屋盖支撑作用及设计方法

屋架在其自身平面内为几何形状不可变体系并具有较大的刚度，能承受屋架平面内的各种荷载。但是，平面屋架本身在垂直于屋架平面的侧向（称为屋架平面外）刚度和稳定性则很差，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（图7.12）。

图7.12　屋盖支撑作用示意图

7.2.2.1　屋盖支撑的作用

（1）保证结构的空间整体作用。如图7.12（a）所示仅由平面桁架和檩条及屋面材料组成的屋盖结构，是一个不稳定的体系，简支在柱顶上的所有屋架有可能向一侧倾倒。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[图7.12（b）]，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）为弦杆提供适当的侧向支承点。支撑可作为屋架弦杆的侧向支承点[图7.12（b）]，减少弦杆在屋架平面外的计算长度，保证受压弦杆的侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。不致因振动设备（桥式吊车、锻锤等）运转产生过大的水平振幅和变位而增加杆件和连接的内力。

（3）承担并传递水平荷载。支撑体系可有效地承受和传递风荷载、吊车的制动荷载及地震作用等水平荷载。

（4）保证结构安装时的稳定与方便。屋盖的安装工作一般是从房屋温度区段的一端开始的，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。

7.2.2.2　屋盖支撑的布置

屋盖支撑系统可分为:横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。

（1）上弦横向水平支撑。在无檩屋盖体系中，当大型屋面板与屋架的连接满足每块板有三点支承处进行焊接等构造要求时，可考虑大型屋面板起一定支撑作用。但由于施工条件的限制，很难保证焊接质量，一般只考虑大型屋面板起系杆作用。因此在通常情况下，在屋架上弦和天窗架上弦均应设置横向水平支撑。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个柱间（图7.13）。有时在山墙承重，或设有纵向天窗但此天窗又未到温度区段尽端而退一个柱间断开时，为了与天窗支撑配合，宜将屋架的横向水平支撑布置在第二个柱间。横向水平支撑的间距不宜大于60m，当温度区段长度较大时，尚应在中部增设支撑，以符合此要求。

（2）下弦横向水平支撑。一般情况下应该设置下弦横向水平支撑。只有当屋架跨度比较小（L≤18m）且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂式吊车但起重吨位不大，厂房内也没有较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。

下弦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。

（3）纵向水平支撑。当房屋内设有托架，或有较大吨位的重级、中级工作制的桥式吊车，或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备，以及房屋较高、跨度较大，空间刚度要求高时，均应在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端节间设置纵向水平支撑。纵向水平支撑与横向水平支撑形成闭合框，加强了屋盖结构的整体性并能提高房屋纵、横向的刚度。

（4）垂直支撑。无论有檩屋盖或无檩屋盖，通常均应设置垂直支撑。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（图7.12、图7.13）。

梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度L≤24m，仅在跨度中央设置一道垂直支撑[图7.14（a）、（b）]，当跨度大于上述数值时宜在跨度1/3附近或天窗架侧柱外设置两道垂直支撑[图7.14（c）、（d）]。梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置一道垂直支撑（图7.13、图7.14），当有托架时则由托架代替。垂直支撑本身是一个平行弦桁架，根据尺寸的不同，一般可设计成图7.14（e）、（f）、（g）的形式。

天窗架的垂直支撑，一般在两侧设置[图7.15（a）]，当天窗的宽度大于12m时还应在中央设置一道[图7.15（b）]。两侧的垂直支撑桁架，考虑到通风与采光的关系常采用图7.15（c）、（d）的形式，而中央仍采取与屋架中相同的形式[图7.15（e）]。

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图7.13　屋盖支撑示例

a—上弦横向水平支撑；b—下弦横向水平支撑；c—纵向水平支撑；d—屋架垂直支撑；a′—天窗架横向水平支撑；b′—天窗架垂直支撑；e—刚性系杆；f—柔性系杆

（5）系杆。系杆一般应设在屋架和天窗架两端，以及垂直支撑的上、下弦节点处或横向水平支撑的节点处，并应沿房屋纵向通长设置，以保证未设置支撑的屋架和天窗架的稳定。系杆有柔性和刚性之分。既能承受拉力又能承受压力的为刚性系杆，只能承受拉力的为柔性系杆。当上下弦横向水平支撑设在第二柱间时，应在第一柱间设刚性系杆以传递山墙荷载。

1）上弦系杆。对无檩体系屋盖，屋面板可起系杆作用，但为了保证屋盖在安装时的稳定，仍需在屋脊处设刚性系杆，在屋架两端设柔性系杆。当设有纵向天窗时，尚应在天窗脊处设刚性系杆，在天窗架两侧柱处设柔性系杆。对有檩体系屋盖，檩条可兼作系杆之用。

图7.14　屋架的垂直支撑

图7.15　天窗架的垂直支撑

2）下弦系杆。下弦一般应在屋架中部设一道或两道柔性系杆（在垂直支撑处并结合下弦杆平面外的容许长细比确定）。在屋架支座处设刚性系杆，如此处为托架或圈梁时，则可不设。

7.2.2.3　支撑的计算和构造

除系杆外各种支撑都是一个平面桁架。桁架的腹杆一般采用交叉斜杆的形式，也有采用单斜杆的。下面主要结合（图7.13）所示传统的支撑布置方法进行介绍。在上弦或下弦平面内，用相邻两屋架的弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆，另加竖杆和斜杆，便组成支撑桁架。同理，屋架的下弦杆兼作纵向水平支撑桁架的竖杆。屋架的纵横向水平支撑桁架的节间，以组成正方形为宜，一般为6m×6m，但由于实际情况划分时也可能有长方形甚至是6m×3m的情况。上弦横向水平支撑节点间的距离常为屋架上弦杆节间长度的2～4倍。纵向水平支撑的宽度取屋架下弦端节间的长度3～6m。

垂直支撑常成图7.14（e）、（f）、（g）所示的小桁架，其宽与高各由屋架间距及屋架相应竖杆高度确定。宽高相差不大时，可用交叉斜杆，高度较小时可用V及W式见[图7.14（e）、（f）]，以避免杆件交角可能小于300的情况。

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，但对兼作支撑桁架弦杆、横杆或端竖杆的檩条或屋架竖杆等，其长细比应满足支撑压杆的要求；兼作柔性系杆的檩条，其长细比应满足支撑拉杆的要求。对于承受端墙风力的屋架下弦横向水平支撑和刚性系杆，以及承受侧墙风力的屋架下弦纵向水平支撑，当支撑桁架跨度较大或承受的风荷载较大时，或垂直支撑兼作檩条以及考虑厂房结构的空间工作而用纵向水平支撑作为柱的弹性支承时，支撑杆件除应满足长细比要求外，尚应按桁架体系计算内力，并据此内力按强度或稳定性选择截面并计算其连接。

具有交叉斜腹杆的支撑桁架，通常将斜腹杆视为柔性杆件，只能受拉，不能受压。因而每节间只有受拉的斜腹杆参与工作（图7.16）。

图7.16　支撑桁架计算简图

支撑和系杆与屋架或天窗架的连接应使构造简单安装方便，通常采用C级螺栓，每一杆件接头处的螺栓数不少于两个。螺栓直径一般为20mm，与天窗架或轻型钢屋架连接的螺栓直径可用16mm。有重级工作制吊车或有较大振动设备的厂房中，屋架下弦支撑和系杆（无下弦支撑时为上弦支撑和隅撑）的连接，宜采用高强度螺栓，或除C级螺栓外另加安装焊缝，每条焊缝的焊脚尺寸不宜小于6mm，长度不宜小于80mm。