重型厂房结构设计

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1、第 2 章 中、重型厂房结构设计在冶金，造船，机械制造等行业、有许多重型厂房，它们的显著 特点是跨度大、高度大、吨位大。例如冶金工业的转炉车间，装配一 个容积400m3的转炉时，共跨度可达30m,多层部分的高度可达80m, 整个厂房占地面积达30000m2，吊车的起重量可达 450t。在机械制造 行业，有高度60m，吊车起重量高达1200t的重型厂房。综合分析可 靠性,耐久性和经济性表明, 这种重型工业厂房最适宜采用全钢结构 建造。随着我国钢产量的增加, 一些中型厂房也会采用全钢结构或钢 屋盖结构。 本章内容以重型厂房为主要对象, 同时也论及中型厂房结 构和一般钢桁架。2.1 结构形式和结构布

2、置2.1.1 一般说明在房屋建筑学中,已经学习了厂房的类别及平面、剖面和立面建 筑设计的基本知识。重型厂房一般取单层刚 （框）架结构形式,但也有 一部分为多层刚架者。图 21 是典型单层单跨厂房构造简图,其屋 顶既可采用钢屋架大型屋面板结构体系, 亦可采用钢屋架檩条 轻型屋面板结构体系,或横梁檩条轻型屋面板结构体系。图2 1 单层厂房构造简图1柱；2屋架；3吊车梁；4天窗架；5柱间支撑吊车是厂房中常见的起重设备，按照吊车使用的繁重程度（亦即吊 车的利用次数和荷载大小），国家标准起重机设计规范（GB3811） 将其分为八个工作级别，称为 A1 A8。吊车的工作制等级与工作级别的对应关系表2 1工

3、作制等级轻级中级重级特重级工作级别A1 A3A4,A5A6,A7A82.1.1.1柱网布置和计算单元厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。一般地，在跨度不小于30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于50t时，柱距取12m较为经济；参数较小的厂房取6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构， 则取大柱距15m，18m及24m较适宜。位于软弱地基上的重型厂房, 应采用较大柱距。在一些工业部门.为了满足工艺要求，厂房亦可呈多跨形式（如图2 2所示）图22柱网布置国冢规范要求，在厂房的纵向或横向的尺度较大时，一般应按表22在平面布置中设置温度收缩

4、缝，以避免结构中衍生过大的温度 应力。超出表中数值时，应考虑温度应力和温度变形影响。双柱温度 收缩缝或单柱温度收缩缝原则上皆可采用，不过在地震城区宜布置双 柱收缩缝。温度区段长度表 （m）表22纵向温度区段（垂横向温度区段结构情况直屋架或构架跨度（屋架或构架跨度方向）方向）柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采 暖地区的房屋220120150热车间和采暖地区的非采暖房屋180100125露天结构120由于工艺要求或其他原因，有时需要将柱距局部加大。如图22中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线 K和M之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。通常在拔 柱处设置一构件，如图22中

5、的构建T1,上承屋架（或其他屋面结 构），下传柱子，该构件为实腹式时称为托粱，桁架式时称为托架。托梁和托架一般作为简支受弯构件。 托粱可采用焊接工字型截面，其 截面高度可取其跨度的1/10 1/ 8,翼缘宽度取截面高度的 1/5 1/2. 5,箱形托梁双腹板之间的距离可取其截面高度的1/41/2,且不宜小于400m。托架高度可取其跨度的1/1（） 1/5,节间距可 取3m。托梁或托架与屋架的连接有叠接和平接两种， 前者构造简单， 便于施工，但存在使托梁或托架受扭的缺点；后者可有效地减轻托梁 或托架受扭的不利影响，较常用。为了进行结构分析，必须明确横向框架所承担的荷载，通常以计 算单元表示。图2

6、 2中阴影部分所示，即为位于轴线j上的两跨框（排） 架的计算单元、它的宽度一般是相邻柱距的平均值。 对于等柱距且无拔柱的平面布置，显然只需取一个计算单元。否则，应当划分数个计 算单元。在柱网布置和剖、立面设计中还涉及到诸多几何参数的相互协调， 尤其是吊车外轮廓与屋架下弦下表面之间的净距 :.、吊车大轮的中心 线与柱纵向定位轴线之间的净距离 b、吊车外轮廓与柱体内表面之间 的净距离c等，可参见图23取值，图2 3吊车外轮廓线与临近构件的净距要求2.1.1.2横向框架及其截面选择横向框架可呈各种形式（如图24）。重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩绝对值（从而减小柱裁面尺寸），而且

7、 增大横向框架的刚度：横梁与柱子的连接可以是铰接 （如图24c）, 亦可以是刚接（如图24a, b），相应地，称横向框架为铰接框架或刚 接框架。对一些刚度要求较高的厂房（如设有双层吊车，装备硬钩吊 车等），尤其是单跨重型厂房，宜采用刚接框架。在多跨时，特别在 吊车起重量不很大和采用轻型围护结构时， 适宜采用铰接框架（如图2 4c）。图2 4 框架形式从耗钢量考虑，重型厂房中的承重柱很少采用等截面实腹式柱， 一般采用阶梯形柱。其下段通常取缀条格构式，而上段既可采用实腹 式（见图25a），亦可米用格构式。但是当格构式柱的加工制作费用 比重增大时，需综合权衡经济指标来选择承重柱的结构形式，如边柱下段

8、做成空腹式。实腹式等截面柱的构造简单，加工制作费用低，常 在厂房高度不超过10m且吊车额定起重量不超过20t时采用。厂房高 度不大，但吊车额定起重量超过 100t,或吊车吨位不大而厂房高度 较大（有刚度要求）时，宜采用分离式承重柱。分离式柱的吊车肢和屋盖肢通常用水平板做成柔性连接（见图25b）。这种连接既可减小两 肢在框架平面内的计算长度，又实现了两肢分别单独承担吊车荷载和 屋盖（包括围护结构）荷载的设计意图。尤其对位置不高的大吨位吊车 或车间有可能改扩建时，分离式柱更显其优点。1-1柔性超板图25格构式柱与分离式柱（a）具有分离式柱脚的格构式；（b）分离式柱双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常

9、见形式. 图26是其截面 的常见类型Q)b)图2 6双肢格构式柱厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩类型，对于装备A6 A8级吊车的车间除了要求结构具有大的横向刚度外，还应保证足够大的纵向刚度。因此，对于装备A6 A8级吊车的单跨厂房，宜将屋架和柱子的连接以及柱子和基础的连接均作刚性构造处理。纵向刚度则依靠柱的支撑来保证。 设计在侵蚀性环境中工作的厂房，除了要选择耐腐蚀性的钢材，还应寻求有利于防侵蚀的结构形式和构造措施。同理，在高热环境中工作的厂房，在设计中不仅要考虑对结构的隔热防护， 亦应采用有利于隔热 的结构形式和构造措施。可参照已有的同类型构件或设计

10、参考资料，初步确定构件的截面 尺寸。在无资料可参照时，可按表 23初拟柱各段截面的高度和宽 度。其中Q指吊车吨位，H指全柱长度，Hi指上阶柱长度。别 类17 HH 高 柱车 吊 无3 - Q等截面柱OH上阶形阶5 1H11O11H1H1 H J/ 9 / 2 /11下阶形形柱O2 HH9/-2 /33HH阶形柱无论是实腹式还是格构式，均是以肩粱将其各阶段连在一起形成整体的。肩梁有单腹壁和双腹壁之分，如图27所示L住内科图27肩梁构造及计算简图（a）单腹壁肩梁；（b）双腹壁肩梁；（c）肩梁计算简图2.1.1.3 柱间支撑作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震力 等均要求厂房具有足

11、够的纵向刚度。这在结构上是通过合理的柱间支 撑和屋盖支撑（参见2. 1. 3节）的设置来实现的。每列柱都必须设置 柱间支撑，多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜与其边列柱的柱间支撑布 置在同一柱间。通常将吊车梁上部的柱间支撑称为上层柱间支撑，吊车梁下部的柱间支撑称为下层柱间支撑（参见图28）。下层柱间支撑 一般宜布置在温度区段的中部，以减少纵向温度应力的影响。当湿 度区段长度大于150m或抗震设防烈度为8度皿、IV类场地和9度时, 应当增设一道下层柱间支撑，且两道下层柱间支撑的距离不应超过72m。上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱间设置外.还应当在每个温度区段的两端设置。每列柱顶均要布置刚性系杆

12、。图28柱间支撑布置常见的下层柱间支撑是单层十字形（见图29）。支撑的倾角应控 制在35 -55之间，如果单层十字形不能满足这种构造要求。可选用人 字形，K形，丫形，双层十字形或单斜杆形。如果由于柱距过大12m 或其他原因（例如工艺或建筑上的需要），不能设置上述形式的下层柱 间支撑时。可以考虑采用门形，L形柱间支撑，甚至不加任何斜撑而 将吊车梁与下段柱的吊车肢刚性连接构成刚架。 后一方式制造和安装 都较复杂，一般不提倡使用。上层柱间支撑的常见形式见图210，般采用十字形，人字形或 K形，柱距较大时可取v形或八字形Iff）山）i）图29下层柱间支撑的形式（a）单层十字形（b）人字形（c） K形（

13、d） Y形（e）单斜杆形（f）门形（g）L形（h）刚架形双层十字形5)W()(d)G)图210上层柱间支撑的形式（a）十字形 （b）人字形 （c） K形（d）八字形 （e） V形2.1.2 屋架外形及腹杆形式2.1.2.1 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。 应力在截面上均匀分布， 因 而容易发挥材料的作用。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。本章主要结 合钢屋架阐述桁架设计的各种问题

14、， 也简略介绍一些其他用途的桁架 的特点。2.1.2.2 桁架的外形及腹杆形式桁架的外形宜接受到它的用途的影响。就屋架来说，外形如图 2 11所示。其中前四种为单系腹杆第五种即交叉腹杆为复系腹杆。3皿3图211钢屋架的外形2.1.2.3确定桁架形式的原则桁架外形与腹杆形式，应该经过综合分析来确定。确定的原则应从下述几个方面考虑。（1）满足使用要求 对屋架来说，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以及建筑造型的 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，适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮等

15、屋 面材料，坡度一般在1/3-1/2。梯形屋架上弦较平坦，适合于采用压 型钢板和大型钢筋混凝土屋面板（带油毡防水材料），坡度一般在 1/12- 1/ 8当采用长压型钢板顺坡铺设屋面时，最缓的可用到1/20甚至更小的坡度。三角形屋架端部高度小.需加隅撑（图212）才能与柱形成刚接，否则只能与柱形成铰接。梯形屋架的端部可做成足够的高度，因之即可铰支于杆也可通过两个节点与柱相连而形成刚接框架。近年来一些国家在厂房中多采用平行弦双坡屋架，我国宝山钢铁公司初轧厂的屋架形式如图2 11（f）所示图212有隅撑的框架图213皮带运输机桥简支桁架皮带运输机桥的桁架是斜置的（图2 13c）、通常跨度不特别大，

16、一般采用户平行弦桁架，带竖杆的人字式腹杆体系 （图2 13a），有时 也用豪氏屋架中的单向斜杆体系（图213b）。（2 ）受力合理只有受力合理时才能充分发挥材料作用，从而达到 节省材料的目的。对弦杆来，所谓受力合理是要使各节间弦杆的内力 相差不太大，这样，用一根通长的型钢来做弦杆时对内力小的节间就 没有太大的浪费。一般讲，简支屋架外形与均布荷载下的抛物线形弯 矩图接近时，各处弦杆内力才比较接近。但是，弦杆做成折线形时节 点费料费工， 所以桁架弦杆般不做成多处转折的形式， 而经常做成 上述三种形式，它们的弦杆都只在屋脊处有转折。塔架是主要承受水平荷载的悬臂空间桁架，塔架下部所受弯矩渐 次增大，为

17、使受力合理，通常做成上窄下宽的棱锥外形。(3) 制造简单及运输与安装方便制造简单，运输及安装方便可以节省劳动量并加快建设速度。(4) 综合技术经济效果好传统的分析方法多着眼于构建本身的省料与节省工时，这样还是不全面的。在确定桁架形式与主要尺寸时， 除上述各点外还应该考虑到各种有关的因素， 如跨度大小、荷载状况， 材料供应条件等， 尤其应该考虑建设速度的要求， 以期获得较好的综 合技术经济效果。在上述原则基础上，根据具体条件，桁架形式可有很多变化。图2 15(a)的方式可使三角形屋架支座节点的构造有所改善，因为一般 三角形屋架端节间弦杆内力大而交角小、制造上有困难。图215(a)的三角形屋架的下

18、弦下沉后，不仅弦杆交角增大且屋架的重心降低， 提高了空间的稳定性。 平行弦双坡屋架如果不是坡度很小， 下弦中间 部分取水平段为好(图215b)。双坡平行弦屋架的水平变位较大， 对支承结构产生推力。下弦中部取消水平段后，所述缺陷有所改善， 弦杆内力也较均匀。w图215屋架形式的变化2.124桁架主要尺寸的确定桁架的主要尺寸指它的跨度L和高度H（包括梯形屋架的端部尚高 度H ）（图211）。跨度L,对屋架来说由使用和工艺方面的要求决定。 屋架的高度则由经济条件、刚度条件（屋架的挠度取值L/500），运输 界限（铁路运输界限高度为3.85m）及屋面坡度等因素来决定。2.1.3屋盖支撑当采用屋架作为主

19、要承重构件时，支撑（包括屋架支撑和天窗架支 撑）是屋盖结构的必要组成部分。以下按支撑作用和支撑的布置原则， 分别加以叙述。2.1.3.1屋盖支撑的作用（1）保证屋盖结构的几何稳定性在屋盖中屋架是主要承重构件。各个屋架如仅用檩条和屋面板连 系时.由于没有必要的支撑，屋盖结构在空间是几何可变体系，如图 216中虚线所示。只有用支撑合理地连接各个屋架，形成几何不变 体系时，才能发挥屋架的作用，并保证屋盖结构在各种荷载作用下能 很好地上作首先用支撑将两个相邻的屋架组成空间稳定体，然后用檩条及上 下弦平面内的一些系杆将其余各屋架与空间稳定体连接起来，形成几何不变的屋盖结构体系（图2 16b）。图216屋

20、盖支撑作用示意图a上弦横向水平支撑 b下弦横向水平支撑 c垂直支撑 d檩条或大垂 屋面板保证屋盖的刚度和空间整体性横向水平支撑是一个水平放置（或接近水平放置）的桁架，桁架两 端的支座是柱或垂直支撑，桁架的高度常为6m（柱距方向），在屋面平面内具有很大的抗弯刚度。在山墙风荷载或悬挂吊车纵向刹车力作 用下，可以保证屋盖结构不产生过大变形。3）为弦杆提供适当的侧向支承点支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点（图 2 16b），减小弦杆在屋 架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保 持足够的侧向刚度。（4）承担并传递水平荷载如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。（5）保证结构安装时的稳

21、定与方便。2.1.3.2 屋盖支撑的布置（1）上弦横向水平支撑在有檩条 （有檩条系 ）或不用擦条而只采用大型屋面板 （ 无檩条系 ） 的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑。 当有天窗架时， 天窗架上 弦也应设置横向水平支撑。上弦横向水平支撑应设置在房屋的两端或有横向伸缩缝时在温度 缝区段的两瑞。一般设在第一个柱间 （图 2 17）或设在第二个柱间。 横向水平支撑的间距L。以不超过60m为宜，所以在一个温度区段Lt 的中间还要布置一或几道。.r111 X ,x2 XXXX a!上弦平面1e丨 弦平面12天窗架天窗上孩平面/图217屋盖支撑示例a上弦横向水平支撑 b下弦横向水平支撑 c纵向水平支撑

22、 d屋架垂直支撑 a 天窗架横向水平支撑d天窗架垂直支撑e刚性系杆 f柔性系杆（2）下弦横向水平支撑一般情况下应该设置下弦横向水平支撑，只是当跨度比较小（L 60）图222 风向与分区其他的情形按建筑结构荷载规范（GB50009）的规定取值。222 刚架内力计算为了简化计算，通常引用当量惯性矩将格构式柱和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。当量惯性矩的一般表达式为：+ （2- 1）其中，A.和A分别为格构式柱两肢（或屋架上下两弦）的截面积，x.和X-：分别是格构式柱两肢（或屋架上下两弦）的截面形心到格构式柱截 面中性轴的距离，见图223。其中是反映剪力影响和几何形状的 修正系数，平行弦情形，可取

23、 丄为0.9,上弦坡度为1/10时取为 0.8,上弦坡度为1/8时取为0.7,对于屋架，其当量惯性矩可直接 表达为：A A .1 =叭十九（2一2）其中，h是上下两弦截面形心之间的距离。当屋架的几何尺寸未定时， 亦可依下式估算其当量惯性矩：(2-3)其中最大弯矩M max可以简支屋架在屋面荷载作用下的跨中弯矩代入, f是弦杆的抗拉强度设计值。223内力组合原则按照建筑结构荷载规范的规定，结构设计应根据使用过程中 在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限 状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计 在钢结构设计中，按承载能力极限状态计算时一般考虑荷载效应的基

24、 本组合（包括由可变荷载效应控制的组合和由永久荷载效应控制的 组合）.必要时考虑荷载效应的偶然组合。对于一般的刚（框）架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接 可取下列简化公式的最不利值确定：S = gSgkqiSqi（24）ns= gSgk oaQiSQik（25）荷载效应组合的目的最终是为了找到最不利组合情形对构件和 连接进行校核，以确定设计是否安全。因此，实际设计过程中，通常 采取的方法是；就构件校核条件中出现的内力，寻求它们分别取可能 的最大值时的组合进行校核。譬如，对于一般的受弯构件，只需对最 大正负弯矩和最大正负剪力这四种情形进行校核。换言之，受弯构件最多（因为在一些特定的情形下，

25、其中某些组合显然不起控制作用）只需作如下四种内力组合：I：（ Mmax , V） , H ：（Mm；x , V）,皿：（Vmax , M ） , W：（Vm；x,M）其中 Mm a , Mm；x 最大正负弯矩Vmax , Vm；x最大正负剪力M, V 相应内力组合的弯矩和剪力同理，对于一般的压弯构件最多（因为在一些特定的情形下，其中 某些组合显然不起控制作用）只需作如下四种内力组合：I： （ Mmax , N） , H ：（Mm；x , N）,皿：（Nmax , M ） , IV ：（Nax,M）其中 山；，Nmax最大正负轴力以上四种组合自然还应包括和M对应的剪力V，这里略去了。此外，对后两

26、项组合还需分别考察正弯矩和负弯矩。内力组合表表26构件与截面编号恒载活载 风载吊车刹车左吹右吹左刹右刹标准值M128.8143.5-94.51.61-28.228.2N36.440.5-17.3-8.98-2.092.09组合I选项VVVV左截(Max )M1.2X 128.8+0.9 X 1.4 X (143.5+1.61 +)N1.2X 36.4+0.9 X 1.4 X( 40.5-8.98+)组合H选项VVV(Mm；x)M1.2X 128.8+0.9 X 1.4 X (-94.5-28.2+)N1.2X 36.4+0.9 X 1.4X( -17.3-2.09)组合皿选项VVV(NmL )

27、M1.2X 128.8+0.9 X 1.4 X (143.5+28.2+)柱面N1.2X 36.4+0.9 X 1.4 X( 40.5+2.09+)组合W选项VVVg)M1.2X 128.8+0.9 X 1.4 X (-94.5-28.2+)N1.2X 36.4+0.9 X 1.4X( -17.3-2.09)2.3钢屋架设计2.3.1桁架的内力计算和组合作用在屋架上的恒荷载和活荷载及它们的分项系数和组合系数， 按荷载规范GB50009的规定计算。屋架杆件的内力，按节点荷载作用下的铰接平面桁架，用图解法 或解析法进行分析。为便于计算及组合内力，一般先求出单位节点荷 载作用下的内力(称作内力系数)

28、.然后根据不同的荷载及组合，列表 进行计算。屋架节点多数为焊接连接(少数也有用高强螺栓连接的)，且交汇的杆件大多通过节点板相连。因此，节点有一定刚性，节点刚性在杆 件中引起的次应力一般较小，不予考虑。但荷载很大的重型桁架有时 需要计入次应力的影响。屋架中部某些斜杆，在全跨荷载时受拉而在半跨荷载时可能变成 受压，这是应该注意的。半跨荷载是指活荷载、雪荷载或某些厂房受 到的积灰荷载作用在屋盖半边的情况，以及施工过程中由一侧开始安 装大型屋面板所产生的情况等。所以内力计算时除应该按满跨荷载计 算外，还要按半跨荷载进行计算，以便找出各个杆件可能的最不利内 力。有节间荷载（图2 24）作用的屋架，可光把

29、节间荷载分配在相邻的 节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。 直接承受节间荷 载的弦杆则要用这样算得的轴线内力，与节间荷载产生的局部弯矩相 组合，然后按压弯构件设计。这一局部弯矩.理论上应按弹性支座的 连续梁计算，算起来比较复杂。考虑到屋架杆件的轴力是柱要的，为 了简化，实际设计中一般取中间节间正弯矩及节点负弯矩为 M=0.6M，而端节间正弯矩为M10.8M，其中M为将上弦节间视力 简支梁所得跨中弯矩，当作用集中荷载时其值为pd/4.2.3.2桁架杆件的计算长度桁架中无论压杆或拉杆都需要找出其计算长度，因为有了计算长 度才能进行压杆的稳定性验算，以及压杆和拉杆的刚度验算。桁架及支撑的杆

30、件都应满足刚度要求，其标志是长细比的大小要符合规范规定的容许值。因受力条件和杆件的重要程度不同， 规范规 定了不向的容许值。桁架中的受压杆件的容许长细比为 150，支撑的 受压杆什为200。直接承受动力荷载的桁架中的拉杆为 250.只承受 静力荷载作用的桁架的拉杆，可仅计算在竖向平面内的长细比， 容许 值为350,支撑的受拉杆为400.2.3.3杆件的截面型式桁架杆件截面的型式，应该保证杆件具有较大的承载能力、较大 的抗弯刚度，同时应该便于相互连接且用料经济。 这就要求杆件的截 面比较扩展，壁厚较薄，同时外表平整。根据这一要求、多年来主要 采用双角钢来做屋架以及跨度相近的桁架如皮带运输机桥等的

31、杆件。 压杆应该对于截面的两个主轴具有相等或接近的稳定性、即飞Y ,以充分发挥材料的作用，拉杆则常用等边角钢来做。因为等边角钢一 般比不等边角钢容易获得。受拉弦杆角钢的伸出肢宜宽一，以便具有 较好的出平面刚度。需要注意的是，双角钢属于单轴对称截面，绕对 称轴y屈曲时伴随有扭转，y应取考虑扭转效应的换算长细比YZ.受压弦杆，在一般支撑布置的情况下，常为，为获得近于等稳的条件，经常采用两等肢角钢或两短肢相并的不等肢角钢组成 的T形断面（图228a或b）。二者之中以用钢量较小的为好。鉴于 YZ - Y，后一截面比较容易做到等稳定。当有节间荷载时，为增强弦 杆在屋架平面内的抗弯能力，可采用两长肢相并的

32、不等肢角钢组成的 T形截面（图2 28c）;但弦杆处于屋架的边缘，为增加出平面的刚度 以利运输及安装，也可以考虑采用两等肢角钢；受拉弦杆，往往/：oy比f0X大得多，此时可米用两短肢相并的不等肢角钢组成的或者等肢角钢组成的T形截面(图228a或b).图2 28角钢杆件截面形式梯形屋架支座处的斜杆(主节点在下时受压，主节点在上时受拉) 及竖杆，由于Foy =tox，故可米用图2 28(a)或(c)的形式。考虑到扭 转影响，前者更容易做到等稳定。屋架中其他腹杆，因为FY=0.8f ,Foy J，即foY=l.25fox，所以一般采用图228(a)两等肢角钢的形式，连接垂直支撑的竖杆，常采用两个等肢

33、角钢组成的十字形截面图228d)，因为垂直支撑如需传力时则竖杆不致产生偏心，并且吊装时 屋架两端可以任意调动位置而竖杆伸出肢位置不变。受力小的腹 杆.也可采用单角钢截面，如图228(e)和所示，前者因连接有偏 心，设计强度有降低(参见单角钢缀条的计算)，后者虽无偏心但角钢 端部需切口以插入节点板进行焊接，工作稍繁，随着厂房结构的发展， 屋架杆件已有用T型钢取代双角钢的趋势，特别是屋架的弦杆。在实 际工程中常采用将H型钢沿腹板纵向切开的方法做成剖分 T型钢，由轧钢厂直接提供。与H型钢相应，剖分T型钢也分为宽翼缘、中 翼缘和窄翼缘三种类型（图229a,b及c）。由于T型钢是H型钢之半， 故其截面尺

34、寸都与相应 H型钢相同。T型钢的优点在于翼缘的宽度 大，并且腹板的厚度较薄。腹板薄则截面的经济性好。在屋架中，弦杆多半采用宽翼缘T型钢，腹杆则可用中冀缘 T型钢、单角钢或双 角钢。当腹杆采用T型钢或单角钢时，由于不存在双角钢相并的间隙， 所以耐腐蚀作用好，从这一角度看不次于圆管、方管等封闭式截面杆 件的结构。但是单面连接的单角钢的强度设计值降低较多，因而、现 在还常用双角钢做腹杆。用角钢做腹杆时，节点构造方便。图229 T型钢杆件截面形式T型钢弦杆双角钢腹杆的屋架比传统的全角钢屋架约节省钢材12% 15%。这主要是由于减小了节点板尺寸，上弦用料比角钢经济， 以及省去缀板等原因。这种屋架在国外已

35、广泛采用，我国在宝钢工程 中也已采用。不过目前生产的T型钢规格较少，在一定程度上制约其 应用。当屋架跨度较大（如L24m）并且弦杆内力相差较大时，弦杆可改 变一次截面，以便节省钢材。但以改变一次为度，如果改变两次则制 造工作量加大，反而不经济。 改变弦杆截面时，可保持角钢厚度不变 而改变肢宽，以方便连接。 T 型钢弦杆则可改变腹板高度。除上述截面外，圆管在网架结构中用得较多，矩形管近年来国外 用得较多，H型钢则可以用于跨度和荷载较大的桁架。2.3.4 一般构造要求与截面选择2.3.4.1 屋架构造的一般要求在一榀屋架中， 所用角钢的规格不应超过 56 种。普通钢屋架中 所用的角钢，最小规格应是

36、L45x4或L56x36x4。跨度超过18m的小 角钢屋架则不受此限。双角钢截面杆件在节点处以节点板相连， T 型钢截面杆件是否需 要用节点板相连应根据具体情况决定。 节点板受力复杂， 对一般跨度 的屋架可以不作计算， 而由经验确定厚度。 梯形屋架和平行弦屋架的 节点板把腹杆的内力传给弦杆， 节点板的厚度即由腹杆最大内力 （一 般在支座处 ）来决定 。三角形屋架支座处的节点板要传递端节间弦杆 的内力，因此，节点板的厚度应由上弦杆内力来决定。此外，节点板 的厚度还受到焊缝的焊脚尺寸hf和T型钢腹板厚度等因素的影响。一 般屋架支座节点板受力大，该处节点板厚度可参照表28 取用。 中间节点板受力小，

37、板厚可比支座处节点板的厚度减小2mm。 在一榀屋架中，除支座处节点板厚度可以大 2mm 外，全屋架节点板取相同 厚度。 20 世纪 70 年代后期国外有的研究证明，提高节点板的屈服 强度并不提高腹杆的承载能力，而在试验研究中将节点板厚度由10nm加厚到20mm时却提高腹杆屈曲荷载近40%。出此可见，屋架 节点板的厚度稍大些是有利的。屋架节点板厚度参考表（Q235）表2 8梯形屋架、平行弦屋架腹 杆最大内力三角形屋架端节间弦杆 内力（KN） 2002013203215205217807811170支座节点板厚度（mm）810121416由双角钢组成的T形或十字形截面的杆件，为了保证两个角钢共 同

38、工作，两角钢间需有足够的连系。做法是每隔一定距离在两角钢间 加设填板（图230）、填板尺寸由构造决定。在十字形双角钢杆件中填板应横竖交错放置。填板应比角钢肢宽伸出（十字形截面则缩进）10 15mm以便焊接，填板间距，对压杆取! 24m,三角形屋架L 15m）所生挠度较 大，影响使用与外观，制造时应予起拱.以避免在竖向荷载作用下屋 架跨中下垂。按杆件在荷载作用下的伸长量或缩短量，预先给各杆以减短或加长则可得下弦的起拱线。 但实际制造时，只在下弦有拼接处 起拱，拱度一般采用f=L/500（图237）。屋架起拱也可在索引图中 画出。施工详图中，主要图面用以绘制屋架的正面图，上、下弦的 平面图，必要的

39、侧面图，以及某些安装节点或特殊零件的大样图，施 工图还应有其材料表。屋架施工图通常采用两种比例尺： 杆件轴线一 般为1: 201: 30以免图幅太大，节点（包括杆件截面，节点板和小 零件）一般为1: 10 1： 15（重要节点大样比例尺还可大些），可清楚 地表达节点的细部制造要求。（3）在施工图中，要全部注明各零件的型号和尺寸，包括其加工尺寸、零件（杆件和板件）的定位尺寸、孔洞的位置，以及对工厂加上和 工地施工的所有要求。定位尺寸主要有，轴线至角钢肢背的距离，节 点中心至腹杆等杆件近端的距离，节点中心至节点板上、下和左、右 边缘的距离等。螺孔位置要符合型钢线距表和螺栓排列规定距离的要 求。对加

40、工及工地施工的其他要求包括零件切斜角，孔洞直径和焊缝尺寸都应注明。拼接焊缝要注意区分工厂焊缝和安装焊缝，以适应运 输单元的划分和拼装。（4）在施工图中，各零件要进行详细编号，零件编号要按主次、上下、左右一定顺序逐一进行。完全相同的零件用同一编号。当组成杆 件的两角钢的型号尺寸完全相同，然而因开孔位置或切斜角等原因， 而成镜面对称时，亦采用同一编号、但在材料表中注明正反二字以示 区别。此外，连接支撑和不连接支撑的屋架虽有少数地方不同（比如螺孔有不同），但也可画成一张施工图而加以注明。附图是标堆图， 既可用于和柱铰接，也可用于和柱刚性连接。材料表包括各零件的截面、长度、数量（正、反）和自重。材料表

41、的用途主要是配料和计算用 钢指标，其次是为吊装时配备起重运输设备。（5）施工图中的文字说明应包括不易用图表达以及为了简化图面 而易于用文字集中说明的内容，如：钢材标号、焊条型号、焊缝形式 和质量等级、图中未注明的焊缝和螺孔尺寸以及油漆、 运输和加工要 求等，以便将图纸全部要求表达完备。标准图集中有些说明集中做总 说明，因而附图的附注不完整。2.3.6矩形钢管屋架特点无论是圆管还是矩形管，其截面材料都分布在远离中性铀的位置， 而且是剪心和形心重合的封闭截面，其抗弯和抗扭的力学性能明显优 于角钢。由钢管构件组成的桁架可以省去大量节点板、 填板等的制作。 据称，钢管桁架与传统的角钢桁架相比，节省钢材

42、的幅度在20 %以上，对于有些结构（例如输电塔架）节省钢材可高达50%。除此之外， 管截面特有的封闭性使其具有良好的防腐蚀性能。矩形管屋架节点构造比圆管简单，国内应用较多， 因此主要介绍矩形管屋架设计 特点。目前.钢管桁架结构主要用在不直接承受动力荷载的场合。为了 防止钢管构件的局部屈曲，圆钢管的外径与壁厚之比一般要求不超过1 1 100 235/ fy ?，矩形管的最大外缘尺寸与壁厚之比不超过 40 235/ fy ?。 原则上既可采用热加工管材，亦可采用冷成型管材，但其材料的屈服 强度应不超过 Q345钢，屈强比不超过0.8,而且壁厚一般控制小于 25mm。钢管屋架的高跨比可在1/15 1

43、/10范围内选择。应尽量缩减节 点的类别与数量（例如选择无竖杆的人字形腹杆体系 ）以及所用管材 规格。在钢管桁架结构中，杆件直接相互焊接在一起形成节点，图238是常见的矩形管直接焊接节点。在交于同一节点的杆件中，截 面尺寸最大者常称为主管（通常为弦杆），其余皆称为支管。不允许将 支管插入主管内。主管与支管或两支管之间的夹角不宜小于30。支管端部宜使用自动切管机械切割，支管壁厚小于6mm时可不切坡口。 支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。焊缝形式既 可采用全周角焊缝，亦可部分采用角焊缝，部分采用对接焊缝。但是， 支管管壁与主管管壁的夹角不小于120的区域宜采用对接焊缝或带坡 口的角

44、焊缝。角焊缝的焊脚尺寸hf不宜大于壁厚的2倍（支管为圆管）图2 38矩形管直接焊接节点或1.5倍（支管为矩形管）。对于有间隙的K、N型节点（图238c）, 支管间隙a不应小于两值管壁厚之和。对于搭接的 K、N型节点（图 2 38d），当两支管的壁厚不同时，薄壁管应搭接在厚壁管之上；而图239搭接率计算示意两支管的钢材强度不同时，低强度管应搭接在高强度管之上。 搭接率Ov =q/p（两支管在主管表面的搭接长度与搭接管在该表面宽度之比， 见图2 39）应控制在如下范围：25% 乞 OJ 100%尽管搭接型节点强度高，但宜首选非搭接型节点，因为这种节点加工 制作方便。记第i个支管的截面宽度为b .主

45、管的截面宽度为b,则它们的比 值二b/b是影响节点力学性能的重要参数。 对于K、N型节点，这个 参数定义为：4b(210)其中，hi是第i个支管的截面高度。通常以下标1代表受压支管，下标2代表受拉支管。当以及矩形管节点的其他几何参数满足表 210,同时桁架平面内主管的节间长度与截面高度之比不小于12、支 管的相应之比不小于24时，仍然可将节点视作铰接进行内力分析为了保证直接焊接钢管结构的安全正常工件，不仅结构中的杆件 不允许破坏，节点也同样不允许破坏。因此钢管结构中的主管和支管， 作为普通的轴心受力构件或压（拉）弯构件（存在节间荷载时）.不仅要 满足这些构件的承载力的要求，同时，支管的轴向内力设计值还不应 超过节点承载力设计值。节点的承载力与节点的破坏模式紧密相关， 而1则是反映破坏模式的重要参数。2.3.6.1矩形支管的T、Y和x型节点（图