(2)屋架的高度
屋架的高度应根据经济、刚度、建筑等要求以及屋面坡度,运输条件等因素来确定。当屋面材料要求屋架具有较大的排水坡度时应采用三角形屋架,三角形屋架的高度为h= (1/4--1/6)l。梯形屋架的屋面坡度较平坦,屋架跨中高度应满足刚度要求,当上弦坡度为1/8--1/12时,跨中高度一般为(1/6—1/10)l。跨度大(或屋面荷载小)时取小值跨度小(或屋面荷载大)时取大值。梯形屋架的端部高度:当屋架与柱铰接时为1.6~2.2m,刚接时为1.8--2.4m。端弯矩大时取大值,端弯矩小时取小值。屋架上弦节间的划分,主要根据屋面材料而定,尽可能使屋面荷载直接作用在屋架节点上,使上弦不产生局部弯矩。对采用大型屋面板的无檩屋盖,上弦节间长度应等于屋面板的宽度,一般为1.5m或3m。当采用有檩屋盖时,则根据檩条的间距而定。一般为0.8--0.3m。
屋架的跨度和高度确定之后,各杆件的轴线长度可根据几何关系求得。
(二)屋架杆件内力计算 1.计算屋架杆件内力时常采用的基本假定:
(1)屋架的节点为铰接;
(2)屋架所有杆件的轴线都在同一平面内,且相交于节点的中心;
(3)荷载都作用在节点上,且都在屋架平面内。
上述假定是理想的情况,实际上由于节点的焊缝连接具有一定的刚度,杆件不能自由转动,因此节点不完全是铰接,故在屋架杆件中有一定的次应力。根据分析,对于角钢组成的T形截面,次应力对屋架的承载能力影响很小。设计时可以不予考虑。但对于刚度较大的箱形或H形截面,弦杆截面高度与长度(节点中心间的距离)之比大于1/10(对弦杆)或大于1/15(对腹杆)时,应考虑节点刚度所引起的次应力。其次由于制造偏差和构造原因等,杆件轴线不一定全部交于节点中心,外荷载也可能不完全作用在节点上,所以节点上可能有偏心。
如果上弦有节间荷载,应先将荷载换算成节点荷载,才能计算各杆件的内力。而在设计上弦时,还应考虑节间荷载在上弦引起的局部弯矩,上弦按偏心受压杆件计算。
2.屋架上的荷载和内力计算: (1)屋盖上的荷载有永久荷载和可变荷载两大类
永久荷载:包括屋面材料和檩条、支撑、屋架、天窗架等结构的自重。屋架自重可按经验公式Pw=0.12+0.1lL计算(L为屋架跨度,单位为m)。Pw的单位是kN/m,按水平投影面分布。
可变荷载:包括屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载以及悬挂吊车荷载等等,其中屋面活荷载和雪荷载不会同时出现,可取两者中的较大值计算。
屋架内力应根据使用过程和施工过程中可能出现的最不利荷载组合计算。在屋架设计 时应考虑以下三种荷载组合:
1)永久荷载+可变荷载
2)永久荷载+半跨可变荷载
3)屋架、支撑和天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载
屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆按第一种荷载组合计算;而跨中附近的腹杆在第二、三种荷载组合下可能内力为最大而且可能变号。如果在安装过程中能保证屋脊两侧的屋面板对称均匀铺设,则可以不考虑第三种荷载组合。
采用轻质屋面材料的三角形屋架,在风荷载和永久荷载作用下可能使原来受拉的杆件变为受压;另外,对于采用轻质屋面的厂房,要注意在排架分析时求得的柱顶最大剪力会使屋架下弦出现变号内力(即压力)或附加内力。