大纲要求,
1.了解钢屋盖的种类、截面形式和应用；
3.掌握钢屋盖的设计和施工图的绘制；
2.掌握屋盖支撑体系的作用和布置原则；
普通钢屋架设计内容,
?屋架的荷载计算；
?杆件内力计算和组合；
?正确选择杆的截面型式和确定计算长度；
?选择截面并验算各杆件的承载力；
?计算节点连接并绘制钢屋架施工图 。
钢屋盖的类别包括：
概 述
平
面
钢
屋
架
空间桁架：
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网架
同济大学,哈工大,东南,中南等建筑结构,土木桥梁类视频教学课件,
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§ 7.1 钢屋盖的组成
钢屋盖由屋面、屋架
和支撑组成。
7.1.1 屋盖结构体系
屋面板
屋架
檩条其它：托架, 天窗,檩条等 。
房屋横向刚度大，整体性、耐久性
好；屋面板自重大，屋盖及下部结构
用料多，对抗震不利。
屋架间距灵活，构件重量轻、施工、
安装方便；屋盖构件数量多，整体刚
度差。
无檩体系：
有檩体系：
一般用于预应力混凝土大型屋面板
等重型屋面, 将屋面板直接放在屋
架上 。
常用于轻型屋面材料的情况。
3.满足制造、安装和运输要求
·构造简单，杆件夹角 30°～ 60°；
·杆件与节点数量少；
·分段制造，便于运输与安装；
确定屋架形式的原则：
1.满足使用要求
屋架外形应与 屋面材料的排水要求 相适应。
7.1.2 屋架的形式
2.满足经济要求
·屋架外形应尽量和 弯矩图接近, 使上下弦杆
内力沿跨度方向分布较均匀, 腹杆受力较小；
·腹杆的布置宜使 短杆受压, 长杆受拉；
·荷载布置在节点上, 减少弦杆局部受弯 。
① 按腹杆布置方式不同有：
·芬克式
特点：长腹杆受拉，短腹杆受压，受力合理，应
用广泛。
1,三角形屋架
杆件数量少，节
点数量少，受压杆
较长，但抗震性能
优于芬克式屋架，
适用于跨度小于 18m
的屋架。
· 单斜式
腹杆和节点数量较多, 长腹
杆受拉, 但夹角小, 适用于下弦
设置天棚的屋架 。
·人字式
③ 适用范围：跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料
的有檩体系。
② 特点,
·外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，
近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。
·上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下
弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点
构造。
① 按腹杆布置方式不同有：
·人字式
2．梯形屋架
特点：腹杆总长度短，节点少。
按支座斜杆与弦
杆组成的支承点
在下弦或在上弦
又可分为下承式
和上承式两种 。
上承式下承式
·再分式
特点：可避免节间直接受荷（非节点荷载）。
·单斜杆式
特点：多数腹杆受压, 杆件数量多, 总长大,
应用少 。
② 特点
外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较
均匀，用料经济，应用广泛。
③ 适用范围
适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结
构。
④ 屋架高度
梯形屋架的中部高度一般为（ 1/10～ 1/8） L,与
柱刚接的梯形屋架，端部高度一般为（ 1/16～ 1/12）
L,通常取为 2.0～ 2.5m。
与柱铰接的梯形屋架，端部高度可按跨中经济高
度和上弦坡度决定。
3.人字形桁架
? 上, 下弦可为平行, 坡度为 1/20～ 1/10,节点构造较为
统一；
? 上, 下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段, 以
改善屋架受力情况 。
? 跨中高度一般为 2.0～ 2.5m,跨度大于 36m时可取较大高
度但不宜超过 3m； 端部高度一般为跨度的 1/18～ 1/12。
4.平行弦屋架
? 上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。
? 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。
? 一般用于托架和支撑体系。
平面屋架在屋架平面外
的刚度和稳定性很差, 不
能承受水平荷载 。 因此,
为使屋架结构有足够的空
间刚度和稳定性, 必须在
屋架间设置支撑系统 。
§ 7.2 屋盖支撑
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
系杆
组成
檩条屋面板
① 保证屋盖的整体性, 提高空间刚度
仅由平面桁架, 檩条及屋面材料组成的屋盖结构, 是一个不稳定
的体系, 如果将某些屋架在适当部位用支撑连系起来, 成为稳定的空
间体系, 其余屋架再由檩条或其他构件连接在这个空间稳定体系上,
就保证了整个屋盖结构的稳定 。
② 避免压杆侧向失稳, 防止拉杆产生过大的振动
支撑可作为屋架弦杆的侧向支撑点, 减小弦杆出平面外的计算长度 。
③ 承担和传递水平荷载 （ 如纵向和横向风荷载,
悬挂吊车水平荷载和地震作用等 ） 。
④ 保证结构安装时的稳定与方便
屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳
定体, 在此基础上即可顺序进行其他构件的安装 。
7.2.1 支撑的作用
7.2.2 支撑的布置
上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或
纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其 最大
间距为 60m,否则在中间应增设一道或几道支撑。
有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要
设置刚性系杆 以支持端屋架和传递端墙风力。
1．上弦横向水平支撑
2．下弦横向水平支撑
当屋架间距 <12m时, 尚应在屋架下弦设置横向水平支撑,
一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定
体系的基本组成部分 。
但当屋架跨度比较小 （ <18m） 又无吊车或其他振动设备
时, 可不设下弦横向水平支撑 。
3．纵向水平支撑
当房屋较高, 跨度较大, 空间
刚度要求较高时, 设有支承中
间屋架的托架, 或设有重级或
大吨位的中级工作制桥式吊车
等较大振动设备时, 均应在屋
架端节间平面内设置纵向水平
支撑 。
一般情况可以省掉。
屋架间距 <12m时, 通常布置在
屋架下弦平面 。
屋架间距 ≥ 12m时, 宜布置在
屋架的上弦平面内 。
下弦纵向水平支撑
垂直支撑联系屋
架上、下弦水平支撑，
并和屋架水平支撑一
起形成几何不变的屋
盖空间结构，是上弦
横向水平支撑的支承
点，在屋盖安装过程
中保证屋盖稳定。
屋架的垂直支撑
应与上、下弦横向水
平支撑设置在同一柱
间。
4．垂直支撑
5．系杆
作用,系杆能保证无横向水平支撑的所有屋架
在上弦杆平面外的稳定和安装时屋架的稳定, 第
一柱间的刚性系杆能将山墙的风荷载传到横向水
平支撑 。
设置,在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋
通长设置系杆 。 在屋架上弦平面内, 对无檩体系
屋盖应在屋脊处和屋架端部处设置系杆；对有檩
体系只在有纵向天窗下的屋脊处设置系杆 。
系杆分 刚性系杆 （ 既能受拉也能受压 ） 和柔性
系杆 （ 只能承受拉力 ） 两种 。 屋架主要支承节点
处的系杆, 屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性
系杆 。
屋架支撑为平行弦桁架，其弦杆可兼作支撑桁
架的弦杆，斜腹杆一般采用十字交叉式，与弦杆的
交角在 30o～ 60o之间。通常横向水平支撑节点间的
距离为屋架上弦节间距离的 2～ 4倍，纵向水平支撑
的宽度取屋架端节间的长度，一般为 6m左右。
支撑中的交叉斜杆以及柔性系杆按拉杆设计，
通常用单角钢做成；非交叉斜杆、弦杆、横杆以及
刚性系杆按压杆设计，宜采用双角钢做成的 T形截
面或十字形截面，其中横杆和刚性系杆常用十字形
截面使在两个方向具有等稳定性。
屋盖支撑受力较小，截面尺寸一般由杆件容许
长细比和构造要求决定。
7.2.3 支撑的计算和构造
§ 7.3 简支屋架设计
7.3.1 屋架的内力分析
屋架上的荷载包括恒载、活荷载、雪荷载、风荷
载、积灰荷载及悬挂荷载等。
（ 1）基本假定
通常将荷载集中到节点上，并假定屋架各杆均为理
想直杆，各杆轴线在同一平面内且汇交于节点中心，
各节点均为理想铰接，忽略实际节点产生的次应力。
（ 2） 节间荷载引起的局部弯矩
节间荷载作用的屋架, 除把节
间荷载分配到相邻节点外, 还应
计算节间荷载引起的局部弯矩 。 0.8M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
0.6M0
（ 3） 内力计算与荷载组合
① 全跨恒载 +全跨活载：即 全跨永久荷载 +全跨屋面活载或
雪荷载 （ 取较大值 ） +全跨积灰荷载 +悬挂吊车荷载 。
② 全跨恒载 +半跨活载：即 全跨永久荷载 +半跨屋面活载
（ 或半跨雪荷载 ） +半跨积灰荷载 +悬挂吊车荷载 。
③ 采用大型混凝土屋面板的屋架, 尚应考虑安装时可能的半
跨荷载：即 屋架, 支撑和天窗自重 +半跨屋面板自重 +半
跨屋面活荷载 。
? 屋架上, 下弦杆和靠近支座的腹杆由 ① 作用时
会引起杆件的最不利内力；
? 跨中附近的腹杆可能由 ②③ 两种荷载组合控制 。
B.中间腹杆：两端
或一端嵌固程度较
大，视为弹性嵌固。
lox= 0.8l
(1)在桁架平面内
A.弦杆, 支座斜杆, 支座竖杆：本身线刚度大,
但两端节点嵌固程度较低, 视为两端铰接杆件 。
lox = l
7.3.2 杆件的计算长度和容许长细比
1,杆件的计算长度
? 下弦杆,取纵向水平支撑节点与系
杆或系杆与系杆之间的距离。
? 腹杆,由于节点在平面外刚度很小，
对杆件嵌固作用较小，故腹杆两端视
为铰接，则 lOy=l
(2)在桁架平面外
取决于弦杆侧向支承点间距离 。
?上弦杆
无檩方案,
有檩方案,
能保证大型屋面板三点与上弦杆焊接时,
lOy=l11（ l11≤ 3m） l11— 两块屋面板宽度 。
檩条与支撑点交叉不连接时,lOy=l1
檩条与支撑点交叉连接时,lOy=l1/2
单面连接的单角钢和双角钢组成
的十字形杆件，受力后有可能斜向失
稳，由于两端节点有一定的嵌固作用，
故斜平面计算长度略作折减 (支座斜
杆和支座竖杆除外）,l0=0.9l
(4)其他
如桁架受压弦杆侧向支承点间的
距离为两倍节间长度, 且两节间弦杆
内力不等时, 该弦杆在桁架平面外的
计算长度按下式计算：
，
)25.075.0(
1
2
10 N
Nll ??
式中,Nl—— 较大的压力, 计算时取正值；
N2—— 较小的压力或拉力, 计算时压力取正值, 拉力取负值
但不小于 0.5ll
(3)腹杆在斜平面内的计算长度
确定桁架弦杆和单系腹杆的长细比时, 其计算
长度应按下表规定采用 。
项 次 弯曲方向 弦 杆
腹 杆
支座斜杆和支座
竖杆 其他腹杆
1 在桁架平面内 l l 0.8 l
2 在桁架平面外 l1 l l
3 斜平面 － l 0.9 l
l — 构件的几何长度 （ 节点中心间距离 ） ；
l1— 桁架弦杆侧向支承点间的距离；
2,杆件的容许长细比
规范中对拉杆和压杆都规定了容许长细比 。
7.3.3 杆件的截面形式
对轴心受压杆件, 宜使杆件对两个主轴有相
近的稳定性, 即可使 两方向的长细比接近相等 。
基本上采用由两个角钢组成的 T形截面或十字
形截面形式的杆件, 也可用 H型钢剖开而成的 T形钢
代替双角钢组成的 T形截面 。 受力较小的次要杆件
可采用单角钢 。
当 = 时, 可采用两个等边
角钢截面或 TM截面；
yl0 xl0
通常采用不等边角钢短
肢相连的截面, 或 TW型截面
以满足长细比要求 。
?上弦杆：
有节间荷载时, 可采用不等
边角钢长肢相连或 TN型截面 。
无节间荷载时, 宜采用不等
边角钢短肢相连的截面；
?下弦杆：
受力很小的腹杆 （ 如
再分杆等次要杆件 ）,
可采用单角钢截面 。
?支座斜杆：
?其他一般腹杆：
宜采用等边角钢相并的截面；
连接垂直支撑的竖腹杆宜采
用两个等边角钢组成的十字形
截面；
= 时, 宜采用不等边角钢
yl0 xl0
长肢相连或等边角钢的截面 。
由双角钢组成的 T形或十字形截面
杆件按实腹式杆件进行计算, 必须每
隔一定距离在两个角钢间加设填板 。
?双角钢杆件的填板：
填板的间距对压杆 l1≤40i1,拉杆 l1≤80 i1； 在 T形截面中, i1
为一个角钢对平行于填板自身形心轴的回转半径；在十字形
截面中, 填板应沿两个方向交错放置, i1为一个角钢的最小
回转半径, 在压杆的桁架平面外计算长度范围内, 至少应设
置两块填板 。
填板的宽度一般取 50～ 80mm； 填
板的长度：对 T形截面应比角钢肢
伸出 10～ 20mm,对十字形截面则
从角钢肢尖缩进 10～ 15mm。 填板
的厚度与桁架节点板相同 。
7.3.4 杆件的截面选择
1.一般原则
① 应优先选用肢宽而薄的板件或肢件组成的截面,
一般板件或肢件的最小厚度为 5mm。
② 角钢杆件或 T型钢的悬伸肢宽不得小于 45mm。
直接与支撑或系杆相连的最小肢宽, 应根据连接螺
栓的直径 d而定 。
③ 屋架节点板 （ 或 T型钢弦杆的腹板 ） 的厚度,
对单壁式屋架, 可根据腹杆的最大内力 （ 对梯形和
人字形屋架 ） 或弦杆端节间内力 （ 对三角形屋架 ）,
按教材表 7-3选用 。
④ 跨度较大的桁架 （ ≥ 24m） 与柱铰接时, 弦杆
宜根据内力变化改变截面, 半跨内一般只改变一次 。
⑤ 同一屋架的型钢规格不宜
太多, 以便订货 。
⑥ 当连接支撑等的螺栓孔在
节点板范围内且距节点板边缘
距离 ≥ 100mm时, 计算杆件强
度可不考虑截面的削弱 。
轴心受拉杆件应验算 强度和长细比要求 。 轴心受
压杆件和压弯构件要计算 强度, 整体稳定, 局部
稳定和长细比 。
⑦ 单面连接的单角钢杆件, 在按轴心构件计算其
强度或稳定以及连接时, 钢材和连接的强度设计值
应乘以相应的折减系数 。
2,杆件的截面选择
7.3.5 钢桁架的节点设计
1.节点设计的一般要求
① 以桁架杆件的形心线
为轴线并在节点处相交于
一点, 肢背至轴线的距离
为 5mm的倍数 。
② 节点处, 腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的
净距, 不宜小于 10mm,或者杆件之间的空隙不小于
15～ 20mm。
③ 角钢端部的切割一般垂直于其轴线 。 有时允许
切去一肢的部分, 但不允许将一个肢完全切去而另
一肢伸出的斜切 。
④ 节点板的外形应简单而规
则, 至少宜有两边平行, 如矩
形, 平行四边形和直角梯形等 。
节点板边缘与杆件轴线的夹角
不应小于 15° 。
2,角钢桁架 的节点设计
① 一般节点
一般节点是指无集中荷载和
无弦杆拼接的节点
节点板的平面尺寸, 一般应
根据杆件截面尺寸和腹杆端部
焊缝长度画出大样图来确定 。
12 NNN ???,式中
肢背焊缝,≥
1fh w
fw fl
Nk
7.02
1
?
?
腹杆与节点板的连接
焊缝按角钢角焊缝承
受轴心力方法计算。
节点板应伸出弦杆
10～ 15mm以便焊接。
弦杆与节点板的
连接焊缝，应考
虑承受弦杆相邻
节间内力之差，
按下式计算,
通常因 ΔN 很小, 实际所需的焊脚尺寸可由构造要求确定,
并沿节点板全长满焊 。
2fh w
fw fl
Nk
7.02
2
?
?肢尖焊缝,≥
为便于大型屋面板或檩条的放置, 常将节点板缩进上弦角钢
背, 缩进距离不宜小于 (0.5t+2)mm,也不宜大于节点板厚度 t。
w
ff
wf
f flh
Q ?? ?
?? 17.02
② 角钢桁架有集中荷载的节点
角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受
屋面集中荷载, 按下式计算其强度：
式中,Q — 节点集中荷载垂直于屋面的分量；
—— 焊脚尺寸, 取 ＝ 0.5t；
—— 正面角焊缝强度增大系数 。 一般因 Q不大, 按构造满焊
1fh
f?
1fh
计算时应考虑偏心弯矩 M＝
ΔN ·e（ e为角钢肢尖至弦杆轴
线距离 ）, 按下列公式计算：
:N?对
wf
f lh
N
27.02 ?
? ??
2
27.02
6
wf
f lh
MM
???,对
w
ff
f
f f??
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
?
?
?
:验算式为
2fh
式中 —— 肢尖焊缝的焊脚尺寸 。
弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊
缝承受弦杆相邻节间的内力差
12 NNN ???
当节点板向上伸出不妨碍屋面构件的放置, 或因相邻弦杆
节间内力差 ΔN 较大, 肢尖焊缝不满足强度要求时, 可将节
点板部分向上伸出或全部向上伸出 。
此时弦杆与节点板的连接焊缝应按下列公式计算：
肢背焊缝：
w
f
wf
f
lh
QNk ?
?
??
11
22
1
7.02
)5.0()( ?
肢尖焊缝：
w
f
wf
f
lh
QNk ?
?
??
22
22
2
7.02
)5.0()( ?
式中：, ——
伸出肢背的焊缝
焊脚尺寸和计算
长度；
1fh 1wl