单层厂房结构ppt课件.ppt

单层厂房结构 本章学习目标：通过本章的学习，要求掌握单层厂房钢结构及钢屋盖的组成。屋盖支撑的种类，作用和布置原则。檩条的型式和普通钢屋架设计、吊车梁的设计。 本章教学内容：本章讨论的内容有以下四部分：第一部分：单层厂房钢结构的组成和布置第二部分：钢屋盖的支撑体系；实腹式檩条的计算第三部分：普通钢屋架设计第四部为：吊车梁的设计 本章重点：普通钢屋架设计。 本章难点：普通钢屋架设计、吊车梁的设计。 本章学习方法建议及参考资料：本章与实际联系较紧密，建议学生多多思考。,单层厂房结构,8.1单层厂房钢结构的组成及布置原则,8.1.1单层厂房钢结构的组成,单层厂房钢结构一般是由屋盖结构、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（图8.1）。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，包括横向框架的屋架、托架、中间屋架、天窗架、檩条等。,屋架,屋架,天窗架,檩条,柱间支撑,柱间支撑,柱间支撑,有檩屋盖,无檩屋盖,上弦横向支撑,垂直支撑,拉条,大型屋面板,上弦横向支撑,图8.1单层厂房结构的组成,吊车梁,(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。,8.1.2厂房设计步骤,使厂房满足工艺和便用要求，并能适应今后可能生产过程的变动和发展。规划的主要内容是确定车间的平面和高度方向的主要尺寸和控制标高布置柱网确定变形缝的位置和做法并选择主要承重结构横向平面框架、纵向平面框架、屋盖结构、吊车梁结构等）体系、布置和形式等。,合理规划结构-设计车间平面和高度尺寸、布置柱网和温度伸缩缝-确定框架的主要尺寸-静力计算、构件及连接设计-施工图。,规划时应充分考虑设计标准化，生产工厂化、施工机械化的要求，以提高建筑工业化的水平；这些要求主要通过建筑和结构的模数化、定型化和统一化来逐步实现。模数化是使结构布置的主要符合相应的模数尺寸：定型化是同类构件和结构及其连接构造尽量采用相同的典型形式：统一化则进一步使构件和连接的某些主要尺寸也统一起来。这样，可以在厂房中更多地利用标准构配件，甚至对同类型厂房做出广泛适用的标推设计，目前；我国已有梯形钢屋架，钢天窗架钢托架钢吊车梁（包括制动梁或珩架）等构件和相应支律体系和连接构造的标准设计图集。,8.1.3柱网和温度伸缩缝的布置,一、柱网布置柱网布置就是确定单层厂房钢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。单层厂房钢结构的跨度就是柱纵向定位轴线之间的尺寸，单层厂房钢结构的柱距就是柱子在横向定位轴线之间的尺寸。,（图 8.2）,进行柱网布置时，应注意以下几方面的问题：(1)应满足生产工艺要求。厂房是直接为工业生产服务的，不同性质的厂房具有不同的生产工艺流程，各种工艺流程所需主要设备、产品尺寸和生产空间都是决定跨度和柱距的主要因素。柱的位置（包括柱下基础的位置）应和地上（地下）设备、机械及起重运输设备等相协调。此外，柱网布置尚应考虑未来生产发展和生产工艺的可能变动。(2)应满足结构的要求。为了保证车间的正常使用，使厂房具有必要的刚度，应尽量将柱布置在同一横向轴线上，以便与屋架或横梁组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。,(3)应符合经济合理的原则。柱距大小对结构的用钢量影响较大，较经济的柱距可通过具体方案比较确定，例如，在柱子较高、跨度较大而吊车起重量又较小的车间中，采用大柱距可能是经济合理的。(4)为了降低制作和安装工作量，应尽量实现结构构件的统一化和标准化，满足厂房建筑统一化基本规则的规定：当单层厂房钢结构跨度小于或等于18m时，应以3m为模数，即9m、12m、15m、18m；当厂房跨度大于18m时，则以6m为模数，即24m、30m、36m。但是当工艺布置和技术经济有明显的优越性时，也可采用21m、27m、33m等。厂房的柱距一般采用6m较为经济，当工艺有特殊要求时，可局部抽柱，即柱距做成12m、24m对某些有扩大柱距要求的单层厂房钢结构也可采用9m及48m柱距。,二、温度伸缩缝 温度变化将引起结构变形，使厂房钢结构产生温度应力。故当厂房平面尺寸较大时，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房钢结构的横向和纵向设置温度伸缩缝。温度伸缩缝的布置决定于厂房钢结构的纵向和横向长度。纵向很长的厂房在温度变化时，纵向构件伸缩的幅度较大，引起整个结构变形，使构件内产生较大的温度应力，并可能导致墙体和屋面的破坏。为了避免这种不利后果的产生，常采用横向温度伸缩缝将单层厂房钢结构分成伸缩时互不影响的温度区段。按规范规定，当温度区段长度不超过表9.1的数值时，可不计算温度应力。,图8.3,温度伸缩缝最普遍的做法是设置双柱。即在缝的两旁布置两个无任何纵向构件联系的横向框架，使温度伸缩缝的中线和定位轴线重合(图8.2,a)；在设备布置条件不允许时，可采用插入距的方式(图8.2,b)，将缝两旁的柱放在同一基础上，其轴线间距一般可采用1m，对于重型厂房由于柱的截面较大，可能要放大到1.5m或2m，有时甚至到3m，方能满足温度伸缩缝的构造要求。 为节约钢材也可采用单柱温度伸缩缝，即在纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动支座，以使这些构件有伸缩的余地。不过单柱伸缩缝使构造复杂，实际应用较少。,当厂房宽度较大时，也应该按规范规定布置纵向温度伸缩缝。 当单层厂房位于地震区时，其伸缩缝尚应符合防震缝的要求。此外，当厂房的平、立面布置复杂或由高度或刚度相差很大的邵分组成时，也应用防震缝将不同刚度部分分开（图)。防震缝宽度按厂房和地震设计烈度等情况确定一般单层厂房取50-90m纵横跨空接处取100-150m。 沉降缝用于厂房相邻部分的高度、荷或、吊车起重量或基础体系相差很大或地基条件有严重差异等情况以防止结构或屋面、墙面等在过大的基础不均匀沉降下发生裂缝或破坏。,8.2横向框架的结构,8.2.1框架的类型,单层厂房的基本承重结构通常采用框架结构体系。这种体系能够保证必要的横向刚度，同时其净空又能满足使用上的要求。横向框架按其静力计算模式来分，主要有横梁与柱铰接和横梁与柱刚接两种情况。如按跨度来分，则有单跨、双跨和多跨。横梁与柱铰接的框架，在传统单层厂房钢结构中常可见到。由于其横向刚度较差，常不能满足吊车使用上的要求，因此这种结构类型现在很少采用。 横梁与柱刚接的框架具有良好的横向刚度，但对于支座不均匀沉降及温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施。轻钢厂房采用的门式刚架属于横梁与柱刚接，而且由于结构自重与传统单层厂房钢结构相比大为减轻，沉降问题不甚严重，因而是一种较好的结构形式。,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。,阶梯形柱：上段柱：实腹式,格构式。 下段柱：缀条格构式。 分离式柱：吊车肢,屋盖肢,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 。,8.2.2主要尺寸,框架的主要尺寸如图8.4所示。框架的跨度，一般取为上部柱中心线间的横向距离，可由下式定出：,图8.4,mm,8.2.3计算简图,单层厂房钢结构一般由横向框架作为承重结构，而横向框架通常由柱和桁架（横梁）所组成。 横梁与柱子的连接可以是铰接，亦可以是刚接，相应地，称横向框架为铰接框架（又称排架）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。 各个横向框架之间有屋面板或檩条、托架、屋盖支撑等纵向构件相互连接在一起，故框架实际上是空间工作的结构，应按空间工作计算才比较合理和经济，但由于计算较繁，工作量大，所以通常均简化为单个的平面框架（图）来计算。,框架计算单元的划分应根据柱网的布置确定（图），使纵向每列柱至少有一根柱参加框架工作，应将受力最不利的柱划入计算单元中。对于各列柱距均相等的单层厂房钢结构，只计算一个框架。 对有抽柱的计算单元，一般以最大柱距作为划分计算单元的标准，其界限可以采用柱距的中心线，也可以采用柱的轴线，如采用后者，则对计算单元的边柱只应计入柱的一半刚度，作用于该柱的荷载也只计入一半。,对于由格构式横梁和阶形柱（下部柱为格构柱）所组成的横向框架，一般考虑桁架式横梁和格构柱的腹杆或缀条变形的影响，将惯性矩（对高度有变化的桁架式横梁按平均高度计算）乘以折减系数0.9，简化成实腹式横梁和实腹式柱。 对柱顶刚接的横向框架，当满足下式的条件时，可近似认为横梁在水平荷载作用下刚度为无穷大，否则横梁按有限刚度考虑：,图8.5,A,B,C,横向框架的计算高度H：柱顶刚接时，可取为柱脚底面至框架下弦轴线的距离(图a) （横梁假定为无限刚性），或柱脚底面至横梁端部形心的距离（横梁为有限刚性）(图b)；柱顶铰接时，应取为柱脚底面至横梁主要支承节点间距离(图c.d)。对阶形柱应以肩梁上表面作分界线将H划分为上部柱高度H1和下部柱高度H2。,图8.6,8.2.4横向框架的荷载,作用在横向框架上的荷载可分为永久荷载和可变荷载两种。永久荷载有：屋盖系统、柱、吊车梁系统、墙架、墙板及设备管道等的自重。这些重量可参考有关资料、表格、公式进行计算。可变荷载有：风、雪荷载、积灰荷载、屋面均布活荷载、吊车荷载、地震作用等。这些荷载可由荷载规范和吊车规格查得。对框架横向长度超过容许的温度缝区段长度而未设置伸缩缝时，则应考虑温度变化的影响。 对单层厂房钢结构地基土质较差、变形较大或单层厂房钢结构中有较重的大面积地面荷载时，则应考虑基础不均沉陷对框架的影响。,雪荷载一般不与屋面均布活荷载同时考虑，积灰荷载与雪荷载或屋面均布活荷载两者中的较大者同时考虑。 荷载化为均布的线荷载作用于框架横梁上。当无墙架时，纵墙上的风力一般作为均布荷载作用在框架柱上；有墙架时，尚应计入由墙架传于框架柱的集中风荷载。 作用在框架横梁轴线以上的桁架及天窗上的风荷载按集中在框架横梁轴线上计算。 吊车垂直轮压及横向水平力一般根据同一跨间、两台满载吊车并排运行的最不利情况考虑，对多跨单层厂房钢结构一般只考虑4台吊车作用。,8.2.5内力分析和内力组合,框架内力分析可按结构力学的方法进行，也可利用现成的图表或计算机程序分析框架内力。应根据不同的框架，不同的荷载作用，采用比较简便的方法。 为便于对各构件和连接进行最不利的组合，对各种荷载作用应分别进行框架内力分析。为了计算（设计）框架构件的截面，必须将框架在各种荷载作用下所产生的内力进行最不利组合。 要列出上段柱和下段柱的上下端截面中的弯矩M、轴向力N和剪力V。此外还应包括柱脚锚固螺栓的计算内力。每个截面必须组合出+Mmax和相应的N、V；Mmax和相应的N、V；Nmax和相应的M、V； 对柱脚锚栓则应组合出可能出现的最大拉力；即Mmax和相应的N、V；Mmax和相应的N、V。,柱与桁架刚接时，应对横梁的端弯矩和相应的剪力进行组合。最不利组合可分为四组：第一组组合使桁架下弦杆产生最大压力(图a)；第二组组合使桁架上弦杆产生最大压力，同时也使下弦杆产生最大拉力(图,b)；第三、四组组合使腹杆产生最大拉力或最大压力(图,c、d)。组合时考虑施工情况，只考虑屋面恒载所产生的支座端弯矩和水平力的不利作用，不考虑它的有利作用。,图8.7,在内力组合中，一般采用简化规则由可变荷载效应控制的组合：当只有一个可变荷载参与组合时，组合值系数取1.0，即：恒+可变荷载；当有两个或两个以上可变荷载参与组合时，组合值系数取0.9，即：恒+0.9（可变荷载1+可变荷载2）。 在地震区应参照建筑抗震设计规范进行偶然组合。对单层吊车的厂房钢结构，当采用两台及两台以上吊车的竖向和水平荷载组合时，应根据参与组合的吊车台数及其工作制，乘以相应的折减系数。比如两台吊车组合时，对轻中级工作制吊车，折减系数为0.9；对重级工作制吊车，折减系数取0.95。,8.2.6框架柱的类型,框架柱按结构形式可分为等截面柱、阶形柱和分离式柱三大类。按截面有实腹式和格构式两种，通常采用实腹式(图a)。等截面柱将吊车梁支于牛腿上，构造简单，但吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重量Q150kN，或无吊车且房屋高度较小的轻型钢结构中。,图8.8,阶形柱也可分为实腹式和格构式两种(图b、c、d、e、f)。从经济角度考虑，阶形柱由于吊车梁或吊车桁架支承在柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，其用钢量比等截面柱节省，因而在单层厂房钢结构中广泛应用。阶形柱还根据房屋内设单层吊车或双层吊车做成单阶柱或双阶柱。阶形柱的上段由于截面高度h不大（无人孔时h=400600mm；有人孔时h=9001000mm），并考虑柱与屋架、托架的连接等，一般采用工字形截面的实腹柱。下段柱，对于边列柱来说，由于吊车肢受的荷载较大，通常设计成不对称截面，中列柱两侧荷载相差不大时，可以采用对称截面。下段柱截面高度1m时，采用实腹式；截面高度1m时，采用缀条柱(图,c、e、f)。,分离式柱(图d)由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁或吊车桁架的吊车肢所组成，两柱肢之间用水平板相连接。吊车肢在框架平面内的稳定性就依靠连在屋盖肢上的水平连系板来解决。屋盖肢承受屋面荷载、风荷载及吊车水平荷载，按压弯构件设计。吊车肢仅承受吊车的竖向荷载，当吊车梁采用突缘支座时，按轴心受压构件设计；当采用平板支座时，仍按压弯构件设计。分离式柱构造简单，制作和安装比较方便，但用钢量比阶形柱多，且刚度较差，只宜用于吊车轨顶标高低于10m、且吊车起重量Q750kN的情况，或者相邻两跨吊车的轨顶标高相差很悬殊，而低跨吊车的起重量Q500kN的情况。,双肢格构式柱是重型厂房阶形下柱的常见型式，图8.9是其截面的常见类型。阶形柱的上柱截面通常取实腹式等截面焊接工字形或类型（a）。下柱截面类型要依吊车起重量的大小确定：类型（b）常见于吊车起重量较小的边列柱截面；吊车起重量不超过50t的中柱可选取（c）类截面，否则需做成（d）类截面；显然，截面类型（e）适合于吊车起重量较大的边列柱；特大型厂房的下柱截面可做成（f）类截面。,图8.9,厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车的起重量，而且还要考虑吊车的工作级别及吊钩类型，对于装备A6A8级吊车的车间除了要求结构具有大的横向刚度外，还应保证足够大的纵向刚度。因此，对于装备A6A8级吊车的单跨厂房，宜将屋架和柱子的连接以及柱子和基础的连接均作刚性构造处理。 纵向刚度则依靠柱的支撑来保证。 设计在侵蚀性环境中工作的厂房，除了要选择耐腐蚀性的钢材，还应寻求有利于防侵蚀的结构形式和构造措施。 同理，在高热环境中工作的厂房，在设计中不仅要考虑对结构的隔热防护，亦应采用有利于隔热的结构形式和构造措施。,柱在框架平面内的计算长度应通过对整个框架的稳定分析确定，但由于框架实际上是一空间体系，而构件内部又存在残余应力，要确定临界荷载比较复杂。因此，目前对框架的分析，不论是等截面柱框架还是阶形柱框架，都按弹性理论确定其计算长度。,8.2.7纵向框架柱间支撑的作用和布置,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)、可作为框架柱在框架平面外的支点，减少柱在框架平面外的计算长度。,柱间支撑由两部分组成：在吊车梁以上的部分称为上层支撑，吊车梁以下部分称为下层支撑。 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（如混铁炉车间），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，放在两端才是合理的。,图8.10,当温度区段小于90m时，在它的中央设置一道下层支撑（图,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,b），以免传力路程太长。在短而高的单层厂房钢结构中，下层支撑也可布置在单层厂房钢结构的两端（图,c）。 上层柱间支撑又分为两层，第一层在屋架端部高度范围内属于屋盖垂直支撑。 显然，当屋架为三角形或虽为梯形但有托架时，并不存在此层支撑。,第二层在屋架下弦至吊车梁上翼缘范围内。为了传递风力，上层支撑需要布置在温度区段端部，由于单层厂房钢结构柱在吊车梁以上部分的刚度小，不会产生过大的温度应力，从安装条件来看这样布置也是合适的。 此外，在有下层支撑处也应设置上层支撑。上层柱间支撑宜在柱的两则设置，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。 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。 此外，吊车梁和辅助桁架作为撑杆是柱间支撑的组成部分，承担并传递单层厂房钢结构纵向水平力。,8.2.8柱间支撑的形式,柱间支撑按结构形式可分为十字交叉式、八字式、门架式等。 十字交叉支撑的构造简单、传力直接、用料节省，使用最为普遍，其斜杆倾角宜为45左右。上层支撑在柱间距较大时可改用斜杆（图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d）。图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。,图8.11,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。,柱间支撑计算简图,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。某些重型车间，对下层柱间支撑的刚度要求较高，往往交叉杆的两杆均按压杆设计。,8.2.9支撑构件截面验算1支撑构件的长细比验算（刚度）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；压杆150或200，拉杆200或3002支撑构件的强度和稳定性验算。支撑构件的内力求出后，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。,8.2.10柱间支撑的连接及构造,柱间支撑采用角钢时，其截面不宜小于L454；采用槽钢连接时，不宜小于12。支撑的连接可采用焊缝或高强螺栓。采用焊缝时，焊缝尺寸不应小于6mm，焊缝长度不应小于80mm，同时要在连接处设置安装螺栓，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，支撑与柱的连接节点如图所示。,图8.13,8-3屋盖结构体系,8.3.1钢屋盖结构的形式、组成及布置,钢屋盖结构通常由屋面、檩条、屋架、托架和天窗架等构件组成。根据屋面材料和屋面结构布置情况的不同，可分为无檩屋盖结构体系和有檩屋盖结构体系。,一、无檩屋盖结构体系无檩屋盖结构体系中屋面板通常采用钢筋混凝土大型屋面板、钢筋加气混凝土板等。屋架的间距应与屋面板的长度配合一致，通常为6m。这种屋面板上一般采用卷材防水屋面，通常适用于较小屋面坡度，常用坡度为1:8-1:12，因此常采用梯形屋架做为主要承重构件。无檩体系屋盖屋面构件的种类和数量少，构造简单，安装方便，施工速度快，且屋盖刚度大，整体性能好；但屋面自重大，常要增大屋架杆件和下部结构的截面，对抗震也不利。,二、有檩屋盖结构体系有檩屋盖结构体系（图8.1.b）常用于轻型屋面材料的情况。如压型钢板、压型铝合金板、石棉瓦、瓦楞铁皮等。屋架间距通常为6m；当柱距大于或等于12m时，则用托架支承中间屋架，一般适用于较陡的屋面坡度以便排水，常用坡度为1:2 1:3，因此常采用三角形屋架做为主要承重构件。当采用较好的防水措施用压型钢板做屋面时，屋面坡度也可做到1:12或更小，此时也可用H型钢梁做为主要承重构件。有檩体系屋盖可供选用的屋面材料种类较多，屋架间距和屋面布置较灵活，自重轻，用料省，运输和安装较轻便；但构件的种类和数量多，构造较复杂。在选用屋盖结构体系时，应全面考虑房屋的使用要求、受力特点、材料供应情况以及施工和运输条件等，以确定最佳方案。,三、天窗架形式在工业厂房中，为了满足采光和通风等要求，常需在屋盖上设置天窗。天窗的形式有纵向天窗、横向天窗和井式天窗三种。后两种天窗的构造较为复杂，较少采用。 最常用的是沿房屋纵向在屋架上设置天窗架（图8.14），该部分的檩条和屋面板由屋架上弦平面移到天窗架上弦平面，而在天窗架侧柱部分设置采光窗。天窗架支承于屋架之上，将荷载传递到屋架。,天窗架的宽度和高度应根据工艺和建筑要求确定，一般为厂 房跨度的1/3左右，高度为其宽度的1/51/2。,图8.14天窗架,多竖杆式,三铰拱式,三支点式,有时为避免外面气流的干扰，纵向天窗还需设置挡风板，挡风板有竖直式、侧斜式和外包式三种。其支架常有支撑式和悬挂式两种。,四、托架形式在工业厂房的某些部位，常因放置设备或交通运输要求而需局部少放一根或几根柱。这时该处的屋架（称为中间屋架）就需支承在专门设置的托架上（图8.14）。托架两端支承于相邻的柱上，跨中承受中间屋架的反力。钢托架一般做成平行弦桁架，其跨度一般不大，但所受荷载较重。钢托架通常做在与屋架大致同高度的范围内，中间屋架从侧面连接于托架的竖杆，构造方便且屋架和托架的整体性、水平刚度和稳定性都好。,图8.15托架支承中间屋架,五 屋架的形式 和主要尺寸,普通屋架按其外形可分为三角形（图1），梯形（图2）及平行弦（图3）和人字形桁架。,在确定桁架外形时，应综合考虑房屋的用途、建筑造型、屋面材料的排水要求、桁架的跨度、荷载的大小等因素，使之符合适用、受力合理、经济和施工方便等原则。,8.17,.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。,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细比 。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,3 .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 点构造形式划一。平行弦桁架最容易符合 上述要求。 4. 综合技术经济效果好,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。,根据不同的条件桁架形式可以有很多变化,跨度 L工艺及使用要求 高度 H经济、刚度、运输、坡度等 各种屋架中部高度： 三角形屋架： 中部高度H(1/61/4)L 梯形屋架 ： 中部高度H(1/101/6)L 端部高度H0(1.82.1m),桁架主要尺寸的确定,平行弦屋架,从受力角度出发，桁架外形应尽量与弯距图相近，以使弦杆受力均匀。受力较合理的腹杆布置应使短杆受压，长杆受拉，腹杆数量少，总长度短。且尽可能使荷载作用于节点，避免弦杆因受节间荷载引起局部弯矩而增加截面。,人字形桁架 上、下弦可为平行，坡度为1/201/10，节点构造较为统一； 上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情况。 跨中高度一般为2.02.5m，跨度大于36m时可取较大高度但不宜超过3m；端部高度一般为跨度的1/181/12。,从施工角度出发，桁架杆件的数量和品种规格应尽可能少，在用钢量增加不多的原则下，力求尺寸统一，构造简单，以便制造。 腹杆与弦杆轴线间的夹角一般在3060之间，最好在45左右，以使节点紧凑。桁架上弦的坡度须适合屋面的排水要求。 此外，还应考虑建筑的需要，以及设置天窗等方面的要求。 上述各种要求往往难以同时满足，因此应根据具体情况，对经济技术指标进行综合分析、比较与设计。下面讨论各类桁架的特点。,(1)三角形桁架适用于屋面坡度较大的有檩屋盖结构，根据屋面的排水要求，上弦坡度一般为i=1/21/3，跨度一般在1824m之间。 三角形桁架与柱只能做成铰接，故房屋的横向刚度较低，且桁架弦杆的内力变化较大，在支座处最大，跨中较小，故弦杆用同一规格截面时，其承载力不能得到充分利用。 图 (a)、(c)形式是芬克式桁架,它的腹杆受力合理,且可分为两榀小桁架运输,比较方便。 图 (b)是将三角形桁架的两端高度改为500mm,这样改变以后,桁架支座处上、下弦的内力大大减少,改善了桁架的工作情况。,人字式杆-件数量少，节点数量少，受压杆较长，但抗震性能优于芬克式屋架，适用于跨度小于18m的屋架。,单斜式-腹杆和节点数量较多，长腹杆受拉，但夹角小，适用于下弦设置天棚的屋架。,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。,(2)梯形桁架的外形较接近于弯矩图，各节间弦杆受力较均匀，且腹杆较短，适用于屋面坡度较小的屋盖体系。其坡度一般为i=1/81/16。跨度可达36m。梯形桁架与柱的连接可做成刚接也可做成铰接。当做成刚接时，可提高房屋的横向刚度，因此是目前无檩体系的工业厂房屋盖中应用最广的屋架形式。梯形桁架的腹杆体系有人字式(图a,c)、再分式(图b)。 (3)平行弦桁架具有杆件规格统一、节点构造统一、便于制造等优点。其上下弦杆相互平行(图9.6.3)，且可做成不同坡度。这种形式一般用于托架或支撑体系。 (4)人字形桁架上、下弦可为平行，坡度为1/201/10，节点构造较为统一； 上、下弦可以具有不同坡度或下弦有一部分水平段，以改善屋架受力情况。,普通屋架的主要尺寸包括桁架的跨度、跨中高度及梯形桁架的端部高度。,屋架的标志跨度一般是指柱网轴线的横向间距，在无檩体系屋盖中应与大型屋面板的宽度相适应，一般以3m为模数。屋架的计算跨度是指屋架两端支座反力间的距离。当屋架简支于钢筋混凝土柱或砖柱上，且柱网采用封闭结合时，考虑屋架支座处需一定的构造尺寸，一般可取l0=l-(150200mm)（图a）；当屋架支承于钢筋混凝土柱上，而柱网采用非封闭结合时，计算跨度等于标志跨度即l0=l（图b）；当屋架与钢柱刚接时，其计算跨度取钢柱内侧面之间的间距（图c）。,边柱与纵向定位轴线的定位（非封闭结合,屋面板与外墙无空隙,边柱与纵向定位轴线的定位（封闭结合）,上部屋面板与外墙间有空隙,桁架的高度应根据经济、刚度和建筑等要求，以及屋面坡度、运输条件等因素确定。桁架的最大高度取决于运输界限，最小高度根据桁架容许挠度确定，经济高度则是根据桁架杆件的总用钢量最少的条件确定。有时建筑高度也限制了桁架的最大高度。一般情况下，桁架的高度可在如下范围内采用：三角形桁架高度较大，一般取跨中高度h=(1/4 1/6)L。 梯形桁架的屋面坡度较平坦，当上弦坡度为1/81/12时，跨中高度一般为(1/61/10)L。跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大）时取大值。 梯形桁架的端部高度：当桁架与柱铰接时为1.6 2.2m，刚接时为1.8 2.4m。端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。,对跨度较大的桁架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响桁架的正常使用。为此，对跨度l15m的三角形桁架和跨度超过l24m的梯形、平行弦桁架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱，即预先给桁架一个向上的反挠度，以抵消桁架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500左右。当采用图解法求桁架杆件内力时，图解时可不考虑起拱高度。,当钢屋盖以平面桁架作为主要承重构件时，各个平面桁架（屋架）要用各种支撑及纵向杆件（系杆）连成一个空间几何不变的整体结构，才能承受荷载。这些支撑及系杆统称为屋盖支撑。它由上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑、下弦纵向水平支撑、垂直支撑及系杆组成。,8.3.2屋盖的支撑,(1)保证屋盖形成空间几何不变结构体系，增大其空间刚度。(2)承受屋盖各种纵向、横向水平荷载（如风载、吊车制动力、地震力等），并将其传至屋架支座。(3)为上、下弦杆提供侧向支撑点，减小弦杆在屋架平面外的计算长度，提高其侧向刚度和稳定性。(4)保证屋盖结构安装时的便利和稳定。,1、支撑作用：,屋盖支撑虽不是主要承重构件，但它对保证主要承重构件 屋架正常工作起着重要作用。,下面分别介绍各类支撑及系杆的位置、组成、形式、计算和构造。,2、支撑布置的原则1、在设置有纵向支撑的平面内必须同时设置横向支撑，并将二者布置为封闭型。2、所有的横向支撑、纵向支撑和竖向支撑均应与屋架、托架、天窗架等的杆件或檩条组成几何不变的桁架形式。3、房屋中每一温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑系统。4、传递风力、吊车水平力和水平地震作用的支撑，应能使外力由作用点尽快地传递到结构的支座。5、柱距愈大或吊车工作量愈繁重，支撑的刚度应愈大。6、在地震区应适当增加支撑，并加强支撑节点的连接强度。,屋盖支撑可分为：横向水平支撑、纵向水平支撑、垂直支撑和系杆。,上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距为60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。,1上弦横向水平支撑,2下弦横向水平支撑,当屋架间距12m时，尚应在屋架下弦设置横向水平支撑，一般和上弦横向水平支撑布置在同一柱间以形成空间稳定体系的基本组成部分。 但当屋架跨度比较小（18m）又无吊车或其他振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。,3.纵向水平支撑,当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。 一般情况可以省掉。屋架间距12m时，通常布置在屋架下弦平面。屋架间距12m时，宜布置在屋架的上弦平面内。,下弦纵向水平支撑,下弦纵向水平支撑它位于屋架下弦两端节间处，位于屋架下弦平面，沿房屋全长布置，也组成一个具有交叉斜杆及竖杆的平行弦桁架，它的端竖杆就是屋架端节间的下弦。下弦纵向水平支撑与下弦横向水平支撑共同构成一个封闭的支撑框架，以保证屋盖结构有足够的水平刚度。,一般情况下，屋架可以不设置下弦纵向水平支撑，仅在房屋有较大起重量的桥式吊车、壁行吊车或锻锤等较大振动设备，以及房屋高度或跨度较大或空间刚度要求较大时，才设置下弦纵向水平支撑。此外，在房屋设有托架处，为保证托架的侧向稳定，在托架范围及两端各延伸一个柱间应设置下弦纵向水平支撑。,4、垂直支撑 与上、下弦横向水平支撑布置在同一柱间。 (1)三角形桁架：L18米时，可在跨中设一道， L18米时，宜在1/3处左右各设一道。 (2) 梯形桁架、人字形桁架：必须在端部设置垂直支撑（可用托架代替）。 L30米时，在跨中设一道； L30米时，在1/3处左右的竖杆平面内各设一道；当有 天窗架时，宜设在天窗侧腿下。 (3)天窗架:在有横向水平支撑的地方也应设置垂直支撑，布置在两侧柱平面内，对多竖杆和三支点式天窗架，当宽度大于12米时尚应在中竖杆平面内增设一道。,垂直支撑,(5)、系杆在未设横向支撑的开间，相邻平面屋架由系杆连接。系杆通常在屋架两端，有垂直支撑位置的上、下弦节点以及屋脊和天窗侧柱位置，沿房屋纵向通长布置。 系杆对屋架上、下弦杆提供侧向支承，因此必要时，还应根据控制这些弦杆长细比的要求按一定距离增设中间系杆。对于有檩屋盖，檩条可兼作系杆。系杆中只能承受拉力的称为柔性系杆，设计时可按容许长细比400（有重级工作制吊车的厂房为350）控制，常采用单角钢或张紧的圆钢拉条（此时不控制长细比）；能承受压力的称刚性系杆，设计时可按200控制，常用双角钢形或十字形截面。一般在屋架下弦端部及上弦屋脊处需设置刚性系杆，其它可设柔性系杆。,当房屋两端为山墙时，上、下弦横向水平支撑及垂直支撑可设在两端第二开间，这时第一开间的所有系杆均设为刚性系杆。当房屋长度大于60m时，应在中间增设一道（或几道）上、下弦横向水平支撑及垂直支撑。,屋盖支撑因受力较小一般不进行内力计算。其截面尺寸由杆件容许长细比和构造要求确定。交叉斜杆一般按拉杆控制，容许长细比与柔性系杆相同。非交叉斜杆、弦杆等按压杆200控制。对于跨度较大且承受墙面传来很大的风力的横向水平支撑，应按桁架体系计算内力选择截面，同时亦应控制长细比。,具有交叉斜腹杆的支撑桁架可按图4所示计算简图计算。在节点荷载W的作用下，图中每节间仅考虑受拉斜腹杆工作，另一根（虚线所示）斜腹杆则假定它因屈曲退出工作（偏安全），这样桁架成为静定体系使计算简化。当荷载反向时，两组斜杆受力情况恰好相反。,屋盖支撑的构造应力求简单、安装方便。其连接节点构造如图所示。,上弦横向水平支撑的角钢肢尖应向下，且连接处适当离开屋架节点(图,a)，以免影响大型屋面板或檩条安放。交叉斜杆在相交处应有一根杆件切断，另加节点板用焊缝或螺栓连接(图a)。交叉斜杆处如与檩条相连(图b),则两根斜杆均应切断，用节点板相连。,垂直支撑可只与屋架竖杆相连(图,d)，也可通过竖向小钢板与屋架弦杆及屋架竖杆同时相连(图e)。支撑与屋架的连接通常用M20C级螺栓,支撑与天窗架的连接可用M16C级螺栓。在有重级工作制吊车或有其它较大振动设备的厂房，屋架下弦支撑及系杆宜用高强度螺栓连接，或用C级螺栓再加焊缝将节点板固定。,8.3.3檩条的设计,屋盖中檩条用钢量占比例较大，因此合理选择檩条形式、截面、间距，以减少檩条用钢量，对减轻屋盖重量、节约钢材有重要意义。,1、檩条的形式檩条通常是双向弯曲构件，分实腹式和桁架式两大类。后者制造费工，应用较少。实腹式檩条常采用槽钢、角钢、工字型及Z形和槽形冷弯薄壁型钢（图）。槽钢檩条应用普遍，其制作、运输和安装均较简便；但普通型钢壁较厚，材料不能充分发挥作用，故用钢量较大；薄壁型钢檩条受力合理，用钢量少，在材料有来源时宜优先采用，但防锈要求较高。实腹式檩条常用于屋架间距不超过6m的厂房，其高跨比可取1/351/50。,二、檩条的计算实腹式檩条由于腹板与屋面垂直放置，故在屋面荷载q作用下将绕截面的两个主轴弯曲。若荷载偏离截面的弯曲中心，还将受到扭矩的作用，但屋面板的连接能起到一定的阻止檩条扭转的作用，故设计时可不考虑扭矩的影响，而按双向受弯构件计算。本节重点介绍普通型钢檩条的计算方法。由于型钢檩条的壁厚较大，因此可不计算其抗剪和局部承压强度。,1、强度验算,2、整体稳定验算,当檩条之间未设置拉条且屋面材料刚性较差（如石棉瓦和用挂钩螺栓固定的压型钢板等），在构造上不能阻止檩条受压翼缘侧向位移时或虽有刚性较好的屋面，但屋面较轻，在风吸力下可能使下翼缘受压时，应按公式验算檩条的整体稳定，如檩条之间设有拉条，则可不验算整体稳定。,3刚度设置拉条时，只须计算垂直于屋面方向的最大挠度。未设拉条时需计算总挠度。计算挠度时，荷载应取其标准值。,三檩条的连接与构造檩条