混凝土屋架设计要点-混凝土结构设计

2025-09-30 理论教育版权反馈

【摘要】：本小节介绍钢筋混凝土屋架的设计要点，其内容主要包括：屋架高度和截面尺寸的确定、荷载及其组合、内力分析、杆件截面设计及构造要求、屋架的扶起和吊装验算等。实际上，钢筋混凝土屋架的节点具有一定的刚性，并非理想铰接；此外，在按连续梁计算上弦杆弯矩时，假定支座为不动铰支座，而实际上屋架节点是有位移的。

屋架是单层厂房中的重要构件，除承受单层厂房的屋盖荷载并将其传给柱外，还作为排架结构中的横梁，连接两侧排架柱确保它们能在各种荷载作用下共同工作。本小节介绍钢筋混凝土屋架的设计要点，其内容主要包括：屋架高度和截面尺寸的确定、荷载及其组合、内力分析、杆件截面设计及构造要求、屋架的扶起和吊装验算等。

1.屋架高度和杆件截面尺寸的确定

屋架高度与跨度之比一般取1/10～1/6。屋架中的布置取决于节点位置和节间长度。上弦杆为压弯构件，其节间长度不宜过大，为了铺放屋面板，一般取3m；当屋架跨度较大时，为减少节点和腹杆数，可取4.5～6m。下弦为受拉构件，节间长度一般取4～6m。同时，应尽可能使屋架上较大的集中荷载作用在节点上，还要考虑便于布置屋架支撑等。

屋架杆件截面为矩形，为便于施工时重叠生产，上、下弦及腹杆截面宽度宜相同，且应满足上弦顶面安放屋面板或天窗架所必需的支承长度，以及屋架扶直、吊装时的受弯承载力和屋架平面外上弦的稳定等。对18～30m跨度屋架，截面宽度一般取200～240mm；杆件截面高度通常小于其宽度，上、下弦杆截面高度分别不小于180mm和140mm。当为预应力屋架时，下弦杆高度应满足预应力钢筋孔道和锚具尺寸的构造要求。腹杆截面一般不小于100mm×100mm。此外，腹杆长度与其截面短边之比不应大于40（拉杆）或35（压杆）。

2.荷载及其组合

作用于屋架上的荷载有恒荷载和活荷载两类，在进行荷载组合时，需注意以下几点：

1）屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，两者中取较大值。

2）风荷载对屋架一般为吸力，使竖向荷载作用下的屋架内力减小，可不考虑。

3）对于屋面活荷载（包括施工荷载），它们既可以作用于全跨，也有可能作用于半跨。

4）在施工时，由于吊装次序的先后，亦可能出现屋面板布满半跨的情况，屋架在半跨荷载作用下，可能使屋架腹杆内力最大，甚至使内力符号发生改变。

因此，在设计屋架时应考虑以下三种荷载组合：

1）全跨恒荷载+全跨活荷载。

2）全跨恒荷载+半跨活荷载。

3）屋架（包括屋盖支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面安装活荷载。

3.内力分析

钢筋混凝土屋架为多次超静定刚接桁架（见图3-55a），计算比较复杂。(https://www.chuimin.cn)

对于屋架上弦杆，由于屋面板施加的集中力不一定都作用在节点上，故其一般处于偏心受力状态；对于屋架腹杆及下弦杆，为简化计算，可忽略自重影响，将其视为轴心受力杆件。因此，在上弦屋面板传来的集中荷载及均布荷载作用下，屋架各节点为上弦杆的可动铰支座，如图3-55b所示。内力计算方法如下：

1）简化计算时，假定屋架各节点为上弦连续梁的不动铰支座，计算简图如图3-55c所示，可用弯矩分配法计算内力（上弦杆的弯矩）。

2）在桁架节点荷载（即上弦的支座反力）作用下，按铰接桁架计算各杆的轴力，如图3-55d所示。设计时，也可近似地将上弦按简支梁求出支座反力R_i。

按上述方法求得的屋架内力称为主内力（主弯矩或主轴力）。实际上，钢筋混凝土屋架的节点具有一定的刚性，并非理想铰接；此外，在按连续梁计算上弦杆弯矩时，假定支座为不动铰支座（见图3-55c），而实际上屋架节点是有位移的（见图3-55b）。这种因节点刚性作用产生的内力以及因节点位移产生的内力，称为次内力。次内力的大小主要取决于屋架的整体刚度和杆件的线刚度。屋架的整体刚度小，相邻节间的相对变形就大，次弯矩也大；由于杆位线刚度与杆端弯矩成正比，故线刚度越大，次弯矩也越大，但由于混凝土是弹塑性材料，随着荷载的增加，屋架各杆件的相对刚度关系会发生变化，次弯矩会重新分布；另外，混凝土徐变等因素对次内力也有一定影响，因此，钢筋混凝土、屋架次内力计算是一个比较复杂的问题，设计时可参阅相关资料。

图3-55 屋架计算简图

4.杆件截面设计及配筋构造要求

屋架上弦杆一般为小偏心受压，通常设计成对称配筋截面，上弦杆的计算长度L₀，在屋架平面内取节间距离；在屋架平面外，当屋盖为无檩体系时取3m，当屋盖为有檩体系时取横向支撑与屋架上弦连接点间的距离。下弦杆一般按轴心受拉杆件（忽略自重）计算受拉承载力，并进行裂缝宽度或抗裂验算。

屋架的腹杆为轴心受力杆件。若按压杆计算，计算长度在屋架平面外取其实际长度；在屋架平面内，当为端斜杆时取其实际长度，其他腹杆时取0.8倍实际长度。受拉腹杆尚需进行裂缝宽度验算。

屋架的混凝土强度等级一般采用C30～C50；预应力筋采用钢绞线、消除应力钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝等；非预应力钢筋采用HRB400或HRB500级热轧钢筋。

上弦杆纵向钢筋和预应力下弦杆的非预应力纵筋一般不少于4ϕ12；腹杆纵向钢筋不少于4ϕ10；各杆件箍筋采用封闭式，直径不小于4mm，间距在上、下弦中不大于200mm，在腹杆中不大于250mm。

5.屋架的扶直和吊装验算

扶直是将屋架绕下弦转起，使下弦各节点不离地面，上弦以起吊点为支点。此时上弦杆在屋架平面外受力最不利，故扶直验算实际上是验算上弦杆在屋架平面外的受弯承载力。对于腹杆，由于自身重力荷载引起的弯矩很小，一般不必验算。扶直验算时，可近似将上弦视为一个多跨连续梁，承受上弦和一半腹杆重力荷载的作用，且取动力数为1.5。

屋架吊装时，其吊点设在上弦节点处。一般假定屋架重力荷载（取动力系数为1.5）作用于下弦节点。屋架所受荷载虽然不大，但受力状态可能发生变化，下弦受压，上弦可能受拉，腹杆内力也随机变化，故需进行吊装阶段的承载力和抗裂验算。

混凝土屋架设计要点-混凝土结构设计

相关推荐