(房屋钢结构设计课件)第二章中、重型厂房结构设计

121结构形式和结构布置22计算原理23钢屋架设计24吊车梁设计第二章中、重型厂房结构设计厦门大学建筑土木学院V一般说明V屋架外形及腹杆形式V屋盖支撑21结构形式和结构布置211一般说明Q中、重型厂房的组成柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。（图21示）Q中、重型厂房结构形式单层刚框架多层刚架柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑屋盖结构承担屋盖荷载的结构体系包括横向框架的横梁、托架、中间屋架、天窗架和檩条横向框架柱屋架，主要承重体系支撑体系屋盖支撑和柱间支撑吊车梁和制动梁承受吊车竖向及水平荷载墙架承受墙体的自重和风荷载Q屋盖结构体系钢屋架大型屋面板结构体系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Q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中级重级特重级工作级别A1A3A4,A5A6,A7A8（按照吊车使用的频繁程度）1影响柱网布置因素1）生产工艺流程要求2）结构上的要求将柱布置在同一横向轴线上，与屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。3）经济要求柱距的大小直接影响结构的用钢量。柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系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。2111柱网布置和计算单元2温度收缩缝取决于厂房的纵向和横向长度。纵向很长的厂房，纵向构件伸缩产生的温度应力引起整个结构的变形，并可能导致墙体和屋面的破坏，故采用横向伸缩缝将结构分成伸缩时互不影响的温度区段。横向宽度较大时，也应按规定布置纵向伸缩缝超出表22中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响结构情况纵向温度区段垂直屋架或构架跨度方向横向温度区段屋架或构架跨度方向柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋露天结构220120150180100125120温度区段长度表M表22（A）各列柱距相等（B）中列柱有抽柱Q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22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。Q托架（托梁）上承屋架，下传柱子。图22柱网布置计算单元Q托架与屋架的连接叠接构造简单，便于施工，但托架（托梁）受扭。平接可以有效地减轻托架（托梁）受扭的不利影响，较常用。托梁与屋架的连接（A）各列柱距相等（B）中列柱有抽柱计算单元2112横向框架及其截面选择横向框架梁与柱的连接形式刚接框架具有良好的横向刚度，但对基础不均匀沉降和温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施铰接框架对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，但框架的横向刚度差，常不能满足吊车使用上的要求，工程应用较少。（A）（B）（C）厂房的主要承重结构通常采用框架体系。其横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。框架柱的类型框架柱按结构形式分为等截面柱、阶梯形柱和分离式柱三大类等截面柱实腹式格构式吊车梁支于牛腿上，构造简单；吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重Q20T，或无吊车且厂房高度不超过10M的轻型厂房中。分离式柱由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁的吊车肢组成，并用水平板相连做成柔性连接。吊车肢在框架平面内的稳定性靠连在屋盖肢上的水平连系板来提供；屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计；吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，按压弯构件设计。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。阶梯形柱由于吊车梁支于柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。实腹式单阶柱双阶柱格构式上段柱工字形截面实腹式柱下段柱由于吊车肢受的荷载大，通常设计成不对称截面Q阶梯形下柱的常见截面形式图26双肢格构式柱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分离式柱脚Q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。Q肩梁将各阶柱段连在一起。肩梁单臂肩梁（图27A）双臂肩梁（图27B）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03505之间。肩梁吊车梁工程实例格构柱吊车梁Q厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车起重量，还与其工作级别极吊钩类型有关。柱子与基础刚性连接纵向刚度横向刚度柱间支撑屋架与柱子刚性连接QA6一A8级重级工作制吊车的单跨厂房，须有大的横向刚度和纵向刚度。Q下层柱间支撑吊车梁下部的柱间支撑2113柱间支撑Q上层柱间支撑吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑上层柱间支撑垂直支撑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。下层柱间支撑与柱和吊车梁一起在纵向组成刚性很大的悬臂桁架为了使纵向构件在温度变化时能自由伸缩，尽量减少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。当温度区段90M时，在中央设一道下层支撑；当温度区段90M时，在1/3点处各设一道下层支撑，以免传力路径太长；在短而高的单层厂房结构中，下层柱间支撑可布置在厂房结构的两端。上层柱间支撑分为两层第一层在屋架端部高度范围内，属于屋盖垂直支撑；第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。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保证厂房的纵向刚度。3柱间支撑的形式A单层十字形；B人字形；C门形D双层十字形下层柱间支撑的形式A十字形；B人字形；CV字形上层柱间支撑的形式U柱间支撑的计算要点上层柱间支撑承受端墙传来的风荷载W；下层柱间支撑承受端墙传来的风荷载W和吊车纵向水平荷载T在同一温度区段的同一柱列设置多道柱间支撑时，全部纵向水平荷载由该柱列的所有支撑共同承受。柱间支撑的内力，根据柱列所受纵向荷载，按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算。拉杆体系设计，假定交叉支撑只承受拉力，一旦受压即失去稳定而退出工作（虚线），体系变为静定结构。柱间支撑计算简图角钢不宜小于L756；槽钢不宜小于12；下层支撑一般为双片，分别与吊车肢和屋盖肢相连，双片间以单角钢缀条相连；上层支撑一般为单片，支撑连接可采用焊缝或高强螺栓连接，人字形和八字形支撑应注意构造措施，使其与吊车梁的连接仅传递水平力，不传递垂直力，以免支撑成为吊车梁的中间支承点。Q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。Q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。212屋架外形及腹杆形式2121桁架的应用2122桁架的外形及腹杆形式芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架（1）三角形屋架按腹杆布置方式不同芬克式长杆受拉、短杆受压，受力相对合理，应用较广人字形杆件数量少，节点数量少，受压杆较长，但抗震性能优于芬克式屋架，适用于跨度小于18M的屋架。单斜式腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，适用于下弦设置天棚的屋架。特点外形和弯矩图不相适应，弦杆内力分布不均匀，近支座处内力大，近跨中处小，横向刚度小。上下弦交角小，端节点构造复杂。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善受力和节点构造。适用于跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。（2）梯形屋架按腹杆布置方式不同有人字式腹杆总长度短，节点少按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦又可分为下承式和上承式两种。再分式可避免节间直接受荷（非节点荷载）。特点外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。（3）人字形桁架上、下弦可为平行，坡度为1/201/10，节点构造较为统一；上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情况。跨中高度一般为2025M，跨度大于36M时可取较大高度但不宜超过3M；端部高度一般为跨度的1/181/12。（4）平行弦屋架上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。一般用于托架和支撑体系。2123确定桁架形式的原则三角形屋架适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮,坡度一般在1/31/2梯形屋架压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在1/21/81满足使用要求屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。2受力合理屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉；荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。3满足制造、安装和运输要求构造简单，杆件夹角3060；杆件与节点数量少；分段制造，便于运输与安装；4综合经济技术效果好跨度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三角形屋架中部高度H1/61/4L梯形屋架中部高度H1/101/6L端部高度H01821M2124桁架主要尺寸的确定213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垂直支撑系杆平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，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216屋盖支撑作用示意图1保证屋盖结构的几何稳定性。几何可变体系屋架侧倾几何不变体系屋架稳定2131屋盖支撑的作用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。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2132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L060M。布置在第二柱间时，应在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力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L18M；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以形成空间稳定体系。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。屋架间距24M5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Q在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；