第7章 屋盖钢结构设计
1 厂房结构的受力及荷载的传递
1.1无吊车厂房的荷载类型
荷载包括：竖向荷载和水平荷载。
竖向荷载：恒荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊挂荷载、竖向风荷载、竖向地震荷载。
水平荷载：水平风荷载、水平地震荷载。
（1）恒荷载：主要是建筑物的自重。计算刚架或檩条时，结构自重由程序考虑，需要输入其他材料的自重荷载。比如计算刚架时，需要输入的恒载主要包括彩钢板、保温棉、檩条、拉条、系杆、支撑等自重荷载。
1）彩钢板面荷载=钢材容重X 钢板厚度X 基板宽度/成型后板宽度X
放大系数
如0.6mm 厚V125 型压型钢板自重荷载=78.5X0.0006X1/0.75X1.05=0.066kN/m2
2）保温棉自重=容重X 厚度，保温棉材料一般为玻璃丝棉、岩棉、聚氨酯（多用于夹芯板）
玻璃丝棉容重约64kg/m3，岩棉容重约120kg/m3，聚氨酯容重约40kg/m3 如75mm 厚玻璃丝棉自重荷载=0.64X0.075=0.048kN/m2
75mm 厚岩棉自重荷载=1.2X0.075=0.09kN/m2
3）檩条自重=单位长度重量/檩条间距，连续檩条应再乘以1.1
如C20020 简支1.5 米间距檩条自重=5.71kg/m/1.5=3.81kg/m2=0.038kN/m2
Z20020 连续1.5 米间距檩条自重=5.803kg/m/1.5X1.1=4.3kg/m2=0.043kN/m2
4）拉条自重=单位长度重量X 拉条道数/柱距X 放大系数
如7.5 米柱距布置两道12 圆钢拉条，自重荷载=
0.888kg/mX2/7.5X1.25=0.296kg/m2=0.003kN/m2
5）系杆重量=单位长度重量/系杆间距X 放大系数
如114X3.0 系杆，间距为6 米，则自重
=8.213kg/m/6X1.2=1.64kg/m2=0.0164kN/m2
假设为玻璃丝棉，以上之和为0.17kN/m2；假设为岩棉，以上之和为0.22kN/m2
故单层板加玻璃丝棉，屋面恒载可取0.2kN/m2 左右；单层板加岩棉，则可取0.25kN/m2 左右；双层板加玻璃丝棉，一般可取0.25kN/m2 左右；双层板加岩棉或岩棉夹芯板，一般可取0.3kN/m2 左右。以上为经验数据，具体以计算为准。
（2
）屋面均布活荷载：门规3.2.2
钢规范GB50017-2003
钢规范GB50017-2012(征求意见稿)
3.2.1 设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数、动力荷载的动力系数等，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。
(3)雪荷载：荷载规范7.1 节
注意屋面积雪分布系数，详见荷载规范表
7.2.1
(4)吊挂荷载：若吊挂荷载位置固定或全屋面均有布置且非动荷载时可按恒载参与计算；若吊挂荷载的位置不确定可能出现不利布置或吊挂荷载为动荷载时，应按活荷载参与计算。
(5)积灰荷载：详见荷载规范5.4.1 条。
1， 本厂房是否排灰；2，附近厂房是否排灰；3，是否靠近沙漠地区
以上荷载除恒载以及可按恒载考虑的吊挂荷载外均为活荷载工况。门规
3.2.5
(6)活荷载的不利布置：计算刚架和屋面檩条如何考虑活荷载的不利布置？
活荷载的不利布置通常是考虑在连续梁方面，简支梁不存在活荷载的不利布置。故单跨刚架和屋面简支檩条没有活荷载不利布置的问题。而多跨刚架以及连续檩条是否考虑活荷载不利布置对用钢量影响巨大。处于安全性以及施工的不可靠性方面考虑，建议还是考虑活荷载的不利布置。刚架重要性很高，必须要考虑，而关于檩条，蔡益燕老师主审的
《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》中这样建议：
但是，这种做法并没有规范依据，也没有可靠的软件支持。
1.2风荷载：
风荷载在门式刚架规范和荷载规范中均有规定，两者有很大区别，最重要的是风荷载体型系数的区别。
首先要选对规范。门式刚架附录
A 条文说明：
门式刚架规范中：
确定按照门式刚架规范来计算风荷载之后判断建筑物的类型，即敞开式、部分封闭式以及封闭式。具体定义见门规2.1 术语：
计算刚架时，体型系数查表A.0.2-1
门规中没有敞开式建筑的刚架体型系数，对《门式刚架轻型房屋钢结构技术
规程》(CECS102：2002)的勘误和补遗这个文件里做了补充：
1) 敞开式房屋风荷载体型参数(摘自1996 版
MBMA 低层房屋体系手册
)
此文件发表时间很久，且并没有加入2012 修订版门规，所以有待商榷。3D3S 中对于敞开式建筑是直接选用荷载规范中的体型系数。
计算檩条和墙梁时，体型系数查表A.0.2-2
计算山墙墙架构件，体型系数查表A.0.2-4
1.3地震荷载：门规条文说明
3.1.4：
刚架的地震力可由程序计算；当设防烈度为7 度及以下时，支撑系统可不做抗震验算，当为7 度半及以上且吊车吨位不大时，支撑系统一般由抗震控制，需
要做抗震验算。
底部剪力法详见抗规5.2.1 条。关于竖向地震力，详见抗规5.3.2 条。
1.4荷载传递：
刚架梁——主梁；屋面檩条——次梁；屋面板——单向板
竖向荷载作用下：
恒、活、雪、风、积灰——屋面板——檩条——刚架梁——刚架柱——基础 吊挂荷载——檩条（或直接作用于刚架梁）——刚架梁——刚架柱——基础 水平荷载作用下：
横向水平风荷载——纵向墙面板——墙面檩条——刚架柱
(风是垂直于厂房的长边吹过来的）
纵向水平风荷载——山墙墙面板——山墙檩条——抗风柱（刚架柱）——屋面水平支撑（或基础）——柱间支撑——基础
(风是垂直于厂房的短边也就是山墙吹过来的）
2屋盖的组成
屋盖系统由屋面、屋架和支撑系统三大部分组成。
2.1屋盖支撑体系
2.1.1支撑作用
1)保证屋架侧向（平面外）稳定，形成屋架空间整体稳定体系；
2)减少屋架上弦杆侧向（平面外）的计算长度；
3)传递山墙风力和吊车水平刹车力；
4)保证屋架安装时的稳定性。
2.1.2支撑形式和布置原则
(1)支撑形式:
上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。
（
2）《抗规》：
（3）非抗震设计：
1）上弦横向水平支撑（必设）
作用：传递山墙风力；减少上弦压杆侧向计算长度；保证屋架平面外稳定。 布置原则:
A、设置在房屋两端或房屋温度区段的第一柱间或第二柱间,其最大间距为60m,否则在中间增设一道或几道。
B、天窗架的支撑与屋架上弦横向水平支撑应设置在同一开间，以形成空间整体稳定性。
2）下弦横向水平支撑
作用：减小下弦平面外计算长度;传递悬挂吊车水平力;传递水平风力(与抗风柱相连,作为抗风柱的支点)。
布置原则:屋架跨度大于18m；屋架跨度小于18m但屋架下弦设有悬挂吊车；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其他振动设备；山墙抗风柱支撑于屋架下弦;屋架下弦设有通长的纵向水平支撑时。
3）下弦纵向水平支撑
作用：增加厂房空间整体刚度。传递吊车刹车力;保证托架平面外的稳定。 布置原则:房屋内设有重级工作制吊车或吨位较大的轻、中级工作制吊车；房屋内设有锻锤等大型振动设备；屋架下弦设有纵向或横向吊轨；屋盖设有托架；房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高。
4)垂直支撑(必设)
作用：把屋架上弦的力传到柱顶；保证屋架安装时的稳定。
布置原则:
5)系杆
作用：保证无支撑屋架的侧向稳定性;减小弦杆的计算长度;传递水平力。 形式:刚性系杆——可承压,通常采用双角钢或钢管.
柔性系杆——不可承压，通常采用单角钢或圆钢。
布置原则:上下弦杆布置不一样，一般上弦布置密，下弦布置少些
垂直支撑的屋架上、下弦节点处；屋架屋脊节点，支座节点处；当横向水平支撑布置在第二柱间，第一柱间应布置刚性系杆。
(4)钢结构设计手册
2.2 屋盖支撑的计算（钢结构设计手册）——风荷载
例：（以成品结构图支撑为例）
关于风力在各道水平支撑之间的传递，有以下几种做法：
（1） 风压力和风吸力由各道屋面水平支撑均摊，并考虑传力滞后效应，将求得
的内力适当放大。（此做法为完全考虑屋面蒙皮效应）
（2） 风压力由迎风面第一道支撑承受，风吸力由背风面第一道支撑承受。（此
做法不考虑屋面蒙皮效应且为了避免计算麻烦，保守计算）
（3） 风压力和风吸力由山墙的两道支撑均摊。（此做法不考虑屋面蒙皮效应，
折中计算）
（4） 不考虑蒙皮效应，详细分析构件受力。（计算繁琐）
2.3地震力：底部剪力法（目前地震力没有软件可以算，只能手算）
《抗规》
例：（以成品结构图支撑为例）
每个支撑节点地震力为：
FEk=α1Geq=0.12⨯(0.3+0.2+0.5⨯0.35)⨯30⨯7.5=18.225kN
结论：一般7度区及以下，基本风压小于0.50，屋面支撑一般由长细比起控制作用。
3屋架（钢结构设计手册上）
第7章 屋盖钢结构设计
1 厂房结构的受力及荷载的传递
1.1无吊车厂房的荷载类型
荷载包括：竖向荷载和水平荷载。
竖向荷载：恒荷载、活荷载、雪荷载、积灰荷载、吊挂荷载、竖向风荷载、竖向地震荷载。
水平荷载：水平风荷载、水平地震荷载。
（1）恒荷载：主要是建筑物的自重。计算刚架或檩条时，结构自重由程序考虑，需要输入其他材料的自重荷载。比如计算刚架时，需要输入的恒载主要包括彩钢板、保温棉、檩条、拉条、系杆、支撑等自重荷载。
1）彩钢板面荷载=钢材容重X 钢板厚度X 基板宽度/成型后板宽度X
放大系数
如0.6mm 厚V125 型压型钢板自重荷载=78.5X0.0006X1/0.75X1.05=0.066kN/m2
2）保温棉自重=容重X 厚度，保温棉材料一般为玻璃丝棉、岩棉、聚氨酯（多用于夹芯板）
玻璃丝棉容重约64kg/m3，岩棉容重约120kg/m3，聚氨酯容重约40kg/m3 如75mm 厚玻璃丝棉自重荷载=0.64X0.075=0.048kN/m2
75mm 厚岩棉自重荷载=1.2X0.075=0.09kN/m2
3）檩条自重=单位长度重量/檩条间距，连续檩条应再乘以1.1
如C20020 简支1.5 米间距檩条自重=5.71kg/m/1.5=3.81kg/m2=0.038kN/m2
Z20020 连续1.5 米间距檩条自重=5.803kg/m/1.5X1.1=4.3kg/m2=0.043kN/m2
4）拉条自重=单位长度重量X 拉条道数/柱距X 放大系数
如7.5 米柱距布置两道12 圆钢拉条，自重荷载=
0.888kg/mX2/7.5X1.25=0.296kg/m2=0.003kN/m2
5）系杆重量=单位长度重量/系杆间距X 放大系数
如114X3.0 系杆，间距为6 米，则自重
=8.213kg/m/6X1.2=1.64kg/m2=0.0164kN/m2
假设为玻璃丝棉，以上之和为0.17kN/m2；假设为岩棉，以上之和为0.22kN/m2
故单层板加玻璃丝棉，屋面恒载可取0.2kN/m2 左右；单层板加岩棉，则可取0.25kN/m2 左右；双层板加玻璃丝棉，一般可取0.25kN/m2 左右；双层板加岩棉或岩棉夹芯板，一般可取0.3kN/m2 左右。以上为经验数据，具体以计算为准。
（2
）屋面均布活荷载：门规3.2.2
钢规范GB50017-2003
钢规范GB50017-2012(征求意见稿)
3.2.1 设计钢结构时，荷载的标准值、荷载分项系数、荷载组合值系数、动力荷载的动力系数等，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定采用。
(3)雪荷载：荷载规范7.1 节
注意屋面积雪分布系数，详见荷载规范表
7.2.1
(4)吊挂荷载：若吊挂荷载位置固定或全屋面均有布置且非动荷载时可按恒载参与计算；若吊挂荷载的位置不确定可能出现不利布置或吊挂荷载为动荷载时，应按活荷载参与计算。
(5)积灰荷载：详见荷载规范5.4.1 条。
1， 本厂房是否排灰；2，附近厂房是否排灰；3，是否靠近沙漠地区
以上荷载除恒载以及可按恒载考虑的吊挂荷载外均为活荷载工况。门规
3.2.5
(6)活荷载的不利布置：计算刚架和屋面檩条如何考虑活荷载的不利布置？
活荷载的不利布置通常是考虑在连续梁方面，简支梁不存在活荷载的不利布置。故单跨刚架和屋面简支檩条没有活荷载不利布置的问题。而多跨刚架以及连续檩条是否考虑活荷载不利布置对用钢量影响巨大。处于安全性以及施工的不可靠性方面考虑，建议还是考虑活荷载的不利布置。刚架重要性很高，必须要考虑，而关于檩条，蔡益燕老师主审的
《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》中这样建议：
但是，这种做法并没有规范依据，也没有可靠的软件支持。
1.2风荷载：
风荷载在门式刚架规范和荷载规范中均有规定，两者有很大区别，最重要的是风荷载体型系数的区别。
首先要选对规范。门式刚架附录
A 条文说明：
门式刚架规范中：
确定按照门式刚架规范来计算风荷载之后判断建筑物的类型，即敞开式、部分封闭式以及封闭式。具体定义见门规2.1 术语：
计算刚架时，体型系数查表A.0.2-1
门规中没有敞开式建筑的刚架体型系数，对《门式刚架轻型房屋钢结构技术
规程》(CECS102：2002)的勘误和补遗这个文件里做了补充：
1) 敞开式房屋风荷载体型参数(摘自1996 版
MBMA 低层房屋体系手册
)
此文件发表时间很久，且并没有加入2012 修订版门规，所以有待商榷。3D3S 中对于敞开式建筑是直接选用荷载规范中的体型系数。
计算檩条和墙梁时，体型系数查表A.0.2-2
计算山墙墙架构件，体型系数查表A.0.2-4
1.3地震荷载：门规条文说明
3.1.4：
刚架的地震力可由程序计算；当设防烈度为7 度及以下时，支撑系统可不做抗震验算，当为7 度半及以上且吊车吨位不大时，支撑系统一般由抗震控制，需
要做抗震验算。
底部剪力法详见抗规5.2.1 条。关于竖向地震力，详见抗规5.3.2 条。
1.4荷载传递：
刚架梁——主梁；屋面檩条——次梁；屋面板——单向板
竖向荷载作用下：
恒、活、雪、风、积灰——屋面板——檩条——刚架梁——刚架柱——基础 吊挂荷载——檩条（或直接作用于刚架梁）——刚架梁——刚架柱——基础 水平荷载作用下：
横向水平风荷载——纵向墙面板——墙面檩条——刚架柱
(风是垂直于厂房的长边吹过来的）
纵向水平风荷载——山墙墙面板——山墙檩条——抗风柱（刚架柱）——屋面水平支撑（或基础）——柱间支撑——基础
(风是垂直于厂房的短边也就是山墙吹过来的）
2屋盖的组成
屋盖系统由屋面、屋架和支撑系统三大部分组成。
2.1屋盖支撑体系
2.1.1支撑作用
1)保证屋架侧向（平面外）稳定，形成屋架空间整体稳定体系；
2)减少屋架上弦杆侧向（平面外）的计算长度；
3)传递山墙风力和吊车水平刹车力；
4)保证屋架安装时的稳定性。
2.1.2支撑形式和布置原则
(1)支撑形式:
上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。
（
2）《抗规》：
（3）非抗震设计：
1）上弦横向水平支撑（必设）
作用：传递山墙风力；减少上弦压杆侧向计算长度；保证屋架平面外稳定。 布置原则:
A、设置在房屋两端或房屋温度区段的第一柱间或第二柱间,其最大间距为60m,否则在中间增设一道或几道。
B、天窗架的支撑与屋架上弦横向水平支撑应设置在同一开间，以形成空间整体稳定性。
2）下弦横向水平支撑
作用：减小下弦平面外计算长度;传递悬挂吊车水平力;传递水平风力(与抗风柱相连,作为抗风柱的支点)。
布置原则:屋架跨度大于18m；屋架跨度小于18m但屋架下弦设有悬挂吊车；厂房内设有吨位较大的桥式吊车或其他振动设备；山墙抗风柱支撑于屋架下弦;屋架下弦设有通长的纵向水平支撑时。
3）下弦纵向水平支撑
作用：增加厂房空间整体刚度。传递吊车刹车力;保证托架平面外的稳定。 布置原则:房屋内设有重级工作制吊车或吨位较大的轻、中级工作制吊车；房屋内设有锻锤等大型振动设备；屋架下弦设有纵向或横向吊轨；屋盖设有托架；房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高。
4)垂直支撑(必设)
作用：把屋架上弦的力传到柱顶；保证屋架安装时的稳定。
布置原则:
5)系杆
作用：保证无支撑屋架的侧向稳定性;减小弦杆的计算长度;传递水平力。 形式:刚性系杆——可承压,通常采用双角钢或钢管.
柔性系杆——不可承压，通常采用单角钢或圆钢。
布置原则:上下弦杆布置不一样，一般上弦布置密，下弦布置少些
垂直支撑的屋架上、下弦节点处；屋架屋脊节点，支座节点处；当横向水平支撑布置在第二柱间，第一柱间应布置刚性系杆。
(4)钢结构设计手册
2.2 屋盖支撑的计算（钢结构设计手册）——风荷载
例：（以成品结构图支撑为例）
关于风力在各道水平支撑之间的传递，有以下几种做法：
（1） 风压力和风吸力由各道屋面水平支撑均摊，并考虑传力滞后效应，将求得
的内力适当放大。（此做法为完全考虑屋面蒙皮效应）
（2） 风压力由迎风面第一道支撑承受，风吸力由背风面第一道支撑承受。（此
做法不考虑屋面蒙皮效应且为了避免计算麻烦，保守计算）
（3） 风压力和风吸力由山墙的两道支撑均摊。（此做法不考虑屋面蒙皮效应，
折中计算）
（4） 不考虑蒙皮效应，详细分析构件受力。（计算繁琐）
2.3地震力：底部剪力法（目前地震力没有软件可以算，只能手算）
《抗规》
例：（以成品结构图支撑为例）
每个支撑节点地震力为：
FEk=α1Geq=0.12⨯(0.3+0.2+0.5⨯0.35)⨯30⨯7.5=18.225kN
结论：一般7度区及以下，基本风压小于0.50，屋面支撑一般由长细比起控制作用。
3屋架（钢结构设计手册上）