厂房屋面系统钢屋架设计中几个应注意的问题

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1、厂房屋面系统钢屋架设计中几个应注意的问题本文针对现代工业厂房跨度大、屋面荷载大、吊车吨位大，厂房高等特点，对采用屋架承重体系的屋面系统设计中应注意的几个问题进行了论述，希望能对今后工业厂房钢屋架设计起到借鉴作用。关键词：钢屋架，屋架稳定，脆性破坏，弯曲刚度，纵向支撑，横向支撑1、荷载作用下钢屋架的工作特性　　单跨钢屋架的设计，一般情况下应按照规范条文验算强度及稳定，但对于稳定性问题仅按条文处理尚有不足。为此设计人员除对规范依据有一定深度的理解外，尚需对影响屋架构件稳定的因素及破坏机理有充分的了解。　　屋架破坏通

2、常由于压杆失稳而引起的，有时杆件失稳无征兆而出现脆性破坏，对屋面系统中重要的承重构件屋架而言，脆性破坏比延性破坏带来的危害更大。而屋架中间受压腹杆往往在并不是应力最高状态突然失稳,这是由于初弯曲或制作缺陷所致。在设计中间受压腹杆时，应提高其刚度并在制作运输过程中防止其受弯折。　　平面屋架的稳定由受压弦杆和腹杆来保证，屋架节点处均设有节点板，节点在屋架平面内实际是刚性的，使弦杆及腹杆端部都受到不同程度约束，因而杆件失稳也就造成了屋架整体的失稳了，在屋架设计中应综合考虑各杆件间的相互影响。屋架受压腹杆受到的约束低于

3、受拉腹杆，杆件受拉时弯曲刚度增大，拉力越大约束作用也越大，压杆在屋架平面内稳定性越好。因而当拉杆安全度较低时，节点对压杆的约束就会减弱，这样也就恶化了压杆的稳定性。因此屋架中间区域受拉腹杆应适当加大截面。　　节点板在屋架平面外的刚度很小，对弦杆起不到约束作用，而弦杆平面外的稳定完全靠横纵向支撑结构(包括系杆、支撑架等)来保证，对整体屋架而言，上、下弦杆平面外正确地配置横向支撑和系杆等，既保证了屋盖结构整体稳定，同时也有利于腹杆的稳定性。　　通过对平面屋架在荷载作用下工作性能的研究指出，杆件在弹性工作阶段实际应力

4、小于理论应力（大致小10%一18%），对屋架继续加载，屋架将由弹性阶段转入弹塑性阶段。由于杆件和荷载缺陷及由节点刚度产生弯矩(次应力)使屋架应力及挠度较快增大而使弹塑性进一步发展。实际应力小于理论应力是由于计算模型与实际受力状况的差异引起的。节点塑性的出现降低了其刚度，也减少了附加应力，因此塑性并不危险，可以继续承载，只要压杆不丧失稳定就行。杆端出现塑性铰为数越多，越接近铰接屋架，压杆承载力也越接近两端铰支的轴心压杆。在设计一般屋架时，如果杆件有薄弱环节时，则屋架到不了上述状态即退出工作状态，故屋架的杆件、节点

5、构造应仔细设计、制作，使其能达到与屋架整体相近的安全水准。2.柱X及屋架结构方案对综合经济指标的影响　　以上所叙述的平面屋架设计与计算，是在方案确定后单体构件的设计，在工程设计中，屋盖结构方案是多种多样、复杂而多变的。因依据生产工艺、设备布置及柱距大小确定屋架间距、跨度、屋架高度(柱顶标高)。根据厂房采光，通风的要求确定是设置纵向还是横向天窗及其天窗结构形式。屋面覆盖材料(如压型钢板或其它采光板等)，厂房内运输设备、吊车工作级别及抗震设防要求会影响到屋架结构造型、支承条件(铰接、刚接、上承式、下承式)及杆件的截

6、面类型。屋架结构方案的确定还受下列条件的影响：钢材原料供应条件、新型结构推广、施工工期、制造和安装现实状况，更重要的是业主对建筑外形及投资工期。这些因素很复杂，相互影响，且有时彼此矛盾，必须寻求一个最优技术经济方案，以较好地满足上述各项条件。　　现代工业厂房尤其冶金工厂厂房的特点是跨度大、吊车吨位大、厂房高。而较大柱X已成趋势，它使厂房面积有效利用率得到提高，有利于工艺布置.、调整和发展。综合考虑，一般以12m、18m、24米三种柱距为主，且已取得较好的综合经济效果。随着厂房围护材料轻型化和柱X加大，屋盖结构方

7、案和支撑设置会随之变化很多，需要慎重对待以免耗钢量太多。设计还需遵循技术先进、经济合理的原则。。　　当采用重盖大型屋面板时，上弦平面刚度大，而改用轻质材料压型钢板后，屋面刚度已降低，与之同时屋架间距扩大，支撑设置至关重要，也就使支撑设置较为复杂且费钢材。　　当厂房柱距扩大而屋架间距采用6m(或12m)时，在柱间须设置托架或中间刚架(刚架支承在吊车梁上)的屋盖结构方案仍较多采用，其支撑布置较为简单，与上、下弦纵向、横向水平支撑形成封闭支撑框架，这增加了屋面刚度，且使屋盖结构耗钢量有所减少。　　通过分析比较得出柱距

8、采用12一24m是经济合理的，在柱距12m~36m厂房结构方案中采用托架屋盖结构方案也是经济合理的。当柱距较大(大于36m)宜采用吊车梁一托架组合结构方案，这比单独设置吊车梁及托架要经济合理。　　最后，鉴于笔者水平有限，仅凭自己的理论水平及工作经验并结合工程实际谈了谈切身感受及新得体会，希望能对今后的转炉高跨钢结构设计起到指引和帮助作用，同时也热烈欢迎各位读者对文中缺点及不足之处提出批