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1、1,单层厂房钢结构设计,单层厂房钢结构设计,1.结构形式和结构布置,3.钢屋架设计,2.计算原理,4.轻型门式刚架结构,结构形式和结构布置,1.结构形式和结构布置,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.结构形式和结构布置,柱网布置和计算单元,1.结构形式和结构布置,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，
2、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。,柱网布置,1.结构形式和结构布置,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。,1.结构形式和结构布置,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。,
3、1.结构形式和结构布置,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 。,1.结构形式和结构布置,阶梯形柱的常见截面形式：,双肢格构式柱,1.结构形式和结构布置,A6一A8级吊车的单跨厂房,1.结构形式和结构布置,下层柱间支撑：吊车梁下部的柱间支撑,柱间支撑,上层柱间支撑：吊车梁上部的柱间支撑,1.结构形式和结构布置,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
4、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。,1.结构形式和结构布置,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。,1.结构形式和结构布置,柱间支撑的形式：,1.结构形式和结构布置,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
5、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,1.结构形式和结构布置,1.结构形式和结构布置,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,满足使用要求：,1.结构形式和结构布置,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。,1.结构形式和结构布置,再分式腹杆减少受压上弦节间尺寸，避 免节间的附加弯矩
6、,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,1.结构形式和结构布置,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。 综合技术经济效果好,1.结构形式和结构布置,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(1.82.4m),桁架主要尺寸的确定,1.结构形式和结构布置,屋盖支撑,屋盖上弦横向水平支撑 屋盖下弦横向水平支撑
7、屋盖下弦纵向水平支撑 竖向支撑 系杆,1.结构形式和结构布置,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,1.结构形式和结构布置,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。,1.结构形式和结构布置,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
8、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,1.结构形式和结构布置,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 。,屋盖支撑的杆件及支撑的计算原则,1.结构形式和结构布置,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）计算并据此选择截面。,1.结构形式和结构布置,荷载计算 刚架内力计算,2.计算原理,计算单元,简化,单层房屋结构,平面 桁架,2.计算原理,1.永久荷载（恒载）,屋面恒载 檩条自重 屋
9、架、其它构件自重和围护结构自重,2.可变荷载（活载） 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载 及吊车荷载。 3.施工荷载,荷载计算,2.计算原理,为简化计算，引入当量惯性矩将格构式拄和屋架换算为实腹式构件进行内力分析。 当量惯性矩：,刚架内力计算,A1和A2分别为格构柱两肢（或屋架上下两弦）截面积 y1和y2格构式柱两肢（屋架上下两弦）的截面形心到 格构式柱截面中性轴的距离。,k反映剪力和几何形 状的修正系数。,k=0.9 平行弦 k=0.7 上弦坡度i = 0.1 k=0.65 上弦坡度i = 0.125,2.计算原理,屋架尺寸未定时，可按下式估算其当量惯性矩。 Mmax简支屋架在屋面荷载作用
10、下的跨中弯矩。 f 弦杆抗拉强度设计值。,2.计算原理,内力分析： 依叠加原理，内力分析只需针对几种基本类型进行。 单跨刚架： （1）永久荷载； （2）屋面活荷载； （3）左风（右风荷载）； （4）吊车横向水平荷载； （5）吊车竖向荷载。 手算或电算,2.计算原理,按照建筑结构荷载规范(GB50009)的规定，结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态，依照组合规则进行荷载效应的组合，并取最不利组合进行设计。,内力组合原则,2.计算原理,对于一般的刚(框)架，按承载能力极限状态设计时，构件和连接可取下列简化公式中的最不利值确定： SGK、SQK按规
11、范规定的标准值算得的永久荷载效 应和可变荷载效应 G、Q永久荷载分项系数和可变荷载分项系数,2.计算原理,内力组合表,2.计算原理,桁架的内力计算,钢屋架设计,桁架杆件的计算长度,杆件截面型式,一般构造要求与截面选择,桁架的节点设计,1. 荷载分项系数及荷载组合系数按建筑结构荷 载规范选取。 2. 按节点荷载作用下的铰接平面桁架分析内力 常用的内力分析方法有图解法、解析法、电 算。具体分析时，可先分别计算全跨和半跨单 位节点荷载作用下的内力，根据不同的荷载组 合，列表计算。,桁架内力计算,3.钢屋架设计,计算内力系数,3.钢屋架设计,3.节点刚性影响 节点刚性引起杆件次应力，次应力一般较小，不
12、予考虑。但荷载很大的重型桁架有时需要计入次应力的影响。 4.杆件的内力变号 屋架中部某些杆件在全跨荷载时受拉，而在半跨荷载时可能受压。 半跨荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、单侧施工,3.钢屋架设计,直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。 局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。,M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。,简化计算：,3.钢屋架设计,计算长度概念：将端部有约束的压杆化作等效的两端铰接的理想轴心压杆。 (a) (b) (c),杆端约束越强，杆件计算长度越短，临界荷载越高 。,桁架杆件的计算长度,3.钢屋架设计,影响钢屋架杆端约束大小的因素： 1）杆件轴力性质 拉力使杆拉直
13、，约束作用大，压力使杆 件弯曲，约束作用微不足道。 2）杆件线刚度大小 线刚度越大，约束作用越大，反之，约 束作用越小。 3）与所分析杆直接刚性相连的杆件作用大， 较远的杆件作用小。,受压弦杆和单系腹杆的计算长度,3.钢屋架设计,杆件计算长度： 桁架平面内计算长度 弦杆 支座斜杆 (节件长度） 支座竖杆 中间腹杆,3.钢屋架设计,屋架杆件的计算长度,3.钢屋架设计,桁架平面外计算长度 弦杆 （侧向支撑点间距离） 腹杆 （节间长度 ） 单角钢腹杆和双角钢十字形腹杆， 绕最小主轴弯曲时杆轴处于斜平面内，其端部 所受约束介于屋架平面内外的两种情况之间。,3.钢屋架设计,平面内计算长度:,平面外计算长
14、度：,变内力压杆的计算长度,3.钢屋架设计,交叉腹杆中交叉点处构造： 1）两杆不断开。 2）一杆不断开，另一杆断开 用节点板拼接。,交叉腹杆中压杆的计算长度,3.钢屋架设计,桁架平面内计算长度： 无论另一杆为拉杆或压杆，两杆互为支承点。 桁架平面外计算长度： 拉杆可作为压杆的平面外支承点， 压杆除非受力较小且不断开，否则不起侧向支点 的作用。 GB50017规范中交叉腹杆中压杆的平面外计算长度 计算公式。,3.钢屋架设计,杆件截面选取的原则： 承载能力高，抗弯强度大， 便于连接，用料经济通常 选用角钢和T型钢,等强设计： 压杆对截面主轴具有相等或接近的稳定性。,单轴对称截面绕对称轴屈曲时考虑扭
15、转效应的换算长细比。,杆件截面型式,截面伸展 壁厚较薄 外表平整,3.钢屋架设计,角钢杆件截面形式,3.钢屋架设计,受压弦杆：,3.钢屋架设计,受拉弦杆：,支座斜腹杆及竖杆：,3.钢屋架设计,屋架构造的一般要求: 同一榀屋架中，角钢的规格不超过56种 最小角钢 L45X4 L56X36X4,L18m 的小角钢屋 架不受此限。,一般构造要求与截面选择,3.钢屋架设计,屋架杆件中的填板。 作用：保证两角钢共同工作。 间距：压杆 拉杆 数量：不小于2个。,3.钢屋架设计,任务：确定节点的构造，连接焊缝及节点承载力的计算。节点的构造应传力路线明确、简捷、制作安装方便。 注意：节点板只在弦杆与腹杆之间传
16、力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。,节点设计,3.钢屋架设计,节点设计的一般原则 双角钢截面杆件在节点处以节点板相连，各杆 轴线（型钢形心轴线）汇交于节点中心。 角钢的切断面应与其轴线垂直，需要斜切以便 使节点紧凑时只能切肢尖。,双角钢截面杆件的节点,3.钢屋架设计, 如弦杆截面需变化，截面改变点应在节点上。,节点板上各杆件之间的间距a:,偏心力矩：,-第i杆的线刚度,当偏心e0.05h时考虑偏心对杆件产生的附加弯矩：,受静载时，,受动载时，,3.钢屋架设计,2.节点板设计： 形状简单、规则，如矩形、梯形 梯形和平行弦屋架的节点板厚度由腹 杆最大内力确定，三角形屋架节点板 厚度由上弦杆内力决定。在一榀屋架中 支座节点板厚度可以大2mm,其他节点板 厚度相同。,3.钢屋架设计,节点板的拉剪破坏：,第i段的拉剪折算系
