屋面钢结构设计
第一节：屋顶结构布置
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、支撑等部件组成。
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钢结构柱间支撑图片，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：屋顶自重，不利于抗震。 多用于有桥式起重机的工厂屋顶。
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3-2 无檩屋面系统
图3-3 檩条屋面系统
第二节 顶板支撑系统
1. 屋顶支撑功能
主要功效：
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屋顶安装施工方便。
屋架——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
5种屋顶支撑类型：
上弦横向水平支撑 下弦横向水平支撑 下弦纵向水平支撑 垂直支撑和拉杆
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
设置条件：屋架跨度>18m； 屋架跨度
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钢结构柱间支撑图片，形成稳定的空间系统。
3、下弦纵向水平支撑
安装条件：有重型工作起重机或起重吨位较大的中、轻型工作起重机； 锻锤等大型振动设备； 屋架下弦上的纵向或横向挂轨； 以及中间屋架的支撑平台。 支架、无柱中间屋架； 房屋较高，跨度较大，空间刚度要求较高。
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：设置在有上弦横向支撑的柱空间内； 屋架跨度方向，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，应在屋架中间跨度和两端立杆平面内设置垂直支撑； 当跨度>30m且无天窗时，应在屋架跨度的1/3处及两端设置垂直支撑。 垂直支撑件布置在垂直杆的平面内。 有天窗时，应在天窗框边柱两侧设置垂直支撑。
三角形屋架：当跨度≤24m时，应在跨杆平面内设一根竖向支撑； 当跨度>24m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.领带
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，因此可在屋架的屋脊和支撑节点处设置刚性拉杆。
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。
交叉斜杆和柔性拉杆根据拉杆设计，可采用单角钢； 非交叉斜杆、弦杆、立杆和刚性拉杆压杆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，杆件截面应根据桁架系统计算的内力确定。 可以假设，在水平桁架节点集中风荷载作用下，交叉斜杆中的受压杆停止工作，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。
