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屋蓋鋼結構設計布置要點

一、屋蓋結構組成
鋼屋蓋結構組成：屋面板、檁條、屋架、托架、天窗架、支撐等構件。

屋架的跨度和間距取決于柱網(wǎng)布置，柱網(wǎng)布置取決于建筑物工藝要求和經濟要求。屋架跨度較大：為了采光和通風，屋蓋上常設置天窗。柱網(wǎng)間距較大，超出屋面板長度：應設置中間屋架和柱間托架，中間屋架的荷載通過托架傳給柱（圖3－1）。

屋架與屋架之間：布置支撐，增強屋架的側向剛度，傳遞水平荷載和保證屋蓋體系的整體穩(wěn)定。

二、屋蓋體系分類
兩種屋蓋：無檁屋蓋和有檁屋蓋。
無檁屋蓋：屋面荷載直接通過大型屋面板傳遞給屋架（圖3－2）。
優(yōu)點：屋蓋橫向剛度大，整體性好，構造簡單，施工方便等；
缺點：屋蓋自重大，不利于抗震，其多用于有橋式吊車的廠房屋蓋中。

有檁屋蓋：當屋面采用輕型材料如石棉瓦、瓦楞鐵、壓型鋼板和鐵絲網(wǎng)水泥槽板等時，屋面荷載要通過檁條再傳遞給屋架（圖3－3）。
優(yōu)點：構件重量輕，用料省；
缺點：屋蓋構件數(shù)量較多，構造較復雜，整體剛度較差。  
圖3－3 有檁屋蓋體系

屋蓋支撐體系

一、屋蓋支撐作用
主要作用：①保證屋蓋結構的整體穩(wěn)定；②增強屋蓋的剛度；③增強屋架的側向穩(wěn)定；④承擔并傳遞屋蓋的水平荷載；⑤便于屋蓋的安裝與施工。
屋架——屋蓋的主要承重結構。需要用支撐連接屋架。長的屋蓋結構，在中間設置橫向支撐。
橫向支撐——屋架弦桿的側向支承點，減小弦桿在平面外的計算長度，減小動力荷載作用下的屋架平面外的受迫振動。
屋蓋支撐將作用于山墻的風荷載、懸掛吊車水平荷載及地震作用傳遞給房屋的下部支承結構。
鋼屋架安裝：首先吊裝有橫向支撐的兩榀屋架，將支撐和檁條與之連系形成穩(wěn)定體系，然后再吊裝其他屋架與之相連。

二、屋蓋支撐布置
五種屋蓋支撐：上弦橫向水平支撐、下弦橫向水平支撐、下弦縱向水平支撐、垂直支撐和系桿。
1．上弦橫向水平支撐 
圖3－4 屋蓋支撐布置

在屋蓋體系中，一般都應設置屋架上弦橫向水平支撐，包括天窗架的橫向水平支撐。
上弦橫向水平支撐：布置在房屋兩端或在溫度縫區(qū)段的兩端的第一柱間或第二柱間。橫向水平支撐的間距≤60 m，房屋長度>60 m，還應另加設水平支撐。
2．下弦橫向水平支撐
設置條件：
屋架跨度＞18 m；
屋架跨度<18 m，但屋架下弦設有懸掛吊車；
廠房內設有噸位較大的橋式吊車或其他振動設備；
山墻抗風柱支承于屋架下弦。
    設置位置：下弦與上弦橫向水平支撐應在同一柱間內，以便形成穩(wěn)定的空間體系。
3．下弦縱向水平支撐
 設置條件：
設有重級工作制吊車或起重噸位較大的中、輕級工作制吊車；
設有鍛錘等大型振動設備；
屋架下弦設有縱向或橫向吊軌；
設有支承中間屋架的托架和無柱支撐的中間屋架；
房屋較高，跨度較大，空間剛度要求高。
    設置位置：設在屋架下弦端節(jié)間內，與下弦橫向水平支撐組成封閉的支撐體系，提高屋蓋的整體剛度。
4．垂直支撐
    垂直支撐作用：使相鄰兩榀屋架形成空間幾何不變體系保證側向穩(wěn)定的有效構件。
設置位置：
設置在設有上弦橫向支撐的柱間內；
在屋架跨度方向還要根據(jù)屋架形式及跨度大小在跨中設置一道或幾道。 
梯形屋架：
當跨度≤30 m時，應在屋架跨中和兩端的豎桿平面內各布置一道垂直支撐；
當跨度＞30 m時，
無天窗時，應在屋架跨度 1／3處和兩端的豎桿平面內各布置一道垂直支撐，
有天窗時，垂直支撐應布置在天窗架側柱的兩側。
三角形屋架：
當跨度≤24 m時，應在跨中堅桿平面內設置一道垂直支撐；
當跨度＞24 m時，應根據(jù)具體情況布置兩道垂直支撐（圖3－5）。
圖3－5 垂直支撐布置

 屋架安裝時，每隔4～5個柱間設置一道垂直支撐，以保持安裝穩(wěn)定。
5．系桿
系桿作用：充當屋架上下弦的側向支撐點，保證無橫向支撐的其他屋架的側向穩(wěn)定。
系桿：剛性系桿和柔性系桿。能承受壓力的為剛性系桿，只能承受拉力的為柔性系桿。
設置位置：
上弦平面內，檁條和大型屋面板均可起剛性系桿作用，因而可在屋架的屋脊和支座節(jié)點處設置剛性系桿。
下弦平面內，可在屋架下弦的垂直支撐處設置柔性系桿。
地震區(qū)應按抗震規(guī)范的規(guī)定設置。

三、屋蓋支撐的形式、計算和構造
形式：屋蓋支撐一般均為平行弦桁架形式（圖3－6）。
腹桿采用十字交叉形式，一般用于上弦橫向、下弦橫向及下弦縱向水平支撐（圖3－7a）。
縱向水平支撐桁架的節(jié)間，以組成正方形為宜，一般為6m×6m，或長方形，如6m×3m。橫向水平支撐節(jié)點距離為屋架上弦節(jié)點距離的2~4倍。垂直支撐的腹桿形式可根據(jù)桁架的寬高比例確定。
當寬高較接近時，可用交叉斜桿（圖3－7b）；
當高度較小時，可用V式及W式斜桿（圖3－7c，d），弦桿與斜桿間的交角為30°~60o。
 

圖3－6 平行弦桁架

  圖3－7 屋蓋支撐形式

桿件截面：屋蓋支撐受力較小，通常可按容許長細比來選擇。
交叉斜桿和柔性系桿按拉桿設計，可采用單角鋼；
非交叉斜桿、弦桿、豎桿以及剛性系桿按壓桿設計，可采用雙角鋼組成十字形或T形截面。
當屋架跨度較大、房屋較高且基本風壓也較大時，桿件截面應按桁架體系計算出的內力確定。可假定在水平桁架節(jié)點上的集中風力荷載作用下，交叉斜桿中的壓桿退出工作，僅由拉桿受力，這樣，使原來的超靜定體系簡化為靜定體系（圖3－8）。圖中W為水平節(jié)點荷載，由風荷載或吊車荷載引起。
圖3－8 水平荷載作用下支撐內力計算簡圖
節(jié)點連接構造：盡量簡單方便。角鋼支撐與屋架一般用C級螺栓連接，螺栓用M20。在有重級工作制吊車或有較大振動設備的廠房，除螺栓外，還應加安裝焊縫，焊縫長度≥80 mm，焊腳尺寸≥6 mm。當采用圓鋼作支撐時，應用花籃螺栓預加拉力將圓鋼拉緊。