单层厂房钢结构概述

1.1 结构形式和结构布置1.2 计算原理1.3 支撑体系1.4 屋盖结构1.5 吊车梁设计11/29/20211v 一般说明 1.1 结构形式和结构布置1.1.1 一般说明q 重型厂房的组成：q 柱、屋架、吊车梁、天窗架、q 支撑。图2-1示q 重型厂房结构形式： 单层刚(框)架 多层刚架柱屋架吊车梁天窗架柱间支撑q 屋盖结构体系：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横梁檩条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工作制等级 轻级 中级 重级 特重级 工作级别 A1A3 A4,A5 A6,A7 A8按照吊车使用的频繁程度1.影响柱网布置因素： 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：柱距L的取值: 一般地，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柱距较为适宜。如果采用轻型围护结构，那么取 大柱距15m，18m及24m较适宜。1.1.1.1 柱网布置和计算单元图2-2 柱网布置计算单元 2.温度收缩缝 : 超出表2-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形 的影响 结构情况 纵向温度区段(垂直屋架或构架跨度方向)横向温度区段(屋架或构架跨度方向)柱顶为刚接柱顶为铰接采暖房屋和非采暖地区的房屋热车间和采暖地区的非采暖房屋 露天结构 220120150180100125120- 温度区段长度表(m) 表2-2q拔柱：由于工艺要求或其它原因，有时需要将柱距局部加大。如图22中，在纵向轴线B与横向轴线L相交处不设柱子，因而导致轴线k和m之间的柱距增大，这种情形有时形象地称为拔柱。q托架托梁：上承屋架，下传柱子。q 托架与屋架的连接q 叠接：构造简单，便于施工，但托架托q 梁受扭。 平接：可以有效地减轻托架托梁受扭的 不利影响，较常用。托梁与屋架的连接1.1.1.2 横向框架及其截面选择 横向框架梁与柱的连接形式：刚接框架：a)、b横梁与柱子的刚接连接铰接框架：c横梁与柱子的铰接连接。（a）（b）（c）q 柱脚刚接：可以削减上柱柱顶的弯矩值， 增大横向框架的刚度。q 铰接框架：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。q 刚接框架：横梁与柱子刚接。适用于设有 双层吊车，装备硬钩吊车等的 单跨重型厂房。q 阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。q 下段柱：缀条格构式。q 别离式柱：吊车肢,屋盖肢q 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 。q 阶梯形下柱的常见截面形式： 图2-6 双肢格构式柱阶形柱的上柱起重量较小的边柱起重量50t的中柱起重量50t的中柱起重量较大的边柱特大型厂房的下柱q A6一A8级吊车的单跨厂房 柱子与基础刚性连接 纵向刚度 横向刚度 柱间支撑 屋架与柱子刚性连接 双臂肩梁：刚度大，整体性好，适宜用于柱截 面宽度较大不小于900mm)的情形。q 肩梁 ：将各阶柱段连在一起。肩梁 单臂肩梁图2-7a 双臂肩梁图2-7a构造要求：肩梁惯性矩宜大于上柱的惯性矩，其线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于25，其高跨比可控制在0.350.5之间。v荷载计算v刚架内力计算 1.2 计算原理计算单元简化单层房屋结构 平面桁架 横向框架的结构体系框架尺寸 横向框架的跨度：厂房纵向定位轴线间的距离，一般采用6m的倍数，12m/18m/24m/30m/36m L = Lk +1+2 其中Lk为吊车梁的跨度；为柱轴线到吊车轨道中心的距离= A + B + C 横向框架的高度：厂房室内地坪至屋架下弦的净空尺寸， He = Hu + Hr + (200300mm)平面框架假定 横向框架承受结构的竖向力和横向水平力，一般情况下，各榀横向框架受力及位移情况根本相同，结构空间作用不明显，为计算方便，以平面框架为横向框架计算的根本单元，忽略结构的空间作用。有必要时，才对结构进行空间分析。 纵向柱距相等时，仅需取一榀框架计算 钢屋架可简化为实腹梁，等效惯性矩为IB = ( A1y12 + A2y22 ) K 格构式框架柱可等效为实腹柱。等效惯性矩为 IC =0.9IC0横向框架构件刚度比超静定体系内力分布与各构件刚度比有关。设计时一般可假定：上、下柱截面惯性矩之比为：边柱I1:I3=4.515；中柱I2:I4=825；中柱、边柱下柱惯性矩之比：I2:I1=1.212；横梁与边柱下柱惯性矩之比：IB:I1=1.212；最终选定截面假设与初选截面相差较大，应按最终选定截面重新进行内力分析 1.永久荷载恒载屋面恒载檩条自重屋架、其它构件自重和围护结构自重 2.可变荷载活载 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。 3.施工荷载1.2.1 荷载计算 风荷载：标准值： z 风压高度变化系数s体型系数z风振系数风荷载标准值Wk是沿垂直建筑物外表方向作用的，为方便将其投影到水平上。q刚架计算单元宽b、跨度方向长为h范围内风荷载应合力为： q投影到水平面上的值Po为：q为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。 当量惯性矩：1.2.2 刚架内力计算 A和A分别为格构柱两肢或屋架上下两弦截面积 X和X格构式柱两肢屋架上下两弦的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。 反映剪力和几何形 状的修正系数。=0.9 平行弦=0.8 上弦坡度i = 0.1=0.7 上弦坡度i = 0.125对于屋架：其当量惯性矩为： h为上下两弦截面形心之间的距离。屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。 Mmax简支屋架在屋面荷载作用下的跨中 弯矩。 f 弦杆抗拉强度设计值。内力分析：依叠加原理，内力分析只需针对几种 根本类型进行。 单跨刚架：1永久荷载；2屋面活荷载；3左风右风荷载；4吊车左右刹车力；5吊车小车靠近左右时的重力。手算或电算 按照?建筑结构荷载标准?(GB50009)的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规那么进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。1.2.3 内力组合原那么对于一般的刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取以下简化公式中的最不利值确定：SGK、SQK按标准规定的标准值算得的永久荷载效 应和可变荷载效应 G、Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数 荷载效应组合的目的：找到最不利组合情形对构件和连接进行校核。分别按校核构件中出现的内力，寻求它们分别取可能的最大值时的组合进行校核 。q 受弯构件：q 压弯构件： 内力组合表1 柱间支撑 1.3 支撑体系2 屋盖支撑q下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑1.3.1 柱间支撑q上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑刚性系杆刚性系杆下层柱间支撑上层柱间支撑垂直支撑 1.柱间支撑的布置： 1每列柱都要设柱间支撑。 2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。 3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。 4上层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。 5每列柱顶均要布置刚性系杆。 吊车梁工程实例格构柱吊车梁格构柱吊车梁吊车梁 2.柱间支撑的作用： 1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。 2减少柱在平面外的计算长度。 3) 保证厂房的纵向刚度。 3.柱间支撑的形式：(a)单层十字形；(b)人字形；(c)门形; (d)双层十字形下层柱间 支撑的形式(a)十字形； (b)人字形； (c)V字形上层柱间 支撑的形式 1.3.2屋盖支撑 屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑 屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑 系杆图216屋盖支撑作用示意图 1.保证屋盖结构的几何稳定性。 几何可变体系屋架侧倾几何不变体系屋架稳定 1.3.2.1屋盖支撑的作用 2.保证屋盖的刚度和空间整体性 横向水平支撑是一个水平放置(或接近水平放置)的桁架,支座是柱或垂直支撑 。纵向水平支撑：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，减少横向水平荷载作用下的变形。 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。 4.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。 5.保证结构安装时的稳定与方便 1.3.2.2 屋盖支撑的布置 1.上弦横向水平支撑布置原那么: 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，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。 设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间或设在第二个柱间,间距L060m。上弦横向水平支撑布置图 2.下弦横向水平支撑布置原那么 ： 当跨度L18m； 设有悬挂式吊车起重量大于5吨； 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。 3.纵向水平支撑布置原那么 ： 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； 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 。下弦水平支撑布置图 4.垂直支撑布置原那么 ：所有房屋中均应设置垂直支撑。 梯形屋架在跨度L30m，三角形屋架在跨度L24m时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大于上述数值时宜在跨度13附近或天窗架侧柱外设置两道 。梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置 一道，当有托架时那么由托架代替 。垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同 一柱间。屋盖支撑布置图屋架的垂直支撑布置 5.系杆 刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。 柔性系杆：只能承受拉力的系杆。 作用：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。 布置原那么： 在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆； 屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆， 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。 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 。1.3.2.3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原那么竖腹杆：竖杆弦杆：相邻屋架弦杆兼作横向支撑桁架的弦杆腹杆 支撑桁架 斜腹杆：支撑q屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件q截面常按容许长细比来选 。q拉杆单角钢q压杆双角钢q当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按q图示拉杆压杆退出工作计算并据以选择截面。 v桁架的内力计算 1.4 钢屋架设计v桁架杆件的计算长度v杆件截面型式v一般构造要求与截面选择v桁架的节点设计v桁架施工图q桁架是指由直杆在端部相互连接而组成的格子式结构。桁架中的杆件大局部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q 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盖的承重结构是不经济的，这时都要用桁架 。 1.4.1屋架外形及腹杆形式1.4.1.1桁架的应用1.4.1.2桁架的外形及腹杆形式 芬克式腹杆人字式腹杆豪式腹杆人字式腹杆再分式腹杆人字式腹杆交叉式腹杆三角形屋架梯形屋架平行弦屋架1.4.1.3 确定桁架形式的原那么 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 1.满足使用要求： 2.受力合理： 1弦杆：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 形弯矩图接近时，各处弦杆内力才比 较接近。2腹杆：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。q 单向斜杆式： 斜腹杆受拉 竖腹杆受压 合理 斜腹杆受压竖腹杆受拉不合理 q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 。q交叉式腹杆主要用于可能从不同方向