋架外形比较接近弯矩图，因而弦杆 内力沿跨度分布比较均匀，用料较经济，且可以和 柱刚接或铰接，且刚接可使建筑物横向刚度提高。 与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为(1112 入 1/16),通常取2.0~2.5m;与柱铰接的梯形屋 架，端部高度1.5~2.0m,此时，跨中高度可根据 端部高度和上弦坡度确定。在多跨房屋中，各跨屋 架的端部高度应尽可能相同
第二节 普通梯形钢屋架的形式及主要尺寸 一、普通梯形钢屋架概述 普通梯形钢屋架通常用于屋面坡度较为平缓的 大型屋面板或长尺压型钢板的屋面，跨度一般为 15～36m，柱距6～12m，跨中经济高度为（1/8～ 1/10）。梯形屋架外形比较接近弯矩图，因而弦杆 内力沿跨度分布比较均匀，用料较经济，且可以和 柱刚接或铰接，且刚接可使建筑物横向刚度提高。 与柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（1/12～ 1/16），通常取2.0～2.5m；与柱铰接的梯形屋 架，端部高度1.5～2.0m，此时，跨中高度可根据 端部高度和上弦坡度确定。在多跨房屋中，各跨屋 架的端部高度应尽可能相同
二、普通梯形钢屋架主要尺寸的确定 普通梯形钢屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、跨中高度和端 部高度。 1.屋架跨度。屋架的跨度取决于柱网的布置，柱网纵向轴线 的间距就是屋架的标志跨度（公称跨度)，一般以3m为模 数，屋架的计算跨度是两端支座反力的距离 2跨中高度。梯形屋架的中部高度主要取决于经济要求，一 般取为=(116~1/10) 3端部高度，是与中部高度和屋面坡度相关的。一般陡坡梯 形屋架取=0.5~1.0m,缓坡梯形屋架取=1.8-2.1m。 三、屋架的起拱要求 跨度≥24的梯形屋架，当下弦无曲折时，宜起拱，拱度。 起拱的方法一般是使下弦成直线弯折而将整个屋架拾高，即 上、下弦同时起拱
二、普通梯形钢屋架主要尺寸的确定 普通梯形钢屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、跨中高度和端 部高度。 1. 屋架跨度。屋架的跨度取决于柱网的布置，柱网纵向轴线 的间距就是屋架的标志跨度（公称跨度），一般以3m为模 数，屋架的计算跨度是两端支座反力的距离 2.跨中高度。梯形屋架的中部高度主要取决于经济要求，一 般取为=(1/6~1/10) 3.端部高度，是与中部高度和屋面坡度相关的。一般陡坡梯 形屋架取=0.5~1.0m，缓坡梯形屋架取=1.8~2.1m。 三、屋架的起拱要求 跨度≥24m的梯形屋架，当下弦无曲折时，宜起拱，拱度。 起拱的方法一般是使下弦成直线弯折而将整个屋架抬高，即 上、下弦同时起拱
第三节屋面系统的支撑布置 一、支撑布置的必要性 屋架是屋盖结构中最主要的承重构件，虽然屋架之 间有檩条或屋面板联系，但仍然是一不稳定的空间 体系。通过合理设置支撑可以将屋盖变成几何不变 体系；支撑还保证了屋盖的刚度和空间的整体性， 以减少屋盖在水平力作用下的变形；支撑为屋架提 供了侧向支点，以减少屋架杆件的计算长度，使受 压弦杆保证侧向的稳定，使受拉弦杆具有足够的刚 度；支撑还能够传递水平荷载；并能保证屋架在施 工安装时的稳定与方便
第三节 屋面系统的支撑布置 一、支撑布置的必要性 屋架是屋盖结构中最主要的承重构件，虽然屋架之 间有檩条或屋面板联系，但仍然是一不稳定的空间 体系。通过合理设置支撑可以将屋盖变成几何不变 体系；支撑还保证了屋盖的刚度和空间的整体性， 以减少屋盖在水平力作用下的变形；支撑为屋架提 供了侧向支点，以减少屋架杆件的计算长度，使受 压弦杆保证侧向的稳定，使受拉弦杆具有足够的刚 度；支撑还能够传递水平荷载；并能保证屋架在施 工安装时的稳定与方便
二、支撑布置的原则 。1、在设置有纵向支撑的平面内必须同时设置横向支撑，并 将二者布置为封闭型。 。2、所有的横向支撑、纵向支撑和竖向支撑均应与屋架、托 架、天窗架等的杆件或檩条组成几何不变的桁架形式。 多 3、房屋中每一温度区段或分期建设的区段中，应分别设置 能独立构成空间稳定结构的支撑系统。 ÷4、传递风力、吊车水平力和水平地震作用的支撑，应能使 外力由作用点尽快地传递到结构的支座。 ÷5、柱距愈大或吊车工作量愈繁重，支撑的刚度应愈大。 。6、在地震区应适当增加支撑，并加强支撑节点的连接强 度
二、支撑布置的原则 1、在设置有纵向支撑的平面内必须同时设置横向支撑，并 将二者布置为封闭型。 2、所有的横向支撑、纵向支撑和竖向支撑均应与屋架、托 架、天窗架等的杆件或檩条组成几何不变的桁架形式。 3、房屋中每一温度区段或分期建设的区段中，应分别设置 能独立构成空间稳定结构的支撑系统。 4、传递风力、吊车水平力和水平地震作用的支撑，应能使 外力由作用点尽快地传递到结构的支座。 5、柱距愈大或吊车工作量愈繁重，支撑的刚度应愈大。 6、在地震区应适当增加支撑，并加强支撑节点的连接强 度
三、支撑的布置 ÷1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑一般应设置在房间的两端或横向温度伸缩 缝间区段的两端的第一个柱间，为使屋架支撑与天窗架支撑 位于同一开间内，也可将支撑布置在第二个柱间，但第一柱 间必须用刚性系杆与端屋架上弦牢固连接，以保证端屋架的 稳定和传递山墙的风力。 。2、下弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在同一开 间，它们和相邻的两个屋架组成一个空间桁架体系。 。3、下弦纵向支撑 下弦纵向水平支撑的主要作用是与横向水平支撑一起形成封 闭体系，以提高房屋的整体刚度
三、支撑的布置 1、上弦横向水平支撑 上弦横向水平支撑一般应设置在房间的两端或横向温度伸缩 缝间区段的两端的第一个柱间，为使屋架支撑与天窗架支撑 位于同一开间内，也可将支撑布置在第二个柱间，但第一柱 间必须用刚性系杆与端屋架上弦牢固连接，以保证端屋架的 稳定和传递山墙的风力 。 2、下弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑一般和上弦横向水平支撑布置在同一开 间，它们和相邻的两个屋架组成一个空间桁架体系。 3、下弦纵向支撑 下弦纵向水平支撑的主要作用是与横向水平支撑一起形成封 闭体系，以提高房屋的整体刚度
4、竖向支撑 它的作用主要是使相邻屋架和上下弦横向水平支撑所组成的四 面体形成空间几何不变体系，以保证屋架在使用和安装时的整 体稳定。故在设有横向支撑的开间内，均应设置竖向支撑。 对于梯形屋架，当跨度≤30，一般只需在屋架两端及跨中竖 杆平面内布置三道竖向支撑，当跨度>30时，应在两端和跨 度的13处或天窗架侧处各布置一道竖向支撑。对于三角形屋 架，当跨度≤18m,一般只需在跨中布置一道竖向支撑，当跨 度>18时，根据具体情况设置两道。 5、系杆 为了保证未设横向水平支撑屋架的侧向稳定以及传递水平荷 载，应在横向水平支撑或竖向支撑的节点处，沿房屋纵向通长 地设置系杆。只能承受拉力的为柔性系杆，一般采用单角钢： 能承受压力的为刚性系杆，一般由两个角钢组成的十字形截 面。刚性系杆主要是在梯形屋架上弦脊节点处的系杆以及其他 的能受压的系杆，其余地方设置柔性系杆
4、竖向支撑 它的作用主要是使相邻屋架和上下弦横向水平支撑所组成的四 面体形成空间几何不变体系，以保证屋架在使用和安装时的整 体稳定。故在设有横向支撑的开间内，均应设置竖向支撑。 对于梯形屋架，当跨度≤30m，一般只需在屋架两端及跨中竖 杆平面内布置三道竖向支撑，当跨度＞30m时，应在两端和跨 度的1/3处或天窗架侧处各布置一道竖向支撑。对于三角形屋 架，当跨度≤18m，一般只需在跨中布置一道竖向支撑，当跨 度＞18m时，根据具体情况设置两道。 5、系杆 为了保证未设横向水平支撑屋架的侧向稳定以及传递水平荷 载，应在横向水平支撑或竖向支撑的节点处，沿房屋纵向通长 地设置系杆。只能承受拉力的为柔性系杆，一般采用单角钢； 能承受压力的为刚性系杆，一般由两个角钢组成的十字形截 面。刚性系杆主要是在梯形屋架上弦脊节点处的系杆以及其他 的能受压的系杆，其余地方设置柔性系杆
第四节荷载和荷载组合 一、 作用在屋架上的荷载有永久荷载和可变荷载。 1、永久荷载包括屋面构造层的重量、屋架和支撑的重量及 天窗等结构的自重，屋架和支撑的重量及天窗重量 2、可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风 荷载、悬挂吊车荷载等，其中雪荷载、积灰荷载、风荷载等 。二、荷载组合 为了求出各个杆件的最不利内力，必须对作用在屋架上的荷 载根据施工和使用过程可能出现的分布情况进行组合，一般 为以下三种情况： 1、全跨永久荷载+全跨可变荷载 2、全跨永久荷载+半跨可变荷载 3、全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载
第四节 荷载和荷载组合 一、作用在屋架上的荷载有永久荷载和可变荷载。 1、永久荷载包括屋面构造层的重量、屋架和支撑的重量及 天窗等结构的自重，屋架和支撑的重量及天窗重量 2、可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风 荷载、悬挂吊车荷载等，其中雪荷载、积灰荷载、风荷载等 二、荷载组合 为了求出各个杆件的最不利内力，必须对作用在屋架上的荷 载根据施工和使用过程可能出现的分布情况进行组合，一般 为以下三种情况： 1、全跨永久荷载+全跨可变荷载 2、全跨永久荷载+半跨可变荷载 3、全跨屋架和支撑自重+半跨屋面板重+半跨施工荷载
第五节内力计算 。下面具体介绍图解法的计算过程（不考虑起拱）： 应用图解法求得单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各 杆内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨 各节点时的杆件内力，并求出荷载组合下的杆件内力，取其 币不利内方（正、负最大值）作为设计屋架的依据。 图解法求杆力系数的方法及步骤： ①按一定比例尺画出屋架几何尺寸的单线图（不考虑起 拱)； ②计算节点力及支座反力，并标在相应节点及支座处： ③根据杆件及节点力、支座反力将整个屋架所在平面分 区，并编号； ④取一定的力比例尺，绘制力多边形 ⑤根据力多边形及屋架几何图判断杆件的拉、压
第五节 内力计算 下面具体介绍图解法的计算过程(不考虑起拱)： 应用图解法求得单位荷载作用于全跨及半跨各节点的各 杆内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨 各节点时的杆件内力，并求出荷载组合下的杆件内力，取其 中不利内力(正、负最大值)作为设计屋架的依据。 图解法求杆力系数的方法及步骤： ①按一定比例尺画出屋架几何尺寸的单线图（不考虑起 拱）； ②计算节点力及支座反力，并标在相应节点及支座处； ③根据杆件及节点力、支座反力将整个屋架所在平面分 区，并编号； ④取一定的力比例尺，绘制力多边形； ⑤根据力多边形及屋架几何图判断杆件的拉、压