结构形式和结构布置ppt课件

重型厂房的显著特点：跨度大、高度大、吨位大.,结构形式和结构布置计算原理钢屋架设计吊车梁设计,第二章重型厂房（单层）和结构设计,一、结构形式1、单层厂房钢结构的组成由屋盖结构、柱、吊车梁、制动梁(或制动桁架)、各种支撑以及墙架等构件组成的空间体系(如图）。这些构件按其作用可分为下面几类：(1)、横向框架由柱和它所支承的屋架或屋盖横梁组成，是单层厂房钢结构的主要承重体系，承受结构的自重、风、雪荷载和吊车的竖向与横向荷载，并把这些荷载传递到基础。(2)、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、檩条等.,第一节结构形式和结构布置,房屋横向刚度大，整体性、耐久性好；屋面板自重大，屋盖及下部结构用料多，对抗震不利。,屋架间距灵活，构件重量轻、施工、安装方便；屋盖构件数量多，整体刚度差。,一般用于预应力混凝土大型屋面板等重型屋面，将屋面板直接放在屋架上。,常用于轻型屋面材料的情况。,(3)、支撑体系包括屋盖部分的支撑和柱间支撑等，它一方面与柱、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。(4)、吊车梁和制动梁（或制动桁架）主要承受吊车竖向及水平荷载，并将这些荷载传到横向框架和纵向框架上。(5)、墙架承受墙体的自重和风荷载。此外，还有一些次要的构件如梯子、走道、门窗等。在某些单层厂房钢结构中，由于工艺操作上的要求，还设有工作平台。,2、柱网布置和计算单元1）、柱网布置柱网布置就是确定结构承重柱在平面上的排列，即确定它们的纵向和横向定位轴线所形成的网格。跨度：柱纵向定位轴线之间的尺寸；柱距：柱子在横向定位轴线之间的尺寸；布置原则：厂房的柱网布置要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数的要求。跨度18m时，则以6m为模数，即24m、30m、36m。,合理柱网尺寸：柱网布置应使总的经济效应最佳.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；当采用轻型围护结构时取大柱距15m，18m及24m较适宜；位于软弱地基上的重型厂房，应采用较大柱距。温度收缩缝的设置：设置规定：厂房的纵向或横向的尺度超过表9.1.1规定的数值时应设置温度收缩缝，以避免结构中衍生过大的温度应力。设置方法：原则上双柱温度收缩缝或单柱温度收缩缝皆可采用，不过在地震域区宜布置双柱收缩缝。,托梁(架)的设置：构件为实腹式时称为托梁，桁架式时称为托架。托梁(架)的作用：上承屋架(或其他屋面结构)，下传柱子,托梁(架)的截面尺寸：托梁(架)一般作成简支受弯构件托梁可采用焊接工字型截面，其截面高度可取其跨度的1/101/8,翼缘宽度取截面高度的1/51/2.5。托架高度可取其跨度的1/101/5，节间距可取3m.托架与屋架的连接,图2-2柱网布置,2）、计算单元单元宽度一般是相邻柱距的平均值。对于等柱距且无拔柱的平面布置，显然只需取一个计算单元。,3）、横向框架及其截面选择横向框架结构形式厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重量,而且要考虑吊车的工作级别及吊钩类型.柱脚：重型厂房的柱脚通常做成刚接，这不仅可以削减柱段的弯矩绝对值且可以增大横向框架的刚度.横梁与柱子的连接：可以是铰接或刚接，相应地，称横向框架为铰接框架或刚接框架。,对一些刚度要求较高的厂房(如设有双层吊车,装备硬钩吊车等),尤其是单跨重型厂房,宜采用刚接框架在多跨时，特别在吊车起重量不很大和采用轻型围护结构时，适宜采用铰接框架(如图2-4c)。横向框架截面形式实腹式柱：实腹式等截面柱的构造简单，加工制作费用低，较少单独采用，一般用作阶梯形柱的上柱。只有当厂房高度不超过10m且吊车额定起重量不超过20t时采用。格构式柱：是重型厂房阶形下柱的常见型式，图2-6是其截面的常见类型。分离式承重柱:厂房高度不大，但吊车额定起重量超过100t，或吊车吨位不大而厂房高度较大(有刚度要求)时，宜采用分离式承重柱。,阶梯形柱：上柱截面：通常取实腹式等截面焊接工字形或类型(a)下柱截面：依吊车起重量的大小确定(如图26)：(b)截面常用于吊车起重量较小的边列柱截面;(c)截面用于吊车起重量不超过50t的中列柱;(d)截面用于吊车起重量超过50t的中列柱;(e)截面适合于吊车起重量较大的边列柱;(f)截面适合于特大型厂房的下柱截面.阶梯形柱各段连接构造见课本图27。,图2-6双肢格构式柱,3、柱间支撑1）作用柱间支撑与厂房钢结构框架柱相连接，其作用为：(1)、组成坚强的纵向构架，保证单层厂房钢结构的纵向刚度；(2)、承担并传递纵向水平荷载；承受单层厂房钢结构端部山墙的风荷载、吊车纵向水平荷载及温度应力等，在地震区尚应承受纵向地震作用，并将这些力和作用传至基础。(3)、作为框架柱在框架平面外的支点，可减少柱在框架平面外的计算长度。2）分类上层柱间支撑：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.,上层柱间支撑,下层柱间支撑,刚性系杆,屋盖垂直支撑,3）设置规定：每列柱都必须设置柱间支撑；多跨厂房的中列柱的柱间支撑宜与其边列柱的柱间支撑布置在同一柱间；每列柱顶均要布置刚性系杆；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。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发生变化时能较自由地伸缩，尽量减少温度应力，下层支撑应该设在温度区段中部。只有当吊车位置高而车间总长度又很短时放在两端才是合理的。此时下层支撑设在两端不会产生很大的温度应力，而对厂房纵向刚度却能提高很多时。当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑（图9.3.1,a）；如果温度区段长度超过90m，则在它的1/3点处各设一道支撑（图9.3.1,b）,下层柱间支撑应在柱的两个肢的平面内成对设置，与外墙墙架有联系的边列柱可仅设在内侧，但重级工作制吊车的厂房外侧也同样设置支撑。上层柱间支撑除厂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。上层柱间支撑宜在柱的两侧设置，只有在无人孔而柱截面高度不大的情况下才可沿柱中心设置一道。4）形式：十字交叉式、八字式、门架式等(图9.3.2).十字交叉支撑：构造简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜杆倾角宜为45左右.门架式：当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时采用.上层支撑在柱间距较大时可改用斜杆(图9.3.2,d);下层支撑高而不宽者可以用两个十字形，高而刚度要求严格者可以占用两个开间（图9.3.2,c）,当柱间距较大或十字撑妨碍生产空间时，可采用门架式支撑（图9.3.2,d）。图9.3.2,e的支撑形式，上层为V形,下层为人字形，它与吊车梁系统的连接应做成能传递纵向水平力而竖向可自由滑动的构造.,5）计算：按桁架计算（1）一般规定上层柱间支撑承受端墙传来的风力；下层柱间支撑除承受端墙传来的风力以外，还承受吊车的纵向水平荷载.在同一温度区段的同一柱列设有两道或两道以上的柱间支撑时，全部纵向水平荷载（包括风力）由该柱列所有支撑共同承受。当支撑系统在柱的两个肢的平面内成对设置时，在吊车肢的平面内设置的下层支撑，除承受吊车纵向水平荷载外，还承受与屋盖肢下层支撑按轴线距离分配传来的风力；靠墙的外肢平面内设置的下层支撑，只承受由风荷引起的与吊车肢下层支撑按轴线距离分配来的风力。,柱间支撑的交叉杆和图9.3.2.d的上层斜撑杆和门形下层支撑的主要杆件一般按柔性杆件（拉杆）设计，交叉杆趋向于受压的杆件不参与工作，其他的非交叉杆以及水平横杆按压杆设计。（2）荷载计算a.纵向风荷载由房屋两端或一端（房屋设有中间伸缩缝）的山墙及天窗架端壁传来的纵向风荷载，按建筑结构荷载规范（GB50009）的相关规定确定其设计值。b.吊车纵向水平荷载由吊车在轨道上纵向行驶所产生的刹车力，一般按不多于两台吊车计算，该荷载的设计值可由下式决定：,吊车梁工程实例,式中：Pmax为吊车刹车车轮的最大设计轮压，刹车轮数一般为吊车一侧轮数的一半。c纵向地震作用位于抗震设防烈度7度及以上地区的单层厂房钢结构，应根据其抗震设防标准,按建筑抗震设计规范(GB50011)9.2节相关规定确定其纵向地震作用设计值（3）支撑构件内力计算计算各支撑杆件的内力时，假设各连接节点均为铰接，并忽略各杆件的偏心影响，即各杆件均可按轴心受拉或轴心受压构件计算。,柱间支撑的内力，应根据该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。对于带有交叉腹杆的支撑可按拉杆体系设计，也可按压杆设计。所谓按压杆设计，是假定所有杆件均可受压，此时应按超静定结构计算支撑体系的内力.当交叉腹杆截面相同时，可假设两杆内力的绝对值相同，以简化计算。在内力分析时，必须考虑荷载方向的可变性。当同一柱列设有多道纵向柱间支撑时，纵向力在各支撑间可按平均分布考虑。,（4）支撑构件截面验算a支撑构件的长细比验算支撑的截面尺寸一般由杆件的长细比按构造要求确定，即首先应满足其容许长细比的要求：式中为支撑杆件的容许长细比。计算支撑杆件的max时，应符合下列规定：(1)张紧圆钢拉条的长细比不受限制。(2)十字交叉支撑斜杆的计算长度：平面内计算长度：取节点中心到交叉点间的距离；平面外的计算长度：当按拉杆设计时，取节点中心间的距离l(交叉点不作为节点考虑)；当按压杆设计时，应按表8.3.1取用。,(3)计算单角钢杆件的长细比时，应采用角钢最小回转半径；但计算在交叉点相互连接的单角钢交叉杆件在支撑平面外的长细比时，应采用与角钢肢边平行轴的回转半径。(4)双片支撑的单肢杆件在平面外的计算长度，可取横向联系杆之间的距离。b.支撑构件的强度和稳定性验算。支撑构件的内力求出后，按上册教材公式验算构件的强度和稳定性。由于支撑系统受力方向的可变性，为防止支撑的某些杆件受压失稳导致整个支撑系统失效，除按拉杆设计的交叉腹杆外，其他杆件均应按压杆设计,6)构造要求:除计算要求外,还应在构造上满足以下要求:采用角钢时，柱间支撑的截面不宜小于L756;采用槽钢时，不宜小于12。下层柱间支撑一般设置为双片,分别与吊车肢和屋盖肢相连，双片支撑之间以缀条相连,缀条常采单角钢,控制其长细比不大于200，且不小于L755。上层柱间支撑一般设置为单片,如果上柱设有人孔或截面高度过大(800mm)，亦应采用双片。支撑的连接可采用焊缝或高强度螺栓。采用焊缝时,焊脚尺寸不应小于6mm，焊缝长度不应小于80mm,同时要在连接处设安装螺栓,一般不小于M16。对于人字形，八字形之类的支撑还要注意采取构造措施，如采用弹簧板连接使其与吊车梁（或制动结构，辅助桁架）的连接仅传递水平力，而不传递垂直力，以免支撑成为吊车梁的中间支点支撑与柱的连接节点如图9.3.5所示,7)例题,确定屋架形式的原则：满足使用要求屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。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1/21/8,二.屋架的形式及腹杆形式,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。,单向斜杆式：,斜腹杆受压竖腹杆受拉不合理,腹杆形式：,斜腹杆受拉竖腹杆受压合理,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,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；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。,屋架形式,三角形屋架特点：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。适用范围：跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。梯形屋架特点：外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济适用范围：屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构,平行弦屋架特点：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。适用范围：一般用于托架和支撑体系,桁架主要尺寸的确定,跨度（标志）：纵向定位轴线的距离，根据工艺及使用要求确定。纵向定位轴线：主要用来标定厂房横向构件的标志端部，如屋架的标志尺寸以及大型屋面板的边缘。厂房纵向定位轴线应视其位置不同而具体确定。在有吊车的厂房中，为使吊车规格与厂房结构相协调，确定二者的关系如下：S=L-2e式中：L厂房跨度，即纵向定位轴线间的距离；S吊车跨度，即吊车轨道中心线间的距离；e吊车轨道中心线至定位轴线间的距离。,(1)封闭结合指纵向定位轴线与边柱外缘、外墙内缘三者相重合的定位方法这样确定的轴线称为“封闭轴线”。(2)非封闭结合指纵向定位轴线与柱外缘、墙内缘不相重合，中间出现联系尺寸的定位方法。,标志跨度l：柱网纵向轴线的间距，一般为3m模数。计算跨度l0：屋架两端支座反力的距离.封闭结合：(一般用于吊车轻重量不大于30吨)l0=l-(300400)非封闭结合：(一般用于吊车轻重量大于30吨)l0=l,高度：指跨中的最大高度，由经济、刚度、建筑要求及运输界限等几个方面决定，屋架的最小高度取决于刚度条件。最大高度取决于运输界限，经济高度根据屋架上下弦及腹杆的总重量最小的条件决定。一般可按下列规定取值：三角形：H（1/41/6）L梯形：跨中H（1/61/10）L端部H01.62.2m（铰接时）H01.82.4m（刚接时）屋架上弦节间：据屋面材料定，尽可能使荷载直接作用在屋架节点上。,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。,三屋盖支撑,上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑系杆,组成,檩条屋面板,图216屋盖支撑作用示意图,1.保证屋盖结构的几何稳定性。,2.1.3.1屋盖支撑的作用,几何可变体系屋架侧倾,几何不变体系屋架稳定,2.保证屋盖的整体性，提高空间刚度横向水平支撑与纵向水平支撑一道使整个结构成为稳定的空间体系，保证了整个屋盖结构的整体性。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撑点，减小弦杆出平面外的计算长度。4.承担并传递水平荷载如纵向和横向风荷载和地震作用等。5.保证结构安装时的稳定与方便屋盖的安装首先用支撑将两相邻屋架连系起来组成一个基本空间稳定体，在此基础上即可顺序进行其他构件的安装。,1）上弦横向水平支撑组成：屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆布置：端部第一或第二开间。当布置在第二开间时，端屋架需与横向支撑用系杆刚性连接，确保端屋架的稳定和风荷载传递。横向支撑间距大于60m时，中间增设。屋面为大型屋面板，且屋面板有三点与屋架上弦牢固连接时，可不设。但一般高空作业较难保证，还是设上弦横向支撑，大型屋面板起系杆的作用。有天窗架时，上弦横向支撑仍需布置。（均需设置）2）下弦横向水平支撑组成：屋架下弦杆、斜杆、系杆,2.1.3.2屋盖支撑的布置,上弦横向水平支撑布置图,布置：与上弦横向支撑布置在同一开间,以下情况需设:屋架跨度大于18m时；屋架下弦设有悬挂吊车时；抗风柱支承在屋架下弦时；屋架下弦设通长纵向支撑时,宜设屋架下弦横向支撑.3）下弦纵向水平支撑组成：系杆、斜杆布置：屋架两边第一节间，与横向支撑形成封闭框。以下情况需设置下弦纵向水平支撑:有振动设备、屋