重型厂房结构设计教材

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1、第一节 结构形式和结构布置,一.结构形式,单层厂房结构,重型厂房：,跨度大（30m），高度大（60m）， 起重能力大（几十至几百吨）,刚（框）架形式,第七章 重型厂房结构设计,厂房构造,1.承重柱 2.钢屋架 3.吊车梁 4.天窗架 5.柱间支撑,屋盖结构：,钢屋架+大型屋面板,钢屋架+檩条+轻型屋面板,吊车工作制等级与级别,等级 轻级 中级 重级 特重级 级别 A1A3 A4 、A5 A6 、A7 A8,柱网布置,柱距：6m、12m、15m、18m、24m,跨度：18m、24m、27m、30m,模数化,设置温度收缩缝，控制温度应力,有檩屋盖：75m,无檩屋盖：60m,间距：,构件净距要求,-

2、吊车顶面至屋架 下弦间距,-吊车轮中心至柱 定位轴线间距,-吊车轮廓至柱内 表面间距,重型厂房柱,阶梯形柱：,下段为缀条格构式，上段为实腹式,分离式柱 ：,屋盖肢+吊车肢，做柔性连接,柱间支撑,垂直支撑、十字形、人字形、K形、 八字形、V形、与屋盖支撑共同形成 厂房纵向刚度,传递山墙风荷载、吊车纵向水平荷载 及纵向地震力,第二节 钢桁架,一. 应用和类型,钢屋盖组成：,屋面构件、钢屋架和屋盖支撑,屋面构件：,檩条、拉杆、小型板材、或钢 筋混凝土屋面板，用于支撑屋 面构造层、防水层、保温层,钢桁架应用：,建筑屋盖、楼盖、吊车梁、桥梁、 起重塔架和臂杆、海洋采油平台,承重结构,钢桁架适用于大跨度

3、或高大结构的原因：,承受轴心力，应力均匀分布， 节省材料,腹杆代替腹板，自重与荷载减轻,屋盖结构分无檩和有檩：,无檩：由大型屋面板、横梁或钢屋架组成,有檩：小型屋面板、檩条、钢屋架,轻型屋面板：,压型钢板、波形石棉瓦、瓦楞铁皮等,屋盖作用：,围护、承重、采光和通风,承重：屋盖结构自重，屋面活荷载、风 雪荷载和其他荷载（施工和积灰）,钢桁架类型：,普通钢桁架,实用一般钢屋架 ，由两角钢组成T形 截面 ，包括十字形、槽形或圆管形,重型钢桁架,适用钢桥承重结构，大跨度屋架 ，由 钢板组成H型或箱型截面,轻型钢桁架,适用于跨度较小的轻型屋盖结构，采用 小角钢、圆钢、冷弯薄壁方管,二.钢桁架外形和高度,

4、外形：三角形、梯形、平行弦和多边形,三角形：,屋面坡度较陡，上弦坡度为1/21/3， 与屋面防水相适应,跨度：1824米以下 高跨比：H=（1/41/6）L,梯形：,屋面坡度较缓，油毡防水屋面 坡度1/101/12,人字形：,再分式：,跨度：1836m 高跨比：H=（1/61/10）L,三.确定桁架形式的原则,满足使用要求,上弦坡度应适合防水,受力合理,与抛物线弯矩图最接近,制造简单、运输方便,技术经济效果好,四.屋盖支撑,连结于屋架之间，保证屋盖结构稳定 和刚度的构件体系,横向、纵向水平桁架和垂直桁架 ，及系杆,（一）屋盖支撑主要作用,保证桁架空间几何不变性和稳定,保证桁架空间刚度和整体性,

5、为桁架弦杆提供侧向支撑点,承载水平荷载（风、制动、地震）,（二）屋架支撑布置,上弦和下弦横向水平支撑,上弦和下弦横向水平支撑,第一开间,第二开间,有利抗风柱直接传力,屋盖有天窗,设在房屋两端 ：,设在横向伸缩缝两端,横向支撑间距小于等于 60m（无檩） 75m（有檩） 即伸缩缝间距,下弦纵向水平支撑,有较大起重量吊车，或有较大空间 刚度要求才设置，形成闭合框架,垂直支撑,梯形屋架：,跨度,两端和跨中处共设三道,两端和跨中1/3处或天窗架侧柱处共设四道,系杆,纵向水平连接杆（系杆）为上下 弦杆提供侧向支撑点,设置在屋架和天窗架两端及垂直 支撑上下弦节点、屋脊位置,柔性系杆：受拉,刚性系杆：能受拉

6、力和压力,（三）屋盖支撑设计原则,水平支撑,方格：,矩形格：,垂直支撑： W，V，X,支撑杆件受力较小，一般不作内力计算,按容许长细比选择,第三节 檩条与压型钢板设计,一.实腹式檩条,由檩条、防水层隔 热层构成屋面系统,强度验算：,有檩屋盖：,-对x、y轴弯距,-对两形心主轴有效净截面模量,刚度验算,-沿y轴作用分荷载标准值,因檩条有足够侧向支撑， 不需验算稳定,二. 压型钢板及计算,类型,轻型屋面压型钢板：,起围护屋面和承重结构作用,V115N型,压型钢板厚度：0.42.0mm,铝板厚度：0.61.2mm,W500型,（镀锌、彩镀）,V、W型,带加劲压型钢板,增强截面刚度,咬合型压型钢板,相

7、互咬合，防水防渗,低波板： 30mm,中波板： 30-70mm,高波板： 70mm,常用,波高,截面特征,单槽口：,中线总长：,形心位置：,惯性矩：,截面抵抗矩：,上：,下：,压型钢板验算,抗弯强度,跨中挠度,屋面坡度：,屋面板挠度 容许值,第四节 桁架杆件设计,内容：,(1) 桁架内力计算 (2) 桁架计算长度确定 (3) 选择杆件截面形式 (4) 整体稳定性验算,平行弦桁架,坡度：2/1005/100,跨度：1836m 高跨比：H =（1/61/10）L,梯形桁架,梯形、平行弦桁架端部高度 H0=1.82.2m,跨度：1836m 高跨比：H=（1/61/10）L,坡度1/101/12,一.

8、 桁架荷载和杆件内力,面荷载变成节点集中荷载,1. 屋面恒荷载,屋面和屋面板重量标准值,如波形石棉水泥瓦、加气混凝土屋面板， 按材料比重和厚度计算或查产品规格,屋面倾斜，对水平投影面积，竖直 方向荷载：,-屋面倾角,2. 雪荷载、屋面活荷载、积灰荷载,檩条重量：,按型钢（槽钢）规格计算，,按水平投影面积计算其标准值,雪荷载,水平面标准值,-基本雪压,-积雪分布系数,屋面坡度 ：,0.150.75,中间插值,活荷载,屋面维修：人、工具、屋面材料,不上人屋面：0.250.7,上人屋面：1.5,水平面标准值,积灰荷载,水平面标准值,0.31.0,并乘以积灰分布系数,取 1,取 0,中间插值,3. 风

9、荷载,-基本风压,0.250.8,-高度变化系数,-屋盖体型系数,-风振系数,屋面坡度：,屋盖受风吸力,受风压力,4. 屋架和支撑自重,g =（0.12+0.011L）,L-屋架跨度，m,水平面标准值,屋架上弦节点荷载：,、,-荷载分项系数,永久荷载 1.2 可变荷载 1.4,- 按屋面投影分布的荷载标准值,屋面材料,- 按屋面水平投影分布的荷载标准值,雪荷载、活荷载 、屋架与支撑自重,- 屋架间距,- 上弦节间水平投影长度,- 屋面倾角,内力系数乘以各项相应节点荷载值， 得到杆件内力,上弦节点荷载计算后，先按单位荷 载作用于各节点，查建筑结构设计手 册得到内力系数,节点单位荷载,内力组合,（

10、1）组合一：,全跨恒、活荷载,（2）组合二：,（取活荷载和雪荷载的较大值）,全跨恒荷载+左或右半跨活荷载,（取活荷载和雪荷载的较大值）,（3）组合三：,全跨屋架重+左或右半跨檩条、屋 面板重量和施工时活荷载,（取施工活荷载和雪荷载的较大值）,二. 杆件截面型式,钢屋架杆件主要形式 ：双角钢,常用跨度：1542m,1、上、下弦杆,截面类型选择应使,选短肢相并不等边角钢,2.支座腹杆,选长肢相并不等边角钢,3. 一般腹杆,选等肢相并角钢,4. 双角钢十字形截面,用于桁架中竖杆，刚 度大传力没有偏心,四. 桁架杆件截面选择和计算,1. 截面选择一般要求,角钢最小规格 ：,或,受力小的桁架 :,或,上

11、、下弦杆采用通长等截面杆,适当归并相邻规格，控制在56种以下,2. 容许长细比,桁架：,轴心受压,轴心受拉,（对直接承受动载 ）,支撑系统：,压杆,拉杆,3. 截面选择方法,（1）截面积,（2）选择双角钢截面,弦杆肢厚大体为节点板厚,（3）截面验算（型钢）,验算强度,验算长细比,验算桁架平面内、外整体稳定性,第五节 吊车梁设计,双向受弯,一. 吊车梁荷载,1. 吊车最大轮压,- 活载分项系数1.4,动力系数：中轻级 1.05 重级 1.1,- 吊车最大竖向标准荷载,2. 横向水平力,刹车力和制动卡轨力：,- 活载分项系数1.4,-卡轨增大系数（按吊车查表）,- 横向水平荷载标准值,一个车轮横向

12、水平力,n - 为吊车轮数,- 规定换算百分比 按软硬钩及Q选取,- 额定最大起重能力,- 小车重量,g - 重力加速度,3. 纵向水平荷载,经吊车梁传给立柱，对截面影响 很小，计算时不需要考虑,-吊车纵向刹车力,二. 吊车梁截面组成与受力分析,组成：吊车梁与制动梁,吊车梁：工字型截面，承受竖向荷载 P,制动梁：由吊车梁上翼缘、钢板和槽钢 组成，承受横向水平荷载T,受力分析,危险点A,三.吊车梁截面验算,1.强度验算,无制动结构,竖向荷载全部由吊车梁承受 横向水平荷载全部由上翼缘承受,- P、T产生的弯矩设计值,- 吊车梁截面对x轴净截面抵抗矩,- 吊车梁上翼缘截面对y轴净截面抵抗矩,、,有制动梁：,竖向荷载全部由吊车梁承受 横向水平力全部由制动梁承受 吊车梁上翼缘为制动梁的一部分,-制动梁截面对 的净抵抗矩,2. 整体稳定验算,吊车梁：（无制动结构）,- 弯矩绕x轴整体稳定系数,- 吊车梁对x轴毛截面抵抗矩,- 吊车梁上翼缘对y轴毛截面抵抗矩,3. 刚度验算,吊车梁：近似计算,竖向刚度,水平刚度,