重型单层工业厂房钢结构设计(45页)PPT

三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, 坡度一般在1/3～1/2
梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板， 坡度一般在1/2～1/8
➢ 2.受力合理： 1）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大 。 简支屋架外形与均布荷载下的抛物线 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。
2）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数 量宜少，腹杆总长度也应较小。
吊车梁
吊车梁工程实例
格构柱
吊车梁
吊车梁 格构柱
➢ 2.柱间支撑的作用： 1）承受并传递纵向水平荷载： 作用于山墙上的风荷载、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。 2）减少柱在平面外的计算长度。 3支撑的形式：
下层柱间 支撑的形式
(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形; (d)双层十字形
➢ 4. 综合技术经济效果好
根据不同的条件桁架形式可以有很多变化
三角形屋架下 弦下沉，弦杆交 角增大，方便制 造，屋架重心降 低，提高了稳定 性。 可有效降低屋 架对支撑结构的 推力。
3.1.2.4 桁架主要尺寸的确定
跨度 L—工艺及使用要求 高度 H—经济、刚度、运输、坡度等
各种屋架中部高度：
上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑
下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑
垂直 支撑
刚性系杆
刚性系杆
上层柱间支撑
下层柱间支撑
➢ 1.柱间支撑的布置： 1）每列柱都要设柱间支撑。 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱 间支撑布置在同一柱间。 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的中部， 以减少纵向温度应力的影响。 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外,还应当在每个温度区段的两端设置。 5）每列柱顶均要布置刚性系杆。
➢ 4.承担并传递水平荷载 如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。
➢ 5.保证结构安装时的稳定与方便
3.1.3.2屋盖支撑的布置
➢ 1.上弦横向水平支撑布置原则: 在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设 置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天 窗架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间或设 在第二个柱间,间距L0≤60m。
上弦横向水平支撑布置图
➢ 2.下弦横向水平支撑布置原则 ： 当跨度L≥18m； 设有悬挂式吊车起重量大于5吨； 厂房内设有较大的振动设备。 与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。
➢ 3.纵向水平支撑布置原则 ： 厂房内设有托架，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； 以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。
柱子与基础 刚性连接
肩梁 ：将各阶柱段连在一起。
肩梁
单臂肩梁 双臂肩梁
构造要求：肩梁惯 性矩宜大于上柱的 惯性矩，其线刚度 与下柱单肢线刚度 之比一般宜不小于 25，其高跨比可控 制在0.35～0.5之 间。
双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于900mm)的情形。
3.1.1.3 柱间支撑
几何可变体 系屋架侧倾
几何不变体 系屋架稳定
图3．16屋盖支撑作用示意图
➢ 2.保证屋盖的刚度和空间整体性
横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平 放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑 。
纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗 弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性， 减少横向水平荷载作用下的变形。
➢ 3.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，减小弦杆 在屋架平面外的计算长度，保证受压上弦杆的 侧向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。
在工业与民用房屋建筑中，当跨度比较大时用梁作屋 盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。
3.1.2.2桁架的外形及腹杆形式
三 角 形 屋 架 芬克式腹杆
人字式腹杆
豪式腹杆
梯 形 屋 架
人字式腹杆 平 行 弦 屋 架
人字式腹杆
再分式腹杆 交叉式腹杆
3.1.2.3.确定桁架形式的原则
➢ 1.满足使用要求：
（a）
（b）
（c）
柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。
铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起 重量不很大的轻型维护结构。
刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。
阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。 下段柱：缀条格构式。
分离式柱：吊车肢,屋盖肢
3.1 结构形式和结构布置 3.2 计算原理 3.3 钢屋架设计 3.4 吊车梁设计
2021/1/12
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3.1 结构形式和结构布置
❖ 一般说明 ❖ 屋架外形及腹杆形式 ❖ 屋盖支撑
3.1.1 一般说明
重型厂房的组成： 柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。
屋盖结构体系：
钢屋架—大型屋面板结构体系
3.1.3.3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则
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 。
支撑 桁架
弦杆：相邻屋架弦杆兼作 横向支撑桁架的弦杆
斜腹杆：支撑
腹杆
竖腹杆：竖杆
屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件 截面常按容许长细比来选 。 拉杆——单角钢 压杆——双角钢 当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按 图示拉杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。
一柱间。
屋盖支撑布置图
(b)
(a) (e)
(c)
(f)
(d) (g)
屋架的垂直支撑布置
➢ 5.系杆 刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。 柔性系杆：只能承受拉力的系杆。 作用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供 上下弦的侧向支承点。 布置原则： 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆； 屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆， 天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆； 当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间 所有系杆均应为刚性系杆。
计算单元 图3-2 柱网布置
➢ 2.温度收缩缝 : 超出表3-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形
的影响
温度区段长度表(m) 表3-2
结构情况
纵向温度区段 横向温度区段(屋架或构 (垂直屋架或构 架跨度方向) 架跨度方向) 柱顶为刚接 柱顶为铰接
采暖房屋和非采
220
暖地区的房屋
热车间和采暖地
180
下弦水平支撑布置图
➢ 4.垂直支撑布置原则 ：
所有房屋中均应设置垂直支撑。 梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度 L≤24m时，仅在跨度中央设置一道 。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 。 梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置
一道，当有托架时则由托架代替 。 垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同
区的非采暖房屋
120
150
100
125
露天结构
120
--
--
拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将 柱距局部加大。如图3．2中，在纵向轴线B与 横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和 m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为 拔柱。
托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。
托梁：h ( 1 ~ 1)l 10 8
上层柱间 支撑的形式
(a)十字形； (b)人字形；
(c)V字形
3.1.2屋架外形及腹杆形式
3.1.2.1桁架的应用
桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。 桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应 力在截面上均匀分布，桁架用料经济，结构 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途 。
三角形屋架： 中部高度H≈(1/6～1/4)L
梯形屋架 ： 中部高度H≈(1/10～1/6)L 端部高度H0≈(1.8～2.1m)
3.1.3屋盖支撑
➢ 屋盖上弦横向水平支撑 ➢ 屋盖下弦横向水平支撑 ➢ 屋盖下弦纵向水平支撑 ➢ 竖向支撑 ➢ 系杆
3.1.3.1屋盖支撑的作用
➢ 1.保证屋盖结构的几何稳定性。
单向斜杆式：
斜腹杆受拉 竖腹杆受压
合理
斜腹杆受压 竖腹杆受拉
不合理
再分式腹杆∶减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比 。
交叉式腹杆∶主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。
再分式腹杆
交叉式腹杆
➢ 3 .制造简单及运输与安装方便 杆件数量少，节点少，杆件尺寸划一及节 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。
优点：减小两肢在框架平面内的计算长度, 两肢分别单独承担荷载 。
阶梯形下柱的常见截面形式：
阶形柱的上柱 起重量较小的边柱 起重量≤50t的中柱
起重量＞50t的中柱 起重量较大的边柱 特大型厂房的下柱
图3-6 双肢格构式柱
A6一A8级吊车的单跨厂房
纵向刚度 横向刚度
柱间 支撑
屋架与柱子 刚性连接
钢屋架—檩条—轻型屋面板结构体系
横梁—檩条—轻型屋面板结构体系
吊车的工作制等级与工作级别的对应关系
工作制等级 轻级 工作级别 A1～A3
中级 A4,A5
（按照吊车使用的频繁程度）
重级 A6,A7
特重级 A8
3.1.1.1 柱网布置和计算单元
➢ 1.影响柱网布置因素： 1）生产工艺流程要求： 2）结构上的要求：在保证厂房具有必需的刚度和强 度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以 利施工。 3）经济要求： 4）模数要求：柱距L的取值: 一般地，在跨度不小于 30m、高度不小于14m、吊车额定起重量不小于 50t时，柱距取12m较为经济;参数较小的厂房取 6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取 大柱距15m，18m及24m较适宜。
b (1 1 )l 5 2.5
托架：h ( 1 ~ 1)l 10 5