重型单层工业厂房钢结构设计.ppt
1,3.1 结构形式和结构布置3.2 计算原理3.3 钢屋架设计3.4 吊车梁设计,第三章 重型单层工业厂房钢结构设计,一般说明 屋架外形及腹杆形式 屋盖支撑,3.1 结构形式和结构布置,一般说明,重型厂房的组成：柱、屋架、吊车梁、天窗架、支撑。,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,吊车的工作制等级与工作级别的对应关系,（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柱距较为合适。如果采用轻型围护结构，则取 大柱距15m，18m及24m较适宜。,3.1.1.1 柱网布置和计算单元,图3-2 柱网布置,2.温度收缩缝:超出表3-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形 的影响,温度区段长度表(m)表3-2,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32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。托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。,托架与屋架的连接 叠接：构造简单，便于施工，但托架（托 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,3.1.1.2 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。,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。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。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。,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。,阶梯形下柱的常见截面形式：,图3-6 双肢格构式柱,A6一A8级吊车的单跨厂房,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。,肩梁：将各阶柱段连在一起。,肩梁,单臂肩梁,双臂肩梁,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。,下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑,3.1.1.3 柱间支撑,上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑,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,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：,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 的自重小，易于构成各种外形以适应不同的用途。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。,屋架外形及腹杆形式,桁架的应用,桁架的外形及腹杆形式,3.1.2.3.确定桁架形式的原则,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。,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,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,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),3.1.2.4 桁架主要尺寸的确定,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316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,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,屋盖支撑的布置,1.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则：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则：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.垂直支撑布置原则：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，当有托架时则由托架代替。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。布置原则：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。,3.1.3.3 屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则,屋盖支撑受力比较小，一般不进行内力计算，杆件截面常按容许长细比来选。拉杆单角钢压杆双角钢当支撑桁架受力较大，应按桁架体系计算内力，按图示拉杆（压杆退出工作）计算并据以选择截面。,
