钢结构第八章单层厂房结构ppt课件.ppt

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1、8.1 单层钢结构厂房的组成和特点8.1.1 单层钢结构厂房的组成1、柱2、屋盖结构3、吊车梁4、屋面檩条5、墙梁（或墙面檩条）6、各种支撑7、屋面和墙面：大型屋面板、大型墙面板、墙体或压型彩钢板、铝板或其他金属板8、保温隔热材料：岩棉、矿棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨脂泡沫塑料等。,第八章 单层厂房结构,图81 单层钢结构厂房构造简图1框架柱； 2边屋架； 3中间屋架； 4吊车梁； 5天窗架 6柱间支撑； 7抗风柱,图82 单层轻型钢结构厂房构造简图1框架柱； 2框架横梁； 3抗风柱； 4屋面檩条； 5墙梁（墙面檩条）6柱间支撑； 7屋脊； 8屋面彩钢板； 9墙面彩钢板； 10保温层

2、； 11采光窗,组成单层钢结构厂房的构件体系：（1）横向平面框架（2）纵向平面框架（3）屋盖结构（4）吊车梁及其制动梁（或制动桁架）（5）支撑系统。（6）墙梁（或墙面檩条）此外，还有一些次要构件，如爬梯、走道、门窗以及某些厂房工艺操作上要求的工作平台等。,8.1.2 单层钢结构厂房的分类与形式,按层数分可分为多层厂房和单层厂房；依据跨度、高度和吊车起吊吨位和吊车工作制等级不同（见表81），可分为轻型、中型、重型和特重型四类：在厂房结构设计时，一般将跨度不大于30米，高度不超过14米，起吊重不大于20吨，吊车工作制等级为轻级和中级的钢结构厂房按轻型厂房结构设计，而超过上述范围的钢结构厂房按重型厂

3、房结构设计。轻型钢结构厂房多采用如图82所示的门式刚架结构；重型钢结构厂房的屋盖多采用桁架结构，其结构形式多如图81所示。按跨度可分为单跨（图83a、b）、双跨（图83c、d、f）和多跨（图83e、g）结构形式；按屋面坡脊数可分为单脊单坡（图83a、c）、单脊双坡（图83b、d、e）、多脊多坡（图83f、g）结构形式。,8.1.3 单层钢结构厂房的结构布置,单层钢结构厂房的结构布置包括:(1)厂房柱网的布设(2)高度的确定(3)温度伸缩缝的设置等确定这些的依据:首先:必须满足生产工艺的要求其次:满足结构坚固耐用、经济合理和技术先进，以及注意符合标准化模数要求等。,8.1.3.1 厂房柱网布设,

4、从工艺方面考虑，柱布设的位置应和厂房内的地上设备和地下设备相协调，并要适当考虑生产过程的变动和以后的改扩建。从结构方面考虑，柱列的间距以均等的布设方式最为佳，这样可使柱列间构件重复率高，便于定型化、标准化生产，且屋盖结构和支撑系统的布设最简单，传力路径更明确和结构受力更合理。从经济观点考虑，柱的纵向间距的大小对结构重量影响很大。柱距越大，柱和基础所用材料就越少，但屋盖结构和吊车梁的重量也将随之增加。最为经济的柱距一般通过具体方案比较得到，而当吊车起重量不大，或位于软弱地基土上的厂房结构选用较大柱距可能会收到较为经济的效果。柱网的布设包括横向柱距（即称为跨度）的确定和纵向柱距（即称为柱距）的确定

5、。,对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横向距离，可按下式确定： (8.1)式中 支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度； 由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离（图84），应满足下式要求： B 吊车梁或吊车桥架悬伸长度，可由行车样本查得；C 吊车外缘和柱内缘之间的必要空隙：当吊车起重量不大于500kN时，不宜小于80mm；当吊车起重量大于或等于750kN时，不宜小于100mm；当吊车和柱之间需设走道时，则不得小于400mm； D上段柱宽度。,图84 吊车梁与柱间的净空,对于无吊车的厂房，跨度一般按厂房使用功能的要求，并符合模数制确定。通常情况下，当跨度小于或等于30m时为3m；当跨度大于30m时

6、则采用6m。厂房柱距一般采用6m较为经济，并使各列柱距均等。一些轻型厂房亦可采用7.5米、9米、12米柱距，而一些软弱地基土上的厂房则可取到15米、18米、21米甚至24米柱距。,多跨形式厂房(如图8-5所示),在一些工业部门，厂房亦可布成多跨形式(如图8-5所示)。而由于工艺要求或其他原因，有时需要将柱距局部加大。如在图85中B轴线和5轴线处不设柱子，致使4轴线和6轴线间柱距加大，有时形象地将这种情形称为拔柱。在拔柱处，一般需要在B轴线上4轴线和6轴线柱间设置一构件TL1，此构件用于支撑其上部屋架或其他屋面结构，并将其荷载传递到4轴线和6轴线柱上。该构件为实腹式时称为托梁，桁架式时称为托架。

7、托梁和托架一般设计成简支受弯构件，托梁多采用焊接工字型截面或箱形截面。,8.1.3.2 厂房高度的确定,对于有吊车的厂房，不同的吊车对厂房高度的影响各不相同。当采用支撑式梁式吊车和桥式吊车厂房来说（如图86所示），厂房高度按下式确定： (8.2) 式中 轨顶标高； 轨顶至柱顶高度；h1需跨越的最大设备高度； h2 起吊物与跨越物间的安全距离， 一般为400500mm；h3 起吊的最大物件高度；h4 吊索最小高度，根据起吊物件的大小和起吊方式决定，一般大于1m； h5 吊钩至轨顶面的距离，由吊车规格表中查得； h6 轨顶至小车顶面的距离，由吊车规格表中查得； h7 小车顶面至屋盖斜梁最低点或屋架

8、下弦底面之间的安全距离，应考虑屋盖结构的挠度、厂房可能不均匀沉陷等因素，最小尺寸为220mm，湿陷性黄土地区一般不小于300mm。,对于无吊车厂房，柱顶标高通常是按最大生产设备及其使用、安装、检修时所需的净空高度来确定。同时，考虑采光和通风要求，一般不低于4米，柱顶标高按模数制标准多取300mm的倍数。,8.1.3.3 温度伸缩缝的设置,平面上一个方向或两个方向长度很长的厂房，为避免产生过大的温度变形和温度应力，应在厂房的较大长度尺寸方向上设置温度伸缩缝。一般情况下，厂房纵向长度尺寸度较大，为避免温度变化时纵向构件伸缩产生的变形和温度应力破坏墙面、屋面等构件，常采用设置横向伸缩缝将厂房分成伸缩

9、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8.2的数值时，可不计算温度应力。,温度伸缩缝最普遍的做法,设置双柱，柱上可设置一榀屋架或一根屋面梁，其间不用纵向构件相互联系。温度缝的布设如图85所示，可使厂房定位轴线和温度缝的中线重合（图85a所示），而当厂房内部设备布置条件不允许时，可采用插入距的方式（图85b所示）。也可以采用单柱形式，即在纵向构件（如托架、吊车梁等）支座处设置滑动支座，在搭接檩条的螺栓连接处采用采用长圆孔，以使这些构件有伸缩的余地，同时也应使该处屋面板在构造上有一定的胀缩空间。当厂房横向长度尺寸较大时，也应该按规范设置纵向伸缩缝。,8.1.4 单层钢结构厂房的特

10、点,单层钢结构厂房和钢筋混凝土结构厂房比，具有如下特点：单位面积重量轻柱网布置比较灵活制作安装简便，施工工期短综合经济效益高制作、安装要求高，维护费用高,8.1.5 单层钢结构厂房的设计步骤,首先依据工艺及使用要求，确定厂房结构的方案，包括确定厂房平面上和高度上的主要尺寸，选择吊车型号，布设柱网、伸缩缝，确定承重结构、附属结构形式等，并应考虑生产过程的变动和以后的改扩建。在结构方案确定后，即可按设计资料进行结构、构件和连接的设计和计算，完成整个厂房的结构设计。最后的步骤即绘制施工图，对于一些构件和连接构造，也可采用标准图集。,8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度,8.2.1 单层钢结

11、构厂房的计算简图通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图87a所示）和柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图87b所示）单层钢结构厂房纵向平面框架主要承受吊车的纵向水平制动力和纵向风力。纵向风力主要由风荷载作用在端部山墙上产生，风荷载作用在山墙上的水平力一部分将由山墙抗风柱直接承担，另一部分由山墙和屋盖结构传给各纵列端柱。由于一般厂房纵列柱数目较多，且各柱通过纵向构件连成整体，纵向刚度较大，故可不进行纵向平面框架计算。但为了更好的传递纵向水平力，且减小纵向侧移和变形，一般需要在柱间设置柱间支撑，传递到纵

12、向柱列间的水平力将主要由此柱间支撑承担和传递， 而此柱间支撑则需要进行计算或根据经验按构造选定。,图87 横向框架的计算简图,8.2.2 单层钢结构厂房的荷载及其荷载组合,作用在单层钢结构厂房的荷载可分为永久荷载和可变荷载两种，而荷载组合即永久荷载和各种可变荷载之间的组合。8.2.2.1 永久荷载单层钢结构厂房的永久荷载是指结构物的自重和吊挂在结构物上的其它构件的自重。8.2.2.2 可变荷载单层钢结构厂房的可变荷载包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检修荷载、地震作用等。,8.2.2.3 荷载组合,在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用时框架各构件截面的内力

13、值，其后进行迭加。但为求构件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力组合）。对于一般框架、排架，荷载规范规定的荷载效应组合设计值S 应从下列组合值中取最不利值确定：S1.2永久荷载1.4屋面均布活荷载S1.2永久荷载0.91.4max(屋面均布活荷载、雪荷载)积灰荷载风荷载吊车竖向及水平荷载S1.35永久荷载0.91.40.7max(屋面均布活荷载、雪荷载)积灰荷载风荷载吊车竖向及水平荷载S1.0永久荷载1.4风荷载,组合（1）和（2）是按可变荷载效应控制的组合；组合（3）是按永久荷载控制的组合。对于由压型金属板做屋面板的钢结构厂房，可不考

14、虑组合（3）；而对于由较重材料构成屋面（如用大型钢筋混凝土板做屋面板）的钢结构厂房，则应考虑组合（3）。前三种组合用于计算截面的强度和构件的稳定性，组合（4）用于锚栓刚拔计算以及屋面板和檩条的强度、稳定性验算。对于单层单跨或多跨的钢结构厂房，应进行横向和纵向抗震计算；对于跨度大于24米的非轻钢结构厂房，当抗震设防烈度大于等于8度时，尚应进行竖向地震作用计算；而对于轻型门式刚架结构厂房，由于其自重较轻，地震作用产生的荷载效应一般较小，对于抗震设防烈度为7度而风荷载标准值大于0.35KN/m2，或抗震设防烈度为8度而风荷载标准值大于0.45KN/m2的轻型门式刚架结构厂房，其地震作用组合一般不起控

15、制作用，可不进行地震作用验算。,8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算,8.2.3.1 内力计算可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计算机程序来分析计算。对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工程中仍较少采用塑性分析。对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析计算。为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制截面的组合内力来设计构件截面。,框架

16、柱的控制截面位置一般在柱底、柱顶、柱牛腿连接处，柱控制截面内力组合主要有：（1） 最大弯矩及相应的；（2） 最大轴压力及相应，；（3） 最小轴压力及相应，；梁的控制截面位置一般在梁端和梁跨中截面。梁控制截面内力组合主要有：最大弯矩及相应的；最大剪压力及相应；以上的最大值均指绝对值，对于双轴对称截面，采用绝对值最大者即可，而对于单轴对称截面，其弯矩最大值则要区分正与负。除此之外，还应对柱脚抗剪和锚栓抗拔进行计算。,8.2.3.2 侧移计算,单层钢结构厂房的侧移主要是由风荷载、吊车水平荷载和水平地震作用所引起，计算框架的侧移主要由梁、柱杆件弯曲变形造成，柱的轴向变形所引起的侧移很小，可以忽略不计。

17、计算框架柱顶的侧移计算是正常使用条件下的变形验算，计算时荷载应取标准值，不考虑荷载分项系数，并应采用弹性分析方法按平面框架结构来计算确定或按空间框架结构整体分析计算确定。同样，计算框架柱顶的侧移计算可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计算机程序来分析计算。,8.2.4 单层钢结构厂房柱的计算长度,目前不论是等截面框架柱还是变截面框架柱，其计算长度均是采用弹性理论方法确定。单层钢结构厂房框架柱的计算长度是以荷载集中于柱顶的对称等截面框架为依据，框架失稳分有侧移和无侧移两种形式，而单层厂房在其框架平面内因无法设置侧向支撑结构，其失稳形式是有侧移的。,8.3 单层钢结构厂房的主要构件及节点设

18、计,8.3.1 单层钢结构厂房框架梁、柱设计单层钢结构厂房的屋盖结构常用的形式是屋面桁架结构和屋面梁结构两种。屋面梁多采用单块钢板焊接成工字形截面，从经济角度考虑，全梁宜采用变截面；弯矩较小的梁段采用等截面，各段之间通过端板和高强螺栓进行连接，为方便檩条和屋面材料的布设，各段梁上翼缘保持一致坡度，其常见结构形式如图89所示，图中11为端板剖面图，为看图方便省略了端板加劲板。屋面为防、排水考虑，屋面梁多呈一定坡度设置，在屋面荷载作用下，梁内存在轴压力，故屋面梁的强度、刚度和稳定性计算应按压弯构件进行计算。,单层钢结构厂房柱按其形式可分为契型柱、等截面柱、阶形柱和分离式柱，按其柱身的构造又可分为实

19、腹柱和格构柱。契型柱：截面则常做成实腹式工字形，截面高度呈线性变化。契型柱多用于单层轻型门式刚架钢结构厂房中，其小头一端与基础铰接，大头与刚架斜梁刚接。等截面柱：截面通常也是采用实腹式工字形，因构造简单，加工制作费用低，应用广泛。阶形柱：有单阶形柱(如图810（c）所示)，也有双阶形柱(如图810 (e)右跨所示）。当柱截面高度h1.0m时，多采用加工制作方便的实腹式工字形截面，而当柱截面高度h1.0m时，则选择格构式柱较为经济。分离式柱：是将支撑横向屋架的屋盖肢和支撑吊车系统的吊车肢分离，两肢间采用柔性连接板进行连系的一种柱。,单层钢结构厂房柱的截面高度h由柱的高度H和所承受的荷载情况决定。

20、等截面柱的截面高度h一般为车间高度H的1/151/25；阶形柱下段的截面高度h一般为车间高度H的1/81/15，上段的截面高度h一般为该柱段高度的1/81/12；分离式柱中的屋盖肢的截面高度h为车间高度H的1/151/20，吊车肢的截面高度约为其本身高度H的1/15。当厂房内不设吊车或设轻级工作制吊车时，上述柱的截面高度值可取其范围的较小值，而当厂房设重级工作制吊车时，则柱的截面高度值应取其范围的较大值。单层钢结构厂房柱的截面宽度可取其截面高度的1/31/5，并不宜小于0.20.3米。,当厂房柱在内力确定后，即可按第6章的内容对实腹式柱和格构式柱进行承载力、稳定性和刚度计算。对于实腹式柱，应计

21、算控制截面的强度，构件平面内和平面外的稳定计算、局部稳定计算和刚度计算；对于格构式柱，则应进行构件平面内的稳定、分肢的稳定和缀材的强度与稳定计算。对于实腹式双轴对称契型柱，除按第6章的内容进行截面强度计算外，还应依据冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB 50018）的规定进行平面内和平面外的稳定计算，并对其铰接柱脚进行抗剪计算，当不满足抗剪要求时则应设置抗剪键。,8.3.2 屋檩、墙梁及支撑设计,目前，单层钢结构厂房多采用压型金属板和屋檩做屋面结构，用压型金属板和墙梁做墙面结构。屋檩和墙梁的截面形式可分为实腹式和格构式两种。当跨度超过9米时，屋檩和墙梁均可采用格构式截面；当跨度不超过9米时，应优先采

22、用实腹式截面形式。屋檩和墙梁可采用普通热扎槽钢或轻型热轧槽钢截面，可采用焊接H型钢截面，也可冷弯薄壁型钢截面。工程中应用最为广泛的为冷弯薄壁型钢截面，其中，冷弯C形钢截面檩条适合于做墙梁或屋面坡度1/3的屋檩，冷弯Z形钢截面檩条合于做屋面坡度1/3的屋檩。,屋檩和墙梁按构造要求应在跨间设置拉条。拉条的作用是为屋檩或墙梁提供侧向支点，并将支点的力传向刚度较大的构件，并防止其侧向变形和扭转。当屋檩和墙梁跨度大于4m 时，应在跨中设置拉条；当跨度大于6m时，应在跨度的三分点处各设置拉条一道。为很好的将拉条上的力，在屋脊和屋檐处应设置斜拉条，并将跨间直拉条改成刚性撑杆，屋檩和墙梁拉条和撑杆布设如图81

23、6所示。除上述屋檩和墙梁跨间需设拉条和撑杆外，单层钢结构厂房在框架柱间需设柱间支撑，在屋盖结构中则需设置屋盖支撑。支撑构件可采用圆钢、单角钢、双角钢、槽钢以及钢管来制作，支撑结构可设计成一字形、十字交叉形、K形、人字形、门架形等，一字形支撑构件多用于屋盖支撑结构中，门架形多用于柱间支撑结构中。,图816 屋檩和墙梁的拉条和撑杆布设形式,(a) (b),图817 柱间支撑的形式,(a) 十字交叉形支撑 (b)人字形支撑 (c)K形支撑 (d)门架形支撑,8.3.3 单层钢结构厂房吊车梁及牛腿设计,8.3.3.1 吊车梁的荷载竖向荷载包括吊车系统、吊车梁系统的自重和起重物的自重，同时还应考虑吊车沿

24、轨道运行、起吊、卸载等情况下引起吊车梁振动时所产生的动力效应。横向水平荷载包括吊车小车沿横向运行时刹车时产生的刹车力和起重物摆动所产生的水平力，以及因吊车轨道不完全平行时吊车轮子与轨道之间产生的摩擦力，刹车力和摆动产生的水平力均是由吊车轮子和轨道之间的摩擦力来传递给吊车梁，而吊车轮子和轨道之间的摩擦力通常称为卡轨力。纵向水平荷载包括吊车纵向运行时刹车时产生的刹车力和起重物摆动所产生的水平力。纵向水平荷载通过吊车梁转给了柱间支撑，对吊车梁的截面受力影响很小，故吊车梁设计时不考虑此荷载，而只考虑吊车竖向荷载引起的最大轮压和吊车横向水平荷载。,作用在吊车梁上的最大轮压设计值可按以下公式进行计算： (

25、8.10)式中 吊车最大轮压标准值，可在吊车产品规格中直接查得；考虑吊车动力作用的动力系数。对悬挂吊车（包括电动葫芦）以及工作级别为A1A5的软钩吊车，取 1.05；对工作级别为A6A8的软钩吊车、硬钩吊车和其他特种吊车，取 1.1。作用在吊车梁上的横向水平荷载标准值应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数，并乘以重力加速度：软钩吊车： 当额定起重量不大于10t时，应取；当额定起重量为1550t时，应取；当额定起重量不小于75t时，应取；硬钩吊车: 应取。,吊车每个车轮上的横向水平力设计值计算公式如下： (8.11)式中 为桥式吊车总轮数。作用在每个轮压处的摆动水平力设计值可按下式计算：

26、(8.12)式中 系数。对一般软钩吊车，取 0.1；对抓斗或磁盘吊车，取 0.15；对硬钩吊车，宜采用 0.2。,8.3.3.1 吊车梁系统的组成,吊车梁系统包括吊车梁（或吊车桁架）和制动梁（或制动桁架），以及节点的连接构造。吊车梁的截面有型钢梁、组合工字形梁以及箱形梁等形式。型钢梁形式、单轴对称焊接工字形梁形式：轻级和中级工作制吊车，当其跨度6m时采用；箱形梁形式：重级和特重级工作制吊车；吊车桁架：动力反应敏感，多只用于吊车起重量较小但跨度较大的厂房结构中。,图818 吊车梁截面形式和吊车桁架形式,图819 设有制动梁的吊车梁系统结构形式,制动梁或制动桁架设置：制动梁常以吊车梁的上翼缘为其一

27、翼缘，另一翼缘多采用与吊车梁上翼缘相平行的双角钢、槽钢或工字钢，两者间以兼做走道板结构的钢板和加劲肋连接组成腹板。制动梁的高度一般不小于0.75m,当高度大于1.2 m时，常采用制动桁架，以节省钢材。为了增强吊车梁和制动结构的整体刚度和抗扭性能，对于边列柱上的吊车梁，常在外侧设置辅助桁架，同时在吊车梁下翼缘和辅助桁架的下弦之间设置水平支撑，在靠近梁端1/41/3的范围内各设置垂直支撑一道。图819所示为设置制动梁的一边列柱上的吊车梁系统结构形式，而图820所示为设置制动桁架的一边列柱上的吊车梁系统结构形式。,吊车梁与柱的连接以及吊车梁与吊车梁之间的连接应以保证能够可靠地传递荷载作用，但又不改变

28、简支条件为原则。吊车梁下翼缘与框架柱的之间多采用2026的普通螺栓连接，并在其间加设1618mm后的钢板做垫板。吊车梁端部上翼缘与柱之间则可设连接板或连接角钢，采用普通螺栓连接，也可采用高强螺栓连接。吊车梁上翼缘与制动梁钢板之间可采用焊缝连接，吊车梁与制动桁架和辅助桁架之间的支撑杆件间也可采用焊缝连接，但因焊接残余应力将降低结构的疲劳强度，故对于重级工作制吊车，吊车梁上翼缘与制动梁钢板之间宜选用高强螺栓连接，而吊车梁与制动桁架和辅助桁架之间的支撑杆件间则宜采用普通螺栓连接。吊车梁与吊车梁之间采用普通螺栓连接，并在两梁端板间加设钢填板，位置约为梁高下部1/3范围内，填板高度以满足螺栓布置即可，不

29、宜过长。吊车梁系统端部的连接构造如图821所示。,图821 吊车梁系统端部的连接(a) 吊车梁与柱的连接,图821 吊车梁系统端部的连接 (b) 吊车梁与柱的连接A-A剖面图,图821 吊车梁系统端部的连接 (c)吊车梁与吊车梁的连接,8.3.3.2 吊车梁截面验算,吊车梁在结构计算前，首先按结构力学中影响线的方法确定吊车移动荷载作用在吊车梁上的最不利位置，其次求出各控制截面的内力，然后依据内力初选截面，最后进行截面验算。焊接工字形吊车梁设计时初选截面的方法和普通焊接梁类似，但因其上翼缘同时有吊车横向水平荷载的作用，故可按其承载力值乘以0.9后估算初选截面，然后再按实际尺寸进行验算。对焊接工字

30、形吊车梁，应进行强度、整体稳定、刚度和疲劳验算。,吊车截面强度验算时，假定竖向荷载由吊车梁承受，对于无制动结构的吊车梁，横向水平荷载由吊车上翼缘承受，对于有制动结构的吊车梁，横向水平荷载有制动结构承受，验算时忽略横向水平荷载产生的偏心作用。这样，焊接工字形吊车梁应验算上翼缘在竖向荷载和水平荷载作用下双向受弯时的受压区正应力，和下翼缘在竖向荷载作用下的受拉区正应力，而对于双轴对称截面，则只需验算上翼缘受压区的正应力。,（1）强度验算,（2）整体稳定验算,具有制动结构的吊车梁侧向刚度较大，整体稳定得到保证，故不需验算。对于无制动结构的焊接工字形吊车梁，其整体稳定按下式验算： (8.17)式中 吊车

31、梁的整体稳定系数，按附录 确定；吊车梁截面对轴的毛截面模量；吊车梁截面对轴的毛截面模量。,（3）刚度验算,吊车梁刚度验算时，应取一台起重梁最大的吊车荷载的标准值，且不乘动力系数，按下列近似公式对吊车梁在垂直方向的刚度进行验算： (8.18)对于重级工作制吊车梁还应按下式验算水平方向的刚度： (8.19)上两式中 竖向荷载作用下吊车梁的最大弯矩；跨内一台起重量最大吊车横向水平荷载标准值作用下所产生的最大弯矩；制动结构截面对形心轴轴的毛截面惯性矩。对制动桁架应考虑腹杆变形的影响，应乘以0.7的折减系数。,（4）疲劳验算,吊车梁疲劳验算按下式进行： (8.20)式中 欠载效应的等效系数，与吊车类别有

32、关，按表85选取；应力幅，；循环次数为的容许应力幅，按附录 的连接类别和表86选取。,8.3.3.3 牛腿设计,牛腿的构造如图822所示，牛腿板件尺寸可根据第5章的内容按受弯构件计算得到，并应与柱截面尺寸相协调。牛腿与柱的连接多采用V形熔透或双面角焊缝，这些连接焊缝应根据第7章的内容计算确定。牛腿根部的剪力V和弯矩可按下式确定： (8.21)式中 吊车梁、轨道及牛腿的自重；吊车全部最大轮压通过吊车梁传递给一根柱的最大反力。,图822 牛腿构造,8.3.4 单层钢结构厂房节点设计,单层钢结构厂房刚架节点包括梁、柱连接节点，梁、梁连接节点和柱脚节点。厂房框架节点的连接方式有很多种，限于篇幅，本节只

33、介绍在单层钢结构厂房中最为常用的几种节点连接形式与设计，其它的一些节点连接与设计大家可通过相关资料的查阅以获取。,8.3.4.1 梁、柱连接节点设计,梁与柱的连接按转动刚度的不同可分为铰接（柔性连接），刚接和半刚性连接三类，单层钢结构厂房框架边柱与框架梁一般采用刚接，中柱与框架梁可刚接也可铰接。当中柱与框架梁铰接，常将柱设计成轴心受力的摇摆柱。,图823 端柱与梁的连接,图824 柱与梁加腋刚性连接,图825 中柱或抗风柱与框架梁的铰接连接,节点连接的计算梁、柱连接节点应按所受最大内力设计，连接节点在柱范围内与梁翼缘连接处应设置加劲肋。端板连接时螺栓应成对布置，在受拉翼缘和受压翼缘均应设置，且

34、受压翼缘的螺栓不宜少于两排。螺栓与螺栓间距或螺栓与翼缘板间距应满足拧紧螺栓时的要求，不宜小于35mm，螺栓端距也不应小于两倍的螺栓孔径。可参照第7章内容进行。,8.3.4.2 梁、梁连接节点设计,单层钢结构厂房框架梁和框架梁之间的连接均采用刚性连接形式。梁、梁连接同样可以采用焊接或端板、高强螺栓连接。梁、梁连接在焊接时翼缘同样应开单面V形或U形剖口，翼缘与腹板连接均采用对接焊缝焊透，为保证节点连接强度和焊缝质量，翼缘和腹板的拼接焊缝位置应尽可能的错开，其节点形式如图826所示。梁、梁端板、高强螺栓连接如图827所示，端板一般竖放。梁、梁连接节点与梁、柱刚性连接节点类似，具体计算也可参照第7章内

35、容进行。,图826框架梁与框架梁的焊接连接,图827框架梁与框架梁的螺栓连接,8.3.4.3 柱脚节点设计,柱与基础的连接分铰接和刚接，而柱脚构造则应是符合这两种传力途径的连接结构形式。柱脚还可分为整体式柱脚和分离式柱脚。整体式柱脚与基础可以是铰接连接，也可以是刚接连接。一些大型格构式柱常采用分离式柱脚，分离式柱脚可传递弯矩，一般均按刚接柱脚设计，但其分离开的单肢柱脚却只传递轴向力和剪力，故单肢柱脚按铰接柱脚设计。,1铰接柱脚设计,铰接柱脚主要传递竖向轴力和剪力，图828所示是铰接柱脚的几种常见形式。,图828 铰接柱脚形式,（1）底板面积计算,底板的平面尺寸取决于基础材料的抗压能力，计算时假

36、定基础对底板的压力均匀分布，此压力不可大于基础材料的抗压强度设计值，故底板的净面积可按下式确定： (8.22)式中 基础混凝土局部承压时的强度提高系数； 基础混凝土的抗压强度设计值。式中的和均按混凝土结构设计规范取值。底板的宽度可取柱截面高度和宽度与两块靴梁宽度（无靴梁则无此项）和两边板悬臂长度之和（板悬臂长度一般2030mm）。底板长度则取底板净面积加上锚栓孔面积之和后与底板宽度的比值。,（2）底板厚度计算,底板的厚度由板的抗弯强度决定。计算时可将底板看做是一块支承在柱身、靴梁、隔板和肋板上的平板，承受自基础顶面传来的均匀压力。底板被这些支承件分隔成不同的区格，如图828所示：有四边支承区格

37、（如区格1），有三边支承区格（如区格2），有两相邻边支承区格（如区格3），也有一边支承的悬伸区格（如区格4）。在均匀分布的基础反力作用下，各区格板单位宽度上的最大弯矩位：,四边支承区格：,(8.23)式中 系数，依据长边与短边的比值按表87选用； 作用于底板单位面积上的压应力，； 四边支承区格的短边长度。,三边或两相邻边支承区格：,(8.24)式中 系数，依据的比值按表88选用； 自由边的长度。,一边支承的悬臂板区格： (8.25)式中 悬臂长度。,已求得各区格不同弯矩值，选取其中的最大弯矩来确定板的厚度： (8.26)设计时应合理布置靴梁、隔板和肋板的位置，使得各区格的弯矩值不要相差太大，以

38、免底板过厚。底板的厚度通常为2040mm，为保证底板具有必要的刚度，避免底板下的基础反力分布不均匀，底板最薄不宜小于14mm。,（3）靴梁的计算靴梁的厚度可与柱翼缘厚度相同或略小，靴梁的高度由连接柱所需要的焊缝长度决定。靴梁按支承柱边的双悬臂梁计算，靴梁应验算其抗弯和抗剪强度。,（4）隔板与肋板的计算为了支承底板，隔板和肋板都应具有一定的刚度，其厚度一般不小于其长度的1/150，厚度和高度都可比靴梁略小。隔板按支撑于靴梁上的简支梁计算，肋板按支撑于靴梁上的悬臂梁计算，隔板、肋板及其连接焊缝均应进行强度计算。,2刚接柱脚设计,刚接柱脚与基础混凝土的连接方式包括埋入式，外包式和支承式三种。而铰接柱

39、脚均为支承式。埋入式柱脚又称插入式柱脚，是将柱脚按平板铰接柱脚初步安装定位到钢筋混凝土基础的杯口内后，再浇筑细石混凝土，通过混凝土与柱的嵌固和接触来传力的一种刚性连接柱脚。外包式柱脚与埋入式柱脚类似，因其外包混凝土层较薄，需要配筋加强。,当刚性柱脚传递的弯矩不大时，可采用如图830(a)所示的柱脚形式，而当弯矩较大时，为避免底板因刚度不足而无法保证柱脚和基础形成很好的刚性连接，锚栓不宜固定在底板上，而应采用图830(b)所示，在靴梁上焊接两块肋板，锚栓固定在肋板上面的水平板上，且为安装方便，锚栓不穿过底板。刚性柱脚的锚栓孔径、锚栓盖板设置、抗剪键的设置以及靴梁、隔板、肋板的计算均与铰接柱脚相同

40、，而在底板厚度计算时，虽然底板下应力不均匀，但当采用分隔区格后的每个区格的最大压应力而不是均布压应力来求得这个区格的弯矩，再来比较得到底板最大弯矩，按铰接柱脚方式计算得到的柱底板厚度，是满足刚接柱脚底板要求的。刚性柱脚在弯矩作用下，若一侧出现拉力，则拉力由部分锚栓承担，故刚性柱脚除上述几项和铰接柱脚相同的计算外，还应进行柱底板面积和所用锚栓直径与数量的计算。,（1）底板面积计算,刚性柱脚在弯矩作用下，底板压应力是不均匀的（如图831所示），底板计算时，应选用最不利的一组弯矩、轴力组合（一般是弯矩和轴力均较大的组合），底板在弯矩作用平面内的长度应由基础混凝土的抗压条件确定，按下式计算： (8.2

41、7)式中 使基础一侧产生最大压应力的轴力与弯矩组合；基础混凝土的抗压强度设计值。而这时另一侧的应力为： (8.28)通过公式8.27 即可得到底板长度，而底板宽度仍可按铰接柱脚确定底板宽度的办法确定，从而确定了底板的面积。,图831 柱底板的应力分布,（2）锚栓的计算,由公式8.28可以看出，当弯矩较大时，为负，即出现拉应力，而此拉应力将由这一侧的锚栓承担。锚栓计算时，应选用产生最大拉力的一组弯矩、轴力组合（一般是弯矩较大和轴力均较小的组合），已知底板下应力情况（如图831（b）所示），则根据力矩平衡原则可求得锚栓拉力： (8.29)式中 锚栓至底板下压应力合力作用点的距离； 锚栓至柱形心轴距离。,通过上式计算得到锚栓拉力后，即可计算得到锚栓（或按附表8 查出）受拉一侧锚栓的个数和直径，另一侧锚栓一般对称布设，但也可按计算确定（在不同荷载组合下也可能出现拉应力）或按规范构造确定（不出现拉应力）。按上式计算锚栓拉力比较简便，但其理论并不严密，计算得到的往往偏大。故当按上式计算的拉力确定的锚栓直径大于60mm时，则应考虑锚栓和基础混凝土的弹性性质重新计算锚栓拉力，具体计算请查阅相关规范和资料或将底板长度加大处理。,