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1、2020/9/2,中、重型厂房结构设计,一般说明 屋架外形及腹杆形式 屋盖支撑,2.1 结构形式和结构布置,2.1.1 一般说明,中、重型厂房的组成： 柱、屋架、吊车梁、天窗架、 支撑。（图2-1示）,中、重型厂房结构形式：,单层刚(框)架,多层刚架,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：将柱布置在同一横向轴线上，与 屋架组成横向框架，提供尽可能大的横向刚度。 3）经济要求：柱距的大小直接影响结构的用钢
2、量。 柱距与柱上的荷载和柱高有密切关系 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。,2.1.1.1 柱网布置和计算单元,2.温度收缩缝 :取决于厂房的纵向和横向长度。纵向很长的厂房，纵向构件伸缩产生的温度应力引起整个结构的变形，并可能导致墙体和屋面的破坏，故采用横向伸缩缝将结构分成伸缩时互不影响的温度区段。横向宽度较大时，也应按规定布置纵向伸缩缝 超出表2-2中数值时,应考虑温度应力和温度变形的影响,温度区
3、段长度表(m) 表2-2,（a）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱,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。 托架（托梁）：上承屋架，下传柱子。,图2-2 柱网布置,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,（a）各列柱距相等 （b）中列柱有抽柱,计算单元,2.1.1.2 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：具有良好的横向刚度，但对基础不均匀沉
4、降和温度作用比较敏感，需采取防止不均匀沉降的措施 铰接框架：对基础不均匀沉降和温度敏感性小，构造易处理，但框架的横向刚度差，常不能满足吊车使用上的要求，工程应用较少。,厂房的主要承重结构通常采用框架体系。其横向刚度较大，且能形成矩形的内部空间，便于桥式吊车运行，能满足使用上的要求。,框架柱的类型,框架柱按结构形式分为等截面柱、阶梯形柱和分离式柱三大类,等截面柱,实腹式 格构式,吊车梁支于牛腿上，构造简单； 吊车竖向荷载偏心大，只适用于吊车起重Q20t，或无吊车且厂房高度不超过10m的轻型厂房中。,分离式柱由支承屋盖结构的屋盖肢和支承吊车梁的吊车肢组成，并用水平板相连做成柔性连接。,吊车肢在框架
5、平面内的稳定性靠连在屋盖肢上的水平连系板来提供； 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，按压弯构件设计。,阶梯形柱由于吊车梁支于柱截面变化的肩梁处，荷载偏心小，构造合理，得到广泛应用。,实腹式,单阶柱 双阶柱 格构式,上段柱工字形截面实腹式柱 下段柱由于吊车肢受的荷载大，通常设计成不对称截面,阶梯形下柱的常见截面形式：,图2-6 双肢格构式柱,分离式柱脚,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（图
6、2-7a）,双臂肩梁（图2-7b）,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。,肩梁,吊车梁工程实例,厂房结构形式的选取不仅要考虑吊车起重量，还与其工作级别极吊钩类型有关。,A6一A8级重级工作制吊车的单跨厂房 ，须有大的横向刚度和纵向刚度。,下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑,2.1.1.3 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
7、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。,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变化时能自由伸缩，尽量减少温度应力，下层支撑应设在温度区段的中部；只有当吊车位置高而车间长度短时，放在两端。,当温度区段90m时，在中央设一道下层支撑；,当温度区段90m时，在1/3点处各设一道下层支撑，以免传力路径太长；,在短而高的单层厂房结构中，下层柱间支撑可布置在厂房结构的两端。,上层柱间支撑分为两层： 第一层在屋架端部高度范围内，属于屋盖垂直支撑； 第二层在屋架下弦至吊车梁
8、上翼缘范围内。,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：,柱间支撑的计算要点,上层柱间支撑承受端墙传来的风荷载W； 下层柱间支撑承受端墙传来的风荷载W和吊车纵向水平荷载T,在同一温度区段的同一柱列设置多道柱间支撑时，全部纵向水平荷载由该柱列的所有支撑共同承受。 柱间支撑的内力，根据柱列所受纵向荷载，按支承于柱脚基础上的竖向悬臂桁架计算。 拉杆体系设计，假定交叉支撑只承受拉力，一旦受压即失去稳定而退出工作（虚线），体系变为静定结构。,柱间支撑计算简
9、图,角钢不宜小于L756；槽钢不宜小于12； 下层支撑一般为双片，分别与吊车肢和屋盖肢相连，双片间以单角钢缀条相连； 上层支撑一般为单片， 支撑连接可采用焊缝或高强螺栓连接， 人字形和八字形支撑应注意构造措施，使其与吊车梁的连接仅传递水平力，不传递垂直力，以免支撑成为吊车梁的中间支承点。,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 。,2.1.2屋架外形及腹杆形式,2.1.
10、2.1桁架的应用,2.1.2.2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）三角形屋架,按腹杆布置方式不同: 芬克式长杆受拉、短杆受压，受力相对合理，应用较广,人字形杆件数量少，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。可将上弦或下弦改变为折线形或陡坡梯形，以改善
11、受力和节点构造。,适用于跨度小，坡度大、采用轻型屋面材料的有檩体系。,（2）梯形屋架,按腹杆布置方式不同有： 人字式腹杆总长度短，节点少,按支座斜杆与弦杆组成的支承点在下弦或在上弦又可分为下承式和上承式两种。,再分式可避免节间直接受荷（非节点荷载）。,特点 外形和弯矩图比较接近，弦杆内力沿跨度分布较均匀，用料经济，应用广泛。 适用于屋面坡度平缓且跨度较大时的无檩屋盖结构。,（3）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
12、部高度一般为跨度的1/181/12。 （4）平行弦屋架 上、下弦杆水平，杆件和节点规格化、便于制造。 屋架的外形和弯矩图分布不接近，弦件内力分布不均匀。 一般用于托架和支撑体系。,2.1.2.3.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：屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。,2.受力合理： 屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小； 腹杆的布置宜使短杆受压，长杆受拉； 荷载布置在节点上，减少弦杆局部受弯。,3.满足制造、安装和运
13、输要求 构造简单，杆件夹角3060； 杆件与节点数量少； 分段制造，便于运输与安装； 4.综合经济技术效果好,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),2.1.2.4 桁架主要尺寸的确定,2.1.3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 垂直支撑 系杆,平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。,图216屋盖支撑作用示
14、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,2.1.3.1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,
15、2.1.3.2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。布置在第二柱间时，应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,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以形成空间稳定体系。,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；
16、 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 。,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，使相邻屋架形成几何不变的空间体系，保证侧向稳定。,屋架的垂直支撑布置,L24m,L24m,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
