钢结构课件2_1

1、2022-3-51 2.1 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置2.2 2.2 计算原理计算原理2.3 2.3 钢屋架设计钢屋架设计2.4 2.4 吊车梁设计吊车梁设计v 一般说明一般说明v 屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式v 屋盖支撑屋盖支撑 2.1 2.1 结构形式和结构布置结构形式和结构布置2.1.12.1.1 一般说明一般说明q 重型厂房的组成：重型厂房的组成： 柱、屋架、吊车梁、天窗架、柱、屋架、吊车梁、天窗架、 支撑。支撑。（图图2-12-1示示）q 重型厂房结构形式：重型厂房结构形式： 单层刚单层刚( (框框) )架架 多层刚架多层刚架柱柱屋架屋架吊车梁吊车梁天窗架天

2、窗架柱间支撑柱间支撑q 屋屋盖结构体系：盖结构体系：钢屋架钢屋架大型屋面板结构体系大型屋面板结构体系钢屋架钢屋架檩条檩条轻型屋面板结构体系轻型屋面板结构体系横梁横梁檩条檩条轻型屋面板结构体系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吊车的工作制等级与工作级别的对应关系工作制等级工作制等级 轻级轻级 中级中级 重级重级 特重级特重级 工作级别工作级别 A1 A1A3A3 A4,A5 A4,A5 A6,A7 A6,A7 A8 A8（按照吊车使用的频繁程度） 1.1.影响柱网布置因素：影响柱网布置因素： 1 1）生产工艺流程要求：）生产工艺流程要求： 2 2）结构上的要求：）结构上的要

3、求：在保证厂房具有必需的刚度和强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，以度的同时，注意柱距和跨度的类别尽量少些，以 利施工。利施工。 3 3）经济要求：）经济要求： 4 4）模数要求：）模数要求：柱距柱距L L的取值的取值: : 一般地，在跨度不小于一般地，在跨度不小于 30m30m、高度不小于、高度不小于14m14m、吊车额定起重量不小于、吊车额定起重量不小于 50t50t时，柱距取时，柱距取12m12m较为经济较为经济; ;参数较小的厂房取参数较小的厂房取 6m6m柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取 大柱距大柱距

4、15m15m，18m18m及及24m24m较适宜。较适宜。2.1.1.1 2.1.1.1 柱网布置和计算单元柱网布置和计算单元图图2-2 2-2 柱网布置柱网布置计算单元 2.2.温度收缩缝温度收缩缝 : : 超出表超出表2-22-2中数值时中数值时, ,应考虑温度应力和温度变形应考虑温度应力和温度变形 的影响的影响 结构情况结构情况 纵向温度区段纵向温度区段( (垂直屋架或构垂直屋架或构架跨度方向架跨度方向) )横向温度区段横向温度区段( (屋架或构屋架或构架跨度方向架跨度方向) )柱顶为刚接柱顶为刚接柱顶为铰接柱顶为铰接采暖房屋和非采采暖房屋和非采暖地区的房屋暖地区的房屋热车间和采暖地热车

5、间和采暖地区的非采暖房屋区的非采暖房屋 露天结构露天结构 220220120120150150180180100100125125120120- 温度区段长度表温度区段长度表(m) (m) 表表2-22-2q拔柱：拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图柱距局部加大。如图2 22 2中，在纵向轴线中，在纵向轴线B B与与横向轴线横向轴线L L相交处不设柱子，因而导致轴线相交处不设柱子，因而导致轴线k k和和m m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。拔柱。q托架（托梁）：托架（托梁）：上承屋架，下传

6、柱子。上承屋架，下传柱子。lblh)5 . 2151()81101(托梁：lh)51101(托架：q 托架与屋架的连接托架与屋架的连接 叠接：叠接：构造简单，便于施工，但托架（托构造简单，便于施工，但托架（托 梁）受扭。梁）受扭。 平接：平接：可以有效地减轻托架（托梁）受扭的可以有效地减轻托架（托梁）受扭的 不利影响，较常用。不利影响，较常用。托梁与屋架的连接托梁与屋架的连接2.1.1.2 2.1.1.2 横向框架及其截面选择横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式：横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：（刚接框架：（a)a)、（、（b b）横梁与柱子的刚接连接）横梁与柱子的刚接连接铰接框

7、架：（铰接框架：（c c）横梁与柱子的铰接连接）横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）q 柱脚刚接：柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值，可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。增大横向框架的刚度。q 铰接框架：铰接框架：横梁与柱子铰接，适用于吊车起横梁与柱子铰接，适用于吊车起 重量不很大的轻型维护结构。重量不很大的轻型维护结构。q 刚接框架：刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。单跨重型厂房。q 阶梯形柱：阶梯形柱：上段柱：实腹式上段柱：实腹式, ,格构式。格构式。 下段柱：缀条格构式。下段

8、柱：缀条格构式。q 分离式柱：分离式柱：吊车肢吊车肢, ,屋盖肢屋盖肢 优点：减小两肢在框架平面内的计算长度优点：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两肢分别单独承担荷载 。q 阶梯形下柱的常见截面形式：阶梯形下柱的常见截面形式： 图图2-6 2-6 双肢格构式柱双肢格构式柱阶形柱的上柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量较小的边柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量起重量50t50t的中柱的中柱起重量较大的边柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱特大型厂房的下柱q A6 A6一一A8A8级吊车的单跨厂房级吊车的单跨厂房 柱子与基础柱子与基础刚性连接刚性连接 纵向刚度纵向

9、刚度 横向刚度横向刚度 柱间柱间支撑支撑 屋架与柱子屋架与柱子刚性连接刚性连接 q 双臂肩梁：双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大（不小于面宽度较大（不小于900mm)900mm)的情形的情形。q 肩梁肩梁 ：将各阶柱段连在一起。将各阶柱段连在一起。肩梁肩梁 单臂肩梁单臂肩梁（图（图2-7a2-7a） 双臂肩梁双臂肩梁（图（图2-7a2-7a）构造要求：构造要求：肩梁惯肩梁惯性矩宜大于上柱的性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于之比一般宜不小于2525，其高跨比可控，其高跨比可控制在制在0.

10、350.350.50.5之之间。间。q下层柱间支撑：下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑吊车梁下部的柱间支撑2.1.1.3 2.1.1.3 柱间支撑柱间支撑q上层柱间支撑：上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑下层柱间支撑上层柱间支撑上层柱间支撑垂直垂直支撑支撑 1. 1.柱间支撑的布置：柱间支撑的布置： 1 1）每列柱都要设）每列柱都要设柱间支撑柱间支撑。 2 2）多跨厂房的中列柱的柱间支撑要与边列柱的柱）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。间支撑布置在同一柱间。 3 3）下层柱间支撑一般宜布置在温度区段的

11、中部，）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。以减少纵向温度应力的影响。 4 4）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱）上层柱间支撑除了要在下层柱间支撑布置的柱 间设置外间设置外, ,还应当在每个温度区段的两端设置。还应当在每个温度区段的两端设置。 5 5）每列柱顶均要布置）每列柱顶均要布置刚性系刚性系杆杆。 吊车梁工程实例吊车梁工程实例格构柱格构柱吊车梁吊车梁格构柱格构柱吊车梁吊车梁吊车梁吊车梁 2. 2.柱间支撑的作用：柱间支撑的作用： 1 1）承受并传递纵向水平荷载：）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、作用于山墙上的风荷载

12、、吊车纵向水平荷载、 纵向地震力等。纵向地震力等。 2 2）减少柱在平面外的计算长度。）减少柱在平面外的计算长度。 3) 3) 保证厂房的纵向刚度保证厂房的纵向刚度。 3. 3.柱间支撑的形式：柱间支撑的形式：(a)(a)单层十字形；单层十字形；(b)(b)人字形；人字形；(c)(c)门形门形; (d); (d)双层十字形双层十字形下层柱间下层柱间 支撑的形式支撑的形式(a)(a)十字形；十字形； (b)(b)人字形；人字形； (c)V(c)V字形字形上层柱间上层柱间 支撑的形式支撑的形式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

13、杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力。应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，这时都要用桁架盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。 2.1.22.1.2屋架外形及腹杆形式屋架外形及腹杆形式2.1.2.12.1.2.1桁架的应用桁架的应用2.1.2.22.1.2.2桁架的外形及腹杆形式桁架的外形及腹杆形式

14、芬克式腹杆芬克式腹杆人字式腹杆人字式腹杆豪式腹杆豪式腹杆人字式腹杆人字式腹杆再分式腹杆再分式腹杆人字式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆三角形屋架三角形屋架梯形屋架梯形屋架平行弦屋架平行弦屋架2.1.2.3.2.1.2.3.确定桁架形式的原则确定桁架形式的原则 三角形屋架：三角形屋架：适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮适合于波形石棉瓦、瓦楞铁皮, , 坡度一般在坡度一般在1/31/31/21/2 梯形屋架：梯形屋架：压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，压型钢板和大型钢筋混凝土屋面板，坡度一般在坡度一般在1/21/21/81/8 1. 1.满足使用要求：满足使用要求： 2. 2.受力合理：受力合理： 1 1

15、）弦杆：）弦杆：使各节间弦杆的内力相差不太大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，各处弦杆内力才比形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。较接近。2 2）腹杆：）腹杆：应使长杆受拉短杆受压，且腹杆数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。量宜少，腹杆总长度也应较小。q 单向斜杆式：单向斜杆式： 斜腹杆受拉斜腹杆受拉 竖腹杆受压竖腹杆受压 合理合理 斜腹杆受压斜腹杆受压竖腹杆受拉竖腹杆受拉不合理不合理 q再分式腹杆再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩也减少了

16、上免节间的附加弯矩也减少了上 弦杆在屋架平面内的长比弦杆在屋架平面内的长比 。q交叉式腹杆交叉式腹杆主要用于可能从不同方向受力主要用于可能从不同方向受力 的支撑体系。的支撑体系。 再分式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆交叉式腹杆 3 . 3 .制造简单及运输与安装方便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点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。上述要求。 4. 4. 综合技术经济效果好综合技术经济效果好 q 三角形屋架下三角形屋架下弦下沉，弦杆交弦下沉，弦杆交角增大，方便制角增大，方便制造，屋架重

17、心降造，屋架重心降低，提高了稳定低，提高了稳定性。性。q 可有效降低屋可有效降低屋架对支撑结构的架对支撑结构的推力。推力。根据不同的条件桁架形式可以有很多变化根据不同的条件桁架形式可以有很多变化 跨度跨度 L L工艺及使用要求工艺及使用要求 高度高度 H H经济、刚度、运输、坡度等经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度：各种屋架中部高度： 三角形屋架：三角形屋架： 中部高度中部高度H(H(1/61/61/41/4)L)L 梯形屋架梯形屋架 ： 中部高度中部高度H(H(1/101/101/61/6)L)L 端部高度端部高度H H0 0(1.81.82.1m2.1m) ) 2.1.2.4 2.

18、1.2.4 桁架主要尺寸的确定桁架主要尺寸的确定 2.1.3 2.1.3屋盖支撑屋盖支撑 屋盖上弦横向水平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横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑竖向支撑 系杆系杆图图2 21616屋盖支撑作用示意图屋盖支撑作用示意图 1. 1.保证屋盖结构的几何稳定性。保证屋盖结构的几何稳定性。 几何可变体几何可变体系屋架侧倾系屋架侧倾几何不变体几何不变体系屋架稳定系屋架稳定 2.1.3.1 2.1.3.1屋盖支撑的作用屋盖支撑的作用 2.2.保证屋盖的刚度和空间整体性保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑横向水平支撑是一个水平

19、放置是一个水平放置( (或接近水平或接近水平放置放置) )的桁架的桁架, ,支座是柱或垂直支撑支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：纵向水平支撑：提高屋架平面内（横向）抗提高屋架平面内（横向）抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，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。减少横向水平荷载作用下的变形。 3.3.为弦杆提供适当的侧向支承点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。侧

20、向稳定，并使受拉下弦保持足够的侧向刚度。 4.4.承担并传递水平荷载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。如传递风荷载、悬挂吊车水平荷载和地震荷载。 5.5.保证结构安装时的稳定与方便保证结构安装时的稳定与方便 2.1.3.22.1.3.2屋盖支撑的布置屋盖支撑的布置 1.1.上弦横向水平支撑布置原则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。窗架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端设置在

21、房屋的两端 , ,一般设在第一个柱间或设一般设在第一个柱间或设在第二个柱间在第二个柱间, ,间距间距L L0 060m60m。上弦横向水平支撑布置图上弦横向水平支撑布置图 2. 2.下弦横向水平支撑布置原则下弦横向水平支撑布置原则 ：当跨度当跨度L L18m18m；设有悬挂式吊车起重量大于设有悬挂式吊车起重量大于5 5吨；吨；厂房内设有较大的振动设备。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。与上弦横向水平支撑布置在同一柱间。 3. 3.纵向水平支撑布置原则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

22、；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；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，空间刚度要求高时以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时 。下弦水平支撑布置图下弦水平支撑布置图 4.4.垂直支撑布置原则垂直支撑布置原则 ：q所有房屋中均应设置垂直支撑。所有房屋中均应设置垂直支撑。 q梯形屋架在跨度梯形屋架在跨度L L30m30m，三角形屋架在跨度，三角形屋架在跨度L24mL24m时，仅在跨度中央设置一道时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大。当跨度大于上述数值时宜在跨度于上述数值时宜在跨度1 13 3附近或天窗架侧柱附近或天窗架侧柱外设置两道外设置两道 。q梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置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一道，当有托架时则由托架代替 。q垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同垂直支撑与上、下弦横向水平