【钢结构原理】9.1 厂房的天窗结构
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厂房的天窗结构在单层厂房中尤为重要，用于满足采光和通风需求，因此需设置天窗。天窗架结构有三种常用形式：三铰拱式、三支点式和多竖杆式。三铰拱式结构由两片三角形桁架组成，两点支撑于屋架上，结构制作简单且便于运输组装，但稳定性较差，适用于天窗跨度较小的情况。三支点式天窗架则由两根竖柱和一片三角形桁架组成，整体刚度较大，适用于跨度较大的情况。多竖杆式天窗架由竖向压杆、上弦杆和斜腹杆构成，与屋架的连接节点较多，现场安装工作量大，适用于大窗高度不大但跨度较大的情况。天窗架跨度和高度需根据采光和通风要求确定，跨度一般为屋架跨度的1/3至1/2，高度为跨度的1/5至1/2，常用跨度为6m、9m和12m。
普通天窗屋盖采用预应力混凝土屋面板时为无檩体系，轻型天窗屋盖则采用压型钢板、夹芯板或发泡沫水泥复合板（太空板），可以是有檩体系或无檩体系。天窗架的荷载包括永久荷载、屋面可变荷载和风荷载，各项荷载应遵循国家规范《建筑结构荷载规范》GB 50009的相关规定。天窗架结构计算时，节点视为铰节点，以减少节点刚性对杆件内力的影响。计算时，应考虑侧柱及受有节间荷载的杆件所受弯矩。三铰拱式天窗架为静定结构，直接求解其内力；而其他两种为超静定结构，可通过适当简化计算内力，如将主斜杆或腹杆视为柔性拉杆，不承担压力。
天窗架上弦承受节间荷载时，局部弯矩近似取0.8Mo（Mo为跨度等于节间长度的简支梁的最大弯矩）。天窗架侧柱一般按两端简支构件计算。杆件截面选择时，天窗架可采用角钢、T型钢或钢管截面，通常与屋架保持一致。上弦杆件根据有无节间荷载分为压弯杆或压杆，侧柱按压弯构件计算，其他杆件按轴力构件计算。天窗架压杆的计算长度与桁架杆一致，但受压腹杆之下端连于桁架上弦杆者，在桁架平面内取其几何长度，不乘以0.8或0.9。天窗架拉杆和压杆的长细比应分别符合规定。节点构造与运送单元划分紧密相关，工厂内的连接采用焊接，工地完成的连接则宜采用螺栓连接，地面拼装的连接也可采用焊接。
在安装过程中，为满足安放屋面构件的构造要求，天窗架侧柱轴线通常不对准屋架节点中心，而是使侧柱外边缘线交于屋架节点。整体安装时，屋架也分成两个运输单元，在工地地面拼装后再起吊。
