单层厂房钢结构设计.ppt

1,第二章 单层厂房钢结构设计,2,第二章 单层厂房钢结构设计,第一、二节 单层厂房钢结构组成与布置 第三节 支撑体系 第四、五节 横向框架和框架柱 第六节 普通钢屋架 第七节 吊车梁结构体系 第八节 墙架体系,3,第一节 单层厂房钢结构组成,4,第一节 单层厂房钢结构组成,5,第一节 单层厂房钢结构体系,1.1、结构组成 钢结构厂房的特点：承载能力大，整体刚度大，稳定性好，抗震性能好，耐热（但不耐火），制做安装运输方便，因此在重型厂房及大型厂房中应用很普遍。 需要抵抗屋面、墙面、吊车设备等各种竖向及水平荷载的作用。 组成：天窗架、屋架、托梁、柱、吊车梁、制动梁（桁架）、各种支撑以及墙架等构件。,6,第一节 单层厂房钢结构体系,1.1、结构组成 柱屋架平面结构 吊车梁连接两个平面结构 支撑体系屋盖支撑、柱间支撑 屋盖屋架、支撑、檩条、天窗,7,第一节 单层厂房钢结构体系,1.1、结构组成 横向平面框架柱横梁（屋架） 承受横向水平荷载、竖向荷载基础 纵向平面框架柱吊车梁柱间支撑 保证纵向刚度，承受纵向水平荷载基础 屋盖系统屋架、支撑、檩条、天窗 吊车梁、制动梁 承受吊车梁的竖向荷载及水平荷载 支撑屋盖支撑、柱间支撑 将单独平面框架连成空间体系，保证其刚度 墙架承受墙体的重量和风力,8,第一节 单层厂房钢结构体系,二、单层厂房钢结构的布置 2.1、柱网 2.2、变形缝温度缝 2.3、横向框架 2.4、屋盖结构布置,9,第一节 单层厂房钢结构体系,2.1、柱网主要取决于工艺要求 柱网横向框架纵向框架 柱网的布置需要从以下几个方法考虑： （1）从工艺要求方面： 柱的位置应与车间设备、机械及起重运输设备等相协调； 柱下基础应与地下设备（基础设备）相配合； 还需适应生产过程中的可能变动；,10,第一节 单层厂房钢结构体系,2.1、柱网 （2）从结构要求方面： 柱列的柱间距均为相等的布置方式 柱子设在同一轴线上，形成框架，保证横向刚度； 同时，构件重复性大，易于构件最大限度的定型化和标准化 柱列的柱间距不相等的情况 柱子尽量在同一轴线上，形成框架,11,第一节 单层厂房钢结构体系,2.1、柱网,12,第一节 单层厂房钢结构体系,2.1、柱网 （3）从经济要求方面： 增大柱距，吊车梁跨度增大，需增设托架，费钢，但柱基础减少，所以应通过比较确定； 统一化、标准化：跨度以3m为模数，柱距以6m为模数,13,第一节 单层厂房钢结构体系,2.2、温度缝 温度变化时厂房将产生温度变形及温度应力 按规范要求横向、纵向均应设置温度缝 可以设单柱，也可以设双柱来实现温度缝构造,14,第一节 单层厂房钢结构体系,2.2、温度缝 温度缝设置范围 温度缝一般从基础顶面或地面开始 缝宽净距3060mm,15,第一节 单层厂房钢结构体系,2.3、横向框架 厂房结构的基本承重结构 按跨度：单跨、双跨和多跨 按静力图分为： 梁柱铰接 不能抵抗弯矩 梁柱刚接 能够抵抗弯矩 框架柱柱脚一般刚性固定于基础上,16,第一节 单层厂房钢结构体系,2.3、横向框架 梁柱铰接与刚接,梁柱刚接,梁柱铰接,17,第一节 单层厂房钢结构体系,2.3、横向框架 梁柱铰接 对基础沉降有较强的适应性 安装方便、计算简单、受力明确 缺点：下段柱弯矩较大，横向刚度差 目前应用广泛,18,第一节 单层厂房钢结构体系,2.3、横向框架 梁柱刚接 适应于基础沉降小的厂房结构 减少下段柱的弯矩，提高横向刚度 下段柱截面可以减小，增加使用面积 安装不便、计算受力复杂 用于横向刚度较大、单跨重型厂房,19,第一节 单层厂房钢结构体系,2.3、横向框架 以下几种情况应采用梁柱刚接 （1）设有硬钩吊车的厂房； （2）设有两层吊车的厂房； （3）设有软钩重级吊车； （4）高跨比H/L1.5，且跨度L 24m,20,第一节 单层厂房钢结构体系,2.4、屋盖结构布置 可分为：无檩体系和有檩体系 （1）无檩体系 直接铺设大型钢筋混凝土屋面板 有6m、12m两种； 其优点是横向刚度大，整体性好，构造简单，施工快； 但自重大，抗震性能不如有檩体系 多用于对刚度要求较高的中型以上厂房,21,第一节 单层厂房钢结构体系,2.4、屋盖结构布置 （2）有檩体系 设置檩条，上铺石棉瓦或压型钢板 重量轻，用料省，便于运输、安装； 但构件数量多，型号多，构造复杂，吊装次数多，横向刚度差 多用于刚度要求不高的中、小型厂房,22,第一节 单层厂房钢结构体系,2.4、屋盖结构布置 （3）易引发事故的原因： 屋面荷载过大：积灰、积雪 钢材腐蚀、锈蚀 设计选型不当，拉杆变压杆，失稳破坏 节点板设计不当,23,第一节 单层厂房钢结构体系,2.4、屋盖结构布置 （3）易引发事故的原因： 钢材质量不合格 未设置屋架支撑，侧向失稳 杆件长细比过大，过早变形 施工不良，屋面渗漏 设计或施工不当，杆件偏心受力过大,24,第一节 单层厂房钢结构体系,三、支撑体系 3.1、支撑体系的作用 3.2、屋盖支撑 3.3、柱间支撑 3.4、支撑的计算和构造,25,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (1)支撑作用： 1）保证结构的空间作用； 2）增强屋架的侧向稳定； 3）传递屋盖的水平荷载； 4）便于屋盖的安装；,26,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 分类： 上、下弦横向水平支撑; 下弦纵向水平支撑; 垂直（竖向）支撑和系杆等。,27,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑,28,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 上弦横向水平支撑（体系） 以两榀屋架的上弦杆作为支撑桁架的弦杆，檩条为竖杆，另加交叉斜杆共同组成水平桁架； 其将两榀屋架在水平方向联系起来，保证了屋架的侧向刚度；,29,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 上弦横向水平支撑（体系） 1)作用 a.传递山墙风力； b.减少上弦压杆侧向计算长度； c.保证屋架平面外稳定,30,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 上弦横向水平支撑（体系） 2)布置原则 a.布置在房屋两侧或温度缝的两侧； b.可布置在房屋两侧或温度缝两侧的第一或第二跨，若布置在第二跨，则应在第一跨设置刚性系杆； c.当长度大于60m时，应增设一道支撑；,31,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 上弦横向水平支撑（体系） 2)布置原则 d.屋面板采用三点焊与屋架上弦杆焊牢，原则上可不布置支撑，但考虑到现场施焊的质量不能保证，仍需设置支撑； e.窗架的支撑与屋架上弦横向支撑应设在同一开间，且天窗下的屋架上弦横向支撑不中断,32,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦横向水平支撑（体系） 以两榀屋架的下弦杆作为支撑桁架的弦杆，系杆与交叉斜杆为腹杆，共同组成水平桁架；,33,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦横向水平支撑（体系） 1)作用 a.减少下弦平面外计算长度； b.传递悬挂吊车水平力； c.传递水平风力(与抗风柱相连，作为抗风柱的支点),34,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦横向水平支撑（体系） 2)布置原则 a.屋架跨度18m时 b.屋架下弦设有悬挂吊车，厂房内有吨位较大的桥式吊车或有振动设备时； c.端墙抗风柱支承于屋架下弦时； d.屋架下弦设有通长的纵向支撑时； e.上弦设有横向支撑的开间，下弦也须设置横向支撑,35,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦纵向水平支撑（体系） 以系杆为弦杆，屋架下弦杆为竖杆； 下弦水平支撑在横向与纵向共同形成封闭体系，增强屋盖结构的空间刚度,36,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦纵向水平支撑（体系） 1)作用 a.保证空间整体刚度； b.保证托架或托梁平面外稳定； c.传递吊车水平刹车力,37,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦纵向水平支撑（体系） 2)布置原则 a.厂房内设有重级工作制吊车或起重量较大的中轻级工作制吊车时 b.厂房排架计算考虑空间工作时； c.厂房内设有较大的振动设备时；,38,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 下弦纵向水平支撑（体系） 2)布置原则 d.屋架下弦有纵向或横向吊轨时 e.屋架跨度较大，高度较高而空间刚度要求大时； f.设有托架时，在托架处局部加设下弦纵向支撑，由托架两端各延伸一个柱间设置,39,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 垂直（竖向）支撑 形成几何不可变体系的必要构件，与上、下横向水平支撑一起形成“盒子”，作为几何不可变基本单元,40,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 系杆 作为上下弦杆的侧向支撑点，保证无支撑开间屋架的侧向稳定，传递水平力。 刚性系杆：能承受压力 柔性系杆：只承受拉力,41,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 支撑布置原则： 1）房屋两端必须布置上、下弦横向支撑和竖向支撑； 2）屋架两边布置下弦纵向支撑，下弦横向支撑与下弦纵向支撑必须形成封闭体系； 3）横向支撑的间距不应该超过60m，当房屋较长时，可在中间增设上下弦横向支撑和相应的竖向支撑,42,第一节 单层厂房钢结构体系,3.2、屋盖支撑 (2) 屋盖支撑布置 支撑布置原则： 4）竖向支撑一般布置在屋架跨中和端竖杆平面内，当屋架跨度大于30m时，则在跨中1/3处再布置两道竖向支撑； 5）系杆的作用：增强屋架侧向稳定，减少弦杆的计算长度，传递水平荷载。,43,第一节 单层厂房钢结构体系,3.3、柱间支撑 (1) 柱间支撑的作用 保证厂房纵向刚度 承受纵向荷载传递至基础 为框架柱提供平面外支撑，减小平面外计算长度,44,第一节 单层厂房钢结构体系,3.3、柱间支撑 (2) 柱间支撑的设置 厂房长度60m设一道，其形式与屋盖支撑一样要保证交角不小于30 上层支撑除了在温度区段两端用单斜杆外，其余上层支撑用交叉腹杆或其他形式。当温度区过长，在其中部1/3范围内布置两道 下层支撑用交叉腹杆最为经济，刚度也大,上层支撑：吊车梁以上部分 下层支撑：吊车梁以下部分,45,第一节 单层厂房钢结构体系,3.3、柱间支撑 (2) 柱间支撑的设置,46,第一节 单层厂房钢结构体系,3.4 支撑的计算和构造 (1) 屋盖支撑-（桁架） 弦杆：屋架的上下弦杆或者刚性系杆 腹杆：多用单角钢组成十字交叉形式，斜杆与弦杆间交角为3060； 横向水平支撑节点间的距离为屋架上弦杆节间距离的24倍； 从向水平支撑的宽度取屋架下弦端节点的长度，约36m。,47,第一节 单层厂房钢结构体系,3.4 支撑的计算和构造 (2) 屋架支撑（竖向支撑） 由节间长宽比确定，采用交叉式或单斜杆式 其截面尺寸一般由杆件的容许长细比和构造要求确定； 构造尽可能简单方便； 刚性单角钢 柔性圆钢 节点板应事先焊好，再与屋架用螺栓连接,48,第一节 单层厂房钢结构体系,3.5 墙架结构 组成：墙架梁、墙架柱 作用：传递作用在墙面上的风载、承受墙身自重； 工作方式：将所受荷载传递到墙架柱及主要横向框架中，最后传递到基础。,49,第四节 横向框架与框架柱,一、横向框架的结构体系 二、横向框架的计算 三、框架柱,50,第四节 横向框架与框架柱,一、横向框架的结构体系 1.1 横向框架的形式 （1）单层单跨厂房的横向框架,51,第四节 横向框架与框架柱,1.1 横向框架的形式 （1）单层单跨厂房的横向框架 1）铰接框架 多用于轻吊厂房，横向刚度差 适用于有地基不均匀沉降 多采用三角形屋架 2）刚接框架 常用形式，横向刚度好 对地基不均匀沉降敏感 多采用梯形桁架,52,第四节 横向框架与框架柱,1.1 横向框架的形式 （1）单层单跨厂房的横向框架 对于超大跨度和超高厂房,53,第四节 横向框架与框架柱,1.1 横向框架的形式 （2）单层多跨厂房的横向框架 在生产线有横向联系时，多采用此种,54,第四节 横向框架与框架柱,1.1 横向框架的形式 （2）单层多跨厂房的横向框架,55,第四节 横向框架与框架柱,1.1 横向框架的形式 （3）锯齿形厂房的横向框架 有采光和通风要求的厂房 一面采光或通风，另一面是屋面板 框架式或桁架式 （4）有横向天窗的横向框架 天窗直接放在屋架上 天窗与屋架和柱形成横向框架,56,第四节 横向框架与框架柱,1.2 横向框架的尺寸 跨度：采用6m的倍数，12m、18m、24m等 高度：根据工艺要求确定 从室内地坪算起，到吊车轨顶标高 注意：吊车轨顶到屋架下弦的净空高度应由吊车规格确定,57,第四节 横向框架与框架柱,1.2 横向框架的尺寸 1）跨度L，车间纵向定位轴线间的距离,58,第四节 横向框架与框架柱,1.2 横向框架的尺寸 注意：柱内边缘与吊车桥之间应有足够空隙,C为空隙尺寸,59,第四节 横向框架与框架柱,1.2 横向框架的尺寸 2）有效高度：,Hu地坪到吊车轨顶 Hr吊车轨顶算起，吊车所需高度 250300考虑屋架挠度及安装偏差预留,60,第四节 横向框架与框架柱,二、横向框架的计算,61,第四节 横向框架与框架柱,二、横向框架的计算 2.1 横向框架的计算简图,62,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 横梁简化简化为实腹式梁,63,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 横梁简化简化为实腹式梁,64,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 格构式柱简化简化为实腹式柱 等效惯性矩： 注意：阶段式柱的轴线以上柱轴线为准 柱各段荷载偏心矩仍按各段轴线计算,65,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 横梁进一步简化横梁刚度无穷大,66,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 柱子与基础简化刚接 地基条件好，基础转角小，可认为刚接； 地质条件差，基础转角不可忽略，要考虑基础转角产生的附加内力；,67,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 框架计算跨度L0与高度 计算跨度：两柱轴线间距； 计算高度：自基础顶面算起，上部需根据横梁与柱相对刚度而定： 横梁刚度无穷大时，取到屋架传递支座反力的弦杆截面重心（一般为下弦杆） 横梁刚度有限时，取到屋架端部截面的形心,68,第四节 横向框架与框架柱,2.1 横向框架的计算简图 简化 框架计算跨度L0与高度,69,第四节 横向框架与框架柱,2.2 作用在横向框架上的荷载,70,第四节 横向框架与框架柱,2.4 框架的静力分析 可以采用的两种方法： 变形法： 针对单跨对称刚架，横梁刚度无穷大 只有节点线位移一个未知数 当在屋面荷载作用下，只有角位移,71,第四节 横向框架与框架柱,2.4 框架的静力分析 可以采用的两种方法： 变形法与弯矩分配法联合求解： 针对横梁刚度非无穷大，荷载不对称 既有节点线位移，又有角位移,72,第四节 横向框架与框架柱,2.5 框架内力组合 确定计算框架构件截面和框架各部位连接的可能最不利内力，主要有以下几种： 框架柱：可能最不利组合是使各柱段控制截面产生最大压应力，各控制截面要进行以下组合： A）正弯矩最大及相应的轴心力和剪力； B）负弯矩最大及相应的轴心力和剪力； C）轴心力最大及相应的正弯矩和剪力； D）轴心力最大及相应的负弯矩和剪力； 注意：变阶处内力组合还用于上下柱连接计算,73,第四节 横向框架与框架柱,2.5 框架内力组合 计算柱与基础连接的锚栓时，最不利的内力组合时锚栓受最大拉力，因此应进行44截面的最小轴力和相应的最大弯矩和剪力组合 柱与屋架刚接时，为确定连接，应对横梁的端弯矩和剪力进行组合： 参与组合的荷载及组合系数应按规范取值；,74,第四节 横向框架与框架柱,三、框架柱 3.1 框架柱形式,75,第四节 横向框架与框架柱,3.1 框架柱形式 等截面柱： 构造简单，适用于无吊车或起重量20t的厂房 台阶柱： 有单阶和双阶两种 吊车梁支承在柱截面改变处，荷载对截面形心的偏心较小，构造合理，应用广泛 分离式柱： 屋盖柱与横梁组成框架，吊车梁柱单独设置，两柱之间用水平板相连。水平板作用是减小两柱肢在框架平面内的计算长度 吊车梁柱只承受吊车荷载，轴心受压,76,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 牛腿： 1）等截面 实腹柱： 牛腿做成工字形截面 与牛腿相连的柱腹板用横向加劲肋来加强 格构式柱： 牛腿用双槽钢做成 槽钢夹住柱身，上翼缘用水平板焊接，腹板用竖向加劲肋加强,77,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 牛腿： 1）等截面,78,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 牛腿： 2）台阶柱：吊车肢柱顶要焊接水平支承板，形成吊车梁平台 实腹柱 格构式柱 上下柱拼接应有必要的强度和刚度 实腹柱：一般采用单壁式拼接 格构式柱：一般采用双壁式拼接,79,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 牛腿： 2）台阶柱：,80,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 牛腿： 3）分离式柱： 屋盖柱肢与等截面柱一样； 承受屋盖、墙架荷载和风载，及吊车的横向制动 吊车柱肢上平台构造与台阶柱类似 按轴心受压单独计算，有时需要考虑偏心,81,第四节 横向框架与框架柱,3.2 框架柱的构造 3）分离式柱：,82,第四节 横向框架与框架柱,3.3 柱截面验算 柱内主要内力 轴心力N 框架平面内的弯矩W、剪力V 框架平面外弯矩W 验算要点： 框架平面内稳定，应取柱段的最大弯矩M 验算柱在垂直与框架平面稳定时，取柱间支撑点或纵向杆系间的等效弯矩,83,第四节 横向框架与框架柱,3.4 柱脚构造 一般设计成刚接形式 尽可能节约材料、简化构造、便于施工 几种形式： 等截面柱脚 台阶柱柱脚 分离式柱柱脚,84,第四节 横向框架与框架柱,3.4 柱脚构造 等截面柱脚 实腹式 格构式,85,第四节 横向框架与框架柱,3.4 柱脚构造 台阶柱柱脚 实腹式 格构式,86,第四节 横向框架与框架柱,3.4 柱脚构造 分离式柱柱脚,87,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,承受横向弯曲荷载，把屋面荷载传递到下部结构 当荷载作用于屋架节点时，屋架所有杆件只承受轴心力作用，杆件截面上的应力均匀分布，材料使用充分 分类：按受力大小，截面形式可分为三类 1）普通钢屋架（以角钢为主） 2）钢管屋架 3）轻型钢屋架,88,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,普通钢屋架： 截面形式为双角钢组成的T形或十字形，在杆件汇交处通过节点板相连。 取材容易，构造简单，制造安装方便，与支撑体系形成的结构整体刚度大，工作性能可靠。 采用型钢，故自重大，用钢量多，跨度太大、太小时都不经济，一般适用跨度为18m36m。,89,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,一、钢屋架的类型和尺寸 二、钢屋架的计算分析 三、钢屋架的杆件设计 四、钢屋架的节点设计,90,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,一、钢屋架的类型和尺寸 1.1 选型和布置原则 （1）基本原则：要满足经济，适用，制造、安装方便等原则 从使用角度看：其外形要与屋面材料相适应，如采用瓦类、铁皮等。要求坡度陡一点，利于排水，一般为1/51/2，当采用卷材防水屋面时，坡度可小一些，一般为 1/121/8,91,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,一、钢屋架的类型和尺寸 1.1 选型和布置原则 （1）基本原则： 从经济角度看：外形应尽量和弯矩图相似，杆件应使短杆受压、长杆受拉，杆件夹角3060度，且应使尽可能多的杆件轴心受力 从施工角度看：制造安装方便，构造合理、简单，节点数目少，杆件型号少，在工厂制作部分应以运输能力而定,92,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.2 钢屋架外形 普通钢屋架的外形主要有四种：,93,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.3 钢屋架的腹杆形式 普通矩形钢屋架腹杆形式主要有四种：,94,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.3 钢屋架的腹杆形式 普通三角形腹杆形式主要有两种：,芬克式,95,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.3 钢屋架的腹杆形式 普通梯形腹杆形式主要有两种：,96,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.3 钢屋架的腹杆形式 普通曲拱形腹杆形式主要有两种：,97,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.4 钢屋架的主要尺寸 跨度 高度 节间宽度,98,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.4 钢屋架的主要尺寸 1）跨度（l） 柱网轴线间距为屋架的标志跨度，一般以3m为模数，计算跨度是屋架两端支座反力的距离 对于三角形屋架有檩屋盖结构，跨度尺寸灵活，不受3m模数限制。,99,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.4 钢屋架的主要尺寸 2）高度（h） 应根据经济、刚度、建筑要求等确定； 三角形屋架：一般高度 梯形：上弦坡度1/121/8， 跨中高度： 跨端高度：当与柱铰接时为1.62.2m，刚接时为1.82.4m。 注意：桁架高度应小于运输高度3.85m。,100,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,1.4 钢屋架的主要尺寸 3）节间宽度 根据屋面材料来确定的 采用大型屋面板时，一般1.51.8m； 有檩条时，一般0.83.0m,101,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,二、钢屋架的计算分析 2.1 计算假定 钢屋架的节点为铰接； 所有杆件的轴线都在同一平面内，且相交与节点的中心； 荷载都作用在节点上，且都在屋架平面内；,102,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,二、钢屋架的计算分析 2.2 荷载 （1）荷载类型和组合 荷载可分为永久荷载和可变荷载； 永久荷载：屋面材料、檩条、支撑、屋架等的自重； 可变荷载：屋面活荷载、积灰荷载、雪荷载、风荷载及吊车荷载等,103,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.2 荷载 （1）荷载类型和组合 屋架内力应根据使用过程中可能出现的最不利荷载组合计算，一般有三种组合 永久荷载可变荷载； 永久荷载半跨可变荷载； 屋架、支撑和天窗架自重半跨屋面板重半跨屋面活荷载。,104,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.2 荷载 （1）荷载类型和组合 屋架上、下弦杆和靠近支座的腹杆按第一种组合计算； 跨中附近的腹杆采用第二、三种组合中可能内力最大的；,105,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.2 荷载 （2）荷载计算,qk每平方米屋面水平投影上的标准荷载值 a屋架弦杆节间的水平长度； s屋架的间距； 荷载分项系数，永久1.2，可变1.4,106,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.2 荷载 （2）荷载计算 屋架及支撑自重经验公式：,L屋架的跨度,107,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.2 荷载 （2）荷载计算,108,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,2.3 内力分析 （1）轴向力 可用数解法或图解法 （2）上弦局部弯矩 产生原因：节间荷载 当有均布荷载时，可先按简支梁计算弯矩M0，然后再进行系数调整；,端节间： 其他节间：,109,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 什么是计算长度： 由于节点具有一定刚度，阻碍杆件屈曲或转动，杆件设计时要考虑其影响，所以提出计算长度。 有多长？可以自由转动的两端截面间距 嵌固作用： 刚性阻碍（转动、失稳）相当于弹性嵌固 影响因素：拉杆 拉杆越多，拉力和拉杆的线刚度越大，嵌固程度也越大；?,110,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 平面内计算长度： 平面外计算长度：,计算长度系数，与节点嵌固程度有关 L 杆件实际长度,111,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 一般情况下，腹杆对弦杆起不了嵌固作用，而弦杆对腹杆起一定嵌固作用，故弦杆值要大于腹杆 1)弦杆,L1支撑节点间距离； L1/2檩距；,檩条不与支撑交点相连； 檩条与支撑交点相连,112,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 2) 支撑竖杆和腹杆（端斜杆） 3) 其它腹杆,113,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 4) 中央竖杆（十字形截面，一般用于屋脊竖杆),114,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.1 杆件的计算长度 5)特殊情况平面外计算长度 屋架弦杆侧向支撑点间的距离为节间长度的两倍，且弦杆内力不等：,115,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.2 截面形式 组成：等肢或不等肢双角钢组成T型或截面 选取原则： 组合截面的两个主轴回转半径与杆件在屋架平面内和平面外的计算长度相配合，使两个方向的长细比比较接近，可以达到材料经济、连接方便；,116,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.2 截面形式 1）等边角钢相并： 特点： yy回转半径大于xx； 适用于腹杆，使两个方向的长细比基本相等,117,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.2 截面形式 2）不等边角钢，短肢相并： 特点： yy回转半径大于xx； 适用于上下弦杆平面外计算长度为平面内计算长度的23倍时。,iy=（2.62.9）ix l0y（23）l0x,118,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.2 截面形式 3）不等边角钢，长肢相并： 特点： yy回转半径小于xx； 适用于端斜杆、端竖杆，长细比基本接近,iy=（0.751.0）ix l0yl0x,119,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,三、钢屋架的杆件设计 3.2 截面形式 4）十字形截面： 特点： yy回转半径等于xx； 适用于中央竖杆,iyix l0yl0x,120,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.2 截面形式 注意： 角钢相并肢间应焊上垫板，其与节点板等厚，宽度一般取60mm，长度应伸出角钢肢1520mm,121,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 选择原则： 稳定，具有一定刚度（满足长细比）； 强度满足要求； 一般原则： a.选肢宽壁薄的角钢，但须保证局部稳定 b.普通屋架不小于L454或L56364 c.一榀屋架角钢种类不宜过多，一般为56种； d.为节约用钢量，对跨度大于的屋架，可根据内力大小，在适当节间处改变弦杆截面，但以改变一次为宜,122,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （1）轴心拉杆 强度验算,N轴心拉力； An杆件的净截面面积；,123,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （2）轴心压杆 强度验算同轴心拉杆； 稳定验算为,N轴向压力； A杆件的毛截面面积； 轴心压杆稳定系数；,124,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （2）轴心压杆 一般步骤： 先根据内力和材料强度计算所需截面积； 然后选择角钢型号； 再进行强度和稳定验算；,例如： 1）假定长细比（）； 2）查 表，带入稳定公式，求面积A； 3）再根据回转半径 选择角钢型号； 4）最后用实际A，回转半径验算稳定性；,125,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （2）轴心压杆 所有杆件应满足容许长细比要求：,双角钢组成T形截面,单角钢或十字形截面,126,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （3）偏心压杆 1）存在偏心弯矩，考虑其塑性的发展,截面塑性发展系数； M弦杆中的正弯矩或支座负弯矩； W弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩； 注意：此公式只适用于承受静力荷载和间接动力荷载,127,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （3）偏心压杆 2）存在偏心弯矩，不考虑其塑性的发展,截面塑性发展系数，此时1； M弦杆中的正弯矩或支座负弯矩； W弯矩作用平面内最大净截面抵抗矩； 注意：此公式只适用于直接承受动力荷载,128,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （3）偏心压杆 3）稳定验算，需考虑弯矩平面内和平面外,W1x弯矩作用平面内最大受压毛截面抵抗矩； NEx欧拉临界力； mx等效弯矩系数,平面内,129,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （3）偏心压杆 3）稳定验算，需考虑弯矩平面内和平面外,y 弯矩作用平面外轴心受压杆件稳定系数； b受压构件整体稳定系数； 调整系数；箱形0.7、其他1.0,平面外,130,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,3.3 截面选择和计算 （3）偏心压杆 屋架中内力很小的腹杆和按构造需要设置的杆件，一般可按容许长细比来选择截面，不必验算。,131,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4 钢屋架的节点设计 4.1节点设计原则 各杆件的重心线应尽量与屋架的几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心而产生节点附加弯矩 角钢肢背至屋架轴线的距离取5mm的模数 螺栓连接，以靠近杆件重心线的螺栓准线为轴线； 弦杆截面变化时，应使两角钢重心线之间的中线与屋架轴心重合，并使肢背平齐；,132,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则,133,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 偏心较大时，需计算偏心弯矩，将此弯矩分配于各杆,134,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 上弦杆直接搁置大型钢筋混凝土屋面板时的加强方式,135,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 节点板形式简单，应优先采用矩形、梯形、平行四边形，避免凹角 角钢端部的切割一般垂直于它的轴线，可切去部分肢，但绝不允许垂直肢完全切去而留下平行的斜切肢,136,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 焊接或螺栓连接的屋架节点两杆间最小距离要求,137,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 斜杆与弦杆连接，尽可能避免较大的偏心,138,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.1节点设计原则 节点板应有足够的强度，厚度一般620mm，同一榀屋架所有节点板应采用同一厚度（除支座处节点板比其他节点板厚2mm），节点板不能作为主要传力杆件,139,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 主要内容： 确定节点构造； 计算焊缝； 确定节点板形状和尺寸；,140,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （1）无节点荷载的下弦节点,141,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （1）无节点荷载的下弦节点,相邻节间内力差：,142,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （2）有集中荷载的节点,无檩屋架上弦节点,143,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （2）有集中荷载的节点,无檩屋架上弦节点：,N作用下，肢背与节点板间的剪应力,P作用下，上弦杆与节点板间四条焊缝平均受力,144,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （2）有集中荷载的节点,有檩屋架上弦节点：,假定： K只承受P； A承受N和偏心弯矩；,145,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （2）有集中荷载的节点,有檩屋架上弦节点： K 承受P作用 A 承受N作用,146,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （2）有集中荷载的节点,有檩屋架上弦节点： 除了承受N、P作用外，还要承受偏心弯矩Pe的作用。,147,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 两种拼接方式： 1）工厂拼接： 接头不大、受力较小 2）工地拼接： 接头较大、运输困难 拼接位置一般在节点处,148,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点,149,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 连接角钢： 作用：传递弦杆的内力； 保证弦杆拼接处的刚度； 先用螺栓夹紧固定，再施焊； 选取截面应等于被连弦杆的截面； 需将连接角钢的棱角切去 其尺寸如何确定？,150,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 连接角钢与弦杆之间的杆力由焊缝传递 每条焊缝长度为：,Nmax拼接弦杆中的最大杆力,151,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 除了连接角钢与弦杆间有传力焊缝，弦杆与节点板间还有连接焊缝 对于下弦受拉，其作用是承担由于连接角钢被切角后降低的承载力（约15%）,k1下弦角钢肢背上的内力分配系数,152,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 计算完焊缝长度可以确定连接角钢尺寸 连接角钢长度为 考虑节点刚度，连接角钢L不应小于4060cm,153,第六节 单层厂房的普通钢屋架结构,4.2 上、下弦节点的计算和构造 （3）弦杆的拼接节点 下弦受拉节点，连接角钢宜厚于弦杆，减小节点板的受力； 连