第3章 普通钢屋架、单层厂房1ppt课件

3.1概述3.2结构选型与布置3.3横向框架设计3.4吊车梁设计3.5普通钢屋架设计3.6钢屋盖设计实例,第3章普通厂房钢结构设计,(Single-storySteelWorkshopBuilding）,.,3.1概述(IntroductionofSingle-storySteelBuilding),一、结构形式和适用范围,普通钢结构厂房,门式刚架厂房钢结构,.,跨度大,高度大,吊车起重量大钢屋架-大型屋面板结构体系钢屋架-檩条-轻型屋面板结构体系,重型厂房,.,是按起重机利用等级和载荷状态划分，是表明起重机工作繁重程度的参数。,吊车的工作制等级与工作级别的对应关系,.,1、横向平面框架体系：,是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、屋面雪荷载和其他活荷载、吊车的竖向与横向荷载，横向风荷载、横向地震作用等，并把这些荷载传递到基础。,.,2、纵向框架：由柱、托架、吊车梁、及柱间支撑等组成。,承受结构的纵向水平荷载即：吊车纵向水平制动力、纵向风荷载、纵向地震作用等，并把这些荷载传递到基础。,.,3、屋盖结构体系：,檩条（或大型屋面板）、天窗架、屋架及托架等组成。,承担屋面竖向荷载及水平荷载，并传递至横向平面框架柱。,.,4、支撑体系：,屋盖支撑、柱间支撑等组成。,一方面与柱、吊车梁等组成单层厂房钢结构的纵向框架，承担纵向水平荷载；另一方面又把主要承重体系由个别的平面结构连成空间的整体结构，从而保证了单层厂房钢结构所必需的刚度和稳定。,.,5、吊车梁系统：,吊车梁、制动结构及辅助结构等组成。,承担吊车竖向荷载及水平荷载，并传递至横向平面框架和纵向平面框架。,.,6、墙架结构体系：,墙梁、墙架柱及抗风桁架等组成。,承担维护材料重量及风荷载，并传递至框架柱和支撑体系。,.,吊车荷载,竖向轮压,轨道,吊车梁,钢柱,基础,横向制动力,制动梁或制动桁架,钢柱,基础,竖向制动力,吊车梁,钢柱及柱间支撑,基础,（局部承压）,（弯、剪、局部承压）,（偏压）,（偏压）,（水平受弯、剪）,（受弯、剪）,（受弯、剪）,（受压、弯）,（轴向拉压）,（推力、弯矩）,.,风荷载,横向风载,屋面板,檩条,屋架、梁,（长）墙板,墙梁,基础,纵向风载,端墙板,（风吸、弯曲）,（弯、剪）,（弯、剪）,（弯曲）,（受弯、剪）,（拉、弯、剪）,（压）,（轴压、拉）,柱,墙板,抗风柱,刚性系杆,横向水平支撑,柱间支撑、柱,基础,（轴拉、压）,上端,下端,.,.,普通厂房钢结构,.,门式刚架厂房钢结构,.,跨度大，30m以上高度大，可达60m以上吨位大，吊车数百吨强侵蚀环境,.,厂房结构的设计步骤:,根据工艺设计确定车间平面及高度方向的主要结构尺寸，布置柱网和变形缝；,选择主要承重的框架形式，确定框架主要尺寸；,布置屋盖结构、吊车梁结构、支撑体系、墙架体系；,确定计算单元；,内力计算；,构件及连接设计；,绘制施工图。,.,3.2结构布置与选型(LayoutofSingle-storySteelWorkshopBuilding),结构布置内容和原则,柱网布置,横向框架形式,屋盖结构型式,支撑体系,墙架布置,吊车梁系统布置,设计标准化生产工厂化施工机械化,.,结构布置原则:,建筑工业化,产品标准化,结构物的标准化,构件（运输单元）的标准化,节点连接的标准化,模数化,定型化,统一化,配套标准图集：梯形钢屋架钢天窗架钢托架钢吊车梁,.,3.2.1柱网布置,.,3.2.1柱网布置,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：厂房跨度L18m时，以3m为模数厂房跨度L18m时，以6m为模数,一般地，对单层多跨轻盖厂房，柱距一般取7.59m;对重型工业厂房，取612m;,.,.,.,超出表中数值时,应考虑温度应力和温度变形。,3.2.2温度伸缩缝,一般从基础顶面以上将结构构件完全分开或在构造上采取适当措施，且相邻柱脚间的净距离不宜小于40mm。,.,.,双柱法,不加入距方案,轻、中型厂房：c=1000m重、特重厂房：c=1500m、2000m,/2,/2,.,双柱法,加入距方案,/2,/2,.,1、横向框架类型,铰接框架,刚接框架,3.2.3横向框架形式与框架柱类型,当厂房较高（H18m），吊车梁起重量较大,宜采用刚接框架。,.,等截面柱,阶形柱,分离式柱,等截面柱：,适用于无吊车吊车起重量Q20t，柱距l12m的车间。,h,2、框架柱的类型,.,阶形柱：,下段柱,上段柱,阶形实腹柱,阶形格构柱,对于下段柱，一般：当柱高1000mm，采用实腹式；当柱高1000mm，采用格构式。,.,分离式柱：,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；吊车肢设置灵活。,吊车肢,屋盖肢,优点：,适用情况：,邻跨为扩建跨；相邻两跨吊车的轨顶标高相差悬殊而低跨吊车起重量比较大；同跨设两层吊车，且轨顶标高相差悬殊时。,.,.,3、主要尺寸,框架的跨度:,式中，,d吊车桥架尾部长度；m1吊车和柱之间必要的空隙；h1,h2框架边柱和中柱上段柱的截面宽度。,跨度l：取为上柱或下柱中心线间的横向距离,高度h：柱脚底面到屋架下弦的距离（刚接）柱脚底面到柱顶面的距离（铰接）,.,框架从柱脚底面到屋架下弦底部的距离:,h3室内地面至柱脚底面的距离。中型车间一般为0.61.0，重型车间为1.01.5。h2地面至吊车轨顶的高度，由工艺决定；h1吊车轨顶到屋架下弦的距离；,.,无檩体系适用于大型屋面板,有檩体系适用于轻型屋面板,3.2.4屋盖结构,.,组成：,无檩体系,传力路线：,屋面荷载大型屋面板屋架（或天窗架）,屋架、天窗架、支撑、大型屋面板,优点：,屋盖横向刚度大，整体性好，构造简单，耐久。,缺点：,屋面自重较大，抗震不利。,.,屋面荷载屋面板檩条屋架,组成：,有檩体系,传力路线：,轻质屋面板、檩条、拉条、支撑、屋架,优点：,构件自重轻，用料省，运输安装轻便。,缺点：,构件较多，构造较复杂，整体刚度差。,.,.,1、屋架形式和主要尺寸,确定桁架形式的原则,.,屋架的外形,1）屋架形式和腹杆体系,.,芬克式腹杆,人字式腹杆,单向斜杆式腹杆,人字式腹杆,再分式腹杆,三角形屋架,梯形屋架,腹杆体系,.,单斜式短杆拉、长杆压人字式减短上弦支承距离，避免上弦受弯芬克式便于运输、装配交叉式斜杆可用柔性、省材K型式竖杆计算长度短，弦杆计算长度短再分式减短弦杆计算长度,.,2）屋架主要尺寸的确定,跨度,.,高度,应按经济、刚度、建筑等要求以及运输界限、屋面坡度等因素来确定。,三角形屋架:,跨中高度h=(1/61/4)l,梯形屋架:,当上弦坡度为1/81/12时，跨中高度一般为h=(1/101/6)l。,梯形桁架的端部高度：当桁架与柱铰接时为1.62.2m，刚接时为1.82.4m,最大高度取决于运输界限，如铁路运输界限为3.85m。,.,节间宽度,屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度，一般取1.5m或3m；当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m3.0m。,.,支撑系统：屋盖支撑、柱间支撑,3.2.5支撑体系,.,一、屋盖支撑,横向水平支撑:布置在屋架上、下弦及天窗上弦平面，是沿屋架方向布置的支撑。,纵向水平支撑:布置在屋架上或下弦，是垂直屋架方向布置的支撑。,垂直支撑:布置在屋架间及天窗间，是竖向布置的支撑。,系杆:布置在屋架上、下平面及及天窗架上弦平面内。,.,.,保证屋盖结构的几何稳定性,几何不变体系屋架稳定,几何可变体系屋架侧倾,1、屋盖支撑的作用,.,平面屋架在其本身平面内由于弦杆与腹杆构成了三角形的几何不变铰接体系而具有较大的刚度，但在垂直于屋架平面方向(通称屋架平面外)，不设支撑体系的平面屋架却不能保持其几何不变。,.,屋架的端视图，当在屋架端部两屋架间未设垂直支撑桁架时，虽有檩条和系杆的连系，屋架相互间仍是几何可变的，在侧向力作用下屋架会倾斜；仅当设了垂直支撑桁架和系杆，才能保持各个屋架在平面外的几何稳定性。,.,屋架上弦下弦的水平支撑与屋架弦杆组成水平桁架，屋架端部和中央的垂直支撑与屋架竖杆组成竖向桁架，则有足够的刚度和稳定性。,保证屋盖结构的空间刚度和空间整体性,.,为弦杆提供必要的侧向支承点,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。,承担并传递水平荷载,保证结构安装时的稳定与方便,.,2、屋盖支撑的布置,上弦横向水平支撑,上弦横向水平支撑布置,天窗架上弦横向水平支撑布置,抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架上弦计算长度。,各种屋盖，包括天窗架都要设置布置在两端第一或第二柱间横向间距不超过60米。,.,支撑布置在第一节间时屋架上弦横向水平支撑布置图,.,下弦横向水平支撑,抵抗端墙传来风载；增加屋盖横向刚度；减小屋架下弦计算长度。,当跨度L18m；屋架下弦设有悬挂（Q5t），有起重量较大的桥式吊车；屋架下弦设有通长的纵向水平支撑；与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。,上弦支撑布置,下弦支撑布置,.,下弦（或上弦）纵向水平支撑,形成封闭体系，增加屋盖纵向刚度；承受和传递吊车横向水平制动力。有重级工作制或大吨位吊车或锻锤等振动设备时设；屋架下弦有纵向或横向吊车轨道时设；有托架时设；屋架跨度或房屋高度较高时设；设在下弦端节间，与下弦横向水平支撑构成封闭支撑系统。,.,垂直支撑,使相邻两屋架形成几何不变空间体系，维持屋架端部及中间截面的竖向稳定。设在有横向支撑的柱间；对梯形屋架，至少设三道，跨度大于30米或有天窗时增设；对三角形屋架，跨度24m时中间设一道，超过24m设两道,.,.,当l30m时在两端以及跨度l3处或天窗架侧柱处共设四道。,l/3,l/3,l/3,k,.,系杆,f柔性系杆,k刚性系杆,(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),在垂直支撑的平面内一般设置上下弦通长系杆；屋脊节点及支座节点处设置通长刚性系杆，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。,.,屋盖支撑的布置,(a)上弦横向水平支撑布置,(b)下弦横向与纵向水平支撑布置,(c)天窗架上弦横向水平支撑,(d)屋架支座与跨中垂直支撑,(e)天窗架侧竖杆垂直支撑,.,.,作业：,某单跨厂房，跨度36m，长180m，柱距6m，厂房内设有一台起重量为50t的中级工作制桥式吊车，屋面材料为大型屋面板，屋面坡度为1/4，试绘出该屋盖的支撑布置图。,.,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。,三、屋盖支撑的形式，计算和构造,.,.,屋盖支撑的设计原则,一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选。,拉杆的设计可按400控制；压杆的设计可按=200控制,.,上、下弦横向和纵向水平支撑的交叉斜杆通常连于屋架上、下弦杆，其横杆则常做成与刚性系杆完全相同，连接也相同。,a.上弦支撑,b.下弦支撑,屋盖支撑的构造,.,柔性系杆,刚性系杆,.,柱间支撑的作用：,与厂房柱形成纵向框架，保证厂房的纵向刚度。,为框架柱在框架平面，减少柱在框架平面外的计算长度。,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。,二、柱间支撑,.,柱间支撑的布置：,每纵列柱都要设柱间支撑，每列柱顶均要布置刚性系杆。,对于有吊车的厂房，以吊车梁为分界设置上柱支撑和下柱支撑。,下段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。当温度区段90m时，则在1/3处各设置一道下段柱间支撑。,上段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。,.,柱间支撑的布置,.,柱间支撑的形式和构造：,上层柱间支撑,下层柱间支撑,柱间支撑的形式,.,.,3.3厂房横向框架的计算(Frame),一、横向框架计算单元与计算简图,横向框架计算模型,空间结构,平面结构,平面框架,平面排架,计算单元,.,8.5,.,为简化计算，引入当量惯性矩将格构式柱和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。,屋架：,A1和A2屋架上下两弦截面积y1和y2屋架上下两弦的截面形心屋架中性轴的距离。,修正系数。,.,格构式柱子：,屋架尺寸