1、屋面结构组成
钢屋盖结构由：屋面板、檩条、屋架、托架、天窗架、支撑等构件组成。
屋架的跨度和间距取决于柱网布置，而柱网布置又取决于建筑物的技术要求和经济要求。屋架跨度大：为了采光和通风，屋顶上常安装天窗。柱网间距较大，超过屋面板长度：应设置中间屋架和柱间肘板，中间屋架荷载通过肘板传递到柱上（图3） -1）。
图3-1 屋面结构组成
屋架之间：布置支撑，增强屋架的侧向刚度，传递水平荷载，保证屋架系统的整体稳定性。
2、屋顶系统的分类
屋顶有两种类型：无檩条屋顶和有檩条屋顶。
无檩屋顶：屋顶荷载通过大屋面板直接传递到屋架上（图3-2）。
优点：屋面具有侧向刚度大、整体性好、结构简单、施工方便等特点；
缺点：屋顶较重24m跨钢结构梯形屋架课程设计内力值表，不利于抗震。多用于有桥式起重机的工厂屋顶。
图3-2 无檩屋面系统
有檩条的屋面：当屋顶采用石棉瓦、波纹铁皮、压型钢板、丝网水泥槽板等轻质材料时，屋顶荷载必须通过檩条传递到屋架上（图3-3） 。
优点：部件重量轻，节省材料；
缺点：屋面构件较多，结构复杂，整体刚度较差。
图3-3 檩条屋面系统
屋顶支撑系统
1. 屋顶支撑功能
主要作用：①保证屋面结构的整体稳定性； ②增强屋面刚度； ③增强屋架的横向稳定性； ④承受和传递屋面水平荷载； ⑤ 方便屋顶的安装施工。
屋顶桁架 - 屋顶的主要承重结构。需要支撑来连接屋顶桁架。一个长屋顶结构，中间有横向支撑。
侧向支撑——屋架弦杆的侧向支撑点，减少了平面外弦杆的计算长度，减少了屋架在动荷载作用下平面外的受迫振动。
屋顶支撑将作用在山墙上的风荷载、悬挂起重机的水平荷载和地震效应转移到房屋的下部支撑结构上。
钢屋架安装：首先吊装两根带侧向支撑的屋架，将支撑与檩条连接起来形成稳定的系统，然后吊装其他屋架连接。
2、顶板支撑布置
屋顶支撑有五种类型：上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、竖向支撑和拉杆。
1．上弦横向水平支撑
图3-4 顶板支撑布置
屋盖系统中，一般应设置屋架上弦杆的水平水平支撑，包括天窗架的水平水平支撑。
上弦横向水平支撑：布置在房屋两端第一、二柱之间或温缝断面两端。横向水平支撑间距≤60m，房屋长度>60m时，应增设水平支撑。
2.下弦水平水平支撑
设定条件：
屋架跨度>18m；
屋架跨度设有悬挂起重机；
厂房配备大吨位桥式起重机或其他振动设备；
山墙抗风柱支撑在屋架下弦上。
设置位置：下弦和上弦的水平水平支撑应处于同一柱空间内，形成稳定的空间系统。
3、下弦杆纵向水平支撑
设定条件：
配备重型工作起重机或起重吨位较大的中、轻型工作起重机；
配备锻锤等大型振动设备；
屋架下弦设有纵向或横向吊轨；
设有支撑中间屋架和中间屋架无柱支撑的托架；
房屋高大、跨度大、空间刚度要求高。
设置位置：位于屋架下弦端部交汇处，与下弦横向水平支撑形成封闭支撑系统，提高屋盖整体刚度。
4.垂直支撑
竖向支撑功能：是使两个相邻屋架形成空间几何不变系统，保证横向稳定的有效构件。
设置位置：
设置在柱空间内，设有上弦横向支撑；
在屋架跨度方向上，应根据屋架形式和跨度尺寸，在跨度中间设置一根或多根通道。
梯形屋架：
当跨度≤30m时，屋架跨中及两端立杆平面内宜设置垂直支撑；
当跨度>30m时，
无天窗时，应在屋架跨度的1/3处、两端立杆平面内设置垂直支撑。
有天窗时，天窗框框两侧应设有垂直支撑。
三角形屋架：
当跨度≤24m时，应在跨度中心杆平面内设置垂直支撑；
当跨度>24 m时，应根据具体情况设置两个垂直支撑（图3-5）。
图3-5 垂直支撑布置
安装屋架时，每4～5根立柱之间设置垂直支撑，以保持安装稳定。
5.拉杆
拉杆作用：作为屋架上下弦杆的侧向支撑点，保证其他无侧向支撑的屋架的侧向稳定性。
领带：刚性领带和柔性领带。刚性关系是指能够承受压力的关系，柔性关系是指只能承受拉力的关系。
设置位置：
在上弦平面内，檩条和大屋面板均可起到刚性拉杆的作用，因此屋架的屋脊和支撑节点处可设置刚性拉杆。
在下弦平面内，屋架下弦竖向支撑处可设置柔性拉杆。
地震区应当按照地震规范的规定设置。
3 顶板支护形式、计算及结构
形式：屋顶支撑一般采用平行弦桁架形式（图3-6）。
腹杆呈十字形，一般用于上弦横向、下弦横向和下弦纵向水平支撑（图3-7a）。
纵向水平支撑桁架的交叉点优选形成正方形，一般为6m×6m，或者长方形，例如6m×3m。横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦节点间距离的2～4倍。竖向支撑的腹杆形式可根据桁架的宽高比确定。
当宽度和高度接近时，可以使用交叉斜杆（图3-7b）；
当高度较小时，可采用V型、W型斜杆（图3-7c、d）。弦杆与斜杆的夹角为30°~60°。
图3-6 平行弦桁架
图3-7 屋顶支撑形式
杆截面：顶板支撑受力较小，通常可按允许长细比选取。
十字斜拉杆和柔性拉杆是根据拉杆设计的，可以使用单角钢；
非交叉斜杆、弦杆、竖杆和刚性拉杆压杆的设计可采用双角钢形成十字形或T形截面。
当屋架跨度较大、房屋较高、基础风压也较大时，应根据桁架系统计算的内力确定杆件截面。可以假设，在水平桁架节点集中风荷载作用下，交叉斜杆中的压杆停止工作，仅受拉杆受力。这样，原来的超静定系统就简化为超静定系统（图3-8）。图中W为水平节点荷载，由风荷载或吊车荷载引起。
图3-8 水平荷载作用下支撑内力计算简图
节点连接结构：尽量简单、方便。角钢支撑与屋架一般采用C级螺栓连接，螺栓为M20。在有重型工作起重机或大型振动设备的工厂，除螺栓外，还应安装焊缝，焊缝长度≥80毫米，焊脚尺寸≥6毫米。当采用圆钢作为支撑时，应利用花篮螺栓的预紧力来紧固圆钢。
檩条设计
第三节檩条设计
钢檩条一般为单跨简支，分为实腹式和桁架式两类。
1.实心腹檩条
实心腹檩条：结构简单，易于制造和安装，常用于跨度为3～6m。断面形式：普通工字钢（因较重、安装困难，使用不多）、角钢（用于荷载跨度较小的屋顶）、槽钢（常用）、Z型（冷弯薄壁）钢（省钢）钢）（图3-9）。檩条的截面高度取决于跨度、檩距、荷载大小等因素，一般为檩条跨度的1/35至1/50。
图3-9 实腹檩条剖面形式
实心腹檩条通过檩条肘板与屋架上弦杆连接。檩条支架由短角钢制成，首先焊接到屋架的上弦上。屋架吊装就位后，用螺栓或焊缝与檩条连接（图3-10）。
图3-10 实腹檩条与屋架顶弦连接
简支檩条：受力均匀且易于安装。
多跨静定梁或连续梁：使跨中弯矩≈支撑弯矩，可减小跨中弯矩。
图3-10-1檩条铰点布置及铰结构
垂直于屋架坡度放置的檩条，在竖向荷载作用下，在两个主轴方向分别承受qx、qy（图3-11）。基于简支梁计算，两个方向的弯矩为
式中，q——檩条承受的屋面荷载（含自重）的设计值，qy=qcosα，qx=qsinα；
——檩条跨度；
α——屋顶倾斜角。
檩条弯曲强度计算公式为：
(3-3)
式中，Wnx、Wny——分别为xx轴、yy轴的净截面模数；
γx、γy——截面塑性发展系数。
图3-11 实腹檩条简单计算图
根据弹性法检查挠度。当有支撑时，只能校核垂直于屋面坡度的挠度。当没有支撑时，应检查总竖向挠度。有支撑时的挠度校核公式为
(3-4)
式中，Ix——截面在xx轴上的转动惯量；
[ω]——允许挠度，对于波纹铁皮、石棉瓦等无积尘的屋顶，为l/150；对于有积尘的压制钢板、波纹铁皮、石棉瓦等屋顶，为l/200；其他屋顶为l/200 /200；
——屋面檩条承受荷载标准值。
一般情况下，檩条截面的Wy远小于Wx，因此即使My很小，产生的截面应力也很大。为了减小My，应沿屋面至檩条设置拉杆24m跨钢结构梯形屋架课程设计内力值表，以减小檩条在最小刚度平面内的计算跨度。 。如果屋面的连接得到充分保证，则无需校核檩条的整体稳定性。
2. 格子檩条
当檩条跨度较大（>6m）时，应考虑采用格子檩条。格子檩条有平面檩条、T形檩条和空间檩条三种类型（图3-12）。
图3-12 格子檩条形式
1．平面格子檩条
平面格架檩条的上弦采用小角钢或槽钢，下弦采用小角钢或圆钢，腹杆采用圆钢。这种檩条受力清晰，节省材料。
下弦为抛物线型檩条，中段之间必须安装斜拉杆，以防止上弦檩条在不对称荷载作用下造成局部过度起拱。
平面格构檩条的侧向刚度较差，必须安装支撑以减少侧向弯矩。
图3-12-1 平面格子檩条
2、T型格子檩条
T型格子檩条：
侧向刚度大，屋顶不需要支撑。
T型格构檩条由于上弦杆与腹杆不在同一平面，整体性较差。沿整个跨度应安装多个钢箍。当跨度为3～4m时，应有3个抱箍。当跨度为4～6m时，应有4个抱箍。 。环向直径d≥10mm的圆钢。为了固定腹板平面和上弦平面，应在上弦平面上安装补板或对角补条。
图3-12-2T型格子檩条
3、空间格子檩条
空间格构檩条（图3-12c）是由三个平面桁架组成的空间结构，檩条截面呈三角形。这种檩条横向刚度好，不需要支撑，安装方便，但费工费时。适用于跨度较大、荷载较大的场合。
格子檩条的节距可根据计算确定，一般为40～60厘米。檩条高度一般为跨度的1/12至1/18。 T型格子檩条和空间格子檩条的上弦宽为断面高度。 1/升。 5～1/2.0。腹杆与弦杆的夹角为40°~60°，以45°最佳。
图3-12-3 空间网格檩条
4、格子檩条的计算
平面格构檩条可以计算为静态确定的平面桁架，并且假设每个节点都是铰接的。计算时将上弦均匀荷载换算为节点荷载。采用结构力学方法计算杆件的轴向力。一般只需要计算最大内力，即跨中上下弦杆内力和支撑处腹杆内力。
还应计算上弦截面之间均匀荷载引起的局部弯矩：
檩条平面的简化计算：
(3-5)
式中，a为上弦节间长度。
在檩条平面外，有支撑时，支撑处的弯矩为
(3-6)
式中，
是大括号之间的间距。
在中间段之间设有斜杆的下支撑檩条中，上弦轴力为：
(3-6-1)
式中，h——格子檩条高度。
下弯弦的内力为：
(3-6-2)
式中，β——曲弦末端的倾斜角度。
平面格子檩条的竖筋和斜筋的内力一般都很小，截面可根据允许的长细比来选择。
T型格构檩条将上弦上的两根角钢近似集中在腹杆平面内，然后根据平面格构计算内力。
空间格构檩条将空间桁架分解为两个高度分别为h1和h2的平面桁架进行计算。两个桁架的荷载分别为q1和q2。它们的值可以根据总载荷的刚度进行分布（图3-13）：
(3-7)
(3-8)
图3-13 空间网格檩条计算图
上弦单腿角钢弯矩近似计算为
式中，a为上弦节间长度。
下弦内力等于两个平面桁架计算的下弦内力之和。
上弦强度按双向弯曲校核，其整体稳定性按双向弯曲分量公式校核。将下弦按轴心拉伸，检查其强度。
3.檩条拉杆
檩条的侧向刚度较小。为了给檩条提供侧向中间支撑，减小檩条沿屋面坡度方向的跨度，减少檩条在施工和使用阶段的侧向变形和扭转。除侧向刚度较大的空间桁架檩条外，除T形桁架檩条外，实腹檩条与平面格构檩条之间还需加装支撑。
拉杆的布置原则：
(l)当檩条跨度为4～6m时，跨度中部至少应设置1个支撑(图3-14)。当跨度大于6 m时，宜设置2个支撑（图3-15）。
图3-14 大括号的布局
图3-15 斜撑和直撑的布置
(2)檩条间距较近时，斜拉索角度过小，无法保证张拉效果。斜拉索可改为桁架；
（3）当屋顶有天窗时，天窗两侧檩条之间应设置斜撑和直撑（图3-15）。
(4)角钢檩条通过天窗两侧的斜撑固定在屋架上。屋檐处应设置斜拉杆，防止角钢檩条向上翻倒。
拉杆一般采用圆钢制成，直径根据荷载和檩条间距的不同，在8～12毫米不等，用双螺母直接固定在腹板上。对角支撑具有连接角钢过渡。斜撑的作用是限制屋檐、檩条的侧向弯曲。支撑可由角钢和钢管制成，其长细比根据压杆所需的长细比来选择。
斜撑与檩条、斜撑与檩条的连接结构如图3-16所示。
图3-16 斜撑与檩条的连接结构、斜撑与檩条的连接结构
