中、重型工业厂房钢结构设计（PPT,165页）

1、第2章 中、重型工业厂房钢结构设计前一章小结轻型门式刚架厂房结构设计门式刚架结构形式和结构体系刚架的简化模型和设计压型钢板、檩条、支撑和构造设计等内容简介主要内容重钢厂房的结构组成重钢厂房的结构布置重钢厂房横向框架的计算重钢厂房的支撑体系钢屋架设计吊车梁的设计学习方法与轻型门式刚架厂房对比发挥空间想象力为什么？重钢厂房和轻钢（刚）厂房的区别荷载（屋面区别不大）轻型厂房：配置20t以下吊车的厂房中型厂房：配置 20t -100t吊车的厂房重型厂房：配置100t-350t吊车的厂房特重型厂房：配置350t以上吊车的厂房，700t吊车构件形式和板厚轻钢厂房：实腹式构件，腹板厚度8mm荷载、跨度重钢厂

2、房：格构式构件，板厚用钢量轻钢厂房：N2)平面内计算长度：l0 x=d平面外计算长度：对普通弦杆：l0y=l1=2d考虑受力较小的杆件对受力较大的杆件的“援助”作用杆件的计算长度交叉腹杆交叉腹杆交叉点处的构造两杆不断开一杆断开，另一杆断开，用拼接板拼接杆件的计算长度交叉腹杆桁架平面内计算长度两杆互为支撑点：l0 x=0.5l桁架平面外计算长度拉杆可作为压杆的平面外支撑点：压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支撑点作用取l为节点之间的距离，N为所计算杆内力，N0为相交另一杆内力，取绝对值。杆件的计算长度交叉腹杆桁架平面外计算长度(GB50017)(1)相交另一杆受压，并在交点不断开(2)相交另

3、一杆受压，此另一杆在交叉点中断，但以节点板拼接(3)相交另一杆受拉，两杆截面相同并在交叉点不中断(4)相交另一杆受拉，此拉杆在交叉点中断但以 节点板拼接。杆件的计算长度为什么设定容许长细比？钢屋架杆件截面较小：受压杆件失稳；自重作用下会产生挠度；在运输和安装过程中容易因刚度不足而产生弯曲；在动力荷载作用下振动较大。因此，钢规对拉杆和压杆都规定了容许长细比。容许长细比双角钢组成的T形截面分别计算两个主轴对应的长细比单角钢或双角钢十字形截面验算imin对应的长细比容许长细比杆件截面形式及选取原则承载能力高、抗弯刚度大、便于连接、用料经济截面开展、壁厚较薄、外表平整常用：杆件截面形式等强设计（等稳定

4、设计）压杆对截面两主轴具有相等或相近的稳定性受压弦杆：l0y=2l0 x杆件截面形式受拉弦杆等稳定设计希望 尽量大：支座斜腹杆及竖杆杆件截面形式其它腹杆连接垂直支撑的竖杆垂直支撑传力时竖杆不致产生偏心方便吊装。杆件截面形式T型钢屋架弦杆耐腐蚀、加工方便、经济性好（节省钢材12%15%）杆件截面形式屋架杆件中的填板作用：保证两角钢共同工作间距：压杆 拉杆数量：不少于2个尺寸：5080mm宽，伸出/缩进1015mm杆件截面形式杆件截面的选择轴心拉杆：AnNf强度：强度，刚度轴心压杆：验算强度，稳定，刚度假定长细此(弦杆=60100，腹杆=80120)AnNf选择角钢实际截面积A，回转半径ix, i

5、y强度，稳定，刚度刚度：长细比屋架形式整体形式：三角形、梯形、平行弦腹杆形式：芬克式、人字式、单向斜杆式、交叉式屋架形式的选取原则：重点：受力合理屋架内力计算荷载、内力计算假定、内力组合节间荷载作用的弦杆、屋架与柱刚接时的弯矩处理杆件设计、验算节点刚性与杆件的约束作用杆件计算长度（平面内、平面外）、长细比杆件截面形式的选择等稳定设计小结主要内容屋架节点设计的一般要求典型屋架节点设计方法屋架施工图屋架节点设计任务根据节点的构造要求，确定各杆件的切断位置；根据焊缝的长度确定节点板的形状和尺寸。基本原则：节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力弦杆若在节点板处断开，应采用拼接角钢在弦杆间

6、传力屋架节点设计节点设计的一般要求杆件的形心线：各杆件形心线应与屋架的几何轴线尽量重合，并汇交于节点中心使实际受力状态与计算简图相一致，减少附加偏心弯矩通常将角钢肢背至轴线的距离取为5mm的倍数屋架节点设计节点设计的一般要求变截面高度杆件的轴线：角钢肢背平齐；取两角钢形心线的中线作为桁架轴线屋架节点设计变截面高度杆件的轴线节点设计的一般要求变截面高度杆件的节点弯矩：角钢肢背平齐；取两角钢形心线的中线作为桁架轴线e较大肢宽的5%时，不计偏心弯矩否则，计入节点偏心弯矩M=(N1+N2)e，Mi=(Ki /Ki)M屋架节点设计变截面高度杆件节点偏心弯矩的处理节点设计的一般要求间隙：在节点板处弦杆与腹

7、杆，或腹杆与腹杆之间应留有20mm的空隙，动载时50mm，以利于拼接和施焊；避免因焊缝过于密集而导致节点板钢材变脆。屋架节点设计节点设计的一般要求角钢截断：根据已画出的杆件轴线，按一定比例尺画出各杆件的角钢轮廓线。根据构造要求，确定角钢截断位置角钢杆端的切割面一般宜与杆件轴线垂直当杆件截面较大，为使截面紧凑，斜切时只能切肢尖屋架节点设计节点设计的一般要求节点板的形状和尺寸节点板的形状和尺寸根据腹杆尺寸与连接焊缝长度，在图纸上直接放样确定。节点板的形状应尽可能简单规则，至少有两边平行，如矩形、梯形或直角梯形。屋架节点设计节点设计的一般要求节点板的形状和尺寸节点板的形状和尺寸根据腹杆尺寸与连接焊缝

8、长度，在图纸上直接放样确定。节点板的形状应尽可能简单规则，至少有两边平行，如矩形、梯形或直角梯形。节点板与焊缝布置对称于所传力（腹杆轴线）屋架节点设计节点设计的一般要求上弦杆加强：对受节点集中荷载的上弦杆，当节点荷载较大而角钢肢较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。屋架节点设计节点设计的基本步骤(1)按正确角度画出交汇于该节点的各杆轴线；(2)按比例画出与各轴线相应的角钢轮廓线，并依据杆件间距离要求，确定杆端位置；(3)根据已计算出的各杆件与节点板的连接焊缝尺寸，布置焊缝，并绘于图上；焊缝长度方向应+2hf的长度；垂直于焊缝长度方向应留出1015mm的焊缝位置(4)确定节点板合理形状和尺寸；(5)

9、绘制大样图屋架节点设计一般节点设计特点节点无集中荷载无弦杆拼接设计内容焊脚尺寸和焊缝长度节点板的形状和尺寸受力分析腹杆与节点板之间 腹杆两侧角焊缝弦杆轴力差 弦杆与节点板之间的角焊缝屋架节点设计下弦节点N3N2N1N4N51015一般节点设计焊缝计算腹杆与节点板间焊缝“1”焊脚尺寸hf：按构造要求，=min(角钢肢厚，节点板厚)肢背和肢尖的焊缝长度lw1 、lw2：式中：屋架节点设计N3N2N1N4N51015“1”“2”肢背焊缝：肢尖焊缝：一般节点设计焊缝计算弦杆与节点板间焊缝“2”焊脚尺寸hf：按构造要求，=min(角钢肢厚，节点板厚)肢背和肢尖的焊缝长度lw1 、lw2：式中：屋架节点设

10、计N3N2N1N4N51015“1”“2”肢背焊缝：肢尖焊缝：上弦节点（有节点集中荷载）特点：有节点集中荷载，节点板缩进缩进深度：(t/2+2)mm，且t，t为节点板厚度屋架节点设计上弦节点塞焊缝上弦节点（有节点集中荷载）受力分析腹杆与节点板之间传力 腹杆两侧角焊缝上弦与节点板之间传力 肢背塞焊缝K：只传节点力P 肢尖焊缝A：内力差N=N1-N2 偏心力矩M=Ne屋架节点设计大型屋面板连接槽钢檩条连接上弦节点（有节点集中荷载）焊缝计算塞焊缝K按两条角焊缝计算焊脚尺寸hf=0.5t计算长度： 屋架节点设计上弦节点（有节点集中荷载）焊缝计算弦杆肢尖焊缝A肢尖焊缝A：内力差N=N1-N2 偏心力矩M

11、=Ne屋架节点设计拼接节点拼接方式：工厂拼接：拼接点通常在节点范围之外工地拼接：拼接点通常在节点处拼接角钢与弦杆相同规格应切肢、切棱设2个或4个安装定位螺栓最后焊接屋架节点设计thf+5mm拼接节点下弦跨中拼接节点焊缝计算拼接角钢与下弦的连接焊缝“1”按等强原则设计：焊缝可传递弦杆的最大内力接头一侧的焊缝计算长度为：拼接角钢总长度为：屋架节点设计“1”l拼接节点下弦跨中拼接节点焊缝计算下弦和节点板的连接焊缝“2”按max（下弦杆与节点板间的焊缝传递弦杆内力之差N, 弦杆较大内力的15%）计算屋架节点设计“2”拼接节点屋脊拼接节点构造特点：拼接角钢弯折拼接角钢用热弯坡度较大、弯角较大的先火焰切割

12、，再热弯、焊接屋架节点设计拼接节点屋脊拼接节点焊缝计算拼接角钢与上弦的连接焊缝按等强原则设计：按传递弦杆的最大内力设计接头一侧的焊缝计算长度为：拼接角钢总长度为：屋架节点设计拼接节点屋脊拼接节点焊缝计算上弦与节点板的连接焊缝肢背处塞焊缝：节点荷载P屋架节点设计塞焊缝拼接节点屋脊拼接节点焊缝计算上弦与节点板的连接焊缝肢尖处焊缝：按上弦内力的15%,并考虑此力产生的弯矩验算屋架节点设计支座节点屋架与柱子的连接：铰接、刚接铰接支座节点：节点板加劲肋底板锚栓孔传力路径屋架节点设计节点板加劲肋底板节点板 焊缝底板 屋架杆件内力焊缝加劲肋 支座节点铰接支座节点：底板面积：底板厚度：屋架节点设计节点板加劲肋

13、底板锚栓孔面积 通常底板的短边尺寸不得小于200mm 厚度：当屋架跨度18m时，t16mm； 当屋架跨度18m时，t20mm。尺寸：宽度一般取200360mm， 长度（垂直 于屋架方向）取200400mm。支座节点铰接支座节点：加劲肋：屋架节点设计节点板加劲肋底板加劲肋与节点板的垂直连接焊缝可假定按传递支座反力的四分之一计算，并考虑焊缝为偏心受力： 焊缝所受剪力:焊缝所受弯矩: 每块加劲肋与支座节点板的连接焊缝的计算公式为：支座节点铰接支座节点： 屋架节点设计节点板加劲肋底板节点板、加劲肋与支座底板的水平连接焊缝受力：垂直于角焊缝支座节点刚接支座节点屋架节点设计采用普通螺栓加承力支托的刚性支座

14、节点采用安装焊缝的刚性支座节点施工图主要内容和基本要求图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的几何尺寸，右半跨注明杆件的设计内力。跨度较大的屋架，会产生较大挠度起拱(L/500)钢屋架施工图施工图主要内容和基本要求图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的几何尺寸，右半跨注明杆件的设计内力。跨度较大的屋架，会产生较大挠度起拱(L/500)图纸的正中为屋架详图及上、下弦平面图，必要数量的侧面图、节点详图和零件图。钢屋架施工图材料表屋架整体形式半屋架施工图上 弦下 弦右视附注左视节点板节点板上弦施工图主要内容和基本要求图纸的左上角绘制整榀屋架的简图，左半跨注明屋架的几何尺寸，右半跨注

15、明杆件的设计内力。跨度较大的屋架，会产生较大挠度起拱(L/500)图纸的正中为屋架详图及上、下弦平面图，必要数量的侧面图、节点详图和零件图。右上角绘制材料表，把所有部件的编号（规则）、规格尺寸、数量、重量和整榀屋架的重量填入表中。对不同的图形采用不同的比例尺。索引图约1:50，正面图约1:201:30，节点图约1:101:15。施工图上应标注所有必要尺寸。上必要的文字说明：用文字比用图形表述方便的钢屋架施工图屋架的形式屋架主要形式、屋架形式的选取原则和主要尺寸屋架内力计算荷载、荷载组合、内力计算屋架杆件设计计算长度等稳定设计原则选择杆件截面形式容许长细比确定杆件截面尺寸验算：受拉杆件、受压杆件

16、节点设计焊缝、节点板、拼接角钢、支座的设计施工图的绘制要求钢屋架设计小结吊车梁设计吊车梁的荷载吊车梁的截面组成吊车梁的连接吊车梁截面的验算吊车梁的设计吊车梁的荷载竖向荷载P横向水平荷载：T纵向水平荷载：Tc由柱间支撑承担吊车梁：双向受弯构件吊车梁设计PPTcTcTT吊车梁的荷载竖向荷载（最大轮压）作用在吊车梁上的最大轮压设计值:1.4 活荷载分项系数Pk,max 吊车最大轮压标准值,查吊车手册 动力系数对悬挂吊车及工作级别为A1A5的软钩吊车：1.05对工作级别为A6A8的软钩吊车、硬钩吊车等：1.1吊车梁设计吊车梁的荷载横向水平力T吊车横向刹车力和运行时摆动引起的水平力:Q 吊车额定起重量，

17、 Q小车重量n 桥式吊车的总轮数，g 重力加速度 系数，对硬钩吊车取20% 软钩：额定起重量不大于10t，取为12% 软钩：额定起重量为16t50t， 取为10% 软钩：额定起重量不小于75t，取为8%吊车梁设计吊车梁的荷载横向水平力T吊车工作级别为A6 A8时，吊车运行时摆动引起的水平力比刹车更为不利。钢结构设计规范(GB50017)规定：吊车横向水平力标准值：吊车梁设计 0.1 软钩吊车 1= 0.15 抓斗或磁盘吊车 0.2 硬钩吊车吊车梁截面组成单轴对称工字形截面带制动梁的吊车梁带制动桁架的吊车梁单轴对称工字形截面加强受压翼缘Q 30t, L 6mA1A5吊车梁设计吊车梁截面组成带制动

18、梁的吊车梁竖向荷载吊车梁横向水平荷载制动梁吊车梁设计吊车梁截面组成带制动桁架的吊车梁竖向荷载吊车梁横向水平荷载制动桁架吊车梁设计L12m(A6A8)L18m(A1A5)增设辅助桁架、水平支撑和垂直支撑。吊车梁示例吊车梁设计制动桁架吊车梁吊车梁截面验算强度验算加强上翼缘吊车梁竖向荷载P作用下：受弯T作用下：假设上翼缘承担受压区A点最不利受拉区吊车梁设计吊车梁截面验算强度验算带制动梁的吊车梁受压区A点最不利吊车梁设计Wny1制动梁截面对其形心轴y1的净截面抵抗矩。吊车梁截面验算强度验算带制动桁架的吊车梁P作用下：受弯上翼缘作为制动桁架弦杆N1局部弯矩My受压区A点最不利吊车梁设计轴力 N1=My/b1局部弯矩 My=Td/3An吊车梁上翼缘及腹板15tw的净截面面积之和。吊车梁截面验算整体稳定验算设有制动桁架的吊车梁侧向弯曲刚度很大，整体稳定得到保证，不需验算对于加强上翼缘的工字梁吊车梁设计-依梁在最大刚度平面内弯 曲所确定的整体稳定系数吊车梁截面验算刚度验算按效应最